化学组分和温度对水化硅铝酸钙凝胶结构及力学性能影响的分子动力学研究

摘要

通过分子动力学方法研究化学组分和温度对水化硅铝酸钙（C-A-S-H）凝胶结构和力学性能的影响规律，结合强度试验为超高温固井水泥砂铝配比提供试验指导。构建C-A-S-H凝胶模型，研究温度、Ca/Si、Al/Si对硅氧四面体结构Q~n分布、平均链长的影响规律。通过C-A-S-H凝胶断裂过程的应力应变关系，结合Al、Si原子平均受力特征，揭示富铝相C-A-S-H的增强机制。结果表明：Al的加入能够有效填补硅氧链桥位缺陷，增加平均链长，增强桥联层间硅氧结构，促进形成聚合度更高的硅氧四面体，进而提升强度；超高温220～260℃时，Ca、Si、Al物质的量比为0.9∶1∶0.15～0.2,对应加砂55%、铝质材料7%～10%BWOC,可满足固井水泥强度要求。

关键词

超高温 / 硅铝酸钙凝胶 / 固井水泥设计 / 力学性能 / 分子动力学