Formation and strengthening mechanisms of xonotlite in C3S-silica and C2S-silica powder systems under high temperature and pressure

材料科学 胶凝的 化学工程 氢氧化钙 水泥 结晶 火山灰反应 波特兰岩 火山灰 矿物学 复合材料 硅酸盐水泥 化学 工程类
作者
Tingcong Wei,Fengqi Wei,Ji Zhou,Zhiqiang Wu,Chunmei Zhang,Jia Zhuang,Xiaowei Cheng
出处
期刊:Cement and Concrete Research [Elsevier BV]
卷期号:157: 106812-106812 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.cemconres.2022.106812
摘要

As oil and gas exploration advances into more complex underground formations, oil-well cement, used to support bore casings, is at risk of mechanical failure. To clarify the strengthening mechanisms of silica powder, the hydration characteristics of C3S-silica and C2S-silica powder systems were studied at high temperature (230 °C) and pressure (20.7 MPa). The results show that microstructural coarsening is the primary reason for the poor mechanical properties of the cementitious materials. The formation of xonotlite included two sources: the crystallisation reaction of silica powder with C-S-H and the pozzolanic reaction of silica powder with calcium hydroxide. The CaO layer in C-S-H and calcium hydroxide provided a ‘Ca’ source for the formation of xonotlite. Q2 and Q3 Si units with a high polymerisation degree improve the high-temperature stability of xonotlite, while the dense structure formed by xonotlite improves the mechanical properties. For designing high-performance high-temperature resistant cement-based materials, xonotlite should preferably be generated by selecting crystalline silica powder.

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