C-S-H粗粒化模型随机分布空间结构特征研究

作者：李妍^*; 于永金; 刁斌斌; 韩宝国^*

来源：石油科学通报, 2021, 6(03): 474-480.

• 油气井水泥
• C-S-H粗粒模型
• 空间结构分布
• 分子动力学
• 介观尺度

固井水泥中水化硅酸钙(C-S-H)粗粒模型的势函数和空间结构特征,是构建合理正确的介观尺度模型的核心问题。基于原子尺度C-S-H层间作用确定介观尺度粒子间势函数,构建粒子空间位置呈随机分布状态的C-S-H粗粒化模型。分析不同孔隙率下C-S-H粒子的空间分布特征,并通过分子动力学方法研究空间结构对粒子间胶结作用。结果表明,结构中粒子排布密实时(例如孔隙率为0.4)孔径尺寸较小且分布均匀。孔径基本呈窄带正态分布,孔径范围较小,在0.5～3.5 nm范围内。孔隙比低时(0.3或0.4)粒子间应力多为压力,而孔隙比大时(0.5或0.6)拉力明显增多且密实度下降。研究相同孔隙率时任意C-S-H粒子结构构型特征,发现这些构型在粒子应力、势能、孔隙空间分布方面具有接近特征,进一步证明文中选取的构型及其分析结果具有合理性。C-S-H粗粒模型可以作为小尺寸基本单位模型,为建立大尺寸介观尺度模型奠定基础,从而为原子尺度和宏观尺度模型搭建桥梁,为揭示水泥基材料根本性内部生长与演变规律提供基础理论研究。

• 单位
  中国石油集团工程技术研究院; 大连理工大学; 油气资源与探测国家重点实验室; 中国石油大学（北京）; 土木工程学院