水泥浆-泥浆隔离液配伍性

一、水泥浆中气泡动力学分析

水泥浆中孔的形成来源于两个方面：水的蒸发作用和水泥浆的引气作用。由于实验中每组配合比的水灰比相同，养护条件完全一样，因此，各组水泥浆中孔结构的差异主要来自水泥浆的引气作用，本节分析纤维素醚对水泥浆引气作用而形成孔结构的影响机理。

水泥浆在机械搅拌的时候，由于浆体与空气持续接触，水泥浆会包裹空气，在水泥浆内部形成大量气泡。这些气泡并不一定会永远留在水泥浆中，一方面，这些气泡具有很大的气．液界面面积和界面能，是热力学上的不稳定体系，具有自动破坏生成小液滴的趋势，以减少界面面积和界面能；另一方面，气泡密度非常小，具有逸出到水泥浆表面的趋势。因此，水泥浆引入的气泡对其孔结构的影响取决于两个因素：(1)水泥浆对气泡形成的影响；(2)水泥浆稳定气泡的能力，这又包括两个方面的内容，即水泥浆抑制气泡破灭的能力和水泥浆抑制气泡上浮的能力。

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水泥浆中气泡形成的理论分析

气泡在水泥浆中形成时，气-液界面的面积急剧增加，体系的能量将因此大大增加，这个能量来自于机械搅拌。在搅拌外力一定的情况下，表面张力越小，形成单个气泡的表面积越大(如肥皂泡的形成)，气泡的体积因此变大，即越容易形成气泡。

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水泥浆中气泡稳定的理论分析

水泥浆中气泡的稳定主要取决于液膜的性质。液膜的强度越高，气泡将更加稳定。水泥浆中小气泡总具有通过下列两种方式自动破坏变成大气泡的趋势：合并或扩散消失。表面张力越大或气泡直径越小，小气泡变成大气泡的趋势越明显。但气泡的“大"和“小"是相对的，小气泡不会一直破坏下去，随着气泡直径逐渐变大，附加压力越小，破坏的趋势减弱，当破坏压力低于液膜的强度时，气泡的直径将趋于稳定，气泡不再明显破坏。因此，若液膜的强度越高，气泡将更加稳定(在更小的直径)。水泥浆中液相的粘度对稳定气泡的作用非常大。液相的粘度越高，液膜排液的速率会减慢，汽泡内气体扩散的速率会减慢，即小气泡破坏的速率会减慢，同时气泡不易上浮到水泥浆的表面而破坏。

二、纤维素醚影响水泥浆气泡动力学机理

纤维素醚主要通过改变液膜的性质而影响水泥浆的孔结构。首先，纤维素醚同时具有亲水基团(羟基和醚基)和憎水基团(甲基和葡萄糖碳环)，具有表面活性，掺入水泥浆中后，液膜的表面张力明显下降，水泥浆容易产生气泡，且液膜的表面张力越低，水泥浆越容易产生气泡；其次，由于降低了水泥浆中液膜的表面张力，纤维素醚会影响水泥浆中泡沫间液膜的排液过程以及汽泡内气体的扩散过程，减缓小气泡合并或扩散消失变成大气泡的过程，从而影响水泥浆的孔径分布：第三，纤维素醚作为一种高分子表面活性剂，会定向吸附并富集到气-液界面，也就是气泡壁上，显著改善液膜的强度和韧性，从而起到稳定气泡的作用。液膜的表面张力越低，纤维素醚富集得越多，液膜的强度和韧性会更高；第四，纤维素醚都能显著增加液膜的粘度，对液膜排液、汽泡内气体的扩散和气泡上浮具有抑制作用，从而起到稳定气泡的作用。

总之，水泥浆中掺入纤维素醚后，由于降低了液相的表面张力，增加了液相的粘度，使得水泥浆更容易生成和稳定气泡，并影响气泡形成动力学。纤维素醚的表面张力越低，粘度越高，越容易形成和稳定气泡，纤维素醚的表面张力越低，越容易减缓小气泡合并或扩散消失变成大气泡的过程。

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