マイクロマックスとヘマタイトの混合

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8669 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

普通ポルトランド セメント (OPC) は、さまざまな環境上および技術上の問題を引き起こしています。 研究者たちは、セメントに新しい材料を追加するか、技術的および環境的課題の両方に対する代替品を開発することを試みました。 ヘマタイトは増量剤としてセメントスラリーの密度を高めるために使用されます。 セメントおよびジオポリマーのスラリー中の重粒子の沈降は、セメント接合部分に沿って不均一な特性を生み出す重大な問題です。 この研究では、高密度井戸セメント用途の加重材料としてヘマタイトと Micromax の両方を使用した新しいクラスのジオポリマーを紹介します。 最初のシステムではヘマタイトのみが使用され、もう 1 つのシステムではヘマタイトと Micromax の両方が使用されました。 ヘマタイトで Micromax を使用する主な目的は、ジオポリマー中のヘマタイトに関連する沈降の問題を解決できる可能性を確認することです。 さらに、Micromax の添加がさまざまな FFA ジオポリマーの特性に及ぼす影響も評価されました。 開発されたジオポリマーシステムの増粘時間を延長するために、遅延剤、遅延強化剤、減水剤のさまざまな混合物が導入されました。 結果は、Micromax をヘマタイトに添加すると、平均密度の変動が 12.5% からほぼ 3.9% に減少することを示しました。 Micromax の添加により、プラスチック粘度が 44.5% 減少し、流体損失が 10.5% 減少しました。 どちらのシステムも、強度、弾性特性、透過性の点でほぼ同等の性能を備えていました。 増粘時間は、ヘマタイト系では 390 分、提案された添加剤混合物を使用した混合系では 300 分でした。

OPC は、温室効果ガスの排出量が多く、生産中に大量のエネルギーを消費するなど、技術的および環境的課題がいくつかあります。 こうした懸念から、研究者らは技術的課題を克服し、環境に優しいセメント系を提供するための代替材料を探すことを決意しました。 文献から、一部の研究者が OPC の特性を強化するために OPC に新しい材料を追加する方向に飛んだことは明らかです 1、2、3、4、5、6、7。 他の研究者は、より環境に優しく、ジオポリマーなどの OPC の技術的欠点を克服できる OPC の新しい代替品を見つけようとしました8、9、10、11、12、13。

現在、OPC に匹敵する品質を備えた、コスト効率が高く環境に優しい物質が出現しています。 この物質はジオポリマーと呼ばれます。 その原料は地質起源であり、ジオポリマーの形成は無機重合と縮合を介して継続するため、地質ポリマーとも呼ばれます14。 J. Davidovits 教授は 1978 年にジオポリマーという用語を作り、セメントを含まない緑色のセメント質物質として説明しました。 架橋ポリシレート鎖の 3D 構造が含まれているため、これまではソイルセメントの特殊なケースとみなされ、ジオセメントと呼ばれていました 15。 ジオポリマーは、アルカリまたは酸によって活性化される原料物質として天然物質および/または廃棄物から形成できます16。 ジオポリマーの生産は OPC17、18、19、20 と比較してクリーンであり、原料物質はそれほど多くのエネルギーを消費しません。 アルミノケイ酸塩物質中の Si と Al は、アルカリ溶液と接触した後に溶解し、重縮合を経てモノマーとオリゴマーを形成し、ポリシアル酸塩、ポリシアル酸塩-シロキソ、およびポリシアル酸塩-ジシロキソと呼ばれる 3D 構造を形成します21,22。

セメントスラリーは、既存の坑井の圧力と温度の条件、およびセメント作業の種類に応じて設計されます。 ほとんどの研究は、生産時の環境への懸念から OPC の代替品を探すことだけでなく、OPC の欠点がジオポリマーによって軽減できるかどうかを確認することについても最も重要なことに行われています。 文献では、過酷な環境での用途、P&A での用途、泥との適合性、および温度の影響という 4 つの主要な研究トピックが調査されました 10、23、24、25、26、27、28。