[发明专利]作为胶凝矿物掺合料的添加剂的水泥添加剂材料的组合物，及用作潜在水硬性粘合剂以提高胶凝产品的效果

说明书

公开了一种用于提高胶凝结构的耐久性的水泥添加剂材料的组合物。所述水泥添加剂组合物包含一种或多种二价镁金属硅酸盐的掺合料，其能够作为在水性条件下通过水化过程活化的所述组合物中的潜在水硬性粘合剂，特别是二价金属硅酸盐是以镁为主的硅酸盐，优选包括橄榄石、斜方辉石、角闪石、滑石和蛇纹石或其混合物的矿物。所述组合物还包含氯离子或卤水。还公开了该组合物的应用，特别是当暴露于水和卤水中时，利用水化性能作为硅酸镁、特别是所述橄榄石的潜在水硬性反应的主要触发，以获得可自愈合的胶凝材料。

技术领域

本发明涉及一种用于提高胶凝结构的耐久性的水泥添加剂材料的组合物，如以下权利要求1所限定。

更具体地，本发明涉及由胶凝矿物掺合料制成的产品。这些混合物将包括水泥添加剂产品、新成分、旨在用作胶凝矿物掺合料的潜在水硬性粘合剂、砂浆和用于工业应用和建设目的的混凝土结构。当与外部潮湿、湿润或淹没的水生环境接触时，所用的成分将提高产品在整个寿命中的耐久性。

本发明还涉及如权利要求6-14中所示的本发明的潜在水硬性粘合剂用于胶凝产品的几种应用。

背景技术

本发明涉及胶凝材料领域，例如波特兰水泥(Portland Cement)和地质聚合物。本发明的目的是将二价镁-铁固溶硅酸盐(例如橄榄石、斜方辉石、角闪石、滑石和蛇纹石的矿物)，此处称为“硅酸镁”，用作胶凝矿物掺合料的潜在水硬性粘合剂，从而增加胶凝矿物掺合料结构的完整性、体积、风化和/或寿命。

本发明涉及通过在胶凝矿物掺合料中包括/添加硅酸镁作为潜在水硬性粘合剂而提高胶凝结构随时间推移的完整性和/或耐久性，以及提高其处理风化和暴露于在胶凝材料上并通过该胶凝材料的水混合物流的能力。

普通油井水泥基于波特兰水泥的原理。由于NORSOKD010和API Spec10A是当前油气行业作业的行业标准，因此重要的是，本发明能够以可负担的方式满足这些标准。本发明的特别优点在于，容易将它添加到当前的油井水泥作业中以提高性能并满足标准。本发明的许多优点在固井和完井、封井、暂时和永久弃井的应用中显而易见。

提出的普通油井水泥的替代品是地质聚合物(Geopolymer)。这些是粘弹性的材料。具有这种物理性质的一个实例是玉米粉和水的混合物；处理时变硬，静置时变软。另一个实例是宾汉塑性流体(Bingham Plastic)。这类似蛋黄酱(处理时变软，静置时变硬)。目前，这些产品均未合理定价或均不是特别标准友好。

变质是固体岩石对于下述物理和化学条件的矿物学和结构调整现象，所述条件在风化和成岩作用的近地表区域以下的深度施加，并且这些条件不同于所讨论的岩石的起源条件。

具有火山灰粘合作用或潜在水硬性粘合作用的无机材料通常用于胶凝材料中。水硬性被定义为“不论是天然水硬性石灰、水泥还是火山灰衍生的石灰和水泥在水下凝结和硬化的性能”。潜在水硬性粘合剂由于以特定的方式触发而以更慢的方式反应，以改变胶凝产品的性能。它将自行发挥最大的力量，但非常缓慢。这些的目的是在胶凝矿物掺合料中扩大对石灰熟料的需求，或提高胶凝矿物掺合料的性能。

技术水平的披露

关于技术水平，请参考以下专利出版物：

FR-2.939.429，US-2015/18905，WO-2016/094506和US-2008/196628。

所有这些文献都涉及用于生产混凝土的水泥矿物混合物，以保护水泥建筑免于与CO₂反应，该反应称为碳酸化过程。对于所有石灰-水泥混合物，碳酸化是一个众所周知的反应，使其矿物成分从CaO(石灰)变为CaCO₃(碳酸钙)，并且这由于风化而随时间自然发生。硅酸镁也将与CO₂反应，由于碳酸化而形成的矿物质将扩展至胶凝结构的缝隙和裂缝中，以保持结构密封。