一.背景

緩凝劑是一種能推遲水泥水化反應，從而延長混凝土的凝結時間，使新拌混凝土較長時間保持塑性，方便澆注，提高施工效率，同時對混凝土后期各項性能不會造成不良影響的外加劑。緩凝劑是油井水泥外加劑中最重要的一種，在固中深井、深井以及超深井時通常需要在水泥漿中加入緩凝劑以調節稠化時間。

  二.水泥緩凝劑

   2.1水泥緩凝劑作用機理

水泥水化是水泥熟料中各礦物組分與水之間發生復合化學反應而使水泥漿逐步稠化和硬化的復雜過程。影響水泥水化速率的因素是多方面的， 如礦物組分、水泥細度、水灰比、溫度、壓力等。緩凝劑是一種能延緩水泥水化速率的外加劑。水泥水化需要在飽和Ca( OH) 2 溶液中進行， 緩凝劑從水泥水化反應誘導期到加速期， 始終阻礙液相中析出的Ca( OH) 2結晶成核。目前主要形成了以下四種緩凝理論。

1）吸附理論：吸附在水化物表面抑制與水的接觸；

2）沉淀理論：與水相中的Ca2+ 或OH- 反應，在水泥顆粒周圍形成非滲透層；

3）成核理論：吸附在水化物的晶核上，抑制其進一步增長；

4）絡合理論：螯合Ca2+，防止晶核形成。

   2.2水泥緩凝劑分類

緩凝劑種類按其化學成可分為無機緩凝劑和有機緩凝劑兩大類。從分子量的大小或合成方法的角度可以分為兩大類：有機化合物和聚合物。研究較多的有機物主要是有機膦酸（鹽）。用作緩凝劑的聚合物通常是低聚物，其分子量一般為數千，多通過共聚反應制得，研究較多的聚合物是含有羧基、膦酸基、磺酸基的聚合物。相對來說，羥基羧酸（鹽）、有機膦酸（鹽）等有機物類緩凝劑摻量較少，但比較敏感；而聚合物類緩凝劑摻量較大，但摻量與稠化時間線性關系較好。

緩凝劑種類很多，常用的主要有：木質素磺酸鹽及其衍生物、低分子量纖維素及其衍生物（羥甲基纖維素CMC、羥乙基纖維素CHC）、有機膦酸（鹽）、硼酸（鹽）、復合物等

  2.2.1無機緩凝劑

   1）磷酸鹽、偏磷酸鹽類緩凝劑

磷酸鹽、偏磷酸鹽類緩凝劑是近年來研究較多的無機緩凝劑。正磷酸（H3PO4）的緩凝作用并不大，但各種磷酸鹽的緩凝作用卻較強。在相同摻量情況下，磷酸鹽類緩凝劑中緩凝作用最強的是焦磷酸鈉（Na2P2O7 ）。

   2）硼砂

吸濕性強，易溶于水和甘油，水溶液呈弱堿性，在干燥的空氣中易緩慢風化。

   3）氟硅酸鈉

白色結晶物質，密度2.68g·cm-3，微溶于水，不溶于乙醇，有腐蝕性，一般摻量為水泥用量的0.1-0.2%。

   2.2.2有機緩凝劑

   1)有機膦酸( 鹽)

有機膦酸( 鹽) 種類繁多， 有不少種可用作油井水泥緩凝劑。Brothers 將甲撐膦酸衍生物用作超細水泥緩凝劑，使用溫度可達116 攝氏度以上。

    2）羥基羧酸（鹽）

羥基羧酸（ 鹽）是較早開發的高溫緩凝劑，國內外對其性能研究得比較透徹，其特點是：緩凝效果好，但加量敏感， 稀釋作用強。為了改善這類緩凝劑加量敏感的缺陷，Chat terji 等使鏈烷醇胺與羥基羧酸反應制得銨鹽以緩解羥基羧酸的過緩凝作用。羥基羧酸可選酒石酸、葡糖酸、葡庚糖酸等，鏈烷醇胺可選單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等。一份酒石酸與兩份三乙醇胺反應生成銨鹽，“鈍化”后的羥基羧酸緩凝效果約為原羥基羧酸的一半。

   2.2.3聚合物類緩凝劑

聚合物類緩凝劑是近年來國內外研究最多的一類緩凝劑。由于通過聚合技術可將多種不同的功能性單體結合在一起，而且可以控制分子鏈的長短、分子量的大小及分布，因此這類緩凝劑可以用分子設計思想來指導其合成，得到綜合性能較為理想的緩凝劑。

AMPS( 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸) 是一種很好的共聚單體，活性高且耐溫耐鹽性能好， 常用于多元共聚物緩凝劑的合成以連接羧酸、膦酸等起緩凝作用的單體， 起骨架作用。AMPS共聚物是國外開發較為成熟的一類緩凝劑， 已有多個產品問世。

  2.2.4環保型緩凝劑

隨著人們對環保的日益重視，國外研究者近年來在環保型緩凝劑方面作了不少研究。環保型緩凝劑主要是指生物降解性能較好的緩凝劑產品。目前常用的緩凝劑如木質素磺酸鹽、AMPS 共聚物等均難以生物降解，CMC 等纖維素類緩凝劑生物降解性好，但自身存在不少缺陷， 只能在中低溫下使用。Reddy開發了一種非離子型、分散性弱的可生物降解緩凝劑。這種緩凝劑是聚琥珀酰亞胺，相對分子質量為5000~ 100000，分散性弱，不會造成水泥漿過度稀釋而沉降；可生物降解，在堿性條件下可水解為聚天冬氨酸鹽和天冬氨酸鹽；使用溫度可達177攝氏度。

 三.水泥緩凝劑配方實例

    3.1水泥緩凝劑參考配方

  3.2其它水泥緩凝劑參考配方