【摘要】 在水泥浆体中，通常使用缓凝剂来增加稠化时间并确保可泵送性。

在水泥浆体中，通常使用缓凝剂来增加稠化时间并确保可泵送性。Bearden稠度单位（Bc)是粘度的量度，描述了水泥浆的可泵送性。常用的缓凝剂包括木质素磺酸盐、羟基羧酸、糖类化合物、纤维素衍生物、有机膦酸盐等。全世界每年约有80000吨木质素磺酸盐用于油井建设。硅酸盐水泥缓凝力学是目前研究的热点。解释缓凝机理的四种理论是：吸附理论（缓凝剂吸附在水泥矿物表面，阻止其与水接触）；沉淀理论（缓凝剂与钙离子等相互作用，在水泥矿物周围产生不溶、不可穿透的屏障）；成核理论（缓凝剂吸附在水合产物的晶核上，防止进一步沉淀）；络合理论（钙离子被缓凝剂螯合并降低其浓度）。他们都不能完美地解释延迟过程。缓凝剂的化学成分和缓凝剂作用的水泥相（硅酸盐或铝酸盐）是需要考虑的两个重要方面。但是很难通过实验方法详细分析缓凝剂与水泥矿物之间的相互作用。尽管实验取得了重大进展，但由于技术限制，界面的许多化学和物理方面仍然未知。计算机模拟技术可以很容易地确定缓凝剂与水泥矿物表面相互作用的方式和强度。该技术有助于了解缓速机理，对缓速剂的研制具有重要的指导作用。

 

本文采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法研究了含羧基单体在硅酸钙（C3S）上的吸附。对其几何结构进行了优化，计算了键长、吸附能、电荷转移、电荷密度差和态分密度。结果表明，四种含羧基的单体（丙烯酸、柠檬酸、衣康酸和马来酸）均具有很强的吸附能，其顺序为衣康酸 > 马来酸 > 柠檬酸 > 丙烯酸。此外，电荷密度差和PDOS结果证明了这种强吸附。C3S（040）表面羧基O原子与Ca原子之间的电荷密度增加。Ca 3d和O 2p轨道之间出现峰重叠和杂交。本研究加深了对油井水泥缓凝机理的理解。