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酸性气体CO2对油井水泥环的碳化腐蚀作用,大大缩短了油气井的服役年限,会造成巨大的经济损失,更甚还会带来人员伤亡。因油井水泥的水化过程相当复杂且影响因素较多,C3S矿物在水泥熟料中又占据着非常重要的位置,故本文以实验室制备的矿物C3S为研究对象,探究其水化产物碳化腐蚀机理,为油井水泥抗碳化腐蚀研究提供理论依据。本论文主要采用溶胶-凝胶法,以TEOS为硅源,Ca（NO3）2·4H2O为钙源,EtOH为共溶剂,硝酸溶液为催化剂,制备了C3S矿物。并探究了水固比和水化温度对C3S水化产物C-S-H凝胶的形成过程的影响,同时也探究了不同形貌C-S-H凝胶的抗碳化能力。结合XRD、SEM-EDS、DSC-TG、荧光分析、激光粒度分析、水化热分析等测试方法,主要研究结果如下:1.采用溶胶-凝胶法制备C3S矿物。干凝胶颗粒疏松多孔,其最佳预烧制度为:预烧温度540℃、保温时间60min。影响制备C3S矿物的因素,以煅烧温度为主,其次是保温时间和冷却方式。制备C3S矿物的最佳工艺制度为:4℃/min的升温速度,1450℃的煅烧温度,12h的保温时间以及液氮冷却的取样方式。2.C3S矿物基本物化性能。制备出平均粒径为9.67μm,比表面积为15.16 cm2/kg,颗粒微观形貌为多边形的C3S粉末,其f-CaO的含量低于0.2%,72h水化总放热量为310 J/g。水固比越大,C3S的水化诱导期缩短,水化速率加快。3.C3S水化产物微观形貌。在低水固比（W/S=0.3）,20℃水化,C3S颗粒的水化产物C-S-H凝胶的微观形貌为针棒状,并呈辐射状包裹在颗粒表面。在高水固比（W/S=20）不同水化温度下,C-S-H凝胶的微观形貌又有所差异:低温20℃水化,水化产物C-S-H凝胶为片层结构;中温60℃水化,水化产物C-S-H凝胶为束状纤维结构;高温100℃水化,水化产物C-S-H凝胶为纤维鸟巢结构。C3S的另一水化产物氢氧化钙晶体,在液相中沿（001）晶面定向生长。C-S-H凝胶的Ca/Si在1.4-1.6之间。4.碳化作用对水化产物物相组成的影响。在加速碳化环境下,不同形貌的C-S-H凝胶抗碳化能力有明显差异。20℃和60℃水化样品在加速碳化环境下,C-S-H凝胶和碳酸反应生成一种无定型硅胶和CaCO3晶体,CaCO3为方解石结构。100℃水化样品在加速碳化环境下,一部分C-S-H凝胶和碳酸反应生成结晶度较低的C-S-H和CaCO3晶体,碳化后样品中CaCO3有两种结构,分别是方解石结构和文石结构。5.碳化作用对水化产物微观形貌的影响。在加速碳化反应过程中,C-S-H凝胶的微观形貌在不断变化,密实度增加。二氧化碳分压一定时,碳化环境温度越高,碳化速度越快。不同形貌的C-S-H凝胶在加速碳化环境下的抗碳化腐蚀能力有所不同,C3S高温水化形成的纤维结构凝胶的抗碳化能力比低温水化形成的片层结构凝胶的抗碳化能力相对较高。