Подальший резерв підвищення міцності ТК полягає у застосуванні мікробалонів з жорсткою ( кавернозною) поверхнею. Однак, це неможливо суміщати з їх низькою густиною, оскільки для цього необхідна більша товщина оболонки. Але такі частинки густиною 800 – 1000 кг/м3 утворюють спинені керамічні матеріали ( керамзит, аргіліт) при розмірі зерен біля 1мм. Для отримання розчину густиною 1500 кг/м3 достатньо замінити спіненим аргілітовим піском 25% портландцементного клінкера. При цьому зберігається доволі велика міцність ТК.

Таким чином для пониження густини ТР:

до 1650 – 1700 кг/м3 доцільно використовувати всі відомі способи

до 1400 – 1600 кг/м3 доцільно застосовувати полегшуючі добавки густиною менше 2000кг/м3 підвищувати водовміст, а на невеликих глибинах також використовувати керування розчину

нижче 1400 кг/м3 бажано використовувати порожні або газонаповнені мікробалони.

Підвищення водовмісну звичайної портландцементної суспензії неминуче пов’язано з погіршенням її седиментаційної стійкості. При W = 0,55 проявляється помітне водовід ділення, яке при 0,6 досягає недопустимих значень. Швидкість фільтрації рідини через суспензію можна зменшити підвищивши в’язкість рідини та ступінь дисперсності твердої фази. Ці обидва прийоми використовують для приготування ТР з високим водовмістом.

Для підвищення в’язкості рідкої фази у воді розчиняють ефіри целюлози, препарати на основі крохмалю, акрилатів і т.п. Додаючи достатньо велику кількість таких добавок можна досягнути W = 1 зі збереженням необхідної водоутримуючої здатності ТР. Вада цього методу – одночасне сильне сповільнення схоплення яке важко компенсувати прискорювачами. Більше ефективне додавання до складу ТР спеціального тонко дисперсного компонента, який адсорбує на своїй великій поверхні надлишкову, у порівнянні з допустимою кількістю, воду.

Такий тонко дисперсійний компонент можна отримати безпосередньо у рідині замішування в результаті хімічної реакції типу:

Na4SiO4 + 2CaCl2 + 2H2O = Ca2SiO4 х 2H2O + 4NaCl

В цьому випадку тонкодисперсний осад гідросилікату кальцію утворюється з молекулярних розчинів силікату натрію і хлору кальцію. Подібні тонкодисперсні осади можна отримати з алюмінату натрію та інших солей.

Інший спосіб полягає в утворенні тонкодисперсних осадів під час реакції солей, доданих в рідину замішування, з гідрооксидом кальцію, який виділяється при гідролізі мінералів портландцементу. Ці реакції мають такий вигляд:

MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2

FeCl2 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + CaCl2

ZnCl2 + Ca(OH)2 = Zn(OH)2 + CaCl2

CuSO4 + Ca(OH)2 = Cu(OH)2 + CaSO4

Перші дві реакції прискорюють схоплення суспензії, дві другі – сповільнюють, однак інші цементи, наприклад, шлакові, можуть інакше змінювати ці процеси. Використання зазначених способів дозволяє понизити густину портландцементного розчину до 1600 кг/м3.

Значно частіше тонкодисперсні добавки, які фізично зв’язують додатково введену для пониження густини розчину воду, використовують у вигляді тонкодисперсних порошків, зменшуючи їх з базовим тампонажним матеріалом або водою замішування. Ці добавки головним чином перешкоджають седиментаційному та фільтраційному ( під дією перепаду тиску) водовід діленню. Однак, необхідно вибирати такі тонко дисперсні порошки, власна густина, яких менша за густину базового тампонажного матеріалу. При цьому досягається додаткове пониження густини ТР.

Найчастіше з числа таких полегшуючих добавок застосовують глини, тонко дисперсні кремній землисті матеріали природного ( осадкові породи – опоки, трепел, діатоміт) та штучного ( селикагель) походження, рідше застосовують крейду.

ГЕЛЬЦЕМЕНТНІ РОЗЧИНИ.

Гельцементними називають розчини, які в якості полегшуючої добавки вміщують добавки високо колоїдних, в основному монтморілонітових (бентонітових) глин. Густина таких глин 2300 – 2600 кг/м3 і їх вводять до 20% від маси твердої фази суспензії. Тому пониження густини за розрахунок додавання компонента дещо меншої густини, незначне і досягається в основному за рахунок значного збільшення водовмісту гельцементного розчину в порівнянні з звичайним. Добавка до тампонажного цементу 5 – 6% бентоніту дозволяє приготувати седиментоційно стійкі розчини з W = 0,7 – 0,75 густиною 1600 – 1700 кг/м3 додовання 20 – 25 % бентоніту дозволяє підвищити Wдо 1,3 – 1,5 і понизити густину розчину до 1300 – 1400 кг/м3 .

Седиментаційна стійкість надто розведених гельцементних розчинів обумовлена високою дисперсністю частинок монтморилоніту у воді (S =8 х 105 м2/кг), особливими властивостями їх поверхні і формою ( висока анізометричність) , що в сукупності забезпечує якісну структуроутворюючу здатність. Добре диспергований бентоніт утворює в цементному розчині самостійну коагуляційну структуру, в якій розташовані частинки цементу. В подальшому така структура руйнується в результаті коагуляційної дії іонів кальцію і змінюється на структуру твердіючого ТК.

При водовмісні гель цементних розчинів 0,4 – 0,5, що забезпечує його необхідну консистенцію і за величиною такий же, як у звичайних портландцементів, почасткова швидкість водовідділення в декілька разів менша. Добавка бентоніту в значно більшій мірі підвищує опір фільтраці, ніж збільшує в’якість, що можна пояснити яскраво вираженою тиксотропією коагуляцій них структур монтморилоніту.

Гель цементні розчини пониженої густини можна приготувати трьома способами: замішуванням на воді сухої суміші цементу та глинопорошку, змішуванням цементу на раніше приготовленій глинистій суспензії ( глинистому розчині) і змішуванням глинистого та цементного розчинів. У другому та третьому випадках для досягнення рівномірної седиментаційної стійкості достатньо в 2 – 3 рази меншої кількості добавки.

В табл.. ІІ. 2 ( с.169) подані дані про водопотребу деяких глинопорошків при додаванні їх в цементний розчин у вигляді завчасно ( за одну добу) приготовленого глинистого розчину , та у вигляді глинопорошку в суміші з цементом.

На рис. 34 (с.170) зображені криві загустіння тампонажних розчинів, в які бентоніт був доданий як