У звичайних умовах твердіння ( при невеликих температурах і за відсутності агресивних середовищ ), вплив добавки бентоніту, якщо додають не більше 8%, на міцність та проникність ТК незначний. Ці показники залишаються приблизно такими ж, як у розчину цементу без добавок при таких же значеннях водовмісту. Міцність ТК знижується, а водопроникність зростає, але незначно, в порівнянні зі змінами за рахунок підвищення водовмісту. Спосіб додавання бентоніту суттєво не впливає на міцність та водопроникність ТК.

Вадою гельцементних розчинів пониженої густини є низька температура та корозійна стійкість ТК. Різке зниження міцності при підвищеній температурі твердіння розпочинається раніше і відбувається швидше, ніж у розчині зі звичайного цементу. Значно швидше цементний камінь з гельцементу руйнується під дією агресивного сольового середовища, особливо за присутності іонів Mg2+.

Кращою, у порівнянні з бентонітовими, термо та солестійкістю володіють тампонажні розчини в яких полегшуючою добавкою служить палигорскіт (атапульгіт).

ТАМПОНАЖНІ РОЗЧИНИ З КРЕМНІЙ ЗЕМЛИСТИМИ ПОЛЕГШУЮЧИМИ ДОБАВКАМИ.

Основна вада пуццоланових цементів ( в’яжуча речовина для будівельних розчинів та бетонів) – висока водопотреба. Це було основною причиною їх використання для приготування ТР пониженої густини. З пуццоланових добавок найбільшою водопотребою володіють діатоміти та подібні до них матеріали. Вони часто застосовуються в тампонажних розчинах пониженої густини.

Діатоміти за походженням осадкові породи, які складаються в основному з панцерів мікроскопічних діатомітових подорослів. В 1см3 діатоміту може вміщуватися до 30млн. панцерів( кисатиський діатоміт). Внаслідок цього діатомітів порошок має велику питому поверхню, що дає можливість введення в діатоміто-цементний розчин більшої кількості води без втрати седиментаційної стійкості системи.

Перевага діатоміту у порівнянні з бентонітом полягає в тому, що діатоніт складається виключно з активного мікрокристалічного кремнезему, який зв’язує гідрооксид кальцію, що виділяється при гідролізі мінералів портландцементу, з утворенням гідросилікату. Реакція приєднання з утворенням гідросилікату відбувається при низькій t0 і протікає повільно.

Ca(OH)2 + SiO2 + nH2O = CaO + SiO2 (n + 1) х H2O

При тривалих термінах твердіння камінь має більшу міцність, ніж на основі гель цементу, за рахунок утворення додаткової кількості в’яжучої речовини. З підвищенням t0 ця реакція значно прискорюється, і ТК швидко набирає міцності.

Крім діатоміту в якості полегшуючих добавок використовують також інші кремній землисті породи осадкового походження – трепел і опока, а також промислові відходи у вигляді тонко-дисперсного кремнезему ( силікагель). Водопотреба кремній землистих полегшуючих добавок нижча, ніж у високоякісних бентонітів ( табл.. ІІ. 3. с. 172) і для отримання розчинів однакової густини необхідно вводити значно більшу кількість цих добавок, ніж бентоніту.

ПРОЕКТУВАННЯ СКЛАДІВ ПОЛЕГШЕНИХ ТАМПОНАЖНИХ ЦЕМЕНТІВ І РОЗЧИНІВ.

Здатність тампонажного розчину з високим водовмістом протидіяти седиментації та фільтрації – одна з його найважливіших характеристик. Проектуючи склад полегшеного тампонажного розчину, перш за все необхідно виконати умову його достатньої седиментаційної стійкості.

За норму седиментаційної стійкості можна прийняти початкову швидкість водовідділення розчину зі звичайного тампонажного цементу.

Метод розрахунку складу тампонажного розчину полягає у порівнянні швидкості водовідділення проектного розчину зі швидкістю водовідділення стандартного розчину:

де ссц, св, спц, ср – відповідно густини стандартного цементу, води, проектного цементу та рідкої фази проектного розчину, кг/м3

?ср, ?пр – відношення об’єму рідкої фази проектного розчину до об’єму стандартного та проектного розчинів

щсц, щпц – коефіцієнт імобілізованої води, відповідно для стандартного та проектного цементів

Sсц, Sпц – питома поверхня твердої фази відповідно для стандартного та проектного цементів, м2/кг

зв, зр – в’язкість води та відповідно рідини замішування проектного розчину, Па с

Значення питомої поверхні та коефіцієнта імобілізованої води щ для найчастіше використовуваних тампонажних матеріалів подана в таблиці ( ІІ. 4. с. 173)

Коефіцієнт щ для суміші компонентів – адитивна величина. Це означає, що при 40% добавки опоки в суміші з портландцементом коефіцієнт імобілізованої води для суміші буде розрахунковим.

щ = 0,6 х 0,33 + 0,4 х 0,25 = 0,3

Запропонованим методом розрахунку складу тампонажних цементів і розчинів зручно користування для орієнтованого визначення кількості полегшуючої добавки, яка необхідна для стабілізації полегшеного тампонажного розчину з підвищеним водовмістом, якщо відома питома поверхня добавки. Його можна також використовувати для визначення граничного водовмісту тампонажного розчину за відомого складу та питомої поверхні цементу і добавок. В усіх розрахунках можна прийняти для тампонажного портландцементу ссц= 3150 кг/м3 а Sсц =320 м2/кг, а для самого розрахунку використовується метод послідовного наближення. Для порівняння вибирають тампонажний розчин з портландцементу, який вважається достатньо седиментаційно стійким при W=0,5.

Розрахунок складу полегшеного цементу повинен передбачати максимальний вміст в штучному камені зв’язуючої речовини, для чого полегшуюча добавка повинна як найповніше брати участь в синтезі зв’язуючого – силікату кальцію. Розрахунок кількості діатоміту, яку необхідно додати до цементу для забезпечення седиментаційної стійкості при високих W1 показує ( табл.. ІІ. 5. с. 174), що для отримання густини 1500 – 1600 кг/м3 такої кількості діатоміту недостатньо, щоб забезпечити температурну стійкість.

Оптимальний у відношенні термостійкості вміст діатоміту ( відношення маси добавки до маси цементу бg = 0,7 – 0,8) забезпечує седиментаційну стійкість при W = 1,2 – 1,4 і густину розчину 1300 – 1400 кг/м3. Для отримання густини розчину менше 1300 кг/м3 необхідно додавати значно більше діатоміту, ніж його може зв’язуватись в гідросилікати