Зовсім інший розподіл пор за розмірами характерний для ТК з розширюю чого цементу. Загальна пористість ( mn) на 12% більша ніж у звичайного цементу. Більша частина об’єму порового простору належить до капілярних пор, але радіус цих пор значно менший – на кривій 3 спостерігається чіткий максимум в області радіуса пор 0,3мкм. Крім того спостерігається перегин кривої в області 0,8мкм, що може свідчити про заростання початкових пор цього переважаючого розміру. Поява на цій кривій другого великого максимуму в інтервалі 0,02 – 0,03мкм ( проміжні пори) свідчать про те, що відбувається часткове заповнення крупних капілярних пор кристалами Ca(OH)2.

При обмеженні розширення ( крива 4) ця тенденція проявляється ще більш чіткіше. Заростання капілярних пор відбувається у ще більшій ступені і вони мають переважний розмір в межах 0,08мкм. Максимум, який відповідає проміжним порам, також зсунутий в бік менших розмірів. Виявлений розподіл пор за розмірами добре узгоджується з властивостями ТК. Найменша кількість і розмір капілярних пор відповідають найбільшій міцності та найменшій проникності.

У випадку необмеженого розширення також спостерігається заростання капілярних пор. Цей процес випереджає в часі появу зовнішнього розширення. Досить характерним є те, що при надто більшій загальній пористості ТК з розширюю чого цементу володіє значно меншою водопроникністю у порівнянні зі звичайним.

Підвищення t0 призводить до прискорення розширення з одночасним зменшенням його абсолютної кінцевої величини, оскільки процес гідратації вапна і викликане ним розширення прискорюються з підвищенням t0 в більшій ступені, ніж процес структуроутворення ТК. Більша частина кристалів Ca(OH)2 виростає швидше, ніж появляється структурний каркас, і вони не створюють тиску на його елементи.

Екстремум швидкості розширення зміщується при підвищенні t0 в сторону менших величин міцності структури, що полегшує релаксацію напружень і зменшує величину розширення.

Таким чином, задача отримання розширюючи тампонажних цементів з більшою величиною розширення і достатнім тиском розширення зводиться до підбору розширюючих добавок, швидкість дії яких повинна бути узгоджена зі швидкістю твердіння відповідного основного тампонажного матеріалу. Труднощі полягають в тому, що тампонажні цементи, які застосовуються при різних t0, мають в цих умовах різну швидкість структуроутворення, тобто швидкість схоплення та наступного твердіння. Період пластичності за тривалістю може бути різним, тому важко розраховувати на підбір однієї розширюючої добавки до цементів різного t0 інтервалу застосування. Необхідно підбирати добавки, екстремум розширюючої реакції яких, відповідає стадії пластичності основного тампонажного матеріалу при певній t0. При цьому повинні бути збережені всі решта технологічних властивостей тампонажного матеріалу.

СКЛАД РОЗШИРЮЮЧИХ ТАМПОНАЖНИХ ЦЕМЕНТІВ.

У будівельній практиці використовуються різні види розширюючих цементі, головним чином на сульфатоалюмінатній основі. Відомі водонепроникний розширюючий цемент (ВРЦ) та напружуючий цемент (НЦ). ВРЦ виготовляють шляхом якісного змішування або сумісного помелу глиноземистого цементу(68 – 71%), напівводяного гіпсу ( 20 – 22%) та високо основного гідроалюмінату

Ca – 4CaO х Al2O3 х 13H2O (10-11%). Високоосновний гідроалюмінат знаходиться в продукті, який утримують з суміші глиноземлистого цементу і гідратного вапна. НЦ отримують шляхом тонкого сумісного помелу портландцементного клінкера, глиноземистого шлаку ( або глиноземлистого цементу) та гіпсового каменю, зазвичай у співвідношенні 70 : 15 : 15.

Розширення ВРЦ та НЦ відбувається внаслідок утворення спочатку моногідросульфоалюмінату Ca а потім сульфатної форми гідросульфоалюмінату

Ca – 3CaO х Al2O3 х 3CaSO4 х 31(32) H2O. Остання сполука яка утворюється через 2-3 доби твердіння розширюючого цементу, тобто коли камінь ще повністю не затвердів, сприяє рівномірному розширенню всієї цементної системи.

Гіпсоглиноземлистий розширюючий цемент схоплюється повільніше ніж ВРЦ. Його отримують в результаті сумісного помелу природного двоводного гіпсу та продуктів оппалювання до плавлення чи спікання сировинної суміші з бокситу та вапняку у співвідношенні 70 : 30. Для його виготовлення застосовують також високоглиноземлисті шлаки, які вміщують не більше 11% SiO2 і 38 – 41% CaO. У складі глиноземистої частини в’яжучої речовини повинен переважати моноалюмінат Ca, а вміст високо основних алюмінатів Ca повинен бути мінімальним. Відносна величина лінійного розширення через 28 діб твердіння у воді повинна бути не менше 0,3% і не більше 1%.

Відомий також розширюючий цемент на основі портландцементу. До його складу входить 60 – 65% портландцементу, 5 – 7% глиноземлистого цементу, 7 – 10% двоводного гіпсу, 20 – 25% гідравлічної добавки. Розширення взірців при твердінні у воді протягом доби складає 0,15%, а через 28 діб – до 0,3 – 1%. Початком схоплення без спеціального регулювання наступає через 30 хвилин.

В гідротехнічному та шахтовому будівництві, в нафтогазовій промисловості використовують декілька видів спеціальних розширюючих тампонажних цементів. Розширення більшості таких цементів викликано утворенням і ростом під час твердіння кристалів гідросульфоалюмінату Ca. Останнім часом використовують також розширення за рахунок гідратації оксидів Ca і Mg.

Гіпсоглиноземлистий цемент є продуктом сумісного помелу високоглиноземлистого шлаку і двоводного гіпсу у співвідношенні 3 : 1. При приготуванні суспензії з такого цементу на воді (t0=220С) орієнтовні параметри розчину повинні мати такі значення:

водоцементне відношення......................................................................... 0,5

розтічність (конус А3НДІ), см.................................................................... 22

початок схоплення, год............................................................................... 1

кінець схоплення, год..................................................................................1,5

міцність каменя на стик, МПа через 48 год. твердіння........................... 18

Для кріплення нафтових і газових свердловин частіше застосовують суміш тампонажного портландцементу і гіпсоглиноземлистого у співвідношеннях (75 – 85% ) : (25 – 15%). В таких випадках при водоцементному відношенні 0,45 і t0 =220C початок схоплення затримується до 2,5 – 4 год., міцнісні показники аналогічні тампонажним цементам, а розширення взірців досягає