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 2%. З підвищенням t0 до 400С терміни схоплення скорочуються. ТК з таких цементів володіє підвищеною корозійною стійкістю. Гіпсоглиноземлистий цемент промисловими партіями виготовляється Пашіським цементним заводом.

Тампонажний цемент з добавками магнезиту та доломіту є сумішшю тампонажного портландцементу з магнезитом ( MgCO3), або доломітом ( CaCO3 х MgCO3), які обпечені при to 700 – 9000С. Добавки до цементів обпечених магнезиту доломіту відповідно 5 – 10 і 10 – 20% забезпечують розширення ТК протягом 48 год. до 0,5% за рахунок гідратації оксидів MgO і суміші MgO +CaO в цементному камені.

Розширюючи тампонажні цементи (РТЦ) з великим значенням розширення отримують додаванням добавок молотих негашеного вапна і периклазу, обпалених при певних t0.

В складі цементу для низьких і нормальних t0перевагу слід надавати сорту вапна ,, повільно гашене”, яке подрібнено до питомої поверхні 250 – 350 м2/кг.

В залежності від якості сировини, умов опалювання та зберігання негашене вапно може вміщувати різну кількість СаО. При вмісті його в цементі до 10% та W= 0,4 - 0,5 спостерігається лінійна залежність розширення і міцності від вмісту СаО, яка надалі переходить в степеневу. В області лінійної залежності ( тобто до 10% активного СаО), незважаючи на велике значення розширення, суцільність структури ТК не порушується і зберігається його висока міцність. При більших добавках розширюючого компоненту розширення настільки велике, що структура ТК навіть на початковій стадії розвитку не може сама зарощувати мікро розриви і міцність каменя різко знижується. Тому склад розширюючого цементу необхідно підбирати з урахуванням вмісту активного СаО в негашеному вапні.

Рання міцність ТК з розширюючого цементу дещо нижча за міцність каменя з вихідного тампонажного цементу. Однак протягом твердіння різниця в міцності каменю з розширюючого та вихідного цементів зменшується. Підвищення водовмісну розчину зменшує розширення каменя.

Промислове негашене вапно, яке є м’яко обпаленим оксидом Сао, гідратується

з утворенням тонкодисперсного Са (ОН)2, володіє високою структуроутворюючою здатністю, внаслідок чого прискорюється запустіння тампонажного розчину.

Тампонажний розчин з розширюю чого цементу та негашеного вапна має характерну форму кривої загустіння – ділянка низької початкової консистенції швидко змінюється зростанняям консистенції, що викликано гідратацією оксиду кальцію. Слідом за цим наступає нетривалий інкубаційний період, протягом якого консистенція за абсолютним значенням вища, ніж у звичайного тампонажного цементу. Після інкубаційного періоду наступає процес загустіння внаслідок інтенсивної гідратації силікатних мінералів, який протікає так, як у звичайних тампонажних цементів. Час запустіння у РТЦ дещо менше, ніж у вихідного тампонажного цементу .

Для отримання розширення в межах 16- 20% з моменту