12.1.2 Гельцементные растворы

Гельцементные называются растворы, содержащие в качестве облегчающей добавки содержатвысококолоидальные, главным образом монтмориллонитовые (бентонитовые), глины. Эти глины имеют плотность 2300—2600 кг/м³ и вводятся обычно в количестве до 20% от массы твердой фазы. Поэтому снижение плотности за счет введения менее плотного компонента твердой фазы неве­лико и достигается в основном за счет значительного увеличе­ния водосодержания гельцементных растворов по сравнению с обычными. Добавка к тампонажному цементу 5—6 % высоко­качественного бентонита позволяет приготовить седиментационноустойчивые растворы с В/Т«= 0,74-0,75, имеющие плотность 1600—1700 кг/м⁸. Введение 20—25% бентонита позволяет при­менять В/Т «1,3ч-1,5 и получать плотность растворов 1300— 1400 кг/м³.

Седиментационная устойчивость сильно разбавленных гель- цементных растворов обусловлена высокой дисперсностью час­тиц монтмориллонита в воде (5=8-10⁵ м²/кг), особыми свой­ствами их поверхности и формой (высокой анизометричностью), что в совокупности обеспечивает высокую структуро­образующую способность. Хорошо диспергированный бентонит образует в цементном растворе самостоятельную коагуляцион- ную структуру, в которой взвешены частицы цемента. Впослед­ствии эта структура разрушается в результате коагулирующего действия иона кальция и заменяется структурой твердеющего цементного камня.

При водосодержании гельцементных растворов, обеспечива­ющем консистенцию раствора, равную обычному тампонажному портландцементному при В/Ц=0,4-0,5 Д начальная скорость водоотдачи оказывается в несколько раз ниже. Добавка бенто­нита в значительно большей степени повышает сопротивление фильтрации, чем эффективную вязкость, что может быть объ­яснено ярко выраженной тиксотропией коагуляционных струк­тур монтмориллонита.

Гельцементные растворы пониженной плотности можно при­готовлять тремя способами: затворением на воде сухой смеси цемента и глннопорошка, затворением цемента на заранее при­готовленной и необходимое время выдержанной глинистой сус­пензии (глинистом растворе) и смешиванием глинистого и цементного растворов. При втором и третьем способах для до­стижения равной седиментационной устойчивости достаточно в 2—3 раза меньшего количества добавки.

В табл. 11.2 приведены данные о водопотребности некоторых отечественных глинопорошков при вводе их в цементный рас­твор в виде заранее (за 1 сут) приготовленного глинистого рас­твора и в виде глннопорошка в смеси с цементом.

На рис. 34 приведены кривые загустевания тампонажных растворов, в которые бентонит был введен как в виде порошка (в смеси с цементом), так и в гидратированном виде (в виде заранее приготовленной суспензии). Введение бентонита в гид­ратированном виде не только повышает исходную консистен­цию, но и ускоряет загустевание. При введении бентонита в виде порошка ускорение загустевания наблюдается при бо­лее высоких температурах.

Таблица И, 2. Водопотребность некоторых глинопорошков при

приготовлении тампонажных растворов пониженной плотности

В обычных условиях твердения (при невысокой температуре и в отсутствие химически агрессивной среды) влияние добавки бентонита, если он вводится в количестве до 8 %, на прочность и проницаемость цементного камня незначительно. Эти показатели остаются примерно такими же, как у раствора из це­мента без добавок при тех же значениях водосодержания.

Рис. 34. Кривые загустетаиия гель- цементных тампонажных растворов

при 75 °С:

1 — тампонажный портландцемент, В/Ц-

=0,5; 2 — то же, +5 % порошкообразного

бентонита; 3 — то же, В'Т = 0,9; 4— то же, бентонит введен в виде заранее при­готовленного глинистого раствора

Время загустевания, ч

Проч­ность цементного камня снижается, а водопроницаемость его возрастает, но незначительно, по сравнению с изменением за счет повышения водосодержания. Способ введения бентонита существенно не влияет на прочность и водопроницаемость це­ментного камня.

Недостатком гельцементных растворов пониженной плотно­сти является низкая температурная и коррозионная устойчи­вость цементного камня, Резкое снижение прочности при повы­шенной температуре твердения начинается раньше и происхо­дит быстрее, чем у растворов из обычного цемента. Значи­тельно быстрее разрушается цементный камень из гельцемента под действием агрессивной солевой среды, особенно в присут­ствий ионов

Лучшей по сравнению с бентонитовыми термо- и солестой- костью обладают цементные растворы, в которых облегчающей добавкой служит палыгорскит (аттапульгит).