logo
Тампонажные смеси2

7.3 Шлакопесчаные цементы

Способность портландцемента образовывать затвердевающие водные суспензии обусловлена высокой химической активностью составляющих его соединений. Такая активность, необходимая для получения достаточной скорости реакции при невысоких температурах, обеспечивается соответствующим составом соединений и высокой температурой обжига в процессе производ­ства.

В условиях глубоких скважин повышение температуры зна­чительно ускоряет химические реакции и делает возможным до­статочно быстрое затвердевание суспензий менее активных вя­жущих веществ. При высоких температурах скорость гидрата­ции портландцемента излишне высокая, требующая применения замедлителей, поэтому поиски низкоактивных вяжущих веществ, прежде всего, преследовали цель получить медленносхватывающиеся тампонажные цементы. Из числа низкоактивных вяжу­щих веществ для цементирования скважин в СССР наиболее широко используются доменные шлаки, в США — известково-пуццолановые вяжущие.

Доменные шлаки содержат в основном те же оксиды, что и портландцементный клинкер. Но в них содержится значительно меньше оксида кальция и больше оксидов кремния, и алюми­ния. При охлаждении шлака низкое содержание оксида кальция обусловливает кристаллизацию соединений с низкой по срав­нению с клинкерными минералами основностью. К этим соеди­нениям относятся β- и γ-2СаО * Si02, твердый раствор геленита 2СаО*Аl203 * Si02 с окерманитом 2СаО • MgO • 2Si02 (меллилиты), магнезиальная шпинель MgO * Al2O3 и другие соедине­ния, которые в гидратационном отношении менее активны, чем минералы портландцементного клинкера. При комнатной темпе­ратуре способностью к медленному твердению обладает лишь β-2CaO-Si02.

Если шлак быстро охладить, что достигается при грануля­ции, то он застывает в стекловидном состоянии. Гидратационная активность его при этом значительно повышается. Грану­лированные доменные шлаки при затворении на воде и введе­нии небольшого количества химических возбудителей (оксида кальция, портландцемента, сульфатов) способны медленно за­твердевать.

Гидратационная активность шлаков увеличивается при по­вышении температуры. В этом случае проявляют способность к твердению и закристаллизованные (отвальные) шлаки. Эта их способность была использована при применении молотых до­менных (гранулированные и отвальные) шлаков, как основы для получения медленносхватывающихся и термостойких тампонажных цементов. Скорость схватывания суспензий измель­ченных шлаков не намного меньше, чем портландцемента, од­нако схватывание значительно замедляется при их смешении с кварцевым песком, особенно молотым.

При исследовании свойств шлаковых растворов выяснилось, что в условиях повышенных температур (выше 100 °С) они об­разуют к двум суткам твердения более прочный цементный ка­мень, чем портландцементные растворы. Однако при длитель­ном гидротермальном воздействии цемент в виде молотого шлака, а также облегченный шлако-бентонитовый цемент термостойкий только до 120—160°С. При более высоких темпе­ратурах термостойким является только шлакопесчаный цемент, который даже при высокой тонкости помола компонентов обра­зует растворы с пониженной седиментационной устойчивостью, поэтому его приходится затворять при В/Ц<0,5 или вводить стабилизирующие добавки (бентонит, диатомит).

Процесс загустевания растворов на шлаковой основе очень чувствителен к колебаниям состава шлака, соотношению шлак: песок и примесям. Кислые шлаки обычно дают быстро-загустевающие растворы, мало реагирующие на разбавление песком. Основные шлаки, которые главным образом и применя­ются в качестве тампонажного материала, в смеси с молотым кварцевым песком загустевают медленно. Неблагоприятная особенность растворов на шлаковой основе — их быстрое загустевание в присутствии небольших примесей портландцемента. Другой недостаток — широкие пределы колебания состава, шла­ков и свойств цемента в различных партиях.