За счет чего происходит схватывание цементного теста

• Астрономия
• Биология
• Биотехнологии
• География
• Государство
• Демография
• Журналистика и СМИ
• История
• Лингвистика
• Литература
• Маркетинг
• Менеджмент
• Механика
• Науковедение
• Образование
• Охрана труда
• Педагогика
• Политика
• Право
• Психология
• Социология
• Физика
• Химия
• Экология
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика
• Юриспруденция
• Этика и деловое общение

Химия Основные свойства портландцемента

Удельный (объемный) вес цемента в рыхлом состоянии составляет 9–11 кН/м 3 , а в уплотненном – 14–17 кН/м 3 .

Тонкость помола цемента влияет на срок схватывания и твердения, а также на прочность затвердевшего цемента: чем тоньше измельчен клинкер, тем быстрее и полнее протекает взаимодействие цемента с водой и тем выше будет его прочность. Тонкость помола устанавливают ситовым анализом. Через сито № 008 должно проходить не менее 85 % портландцемента от веса просœеиваемой пробы. Более точной характеристикой тонкости помола служит его удельная поверхность, ᴛ.ᴇ. суммарная поверхность зерен, содержащихся в 1 части цемента. Удельная поверхность 2800–3000 см 2 /г и выше.

Сроки схватывания устанавливают начало и конец схватывания цементного теста. На сроки схватывания большое влияние кроме тонкости помола оказывают минœералогический состав и водопотребность цемента. Под водопотребностью понимают количество воды, крайне важное не только для гидратации цемента͵ но и для придания тесту определœенной подвижности. Для гидратации требуется около 15 % воды от веса цемента͵ однако для того чтобы обеспечить подвижность цементного теста͵ воды берут значительно больше.

Начало схватывания цементного теста нормальной густоты должно устанавливать не раньше 45 минут, а конца – не позднее чем через 12 ч. от начала затворения.

Прочность портландцемента характеризуется его активностью, которую устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов-балочек размером 40x40x160 мм и сжатии их половинок. Образцы делают из цементного раствора состава 1 : 3 (по весу) с нормальным кварцевым песком и испытывают через 28 суток после изготовления.

Твердение портландцемента – сложный физико-механический процесс в результате которого в цементном камне образуются новые соединœения, отсутствующие в цементном клинкере.

Различаются три периода твердения портландцемента:

Первый период – подготовительный. При соприкосновении цементных зерен с водой поверхностные слои клинкерных минœералов вступают с ней в химические реакции. Трехкальциевый силикат подвергается гидролизу и гидратации, образуя два новых соединœения – гидросиликат кальция и гидроокись кальция по реакции:

Четырехкальциевый алюмоферрит при действии на него воды гидролизуется по реакции:

Двухкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат только гидратируются (присоединяют к себе воду), образуя соответственно гидросиликат и гидроалюминат кальция:

Образующиеся гидратные соединœения, обладая сравнительно плохой растворимостью, быстро поглощают раствор. Хотя в начале твердения гидратация кальциевых соединœений идет интенсивно, во внутренние слои частиц цемента вода проникает с большим трудом. По этой причине процесс взаимодействия воды с клинкерными минœералами в общей сложности протекает медленно и постепенно угасает.

Второй период твердения цемента – коллоидизация. В момент полного насыщения раствора, главным образом , выделяющиеся гидратные соединœения уже не растворяются в состоянии коллоидного раздробления или геля (студня). При дальнейшей гидратации клинкерных материалов, и уменьшении свободной воды в цементном тесте склеивающая способность геля, как и любого клея увеличивается. Гель склеивает частицы цемента; при этом цементное тесто теряет пластичность, ᴛ.ᴇ. начинает схватываться.

Третий период – кристаллизация. Более устойчивые в коллоидном состоянии гидроокись кальция и трехкальциевый гидроалюминат постепенно начинают переходить в устойчивое – кристаллическое – состояние. Одновременно с этим медленно кристаллизующийся гель гидросиликата кальция уплотняется. Образующиеся кристаллы гидроокиси кальция и трехкальциевого гидроалюмината срастаются и, пронизывая коллоидные массы, состоящие, главным образом, из гидросиликата кальция, образуют прочный кристаллический сросток.

При твердении цемента на воздухе рассмотренные выше процессы дополняются карбонизацией гидроокиси кальция, что способствует повышению точности цементного камня.

Портландцемент твердеет тем быстрее, чем больше в нем трехкальциевого силиката (алита) и трехкальциевого алюмината͵ но в дальнейшем прирост прочности такого цемента замедляется. Цементы, содержащие много двухкальциевого силиката (белита), наоборот, в раннем возрасте твердеют медленно, а затем нарастание прочности продолжается длительно и равномерно.

При твердении цементных изделий на воздухе за счет испарения воды происходит усадка, а при твердении в воде обратный процесс – набухание. Особенно опасно неравномерность изменения объема, что наблюдается при твердении цементов, содержащих повышенное количество непогасившихся зерен и . В затвердевшем цементном камнем или бетоне происходит их гашение, сопровождающееся увеличением объема, появлением внутренних напряжений и трещин.

При схватывании и твердении портландцемента выделяется тепло. У цементов высокой активности экзотерия выше, чем у низкоактивных, что крайне важно учитывать при возведении массивных сооружений (бетонных фундаментов, плотин и др.). Внутри таких сооружений могут развиваться значительные температуры (до 70–80 °С), и в результате резкого температурного перепада между внутренними и наружными зонами конструкций массив покрывается трещинами, которые служат очагами прогрессирующей коррозии бетона.

Приемы цементования скважин

В строительном производстве принято различать приемы в подаче герметизирующей смеси в заколонное пространство скважин:

• одноступенчатый;
• двухступенчатый;
• манжетный;
• обратный.

Цементование скважин производится в строгом соответствии с проектом производства работ, который является составляющей частью проекта на строительство скважины. Проектант обязан учитывать фактическую геологическую структуру на всей глубине скважины. В расчетах используют конструктивные особенности скважины, промежуток, подлежащий укреплению. Строгое соблюдение рекомендаций проектировщика – залог успешной долговременной эксплуатации скважины.

В практическом строительстве используется 2 технологии доставки тампонажного раствора:

• прямая – постепенное заполнение раствором пространства снизу вверх;
• обратная – перемещение раствора сверху вниз.

Обратная технология тампонирования применяется при небольших глубинах скважины. Приготовленный раствор подается сверху, между обсадной трубой и грунтом. Под собственным весом пластический раствор опускается вниз, заполняя все пустоты.

Прямая технология используется на больших глубинах залегания подошвы скважины и насчитывает несколько вариантов производства работ.

1. Способ одноступенчатый.

Такой вариант выполнения работ предусматривает залив герметизирующей смеси в пространство между трубой и стеною скважины без прерывания процесса. Прежде чем приступить к наполнению раствором, скважина промывается обыкновенной водой. В нижней части трубы крепится ограничитель движения пробки. Смесь выдавливается давлением из трубы, предназначенной для крепления стен буровой скважины, в пространство между трубой и стеной скважины. В трубу насосом подается подготовленная смесь в полном объеме.

Установив верхнюю пробку, с помощью компрессорной установки создается давление, необходимое для «выдавливания» смеси. Смесь поднимается вверх. В меру необходимости добавляется заранее приготовленный раствор в колонну и с использованием вибропресса происходит уплотнение закаченной смеси в заколонном пространстве.

Окончание подачи смеси происходит во время соприкосновения верхней и нижней пробок.

После полного затвердения раствора снимаются и извлекаются все приспособления, колонна очищается от остатков раствора, промывается чистой водой, проверяется на герметичность и передается в эксплуатацию.

2. Двухступенчатый способ.

Этот способ имеет второе название – двухцикловое цементирование. При неглубоких скважинах применять нецелесообразно, используется на скважинах, имеющих нефтеносные горизонты на больших глубинах. Увеличение глубины разрабатываемой скважины увеличивает сопротивление, что требует дополнительных мощностей. Продавливание тампонажного раствора за один цикл вдоль всей скважины затруднительно. Увеличение давления отрицательно влияет на залегающие геологические слои, разрушая их. Это приводит к увеличению затрат на тампонирование. Существует опасность разрушения конструкции скважины.

Такой способ используется при:

• необходимости разделить затрубное пространство на несколько участков;
• время схватывания тампонажной смеси меньше, чем время завершения полного цикла;
• необходимости многократного увеличения давления подаваемой смеси, требующего дополнительного энергоемкого оснащения.

Второй цикл тампонирования выполняется при полном схватывании тампонажного раствора, выполненного в первом цикле.

3. Манжетное цементирование.

В слабых грунтах, предрасположенных к пластовому гидроразрыву или с низким внутренним давлением, практикуется применение манжетного способа укрепления стенок скважин. Этот метод предусматривает цементирование не по всей длине обсадной трубы, а исключительно верхней части, для полного исключения воздействия давлением тампонажного раствора на продуктивные нижние пласты.

В нижней части обсадной трубы, на уровне предполагаемого цементирования, устанавливается манжета, предварительно проперфорированная в месте закрепления. Выше отверстий перфорации устанавливается стопорное кольцо. Нагнетание тампонажного раствора происходит, как и при одноступенчатом способе, с той разницей, что в затрубное пространство раствор попадает через отверстия, а не через башмак.

Наличие манжеты не дозволяет раствору опуститься ниже края трубы, на котором она смонтированная. Внутрипластовое давление сохраняется на природном уровне и не способствует его разрушению.

На представленном видеоролике подробно рассмотрены поэтапные шаги и принцип тампонирования скважины манжетным способом с использованием соответствующего оборудования и оснастки.

4. Обратное цементирование.

Заполнение сверху пазух между трубой и стеной герметизирующим раствором называется обратным цементированием.

При таком способе промывочная жидкость опускается под тяжестью раствора вниз и поднимается обратно в обсадной трубе. Поднимающаяся промывочная жидкость сливается через устье, устанавливаемое наверху обсадной трубы, в очистную систему. При достижении тампонажного раствора низа обсадной трубы (башмака), процесс закачки прекращается и делается временная выдержка на период твердения раствора.

Этот метод цементирования оказывает меньшее давление на окружающие породы. Происходит полное замещение промывочной жидкости подготовленной герметизирующей смесью.

Такой способ имеет один изъян – качество цементирования вокруг башмака колонны снижено из-за частичного смешивания промывочного раствора с герметизируемым.

Виды и сферы применения цемента

На нем изготовляют тяжелые и легкие бетоны, ячеистые бетоны, строительные растворы высоких марок, теплоизоляционные материалы и т. Портландцемент не следует применять для конструкций, подвергающихся воздействию морской, минерализованной и даже пресной воды проточной или под сильным напором. В этих случаях рекомендуется использовать цементы специальных видов сульфатостойкие, цементы с добавками. Дата добавления: ; просмотров: ; Опубликованный материал нарушает авторские права? Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога — — или читать все Рeшeниe задач на практическое применение.

Белые и цветные портландцементы. Требования к сырью. Особенности технологии. Область применения. Схватыванием называется период, во время которого подвижная цементная смесь постепенно твердеет. Наступает момент, когда бетон приобретает начальную прочность и дальнейшая корректировка раствора становится невозможной.

Укладка смесей характеризуется временем начала и конца твердения. ГОСТ определяет, что начало схватывания в нормальных условиях происходит через 45 минут после завершения укладки бетонов в опалубку, конец твердения должен наступать по истечении 10 часов после смешивания. При увеличении температуры время набора прочности сокращается.

Регулировать основные свойства портландцементов можно путем добавления гипсовой присадки. Химическая стойкость характеризуется отношением вяжущего к коррозии.

Наиболее активно цементный камень разрушается под влиянием сульфатных вод. Это необходимо учитывать при строительстве гидротехнических сооружений и фундаментов жилых зданий в районах, где в грунтовых водах повышенное содержание солей кальция и натрия.

Прочность характеризуется маркой цемента и определяется испытаниями на растяжение-сжатие образцов, изготовленных из цементно-песчаного раствора. Увеличение прочности в период твердения и в течение времени — важный показатель качества вяжущих на основе портландцемента.

Бетонные конструкции в зависимости от назначения могут эксплуатироваться в условиях, где применение традиционных вяжущих неэффективно. Для придания материалу специальных свойств регулируют зерновой состав и дисперсность клинкера, вводят в смеси органические и минеральные добавки. Быстротвердеющий портландцемент выделяется стремительным набором прочности. Такое свойство достигается путем регулирования тонкости помола, а также за счет выверенного минералогического и химического состава его компонентов.

В процессе измельчения клинкера рекомендуется добавление активных минеральных присадок. Пластифицированные вяжущие увеличивают удобоукладываемость и подвижность смесей, а для твердых композитов — морозостойкость. Такие свойства цемент приобретает за счет введения в сухую смесь концентрата сульфитно-спиртовой барды.

Гидрофобные материалы обладают низкой гигроскопичностью. При соединении с водой вяжущее твердеет, а затем расширяется, при этом растягивает напрягает арматурный каркас железобетонных конструкций.

В результате получают бетоны с высокими показателями упругости. Декоративные виды — белый и цветные портландцементы предназначены для улучшения выразительности архитектурных элементов зданий.

Как использовать старый цемент?

Белый цвет получают за счет переработки каолиновых глин, мела и др. Цветные вещества производят путем смешивания белого цемента с присадками органических или минеральных красителей.

Начало твердения для бетона должно наступать не ранее 2 часов после укладки в конструкцию. Портландцемент тампонажный ПЦТ изготавливают помолом клинкера, минеральных добавок и гипса.

Вид и сфера применения зависят от исходного сырья и условий использования. Марка и класс цемента — это обозначение прочностных свойств материала, определяемых при точном соблюдении ряда требований ГОСТ. Прочность определяют путем испытания на растяжение, изгиб, сжатие стандартных опытных образцов с параметрами 4х4х16 см, приготовленных на цементно-песчаном растворе, по истечении 28 суток твердения.

Таким образом исследуется активность вяжущего в нормальных условиях. При определении класса на прочность принимается во внимание только упругость исследуемых образцов при сжатии, показатели испытаний на изгиб в этом случае не учитываются. Согласно правилам стандарта г. Согласно нормам г. Портландцемент с минеральными присадками получают методом совместного дробления клинкера, активного модификатора АМД и двуводного природного гипса.

АМД — это неорганическая присадка к цементу, которая в измельченном состоянии характеризуется пуццоланическими и гидравлическими свойствами трепел, туф, глиежы, доменный шлак, зола ТЭС и др. Шлакопортландцемент получают методом дробления клинкера, доменного шлака и двуводного гипса.

Всё о тампонаже

Цементация глубоких скважин производится с учётом опыта прежних лет, с помощью современного оборудования и научных изысканий. Типовые схемы производства данных работ отработаны до мельчайших нюансов, и их грамотное выполнение очень важно.
Во-первых, тампон препятствует воздействию напорных вод и плывунов на ствол скважины, не давая им размывать шахту. Во-вторых, застывший раствор жёстко фиксирует конструкцию, предупреждая смещение колонн.
Итак:

• Тампонируют скважины (см. Тампонаж скважин: для чего это нужно) не только в процессе строительства, но и при консервации и ликвидации – только технологии несколько отличаются. Хотя, абсолютно всё учесть невозможно, так как в каждом случае бывают разными условия работы: техническое оснащение, конструкция скважины, геологические условия, протяжённость цементного моста.

Поэтому, технологии нередко уточняются по ходу производства работ, и это нормально.
Главное, чтобы данный процесс обеспечил следующие требования:

Что должен обеспечить тампонаж
1	Образование цементного камня с заданными свойствами
2	Отсутствие пустот по всей протяжённости цементного моста
3	Максимальное сцепление раствора с наружными стенками обсадных труб
4	Полное вытеснение цементным раствором буровой жидкости из цементируемого отрезка
5	Предупреждение попадания промывочной жидкости в тампонажный раствор

• Чтобы соблюсти данные условия, необходимо контролировать и регулировать характеристики промывочной жидкости, с целью снизить её вязкость. Напомним, что промывка производится в процессе бурения, что позволяет размягчать грунт, и вымывать из проходки шлам.
  Цементный раствор нагнетается в затрубное пространство с такой скоростью, которая может обеспечить режим турбулентности.
• В каждом конкретном случае рецептура раствора, подбирается индивидуально. Его свойства определяют как продолжительность тампонажных работ, так и режимы закачки и продавливания раствора.
  Кстати, обычный строительный цемент в данном случае не используется. Есть специально предназначенный для скважин сорт, который называется «гипсоглинозёмистый цемент».

Он имеет свойство расширяться, а это в тампонажных работах самое главное. Раствор из такого цемента не впитывается в грунт, а заполняет все пустоты и мельчайшие трещины, закупоривая их по принципу тампона — отсюда и название технологии.
При наличии в проходке больших пустот и плывунов, в гипсоглинозёмистый раствор добавляют доломитовую муку, бентонитовую глину, либо волокна асбеста или целлюлозы.

Тампонирование одноцикловое, с двумя пробками

При выполнении цементации данным способом, в нужном сегменте ствола, сначала устанавливается нижняя пробка. В ней есть канал для прохода раствора, который временно перекрыт диафрагмой.
Далее, в верхней части колонны устанавливается головка, через которую осуществляется подача тампонажного раствора из смесителя. Верхняя пробка, удерживаемая шпильками, располагается на цементировочной головке.

• Когда в ствол, согласно расчёту, полностью закачан весь объём раствора, эту пробку освобождают, и начинают подачу жидкости для продавливания. Под высоким давлением, масса цементного столба, вместе с пробкой, продвигается вниз.
• Попутно она вытесняет из ствола скважины буровую жидкость. Происходит это за счёт собственного веса тампонажного раствора, а так же его высокой плотности. В процессе вытеснения жидкости, уровень давления на головке, через которую нагнетается раствор, значительно снижается.

Столб тампонирующей смеси движется по стволу вместе с пробкой, установленной на нижней отметке. И как только она натыкается на упорное кольцо, происходит резкое усиление давления.
В результате чего диафрагма-перемычка, которой перекрыто отверстие, разрушается. После этого раствор беспрепятственно поступает в затрубные пазухи.
Объём жидкости, продавливающей цементную пробку, непрерывно контролируется, и когда остаются последняя пара кубов, интенсивность закачки снижается. Как только пробки, отсекающие интервал, входят в контакт, о чём говорит резко увеличивающееся давление, нагнетание тампонажной смеси прекращается.

Двухцикловое цементирование

Этим способом последовательно тампонируют сразу два интервала. По сравнению с одноцикловым цементированием, данный метод имеет некоторые преимущества.
При этом значительно уменьшается вероятность попадания промывочной жидкости в цементный раствор, и снижается давление на грунт в процессе его подъёма. Что немаловажно, высота подъёма может быть значительно увеличена, даже если давление не повышается.
Итак:

• Подготовительные работы, предшествующие тампонированию, производится по той же схеме, что упоминалась выше. Только теперь, в нижней части того сегмента обсадной колонны, который готовится к тампонажу, устанавливается заливочная муфта.
  По окончании промывки, производится установка головки, и начинается закачка того объёма цементной смеси, который необходим для заполнения первой ступени.

• На следующем этапе, в ствол, через заливочную муфту вводят промежуточную пробку, которая завершает первый цикл, и, под воздействием продавочной жидкости, продвигает закачанную смесь вглубь. Её количество, при этом, равно объёму того отрезка обсадной колонны, который находится между упорным кольцом и заливочным клапаном. Затем, нижнюю пробку второго сегмента, которая находится в теле цементировочной головки, освобождают и продавливают.
• Под воздействием давления пробку прижмёт к муфте, она сядет на втулку, и, смещаясь вниз, откроет сквозной проход. Дальнейшие действия могут иметь два варианта.
  В одном из них, после окончания цементации первой ступени, сразу же приступают ко второму циклу. Этот метод представляет собой процесс непрерывного цементирования.

Насос для нагнетания в скважину буровых растворов

• Второй вариант называется: двухцикловой тампонаж с разрывом. При этом заливка второго отрезка колонны производится только после схватывания уже закачанной цементной смеси.
  На этот период, в заливочном клапане поддерживают циркуляцию бурового раствора. Данный вариант позволяет регулировать уровень динамического давления, возникающего в затрубных пазухах, и, соответственно, улучшить качество тампонирования.

Как только подача расчётного объёма тампонажной смеси, предназначенной для второго сегмента, закончена, в колонну устанавливается и продавливается жидкостью последняя, верхняя пробка. Теперь она, смещаясь вниз вместе с втулкой, перекроет проходное отверстие.

Способы манжетной и обратной цементации

Решение в пользу манжетного метода, принимается в тех случаях, когда цементируется пласт с низким давлением, или нужно предупредить попадание раствора в фильтрующую колонну. Суть его в том, что на нижней отметке тампонируемого сектора, в обсадной трубе устанавливается муфта с отверстиями для прохождения раствора, и брезентовой манжетой.
Итак:

• Чуть ниже муфты размещается клапан, перекрывающий раствору доступ внутрь колонны. А манжета, в процессе нагнетания раствора, перекрывает затрубное пространство так, что цементный столб может продвигаться только вверх.
• Есть ещё вариант, при котором цементация производится в обратном направлении (снизу вверх). Если коротко, делается это так: обсадная колонна по нижнему периметру перекрывается специальным башмаком; раствор, по специальному рукаву, закачивается непосредственно в затрубное пространство.
  При этом, находящийся там буровая жидкость вытесняется, и, по обсадным трубам, выходит на поверхность.

Вытеснение промывочной жидкости

Данный способ привлекает буровиков, но для цементирования сверхглубоких скважин он не подходит. Причиной тому ряд технических сложностей.
Например, трудно контролировать момент достижения тампонажного раствора нижней отметки обсадной колонны. Соответственно, невозможно и оценить качество цементации – а эта часть ствола скважины наиболее ответственная.

Как делают цемент на производстве

На сегодня существует несколько способов производства:

1. Мокрый метод – первая технология, по которой стали изготавливать цемент. По ней работают и по сей день, правда, немного по усовершенствованной методике.
2. Сухой способ – более современный метод производства вяжущего, отличающийся большей экономностью сырья и энергетических ресурсов. Но, что самое важное, именно по этой технологии выбросы в атмосферу сокращаются.
3. Комбинированные методики в России используются редко, в основном на предприятиях, работающих с зарубежными партнёрами. Например, как Вольский цементный завод.

Осветить более подробно, всё же, хотелось именно мокрый метод производства цемента, так как по нему работают практические все цементные заводы в России и странах СНГ. На фото ниже представлены производственные мощности «Уралцемента» в Челябинской области, который начал свою работу 1957 году. Здесь вяжущее производят на основе известняка и глины по мокрому методу. В качестве топлива используют газ.Начинается производство в карьере с добычи основного сырья.

Далее добытое сырье дополнительно обрабатывается и поступает в печь мокрого измельчения, где превращается в шлам. После чего шлам идёт дальше в сырьевые мельницы и шлам бассейны.

Полученный тонкодисперстный шлам отправляется во вращающуюся печь, где обжигается при температуре +1450°C. Результат этого процесса – клинкер.

Получаемый клинкер охлаждается в специальных холодильных установках, после чего транспортируется для дальнейшего измельчения в мельнице.

Мельница для клинкера

К измельчённому клинкеру добавляют также тонкодисперстный гипс и минеральные добавки.

Процесс смешивания ингредиентов

Готовый цемент отправляют на хранение в специальные бункера.

На таком крупном производственном предприятии просто не может быть лаборатории, сотрудники которой пристально следят за каждым производственным процессом и качеством цемента.

Это основные производственные процессы по мокрой технологии. На всех заводах они идентичны. Единственное, делаются правки на сырьевые компоненты и специфику оборудования. Из чего и как делают цемент подробно расскажут видео.