Термическая коррозия цементного камня

В последние годы, в связи с ростом глубин бурения, большая часть тампонажного камня, находящегося в заколонном пространстве, подвергается в течении длительного периода времени термическому воздействию.

Лабораторными и промысловыми исследованиями, выполненными А. И. Булатвым показано, что в этих условиях происходит деструкция цементного камня - снижение, повышение проницаемости.

Ранее было показано, что при взаимодействии основных составляющих цементного камня (силикатов кальция) образуются гидросиликаты неопределенного стехиометрического состава. В условиях высокой щелочности среды, что характерно для растворов на основе портландцементов, в начале гидродинамического синтеза как правило образуются высокоосновные гидросиликаты кальция типа и дp. Возникшие высокоосновные гидросиликаты кальция, являясь термодинамически нестойкими соединениями, в дальнейшем переходят в более стабильные, такие как и. Возможность перехода в одну из отмеченных фаз в основном зависит от мюльного соотношения в исходной сырьевой смеси. И поскольку последние имеют меньшую плотность, а, следовательно, больший объем, то процесс фазовых превращений в данном случае сопровождается деструкцией цементного камня.

Под термической коррозией цементного камня, или термической стойкостью (термостойкостью) понимается изменение механической прочности цементного камня во времени при воздействии высоких температур. Согласно рекомендациям ВНИИКрнефть время испытаний регламентируется двумя годами.

Образование стабильных гидросиликатов кальция, а в основном это низкоосновные, может проходить либо ею многостадийному циклу, т.е. их образованию предшествует образованию высокоосновных гидросиликатов кальция, либо по одностадийному циклу, т.е. непосредственное образование низкоосновных гидросиликатов кальция. Виноградовым В.Н. было показано, что вероятность протекания одно- или многостадийного процесса для известковокремнеземистого вяжущего связывает с величиной поверхности, приходящей на 1% активной. В. М. Кравцовым было предложено характеризовать возможность протекания одного из названных процессов исходя из соотношения скоростей поступления и в раствор. Этот показатель наиболее полно увязывает все факторы, влияющие на характер протекания процесса твердения. Это обусловлено прежде всего тем, что скорость поступления оксидов кальция и кремния определяется температурой и давлением среды, удельной поверхностью компонентов, соотношением в твердой фазе, наличием примесей, влияющих на растворимость, и. константы скоростей растворения как,.так и. Например, увеличивая температуру среды, удельную поверхность кремнезема и уменьшая в исходной фазе, можно регулируя соотношением и, определять возможность образования тех или иных гидросиликатов кальция.

Исходя из этих соображений им предложен критерий стадийности

где: - соответственно константы скорости растворения

и см/с;

- соответственно, количество

и г/см³

- соответственно удельная поверхность

и см²/г

- соответственно концентрация в растворе.

и г/см²

Если неравенство выполняется, то процесс одностадийный, если нет, то процесс многостадийный. Данный критерий справедлив и для белитового вяжущего. Его анализ говорит о том, что стадийность процессов образования низкоосновных гидросиликатов кальция лимитируется скоростью поступления в раствор кремнезема, т.к. ее величина намного меньше скорости поступления в раствор гидроокиси кальция.

Данный вывод говорит о необходимости введения в состав вяжущего кремнеземсодержащего компонента повышенной активности. Активность кремнезема определяется его удельной поверхностью и строением. Поэтому для повышения термостойкости цементного камня на основе портландцемента наиболее благоприятны трепел, диатомит, пемза, опока и др., в которых кремнезем представлен в аморфном виде.

Эти добавки используются при получении пуццолановых цементов. Из выпускаемых в настоящее время отечественной промышленностью цементов более высокой термостойкостью обладают вяжущие на основе доменных шлаков. За рубежом, в частности, в США цементно-кремнеземистые смеси. С целью повышения термостойкости добавляется до 5%. В Японии пользуется цемент с преимущественный содержанием белитовой фазы и добавками доменного шлака и кремнеземистого компонента. Свойства вяжущей композиции рассматривались ранее. Там же было показано, что недостатком растворов на основе доменных шлаков является низкая седиментационная устойчивость растворов на их основе.

УфНИ в целях повышения седиментационной устойчивости растворов из шлаковых вяжущих предложена композиция на основе шлакового и известковокремнеземистого вяжущих. В качестве последнего используется вяжущее, получаемое в результате обжига твердых остатков содового производства с кремнеземистым материалом, которое в композиции выполняет роль активатора твердения и способствует повышению седиментационной устойчивости раствора.

Дата добавления: 2015-07-13