Водоотделение цементного раствора.

Водоотделение характеризует седиментационную устойчивость раствора, это способность раствора не расслаиваться в состоянии покоя. Определяется по водоотделению в течению 0,5 часа из раствора объемом 250 мл, причем количество выделенной воды не должно превышать 8 мл. В состоянии покоя частицы цемента оседают, а вода, поднимаясь вверх, может промывать в твердом растворе каналы, которые не зарастут при дальнейшем твердении раствора. В затрубном пространстве твердые частицы накапливаются над муфтой обсадной трубы, образуя зону с пониженным В/Ц. При измерении водоотделения в наклонных цилиндрах его величина в 2-3 раза превышает показания в вертикальном цилиндре. Причиной может быть образование пристенного канала. Еще большие проблемы с водоотделением может оказаться при креплении горизонтальных скважин, когда по всей длине ствола может образоваться сквозной канал. Для снижения водоотделения рекомендуются те же приемы, что и при уменьшении водоотдачи.

 

55. Свойства цементного камня и методы определения.Не хватает!!!!

К основным свойствам цементного камня относятся пористость, предел прочности, проницаемость, объемные изменения при твердении [3, 4, 7, 23, 24].

1. Пористость – это доля объема пор в цементном камне. Может выражаться в долях единицы или в процентах.

В общем случае пористость цементного камня зависит от времени твердения, водоцементного отношения, удельной поверхности цемента, температуры твердения и др.

2. Механическая прочность цементного камня является основной оценочной характеристикой цементного камня. Механические свойства цементного камня характеризуются пределами прочности на изгиб и сжатие образцов стандартного размера.

Предел прочности на изгиб σ_изопределяется по схеме трехточечного нагружения на образцах размером 4416 см или 228 см, прочность на сжатие определяется с помощью пресса (рисунок 14.14). Как правило, прочность на сжатие выше прочности на изгиб, т.е. σсж = (2–4) σиз.

Рисунок14.14, а - Схема испытания образцов цементного камня на изгиб

Рисунок 14.14, б - Схема испытания образцов цементного камня на сжатие 1, 4- верхняя и нижняя плиты пресса; 2 - Пластины; 3 – половинка образца-балочки

В общем случае прочность цементного камня определяется уравнением

где σ – прочность;

σ0 – прочность камня при нулевой пористости, т.е. прочность отдельных кристаллов (продуктов твердения);

П – пористость;

n – эмпирический коэффициент (n = 2,5-3,5).

Отсюда следует, что одним из важнейших факторов, определяющих прочность камня, является его пористость, зависящая, главным образом, от водоцементного отношения цементного раствора. Влияние В/Ц на прочность цементного камня приведена на рисунках 14.15-14.16. Так- же прочность цементного камня зависит от времени твердения (рисунок 14.17), удельной поверхности цемента (рисунок 14.18), температуры твердения (рисунок 14.19).

Рисунок 14.15 - Влияние водоцементного отношения на прочность цементного камня при изгибе (τ = 2 сут., Т = 20 ⁰С)

Рисунок 14.16 - Схема, поясняющая влияние В/Ц на прочность цементного камня

Рисунок14.17 - Схема, поясняющая влияние времени твердения на прочность цементного камня

Рисунок 14.18 - Схема, поясняющая влияние удельной поверхности цемента на прочность цементного камня

Зависимость механической прочности камня из портландцемента от его химико-минералогического состава начинает заметно проявляться при длительных сроках твердения. В начальные сроки твердения рост прочности цементного камня обеспечивается трех-кальциевым силикатом (C₃S). В более поздние сроки прочность цементного камня зависит от двухкальциевого силиката (C₂S).

Механическая прочность тампонажного камня быстрее нарастает при использовании высокой удельной поверхности. В этом случае ускоряются реакции гидратации. Однако бес-предельно увеличивать удельную поверхность цементного порошка нельзя, так как это требует увеличения количества воды для приготовления цементного раствора.

Ускорители сроков схватывания цементных растворов в большинстве случаев способствуют повышению начальной механической прочности, однако с увеличением срока твердения прочность цементного камня обычно снижается несколько раньше, чем у необработанных образцов. Замедлители сроков схватывания снижают прочность цементного камня в начальные сроки твердения.

Добавки могут оказывать положительное и отрицательное влияние на прочность портландцементного камня в зависимости от условий твердения.

При обычных условиях наполнители (содержащие 80-95% кремнезема, кварцевый песок, опока и др.) не способствуют увеличению начальной прочности цементного камня, хотя с увеличением возраста прочность повышается. При температурах выше 110-120 °С указанные наполнители становятся активными материалами и повышают прочность цементного камня.

Глинистые материалы и смеси их с водой практически во всех случаях снижают прочности цементного камня.

Температура оказывает существенное влияние на прочность камня из тампонажного портландцемента. С повышением температуры прочность камня в ранние сроки твердения (1-7 суток) возрастает. Однако в более поздние сроки твердения (месяцы и годы) прочность камня может снижаться из-за термической коррозии, механизм которой будет рассмотрен позже. Причем чем выше температура твердения, тем раньше начинается снижение прочности. Поэтому температурный интервал чистого бездобавочного портландцемента не превышает 1000С.

На рисунке14.19 - приведены данные, полученные В.С. Данюшевским [3, 7], показывающие влияние температуры на прочность портландцементного камня.

Рисунок 14.19 - Кривые изменения прочности цементного камня из портландцемента во времени при различной температуре (В/Ц = 0,5)

№ кривой на рис.
Давление, МПа	0,1	0,1
Температура, оС

 

3. Проницаемость – это способность цементного камня пропускать через себя жидкости и газы и является одной из его основных характеристик.

Она зависит от ряда факторов, среди которых наиболее важными являются природа цемента и наполнителей, водоцементное отношение, темпера-тура и сроки твердения, т.е. проницаемость, зависит от тех же показателей, что и прочность цементного камня (рисунки 14.20 – 14.22).

Рисунок 14.20-Влияние водоцементного отношения на водопроницаемость цементного камня

Рисунок 14.21 - Влияние водоцементного отношения на проницаемость цементного камня (по данным Данюшевского В.С.)

Рисунок 14.22 - Влияние температуры и времени твердения на водопроницаемость цементного камня 1 – 22оС (S=2560 см2/г); 2 – 22оС (S=3600 см2/г); 3 – 75оС; 4 – 200оС

На рисунке 14.22 показано изменение проницаемости цементного камня, твердеющего при различных условиях и в различные сроки. При всех температурах проницаемость с увеличением сроков твердения уменьшается, причем с повышением температуры твердения темп снижения проницаемости возрастает. При температуре 75°С и выше проницаемость портландцементного камня после некоторого времени начинает возрастать из-за термической коррозии.

На практике водоцементное отношение растворов может изменяться в широких пределах, а оно оказывает значительное влияние на изменение проницаемости цементного камня. Проведенные исследования показывают, что через 7 сут твердения при нормальной температуре проницаемость цементного камня из раствора с водоцементным отношением 0,5, составляет 10-2-10-1 мкм2. С увеличением удельной поверхности цементов темп снижения проницаемости возрастает.

4. Объемные изменения при твердении цементного раствора. При твердении в воде цементный камень несколько увеличивается в объеме, при твердении на воздухе или в другой среде пониженной относительной влажности дает усадку. Ориентировочные данные о величине усадки и набухания в различных условиях даны на рисунке14.23.

Рисунок 14.23. Кривые изменения объема твердеющего цементного камня во времени: 1- в условиях неограниченного поступления воды из окружающей среды; 2 - в условиях, исключающих потерю воды в окружающую среду; 3 - в условиях потери воды в окружающую среду при относительной влажности w = 80%; 4 - то же при w = 60 %; 5 - то же при w - 40 %