Свойства цементного раствора (ЦР)

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Водоудерживающая способность определяет пределы водосодержания цементного раствора, в которых его свойства удовлетворяют технологическим требованиям. Верхний предел водосодержания ограничивается потерей седиментационной устойчивости, нижний предел— ухудшением подвижности ниже допустимой для прокачивания при существующих технико-технологических условиях цементирования.

Пределы допустимого водосодержания зависят от химической природы компонентов цементного порошка, степени его дисперсности, величины и конфигурации смачиваемой поверхности.

Плотность цементного раствора — функция плотностей сухого цементного порошка, вводимых добавок (средневзвешенной плотности твердой фазы цементного раствора р_т), жидкости затворения р_ж и относительного содержания жидкой и твердой фаз Ж/Т, которое представляет собой отношение массы жидкости к массе твердой части тампонажного раствора. При этом

ρ _цр = (1 + В/Ц) ρ _ц ρ _ж: (В/Ц) ρ _ц + ρ _ж

где ρ _цр — плотность цементного раствора.

Подвижность цементного раствора характеризуется растекаемостью по конусу АзНИИ, консистенцией, измеряемой в специальном приборе — консистометре с нормированными геометрическими размерами стакана и мешалки и реологическими параметрами вязкопластичного тела по Шведову — Бингаму — динамическим напряжением сдвига и пластической вязкостью.

Консистенция – это эффективная вязкость, измеренная при неизвестных, но ограниченных градиенте скорости деформации и напряжении сдвига и неопределенной степени разрушения структуры. В течение инкубационного периода для большинства ТР перемешивание в консистометре обеспечивает, вероятно, степень разрушения структуры, близкую к практически полному разрушению. Однако если структурообразование происходит достаточно быстро, то степень ее разрушения уменьшается и становится неопределенной.

Подвижность свежеприготовленного цементного раствора зависит от Ж/Т, удельной поверхности твердой фазы, вязкости жидкой фазы и интенсивности перемешивания при приготовлении тампонажного раствора.

Подвижность цементного раствора уменьшается во времени, причем первое время в течение инкубационного периода медленно, затем быстро. Скорость ухудшения подвижности увеличивается с повышением температуры.

Седиментационная устойчивость тампонажного цементного раствора зависит от разности плотностей твердой и жидкой фаз, вязкости жидкой фазы, концентрации твердой фазы в жидкости (В/Т), степени дисперсности твердой фазы. Для ТЦ S_уд = 320 м²/кг, ρ = 3200 кг/м³, Ж/Т = 0.45 и u ≈ (1 ÷ 5 ) 10^-6 м/с.

Предельное водоотделение ТР зависит от химико-минералогического состава и дисперсности твердой фазы цементного раствора, а также от температуры и продолжительности перемешивания.

Загрузка...

Водоотдача ТЦР в пористую среду . ТЦР обладают значительно худшей водоудерживающей способностью, чем глинистые растворы, и значительно большей водоотдачей. Условная, измеренная на приборе ВМ-6 и экстраполированная на 30 мин водоотдача составляет для обычных тампонажных цементных растворов 400—900 см³. Фактически вся способная к отделению вода отделяется за несколько секунд.

Предельная водоотдача и скорость водоотделения зависят от тех же факторов, что и седиментационное водоотделение, и, кроме того, от перепада давления и плотности упаковки частиц в фильтрационной корке, которая связана с дисперсностью и конфигурацией частиц.

Скорость загустевания и схватывания . Скорость схватывания, измеряемая в покое с помощью иглы Вика, может быть как выше, так и ниже скорости загустевания, измеряемой при непрерывном перемешивании в консистометре. Это зависит от типа процесса структурообразования. При преобладании кристаллизационного структурообразования загустевание при перемешивании наступает позднее, чем сроки схватывания. При преобладании коагуляционного структурообразования (за счет появления большого количества гидросиликатов кальция) загустевание наступает быстрее, чем сроки схватывания.

Свойства цементного камня

Цементным камнем называется пористое твердое тело, образующееся при затвердевании ТР.

Разнообразные тампонажные материалы образуют цементные камни с различными свойствами, однако общим для них является изменчивость свойств во времени. При затвердевании всех тампонажных материалов образующийся цементный камень с той или иной скоростью проходит стадии структурообразования и затем деструкции, в ходе которых все свойства цементного камня непрерывно изменяются.

Свойства цементного камняявляются функцией пористости, прочности элементов твердой фазы и контактов между ними, дисперсности и морфологии частиц твердой фазы.

Пористость зависит от исходного водоцементного отношения, состава новообразований, их удельного объема и степени гидратации.

Прочность элементов твердой фазы, прочность контактов между ними, дисперсность и морфология их частиц зависят от их состава и условий образования в твердеющем цементном камне.

Зная степень гидратации, удельные объемы соответственно продуктов гидратации, исходного цемента, инертного наполнителя и жидкости затворения, отношение химически связанной воды к массе цемента, а также отношение массы инертного наполнителя и массы жидкости затворения к массе цемента можно рассчитать пористость или коэффициент пористости.

К эффективной пористости, доступной для фильтрации жидкостей и газов, относятся поры размером более 20 нм.

Прочность цементного камня.Эта характеристика ЦК нестабильна во времени, особенно в условиях повышенных температур. В зависимости от минералогического состава, тонкости помола, исходного водосодержания суспензии кинетика роста прочности ЦК до максимальной величины, максимальная его прочность, момент начала снижения прочности, кинетика снижения прочности изменяются в довольно широких пределах.

Затвердевший цементный камень из базового ТЦ состоит из непрореагировавших остатков частиц ПЦ клинкера, продуктов гидратации, частиц инертных или не вступивших в реакцию остатков частиц активных добавок, воды и пузырьков вовлеченного воздуха. Всегда в том или ином количестве содержится карбонат кальция, как продукт карбонизации — реакции взаимодействия продуктов гидратации с газообразным или растворенным оксидом углерода (углекислым газом). Могут содержаться также продукты взаимодействия продуктов гидратации с другими химически активными веществами окружающей среды, обычно называемые продуктами коррозии.

Прочность ЦК на стадии ее роста может быть рассчитана по формуле, учитывающей коэффициент, отражающий прочность монокристаллов или их сростков, эмпирические коэффициенты, связанные с составом, дисперсностью и морфологией частиц новообразований, степень гидратации, удельные объемы соответственно исходного цемента, жидкости затворения и инертного наполнителя, а также отношение массы жидкости затвердевания и массы инертного наполнителя к массе цемента. При кавернозной поверхности наполнителя (типа керамзита), длинноволокнистом армирующем наполнителе, рассчитать прочность по такой формуле невозможно, поскольку в таком случае необходимо введение дополнительных коэффициентов.

Если известен количественный вещественный состав ТЦ, то расчет ожидаемой прочности может быть произведен более точно в соответствии с эмпирическими коэффициентами для главной структурообразующей фазы. Другие новообразования следует относить к наполнителю.

Водопроницаемость цементного камня может быть ориентировочно вычислена по формуле:

k = 0.182 ε _эф^4.7 R_эф²

где k — коэффициент водопроницаемости, м²; ε _эф — коэффициент эффективной пористости, доли единицы; R_эф — средняя полуширина (средний радиус) эффективных пор, м.

Усадка и набухание в процессе твердения . Цементный камень при твердении в воде несколько увеличивается в объеме, при твердении на воздухе или в другой среде пониженной относительной влажности дает усадку.

Как капиллярно-пористое тело ЦК чувствителен к изменению влажности ОС. При неограниченном поступлении воды извне в поровое пространство ЦК в процессе твердения наблюдается некоторое увеличение внешнего объема ЦК, называемое набуханием. Удаление воды из пор ЦК при водит к уменьшению его объема, называемому усадкой. Она связана с капиллярными явлениями, а также сжатием слоистых минералов при удалении межслоевой воды. Усадка, как и набухание, зависит от минералогического состава клинкера и содержания добавок. Склонность к этим деформациям возрастает при увеличении содержания алюмоферритных минералов и тонкодисперсных наполнителей, таких, как глина, диатомит, опока, трепел. В отличие от контракции изменения внешнего объема ЦК больше связаны с явлениями физического, чем химического, характера.

С повышением температуры твердения способность ЦК к усадке и набуханию уменьшается. Некоторые цементы при повышенных температурах твердеют с усадкой даже в воде. Усадочные деформации ЦК тампонажных цементов нежелательны ввиду особой важности его изоляционных функций.

⇐ Предыдущая 1 23