Тампонажный и быстротвердеющий цементы

Потенциальным клиентам предоставляется широкий выбор цемента, находящего применение для решения различных задач. Вяжущее вещество используется в строительных и ремонтных работах, выполняющихся профессионалами соответствующих областей. Применяется цемент для изготовления различных изделий в промышленных и домашних условиях. Грамотно отлаженная работа с цементом своими руками позволяет создать различные фигурки, поделки, вазоны. Для выполнения данных задач в большинстве случаев используется цемент общего назначения (строительный, портландцемент). Но присутствуют в продаже и цементы специального назначения, предназначенные для выполнения специфических работ.

Тампонажный

Что это такое, состав, маркировка

Тампонажный цемент является одним из уникальных видов портландцемента с особыми требованиями к минералогическому составу клинкера. В соответствии с названием используется при выполнении тампонажных работ, целью которых является исключение воздействия агрессивных сред и газов на трубы нефтяных и газовых скважин при их бурении, в процессе эксплуатации и при капитальном ремонте.

Использование тампонажного вяжущего вещества позволяет изолировать нефтеносные слои от водоносных и отделить нефтеносные слои друг от друга. Применение цемента создает все необходимые условия для безопасной эксплуатации и продления рабочего периода скважин. Цементный раствор при затвердении образует монолитную «рубашку», которая служит для защиты труб от давления грунтовых вод и сдвижек грунтовых пластов. Материал надежно сцепляется с трубами и со стенками ствола в горной породе. Тампонирование является важной операцией технического процесса бурения, от качества цементирования зависит эффективность эксплуатации скважины, а при бурении — возможность правильно выполнить оценку запасов нефтеносных слоев в месторождении. В традиционном строительстве тампонажный цемента не используется. Исключением является обустройство фундамента на буронабивных сваях, осуществляющееся в сложных геологических условиях.

В состав цемента входит клинкер, количество которого не превышает 80%, гипс в объеме 3-5% и добавки в виде различных минеральных веществ, которые придают смесям заданные свойства. Состав клинкера аналогичен совокупность компонентов в обычном портландцементе, но к первому предъявляются повышенные требования. Для эффективного решения поставленных задач, в частности использования в холодных скважинах, количество трехкальциевого алюмината в составе клинкера должно варьироваться в пределах от 10 до 13%, алита — порядка 50%. Для горячих скважин требуется состав с минимальным содержанием трехкальциевого алюмината.

Производство тампонажного вяжущего осуществляется в соответствии с ГОСтом 1581-96, имеет маркировку ПТЦ (портландцемент). В зависимости от характеристик различают бездобавочный (I), бездобавочный с водоцементным соотношением в 0,44 (I-G) и бездобавочный с соотношением в 0,38 (I-H) цемент, с добавление минеральных компонентов (II) и добавками, регулирующими плотность (III). В соответствии с плотностью теста вяжущее последнего типа разделяют на утяжеленное (Ут) и облегченное (Об). Цементы предназначены для использования при низких и нормальных (15-50 градусов), умеренных (51-100 градусов) и повышенных (101-150 градусов) температурах. По сульфатостойкости выделяют обычный и сульфатостойкий (СС) цемент, нередко выделяют вяжущее высокой сульфатостойкости (СС1) и умеренной (СС2). Стандартная маркировка содержит буквы «ПЦТ» и сведения о типе и уровне сульфатостойкости цемента, его средней плотности, максимально допустимой температуре использования, наличии пластифицирующих или гидрофобизирующих добавок, ПЛ или ГФ соответственно, номер ГОСТа, которому соответствует продукция.

Технические характеристики и особенности

Тампонажному цементу характерны следующие особенности:

• тонкий помол;
• быстрое твердение, одновременно с которым продолжительное время наблюдается подвижность и вязкость смеси;
• способность твердеть в воде, а соответственно, стойкость к воздействию влаги;
• хорошая совместимость с различными по функциональности добавками.

Технические характеристики зависят от состава и типа цемента, производителя, наличия или отсутствия добавок. В результате показатели варьируются в значительных пределах, но возможно представить следующие характеристики:

• прочность определяется на 2-ые сутки после заливки и составляет 27-62 кг/кв.с.м., тестирование составов в возрасте 28 дней не производится;
• прочность на сжатие через 8 часов при твердении при температуре в 38 градусов по Цельсию составляет 2,1 МПа, при температура 60 градусов — 10,3 МПа;
• прочность на изгиб — 0,7-3,5 МПа в зависимости от марки;
• время загустевания до консистенции 30 — более 90 мин.;
• растекаемость непластифицированного теста составляет не менее 200 мм., для пластифицированного — не менее 220 мм.;
• водоотделение не превышает 10 мл.;
• удельная насыпная плотность — 800-1200 кг/куб.м.;
• насыпная поверхность, показатель которой зависит от крупности помола, состава клинкера и перечня добавок, — 250-1500 кг/кв.м.;
• тонкость помола определяет двумя параметрами: остаток массы на сите с сеткой №0,08% не превышает 15% и удельная поверхность — 230-270 кв.м./кг.

Виды

Кроме представленных выше видов тампонажного цемента различают также несколько типов растворов:

• гигроскопический, в качестве добавки для которого используется триэтаноломин, который представляет собой бесцветную жидкость, относящуюся к слабым основаниям;
• песчанистый, к основным компонентам добавляются гипс и кварцевый песок, при этом соотношение составляющих элементов для применения в горячих скважинах не должно превышать 50% и в холодных — быть менее 20%;
• утяжеленный, к клинкерно-гипсовой основе добавляются утяжеляющие добавки, в число которых входят железнорудные минералы: гематит, манетит, шпальт;
• солестойкий, в раствор вводится тонкоизмельченный кварцевый песок, что позволяет создать материал, защищающий трубы от воздействия грунтовых вод с высоким содержанием соли.

Кроме обычного цемента производятся также специальные тампонажные составы, к которым относится сульфатостойкая смесь, стойкая к агрессивным средам.

В сложных геологических условиях, когда велика вероятность гидроразрывов, цементирование скважин осуществляется с применением облегченных растворов. Производятся они посредством ввода в состав добавок, снижающих плотность: алюмосиликатные микросферы, диатомит, зола, трепел и т.д. Плотность легких тампонажных цементов еще ниже, их проще закачивать, материалы обладают высокой адгезией, хорошо сцепляются со старым цементным покрытием труб, заполняют трещины и пустоты. Предназначены для выполнения работ на значительной глубине и осуществления ремонта разрушенных участков монолитной «рубашки». В качестве добавок выступает полые алюмосиликатные микросферы и каолин.

Утяжеленный цемент используется для тампонирования высокотемпературных скважин. Сроки схватывания смесей зависят только от свойств тампонажного цемента, их в малой степени определяет количество утяжеляющей добавки. В растворы обычно вводится пластификатор — ацетально-спиртовый стабилизатор.

Для улучшения качеств растворов возможно использовать и другие добавки:

• Ускоряют время схватывания хлорид кальция и карбонат натрия. В результате возможно получить смесь быстрого схватывания, которая может использоваться при температурах до 65 градусов.
• Существенно сокращает срок затвердевания введение в раствор гипса. Монолит с повышенной прочностью получается через 3-4 часа после закачки смеси.
• Для недопущения застывания раствора в бурах добавляются ингибиторы процесса.
• Повышает подвижность раствора бентонит, что важно при закачке.
• Улучшают вязкость во время продавливания материала составы с включением глины.

Области применения

Основным свойством является высокие показатели прочности с начала затвердения тампонажного цемента, которые и определяют главную сферу применения — тампонирование (цементирование) нефтегазовых скважин, в процессе которого одновременно происходит вытеснение буровой смеси. В строительстве жилых зданий данный вид не применяется. Исключением является установка свай в сложных условиях. Цемент закачивается в отверстие с помощью насосного оборудования. Для обеспечения текучести состава количество воды должно превышать объем сухих компонентов в 2 раза, т.е. пропорции 2 к 1. После затворения значительным количеством воды цемент характеризуется высокой подвижностью, а после затвердения — образует между трубой и стенками скважины прочный, не склонный к усадке монолит. При этом материал крепко и плотно сцеплен и с трубой, и со стенками скважины.

Тампонажный цемент используется для укрепления дна скважин, сокращения глубины скважин, устранения повреждения обсадной колонны. Подбор марки цемента производится с учетом условий применения и глубины скважины. Бурение на болотистом и песчаном грунте или строительство скважин глубже 2000 метров предполагает выбор облегченных видов, рекомендуется к применению марка ПЦТ-III-об-5-100. Важное значение имеет температура в шахте. В условиях высоких температур цементное тесто затвердевает в период от 90 минут до 10 часов. Более значительные температуры способствуют быстрейшему схватыванию цементной смеси. При использовании в холодной скважине или, если цемент применяется при выполнении работ зимой, твердение начинается через 120-180 минут после заливки и может завершиться через 20 часов. Более продолжительный период застывания у солестойкого цемента.

Быстросохнущий

Работе с крупными бетонными конструкциями и необходимость выполнения задачи в короткие сроки требует применения быстротвердеющего цемента. Состав и особенности изготовления стройматериала позволяют достичь необходимой прочности быстрее.

Что из себя представляет, состав

Быстротвердеющий (или быстросохнущий, БТЦ) цемент представляет собой вяжущее вещество, отличающееся повышенной прочностью через 3-е суток твердения. В соответствии с недействующим сегодня ГОСТом 10178-62 к быстротвердеющим материалам относится цемент, который должен набирать до половины марочной прочности в течение 1-2 суток после заливки. Для данного вида цемента производителями подбирается качественное сырье с максимально однородным составом и минимальным содержанием нежелательных примесей.

Главное отличие быстротвердеющего цемента от обычного заключается в повышенном количестве трехкальциевого силиката в составе, который и способствует быстрому набору прочности в период начального твердения. Состоит БТЦ из известнякового клинкера в количестве 60-65%, оксид магния (MgO) — не более 5%, гипса — не более 3,5%, гранулированных шлаков — до 15%, активных минеральных добавок — не более 10%. Допускается замещение минеральных добавок органическими: ферритные и сульфоферритные продукты, кренты — в целях увеличения прочности и ускорения твердения. Доля органических добавок не должна превышать 5% от массы цемента.

Технология производства быстротвердеющего материала

Секрет производства БТЦ заключается в более мелком помоле компонентов. Тонкий помол предполагает быстрый износ оборудования и продолжительное время производства, что отрицательно сказывается на стоимости. Для достижения необходимых показателей схватываемости удельная поверхность помола должна быть не менее 3500-4000 кв.см/г. вместо стандартных 2800-3000 кв.см/г. Уменьшение размеров частиц смеси приводит к увеличению площади взаимодействия с водой, в результате гидратация ускоряется.

При производстве используются вращающиеся печи, беззольное топливо, барабанно-шаровая мельница, вода, сырьевые материалы. При создании БТЦ применяется сырье с высокой однородностью и минимальной долей нежелательных добавок. Предпочтительнее использовать сырье некристаллической структуры, т.к. в нем химическая реакция происходит лучше, чем в материалах кристаллической структуры. В качестве сырья используется известковый камень, нагреваемый при высоких температурах до образования клинкера, который затем мелко измельчается и смешивается с гипсовым камнем. Обжиг помола осуществляется во вращающихся печах, функционирующих на беззольном топливе. После в помол вводится флюорит для ускорения клинкерообразования, полученная смесь остужается. В цемент вводятся активные минеральные добавки и доменные или электротермофосфорные остатки в долях 10 и 15% соответственно. Для избежания лишних выбросов и правильного увеличения прочности в состав добавляется 5-10% трепела.

Виды

По скорости твердения различают два вида цемента:

Особобыстротвердеющий (ОБТЦ), главным отличием которого является минимальное количество присадок. Клинкер измельчается до удельной поверхности в 4000 кв.см/г. Допускается добавление алита (68%) и целита (8%). Плотность бетона через 24 часа после заливки составляет 30 МПа, через 3-е суток — 40-45 МПа.

Сверхбыстротвердеющий (СБТЦ), состав его стандартизирован, в нем присутствуют галогеносодержащие вещества, что приводит к увеличению алюминатов. Тонкость помола составляет 8000-9000 кв.см/г. Данный вид применяется при возведении несущих конструкций. Сохнет быстрее ОБТЦ, за сутки набирает до 70% нормативной марочной прочности. Необходимую для демонтажа опалубки плотность в 10 МПа раствор набирает в течение 2-4 часов после заливки. На скорость твердения также влияют температура и влажность окружающей среды.

Маркировка выглядит следующим образом — XXX 000 Y0 Z, где:

• XXX — обозначение типа: портландцемент (ПЦ), шлакопортландцемент (ШПЦ), глиноземистый цемент (ГЦ) и другие;
• 000 — марка, демонстрирующая максимально допустимую нагрузку в кг/кв.см., наиболее востребованы М400 и 500;
• Y0 — процентное соотношение добавок к общей массе цемента;
• Z — быстросохнущий цемент обозначается буквой «Б».

Отдельные виды возможно выделить в соответствии с торговой маркой, под которой выпущен стройматериал. Одна из ведущих компаний LafargeHolcim предлагает ШПЦ М400 Д5 Б, при изготовлении которого применяется шлакопортландцемент. ЮНИС выпускает доступный ПЦБ 2-400-Д0. Dauer Zement производит ЦЕМ II/А-Ш 42,5Б с быстрым схватыванием. Михайловцемент поставляет на рынок ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б.

Достоинства и недостатки, применение

Быстрое твердение цемента наиболее актуально при выполнении монолитного строительства. При возведении высотных жилых домов и других подобных сооружений на первый план выходит скорость. Использование БЦТ нивелирует ограничения, которые могут вызывать простои в работе. Не делая перерывов в работе мастера оперативно приступают к следующим этапам строительства. Применяется БТЦ при строительстве сооружений, требующих не только ускоренного твердения, но и повышенной прочности, где опалубка должна удаляться как можно раньше.

Растворы на основе БТЦ возможно использовать для кирпичной кладки. Необходимость применения объясняется сроками выполнения работ, наступлением холодов. Команда на начало строительства может быть дана слишком поздно, поэтому приходится использовать БТЦ. Ограничений по применению не имеется, т.к. характеристики БТЦ аналогичны обычным строительным смесям. Поэтому быстротвердеющий цемент используется при реконструкции различных зданий, подходит для заполнения трещин и пустот, гидроизоляции и герметизации швов, зазоров и отверстий. Нередко БТЦ применяется при ремонте цоколей и фундаментов зданий. Используется материал для крепления к бетонным поверхностям всевозможных деталей, например, анкеров.

Хорошо зарекомендовал себя цемент при возведении трасс, производстве бетонных панелей и плит, ограждений и бордюров, электрических столбов. Нередко используется для бетонирования в холодную погоду, т.к. обильное тепловыделение в процессе гидратации защищает бетон от воздействия низких температур. Может использоваться БТЦ при кладке печей, изготовления интерьерных украшений. Но быстротвердеющему цементу не по силам вытеснить с рынка традиционные виды, т.к. он не лишен некоторых недостатков:

• производство цемента требует наличия современного оснащения и высококачественного сырья;
• получаемый бетонный раствор требователен в соблюдения правил заливки.

Сроки высыхания и твердения быстрого цементного состава

Сроки высыхания и твердения зависят от состава смеси и внешних условий — уровень влажности и температура окружающей среды. Минимальный срок набора начальной прочности составляет порядка 3-х часов, в течение которых происходит процесс схватывания. Для схватывания при температуре окружающей среды в +20 градусов по Цельсию достаточно 1-го часа, при 0 градусов — потребуется порядка 20 часов. Процесс схватывания начинается в растворах через 7-10 минут после заливки. Для твердения цементу необходимо 2-3 суток, но показатель может варьироваться в зависимости от типа вяжущего и нормативных показателей. Для ускорения твердения возможно использовать гидротепловую обработку, длительность которой занимает 12-13 часов, температуре 80 градусов.

Производители

В ассортименте крупных производителей, например, LafargeHolcim, возможно найти цементы общего и специального назначения. Тампонажные цементы данной торговой марки положительно зарекомендовали себя благодаря стабильно высокому качеству, быстротвердеющие строительные материалы отличает стабильность характеристик, ранняя прочность и надежность созревания монолита, они обеспечивают повышение производительности. Крупным производителем тампонажного цемента является компания SLK Cement, которая предлагает несколько разновидностей материала. Топкинский цемент и Красноярский цемент, входящие в холдинг Сибирский цемент, Спасскцемент и другие предприятия предлагают различные виды тампонажного материала. БТЦ присутствует в ассортименте многих компаний, в частности, ЮНИС и Михайлоцемент.

Где купить

На продаже цементов различных видов, в том числе, тампонажного и быстротвердеющего, специализируются компании, представленные в отдельном разделе нашего сайта.