Тампонажный цемент: характеристики и применение

В состав тампонажного цемента входит измельченная основа клинкера с гипсом. Применяют и компоненты, которые воздействуют на определенные свойства материала. На рынке представлены различные подвиды раствора для нефтяных и газовых скважин:

1. Песчанистые. В состав смеси входит кварцевый песок с гипсом. Соотношение компонентов для «холодных» скважин — 20%. Для «горячих» — 50%.
2. Гигроскопический с добавкой триэтаноламина.
3. Солестойкий. Применяется в местах с высокой концентрацией солей в грунтовых водах. Кварцевый песок, входящий в состав цементного раствора, предупреждает появление коррозии.
4. Утяжеленный. При производстве перемешивают клинкер и утяжеляющие добавки: железную руду в форме магнетитов, гематитов, шпальтов.

В горячей скважине цемент затвердевает быстрее, характеризуется повышенной прочностью благодаря низкому проценту СзА.

По химико-минералогическому составу тампонажный цемент схож с портландцементом. Но минералогическая клинкерная основа на разных производствах отличается. Клинкеры для холодных скважин обладают следующими характеристиками:

1. Высоким содержанием трехкальциевого силиката (57-60%) при низкой концентрации СзА (4-7%). Тонко измельченный клинкер обеспечивает высокую активность цемента на стадии отвердевания и необходимую скорость схватывания.
2. Повышенным содержанием трехкальциевого алюмината (12-13%). Это способствует быстрое схватывание и затвердевание состава.

Тампонажный цемент, затворенный водой на 50%, дает подвижную пульпу, которую накачивают насосами в скважины. Нужно, чтобы твердый камень из портландцемента обладал высокой начальной прочностью. Чтобы регулировать сроки застывания, в состав включают гипс. Его дозировку подбирают исходя из компонентов клинкерной основы и степени помола.

Тампонажный портландцемент обладает рядом особенностей:

• водостойкость — возможность застывания под водой;
• сочетание с различными наполнителями;
• быстрое затвердевание.

Вне зависимости от условий окружающей среды он сохраняет свою целостность и прочность длительное время.

Особенности тампонажного цемента

Раствор для тампонажных работ приготавливают из цемента со специфическими свойствами. Материал:

• имеет тонкий помол;
• затвердевает в короткие сроки, при этом смесь цемента с водой долго сохраняет текучесть, что позволяет ее свободно закачивать;
• схватывается и затвердевает, несмотря на контакт с водой;
• совместим с разнообразными добавками.

Монолитная конструкция, выполненная из тампонажного раствора, на протяжении многих лет сохраняет целостность и не теряет прочности благодаря устойчивости к влиянию окружающих сред, в том числе агрессивных.

Технические характеристики

Тампонажный цемент характеризуется следующими техническими параметрами:

• Быстрым периодом загустения цементного раствора – не более 90 ед. консистенции;
• Расслоением затвердевшей массы либо водоотделением: для холодной — в пределах 3,5%, для горячей — около 4%;
• Малым объемом растекаемости раствора – максимум 0,4 см;
• Началом затвердевания – не более 120 минут (после затворения);
• Окончанием затвердевания – для холодного материала – не более 18 часов и для горячего — не более 8 часов (после затворения).

Помимо этого, нормируется также тонкость измельчения клинкера и лимит прочности на изломе макета из затвердевшей смеси.

Маркировка и ее расшифровка

Каждый вид тампонажного цемента обладает собственным номенклатурным наименованием, которое соответствует свойствам.

Маркировка тампонажа состоит из 5 обозначений:

1. ПЦТ — тампонажный портландцемент.
2. Тип вяжущего и пометка об облегченном или утяжеленном составе.
3. Третье числовое значение соответствует уровню прочности изделия. Этот показатель определяется изготовителем.
4. Следующее число определяет уровень температур и состояние цементного теста. Например, 150-ПЛ — для работы с повышенными температурами. Пластифицированное тесто.
5. Последняя пометка — нормативный акт, которому соответствует произведенный продукт.

Как классифицируется цемент общестроительный по ГОСТ 31108 2003

Цементные смеси классифицируются по различным критериям:

• входящим в состав ингредиентам;
• концентрации портландцементного клинкера;
• способности воспринимать сжимающие нагрузки;
• интенсивности набора твердости.

Серая мелкая смесь – это и есть цемент. Если его смешать с водой, то масса со временем станет, как камень

Цемент общестроительный по ГОСТ 31108 2003 в зависимости от применяемых ингредиентов делится на следующие виды:

• портландцемент, маркируемый ЦЕМ 1. Его основу составляет портландцементный клинкер, концентрация которого составляет не менее 95%. Могут также вводиться вспомогательные компоненты, концентрация которых не превышает 5% от общей массы;
• портландцемент со специальными добавками минерального происхождения, обозначаемый ЦЕМ 2. В качестве клинкерных добавок используются шлаки, пуццолана, кремнезем, зола-уноса, известняк, сланцы, содержание которых составляет 6–35%;
• шлакопортландцемент ЦЕМ 3. Базовым компонентом цементного состава является клинкер в количестве 35–64%, смешанный с 36–65% гранулированного шлака доменного происхождения. Вводятся также вспомогательные ингредиенты, содержание которых составляет до 5%;
• пуццолановый состав марки ЦЕМ 4. Смесь включает клинкерный наполнитель в количестве 65–79%, а также пуццолану – алюмосиликатный материал. Он перемешан с кремнеземом, сланцами и золой. При этом содержание дополнительных компонентов не превышает 35%;
• композиционная смесь с обозначением ЦЕМ 5. Содержит 40–78% портландцементного клинкера, 5% дополнительных ингредиентов, 11–30% шлака в гранулированном виде, а также 11–30% пуццоланового наполнителя, перемешанного с золой.

В зависимости от концентрации клинкера и специальных добавок классификация предусматривает также разделение цементных составов на типы А и Б.

Смеси разделяются на виды по прочности на сжатие и делятся на подклассы:

• нормальнотвердеющие, обозначаемые буквой Н;
• быстротвердеющие, маркируемые индексом Б.

В таблицах нормативного документа представлена расширенная информация, позволяющая правильно подобрать состав цементной смеси.

На данный момент изготавливается много разновидностей вяжущего материала

1 Характеристики

5.1.1 Вещественный состав
цементов всех типов должен соответствовать значениям, указанным в таблице 1.

5.1.2
Требования к физико-механическим показателям, характеризующим
тампонажно-технические свойства цемента типов I-III, приведены в таблицах 2 и 3, а цемента типов I-G и I-H — в таблице 4.

5.1.3 Требования к
химическим параметрам цементов приведены в таблице 5.

Таблица 1 В
процентах

Специальная добавка — облегчающая (в том
числе природная пуццолановая) или утяжеляющая

Изготовитель гарантирует соответствие цемента всем требованиям настоящего стандарта при соблюдении правил его транспортирования и хранения в упакованном виде в течение 60 сут после отгрузки, а при поставке без упаковки — на момент получения цемента потребителем, но не более 60 сут после отгрузки.

[1] API Specification 10A США Технические условия на цементы и материалы для цементирования скважин

ГОСТ Р 52488-2005

Средства для стирки. Общие технические условия

ГОСТ Р 51697-2000

Товары бытовой химии в аэрозольной упаковке. Общие технические условия

ГОСТ Р 51696-2000

Товары бытовой химии. Общие технические требования

ГОСТ Р 51023-97

Товары бытовой химии. Методы определения фосфорсодержащих соединений

ГОСТ Р 51022-97

Товары бытовой химии. Методы определения анионного поверхностно-активного вещества

ГОСТ Р 51021-97

Товары бытовой химии. Метод определения смываемости с посуды

ГОСТ Р 51020-97

Товары бытовой химии. Метод определения нерастворимого в воде остатка (абразива)

1 Цемент — технология производства, классификация

Цементом — это искусственное пылеобразное вещество, при контакте в содой и другими жидкостями образовывающее пластичную, со временем затвердевающую массу, которая называется цементным камнем. Основными сырьевыми компонентами порталндцемента являются гипс и клинкер (порошок из спекшейся смеси глины и известняка), также в состав добавляются активные минеральные добавки (бокситы, пески, пириты, трепелы), посредством которых снижается итоговая стоимость материала и улучшаются его некоторые эксплуатационные качества.

Для производства портландцемента используются специальные вращающиеся печи, температура в которых на стадии обжига достигает 1500 градусов. Обжиг клинкера — это сложный химический процесс, что обуславливает необходимость разделения печи на 5 отличающихся по функциональности отсеков:

1. Зона подогрева (температура до 650 градусов) — из материала выгорают неустойчивые органические вещества, содержащиеся в глине силикаты распадаются на оскиды, что приводит к ее разложению.
2. Зона декарбонизации (температура до 1200 0 ) — содержащейся в клинкере известняк декарбонизируется и начинается синтез новых соединений между известью и глиной.
3. Зона экзотермических реакций (температура до 1350 0 ) — полностью завершается образование новых соединений и стадия твердофазового спекания подходит к концу.
4. Зона спекания (температура до 1480 0 ) — материал частично плавится, что приводит к переходу клинкерных минералов в новый минерал — алит.
5. Зона охлаждения (температура понижается до 1000 0 ) — происходит кристаллизация расплава и его разделение на чистые клинкерные минералы (идущие на цемент) и стекло, которое впоследствии удаляется.

Классификация цемента выполняется по нескольким факторам, одним из которых является разделение в зависимости от добавок, содержащихся в составе материала. По данному параметру выделяют следующие марки цементы:

• ПЦ — портландцемент стандартный;
• СС — сульфатостойкий портландцемент, предназначенный для применения в агрессивных средах;
• БЦ — белый цемент, в состав которого добавлен красящий пигмент, применение — отделочные работы;
• ШПЦ — шлакопортландцемент, содержащий в составе до 20% доменного шлака, за счет чего достигается удешевление материала;
• ВРЦ — гидростойкий цемент быстрого отвердевания, способный набирать прочности в течении 10-15 минут (в том числе в воде);
• ПЛ — пластифицированный цемент, содержащий в составе противоморозные добавки которые не дают влаге замерзать на морозе, что позволяет выполнять бетонирование в зимнее время.

Технология производства цемента

Также классификация цемента осуществляется исходя из скорости его отвердевания, согласно которой материал делится на 5 групп:

• ЦЕМ 1 — цемент без добавок с минимальной продолжительностью набора прочности, которая на вторые сутки составляет 50% от проектной, содержание минеральных примесей менее 5%;
• ЦЕМ 2 — цемент с добавками, содержание примесей 6-35%, чем больше добавок — тем продолжительнее набор прочности, в зависимости от типа добавок может иметь подвид П (пуццолан) либо Ш (гранулированные шлакопримеси);
• ЦЕМ 3 — шлакопортландцемент с большим количеством добавок, в составе содержит от 35 до 60% гранулированного шлака, имеет нормальную скорость отвердевания;
• ЦЕМ 4 — нормальнотвердеющий цемент пуццуланового типа, содержит в составе 21-35% кремнезема и золы;
• ЦЕМ 5 — композиционные смеси, в состав которых входит как шлак (11-25%), так и зола (до 20%), скорость твердения стандартная.

Под стандартной скоростью твердения подразумевается период в 28 дней, необходимый материалу на набор проектной прочности после бетонирования.

1.1 Как выбирать цемент правильно? (видео)

Какие бывают марки цементов, их характеристики и расшифровка

Одним из важнейших показателей, характеризующих качество цемента, является его прочность на сжатие. Данный параметр определяется в ходе лабораторных испытаний, по результатам которых материал разделяется на марки, имеющие числовые обозначения от 100 до 800 и обозначающие степень сжатия в БАР или МПа.

Для обозначения марки цемента по прочности используется аббревиатура ПЦ или М. К примеру, маркировка в виде М400, нанесенная на упаковку, обозначает, что он способен выдержать давление до 400 кг/см3. Кроме того, на ней может содержаться информация о наличии добавок в общей массе вещества, обозначаемая буквой Д и их количеством в процентах.

Фото различных марок цемента в бумажных мешках

Для их маркировки используются специальные буквенные обозначения:

• Б, указывающая на скорость застывания материала;
• ПЛ, свидетельствующая о наличии пластифицирующих добавок;
• СС, подтверждающая наличие сульфатостойких характеристик;
• Н, используемая для обозначения нормированного цемента, производимого на основе клинкера.

До недавнего времени в строительстве активно использовались цементы различных марок, включая самый «слабый» вариант с показателем прочности М100, однако в настоящее время эта разновидность снята с производства.

Аналогичная «участь» постигла и цементы марок 150 и 200, которые из-за своей недостаточно высокой прочности перестали использоваться в строительном производстве, «уступив место» качественным, прогрессивным материалам более высоких марок.

На данный момент самыми хоршими, востребованными и популярными являются цементы марок 400 и 500, максимально соответствующие запросам и требованиям современного строительного производства. От марки цемента, используемого для приготовления бетонной смеси, напрямую зависит и марка получаемого в итоге строительного раствора.

При этом данная зависимость будет выглядеть следующим образом:

Сферой применения марки М400-Д0 является изготовление сборных конструкций из бетона и железобетона, в создании которых используется метод термовлажностной обработки. Цемент марки М400 Д20 также находит широкое применение в различных отраслях промышленности, включая производство фундаментов, плит перекрытия и изготовление бетонных и железобетонных изделий различной сложности. Имеет хорошую морозостойкость и водостойкость.

Вышеуказанным параметрам и технико-физическим нормам максимально соответствует марка М500 Д20, используемая в строительстве жилья, а также создании промышленных и сельскохозяйственных объектов. Цемент этой марки также используется в работах кладочного, штукатурного и отделочного характера.

Отличительной характеристикой цемента марки М500 Д0 является высокая прочность, сочетающаяся с повышенной морозо- и водостойкостью, что делает этот материал незаменимым при проведении работ повышенной сложности, с высокими требованиями к качеству строительства.

Цементы более высоких марок, таких, как М600, М700 и выше в свободной продаже встречаются достаточно редко. Основной областью их применения является военная промышленность, где эти составы, обладающие максимально высокой степенью крепости, используются для создания укрепительных и специализированных сооружений.

Соответствие старой и новой маркировки цемента

Точного соответствия быть не может, так как новый стандарт дает более полную расшифровку состава. Сопоставить можно только по прочности и общему числу добавок.

Если сравнивать по количеству добавок, то видим следующую картину.

• Те марки ПЦ, которые имеют нулевое количество добавок (Д0) или их не более 5%, соответствуют новой марке цемента — ЦЕМ I. То есть, ПЦ400 Д0 до Д5 и ПЦ500 Д0-Д5 обе будут маркироваться ЦЕМ I. Вот только дальше будет стоять различная цифра, которая обозначает класс прочности на сжатие.
• Весь портландцемент, произведенный по старому нормативу с количеством добавок больше 5% будет относиться ко второму типу по новой маркировке. То есть, ПЦ 400 Д10 или ПЦ 500 Д20 равнозначно ЦЕМ II. Так как по старому ГОСТу количество добавок не более 20%, то все марки будут относиться к подтипу А.
• Шлакопортланд цемент ШПЦ по-новому обозначается как ЦЕМ III.

Новая маркировка цемента: расшифровка и возможные значения

С соответствием типов бетона по старой и новой маркировке разобрались. Во всяком случае, с наиболее популярными марками. А соответствия старых марок и новых по прочности такие:

• М300 соответствует 22,5 Н;
• М400 — 32,5 Н;
• М500 — 42,5 Н;
• М600 — 52,5 Н.

Теперь все понятно даже с новыми обозначениями

Теперь можно привести точное соответствие старых и новых марок цемента на примерах:

• ПЦ400 Д5 — ЦЕМ I 32,5
• ПЦ400 Д15 — ЦЕМ II/А-Ш 32.5
• ПЦ500 Д0 — ЦЕМ I 42,5
• ПЦ500 Д20 — ЦЕМ I/А-Ш 42.5
• ШПЦ 300 — ЦЕМ III 22,5

Не так и сложно. В новых марках указан более точный состав и количество добавок, которые влияют на характеристики. Может быть также указана скорость твердения. В общем, если знать расшифровку, удобнее подбирать нужную марку.