2. Тампонажный портландцемент

Портландцемент часто называется просто цементом – это важнейшее минеральное вяжущее вещество. Портландцемент – основа многих видов тампонажных материалов. Он служит базовым материалом для большинства модифицированных специальных тампонажных цементов, в то же время он может и без модификации применяться в широком диапазоне условий цементирования скважин.

Полртландцемент – порошкообразный материал, содержащий искусственные минералы, большинство которых в природе не встречаются или встречаются крайне редко. Эти минералы обладают высокой химической активностью и способны взаимодействовать с водой.

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом и другими специальными добавками.

Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка, глины, кремнезема.

Гипс вводится с целью регулирования, скорости схватывания и некоторых других свойств. Клинкерный порошок без гипса при смешивании с водой быстро схватывается и затвердевает в цементный камень с пониженными прочностными свойствами.

Согласно ГОСТ 1581-96 в портландцемент разрешается вводить при помоле до 15 % активных минеральных добавок. При этом, название, цемента не меняется.

Свойства портландцемента определяются, прежде всего, качеством клинкера.

Историческая справка. Считается, что портландцемент был изобретен в Англии каменщиком Джозефом Аспдином, который получил патент в 1824г. на изготовление вяжущего вещества из смеси извести с глиной обжигом ее до полного удаления углекислоты. Это вяжущее он назвал портландцементом. Однако в России, портландцемент был получен несколько ранее, в 1817г. начальником военно-рабочей команды Е. Г. Челиевым. В 1825г. им была: издана книга о получении вяжущего вещества, аналогичного по составу применяемому ныне портландцементу.

3. Клинкер и его химический состав

Портландцементный клинкер обычно получают в виде спекшихся мелких и более крупных гранул и кусков размером до 10-20 или до 50-60 мм в зависимости^: от типа печи.

По микроструктуре клинкер, получаемый спеканием, представляет собой сложную тонкозернистую смесь кристаллических фаз и небольшого количества стекловидной фазы.

Химический состав клинкера колеблется в широких пределах. Главными окислами цементного клинкера является окись кальция CaO, двуокись кремния SiО₂, окись алюминия Аl₂O₃ и окись железа Fe₂O₃, суммарное содержание которых достигает обычно 95-97%. Кроме них имеются примеси окиси магния MgО, серный ангидрит SO₃, двуокись титана ТiО₂, окись хрома Сг₂O₃ окись марганца Мn₂O₃, щелочи Na₂O и K₂O,. фосфорный ангидрит P₂O₅ и др.

Ориентировочно химический состав портландцемента выглядит следующим образом:

CaO 63-66% MgО 0,5-5%

SiО₂ 21-24% SO₃ 0,3-1%

Аl₂O₃ 4-8% Na₂O и K₂O 0,4-1%

Fe₂O₃ 2-4% ТiО₂ и Сг₂O₃ 0,2-0,5%

P₂O₅ 0,1-0,3%

Повышенное содержание окиси кальция обуславливает обычно повышенную скорость твердения портландцемента, его высокую прочность, несколько пониженную коррозионную стойкость.

Цемент с повышенным содержанием кремнезема в составе клинкера характеризуются пониженной скоростью твердения в начальные сроки при достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки; они отличаются повышенной коррозионной стойкостью.

При повышенном количестве Аl₂O₃ цементы приобретают способность к ускоренному твердению.

Соединения окиси железа способствуют снижению температуры спекания клинкера. Цементы, богатые окисью железа, при низком содержании глинозема ведут себя аналогично высоко кремнеземистым, относительно медленно схватываясь и твердея в начальные сроки, они в дальнейшем достигают высокой прочности.

Повышенное содержание в клинкере окиси магния, вызывает неравномерность изменение объема, цемента при твердении. Содержание MgO не должно превышать 5 %.

Серный ангидрид SO₃ необходим для регулирования сроков схватывания. Содержание его должно быть 1,5 - 3,5 %. Более высокое содержание может вызвать также неравномерное изменение объема.

Двуокись титана входит в клинкер с глинистым компонентом сырьевой смеси в количестве 0,1 - 0,5 %. При таком содержании она способствует лучшей кристаллизации клинкерных минералов. При содержании ТiО₂ 2 - 4 %, она, замещая часть кремнезема, способствует повышению прочности камня, а сверх этого снижает прочность.

Фосфорный ангидрид и окись хрома в небольшом количестве оказывают легирующее действие, увеличивая интенсивность твердения в первые сроки и повышая его конечную прочность. При повышенном содержании 1 - 2 % оказывает обратное действие.

Щелочи, при их содержании больше 1 % вызывают непостоянство сроков схватывания цемента, приводят к опасным, деформациям.

Количество окиси марганца в клинкере обычно не превышает 1 - 2 % и существенно не влияет на физико-механические свойства цемента.