Глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы

Глиноземистый цемент (ГЗЦ) — быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое при тонком помоле продуктов спекания или плавле­ния сырьевой смеси, состоящей из боксита и извести (извест­няка). ГЗЦ состоит в основном из низкоос­новных алюминатов кальция, иногда в пего вводят до 20—30 % кислого доменного гранулированного шлака. При этом снижа­ется стоимость цемента, уменьшаются усадка и тепловыделение при твердении.

Химический состав различных глиноземистых цементов ко­леблется в широких пределах (массовые доли, %); А1₂О₃ — 30 – 50; СаО — 35 – 45; SiO₂ — 5 – 15; Fе₂Оз —5 – 15; ТiO₂ — 1,5 – 2,5; МgО — 0,5 – 1,5; SО₃ – 0 – 1,25; К₂О — 0 – 0,4; Na₂О — 0 – 0,6. Химический состав зависит от состава сырья и способа производства. При получении ГЗЦ способом плавки в доменной печи в восстановительной атмосфере железо содержится в небольшом количестве в виде FеО и металличе­ского железа, а в цементе, получаемом спеканием в окислитель­ной среде, содержится до 16 – 30 % оксидов железа, при этом преобладает Fе₂О_3.

В зависимости от химического состава шихты при полной кристаллизации клинкерного расплава глиноземистого цемента образуются следующие минералы: СаО ∙ А1₂О₃; 12СаО 7А1₂О₃; СаО 2А1₂О₃; 2СаО А1₂О₃ SiO₂; β-2СаО SiO₂.

Высокоглиноземистый цемент — цемент, в котором содержа­ние А1₂О₃ > 72 % и главный минерал СаО 2А1₂О₃.

Отсутствие свободного гидроксида кальция предохраняет ГЗЦ от сульфатной коррозии. Его получают большей частью из шлаков доменного процесса, проходящего в восстановительной среде. Поэтому он не вступает в реакции окисления – восстановления с H₂S.

Применение ГЗЦ для цементирования скважин ограничено отрицательным действием на него высокой температуры. Он может применяться только в «холодных» скважинах, где статическая температура на забое не превышает 20 – 25⁰ С. При более высоких температурах значительно ускоряются процессы перекристаллизации гилдроалюминатов и прочность камня резко снижается. Это – единственный из всех других ТМ стойкий против H₂S-содержащих пластовых вод и газов.

Прибавляя к ГЗЦ 25 – 30 % сульфата кальция в виде гипса или ангидрита, получают гипсоглиноземистый цемент ГГЗЦ. В основе процесса его затвердевания лежит образование эттрингита:

3СаО Al₂O₃ 6H₂O + 3 (CaSO₄ 2H₂O) + 19H₂O = 3CaO Al₂O₃ 3CaSO₄ 31H₂O

ЦК из ГГЗЦ устойчив при температуре до 60⁰ С и в сульфатных средах, но не устойчив при действии H₂S и солей магния.

Карбонатный цемент

Экспериментально была установлена высокая стойкость в сульфатсодержащих минерализованных пластовых водах кислотно-растворимого карбонатного цемента, содержащего 40 — 45 % из­мельченного карбоната кальция. Этот цемент применяется в тех случаях, когда нужно поставить временный мост или удалить часть цементного стакана. При обработке соляной кислотой этот цемент быстро растворяется.

Благоприятное действие карбоната кальция па стойкость портландцемента может быть объяснено реакцией карбоната с алюмосодержащими минералами клинкера. При этом обра­зуется карбоалюминат кальция — ЗСаО А1₂О₃ СаСО₃ 11Н₂О. Таким образом, алюминатная составляющая цементного камня оказывается химически связанной до вступления его в контакт с сульфатами внешней среды.