Лекция № 17. Базовые тампонажные материалы (тампонажный портландцемент, активные и инертные добавки) Тампонажный портландцемент (тц)

Тампонажный портландцемент представляет собой разно­видность силикатного цемента. Это продукт, состоящий из сме­си измельченных материалов заданного минерализованного со­става. Основная часть портландцемента — клинкер, который получается обжигом специальной смеси известняка и глины (мергеля) до спекания (температура примерно 1450°С) входя­щих в ее состав компонентов. Известь (мел, известняк) при обжиге дает оксид кальция, глина является источником крем­незема (SiO₂), глинозема (А1₂О₃) и оксида железа (Fе₂О₃).

При помоле к клинкеру добавляют 3—6% гипса для регу­лирования структурообразования цементного раствора и повы­шения начальной прочности цементного камня. Вводят также 10—15% минеральных добавок — шлака, трепела, опоки, из­вестняка, песка и др. Они способствуют улучшению некоторых свойств раствора и камня и обеспечивают экономию дорого­стоящего клинкера.

Тампонажный портландцемент (клинкер) состоит из оксидов, основные из которых следующие (в %):

Оксид кальция (СаО) – 60 – 66 %; Кремнезем (SiO₂) – 18 – 25 %; Глинозем (А1₂О) – 4 – 8 %; Оксид железа (Fе₂О₃) – 0.5 – 5.0 %

В зависимости от содержания указанных оксидов сущест­венно изменяются свойства тампонажного раствора и камня.

Активные свойства тампонажного портландцемента (ТЦ) опреде­ляются в основном химически связанным оксидом кальция (СаО) с кремнеземом, глиноземом и оксидом железа.

Кремнезем способствует образованию силикатов кальция и алюминия, придает цементу гидравлические свойства, т. е. спо­собность затвердевать и длительное время работать в водной среде. Увеличение оксида железа в цементе приводит к замед­лению процесса схватывания тампонажных растворов и сни­жает раннюю прочность цементного камня.

В качестве примесей в портландцементе содержатся еще некоторые оксиды (в %): MgO, K₂O+Na₂O, SO₃, TiO₂, P₂O₅, MnO (0.1 – 0.5 %).

Оксид магния (МgО) в избыточных количествах (более 4,5 %) вызывает увеличение объема и разрушение твердеющего цементного камня; это объясняется тем, что МgО, находясь в химически не связанном состоянии и клинкере, медленно гидратируется (вступает во взаимодействие с водой) в то время, когда раствор уже затвердел.

Диоксид титана TiO₂ в количестве 4—5% при соответ­ствующем уменьшении содержания кремнезема (SiO₂) повы­шает прочность камня из этого цемента.

Закись марганца МпО в количестве до 4 % и фосфорный ан­гидрид (Р₂О₅) до 1—2% не оказывают вредного действия на свойства раствора и камня, но Р₂О₅ способствует замедлению сроков схватывания при нормальных условиях.

Содержание натриевой и калиевой щелочей в количестве более 0,3—0,4 % нежелательно, так как приводит к резким ко­лебаниям процессов схватывания раствора.

Добавки, вводимые при помоле цемента.

Сульфат кальция в виде природного гипсового камня СаSО₄ • 2Н₂О вводится в состав ТЦ на стадии по­мола с целью регулирования скорости схватывания. При температурах, соответствующих поверхности земли, цемент, не содер­жащий добавки гипса, при низких водоцементных отношениях (ниже 0,35) схватывается практически мгновенно. Для водоце­ментных пульп (цементных растворов) с водоцементным отношением более 0,40 гипс является ускорителем схватывания. Дей­ствие гипса как ускорителя, особенно проявляется при понижен­ных температурах. При температурах выше 100—120 °С его влияние на скорость схватывания уменьшается.

В процессе помола в результате повышения температуры, и особенно при помоле недостаточно охлажденного клинкера, двуводный сульфат кальция, содержащийся в гипсовом камне, пе­реходит в полугидрат (полуводный гипс) — СаSО₄ 0.5 Н₂О, влияние которого на свойства цементных растворов проявля­ется сильнее. Присутствие полуводного гипса может быть при­чиной «ложного схватывания» — явления преждевременного загустевания, которое исчезает при интенсивном перемешивании, но может вызвать значительный рост сопротивлений при про­качивании. Цемент, характеризующийся «ложным схватыва­нием», следует оставить для более длительного хранения, в ре­зультате которого это явление обычно исчезает.

Содержание гипса в ПЦ составляет обычно 3— 6 %. Общее содержание сульфатов в ПЦ в расчете на SO₃ должно быть не менее 1.5 и не более 3.5 % по массе.

Добавка гипса влияет также на прочность цементного камня. Оптимальная по величине добавка повышает прочность камня, добавка выше оптимальной — снижает. Оптимальная добавка зависит от минералогического состава клинкера, главным обра­зом от содержания трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита.