73. Цементные растворы с кремнеземистыми облегчающими добавками.

Недостаток пуццолановых цементов (вяжущего вещества для строительных растворов и бетонов) - их высокая водопотребность. Это было причиной использования их для приготовления тампонажных цементных растворов пониженной плотности. Из пуццолановых добавок наибольшей водопотребностью обладают диатомиты и подобные им материалы. Они широко применя­ются в тампонажных растворах пониженной плотности. Диатомиты представляют собой осадочные породы, состоя­щие из панцирей микроскопических диатомитовых водорослей. В 1 см³ диатомита может содержаться до 30 миллионов панци­рей (киссатибский диатомит). Вследствие этого диатомитовый порошок имеет большую удельную поверхность, что делает воз­можным введение в диатомито-цементный раствор большого количества воды без потери седиментационной устойчивости системы. Преимущество диатомита по сравнению с бентонитом заклю­чается в том, что диатомит состоит исключительно из активного микрокристаллического кремнезема, который связывает гидроксид кальция, выделяющийся при гидролизе минералов порт­ландцемента, с образованием гидросиликата. При длительных сро­ках твердения получается более прочный камень, чем на основе гельцемента, за счет образования дополнительного количества связующего вещества. С повышением температуры реакция значительно ускоряется, и цементный камень быстро набирает прочность. Помимо диатомита в качестве облегчающих добавок приме­няются и другие кремнеземистые породы осадочного происхож­дения - трепелы и опоки, а также промышленные отходы, пред­ставляющие собой тонкодисперсный кремнезем, например силикагель. Водопотребность кремнеземистых облегчающих добавок ниже, чем у высококачественных бентонитов, и для получения растворов равной плотности приходится вводить значительно большее количество этих добавок, чем бентонита.

74. Глиноземистые цементы состав, свойства и получение).

Глиноземистый цемент – быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое при тонком помоле продуктов спекания или плавле­ния сырьевой смеси, состоящей из боксита и извести (извест­няка). Глиноземистый цемент состоит в основном из низкоосновных алюминатов кальция, иногда в него 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; Fe₂O₃ – 5-15; TiO₂ – 1,5-2,5; MgO – 0,5-1,5; SO₃ – 0-1,25; KaO – 0-0,4; Na₂O – 0-0,6.

Высокая прочность глиноземистого цемента обеспечивается соединением СаО-А1₂0₃, которое очень быстро гидратируется. Соединение 12СаО-7А1₂О₃ также дает камень значительной прочности. Основные свойства глиноземистого цемента определяют ми­нералы— алюминаты. Существуют два способа производства глиноземистого це­мента: спекания и плавления. При обжиге до спекания можно использовать вращающиеся и шахтные печи, а также спека-тельные решетки. Тщательно измельченная и хорошо переме­шанная смесь боксита и известняка обжигается до спекания при температуре 1150—1250°С. Полученный продукт подвергается помолу в шаровых мельницах. Можно применять как сухой, так и мокрый способ производства. При обжиге в шахтных печах шихту надо брикетировать.Для получения глиноземистого цемента способом спекания требуются более чистые бокситы с неболь­шим количеством SiO2 (до 8%) и Ре2Оз (до 10%). Высокие требования к качеству сырья препятствуют распространению способа спекания, несмотря на меньший расход топлива и бо­лее легкую размалываемость клинкера.

Более распространен способ производства глиноземистого цемента плавлением. В состав шихты кроме боксита и извести входят кокс и металлическая стружка. Кокс способствует восстановлению SiO2 до кремния. В дальней­шем в процессе электроплавки кремний образует ферросилиций, который легко отделяется вследствие различной плотности и периодически выпускают через летки в изложницы. Электроплавка дает возможность получать из низкосортных бокситов качественный глиноземистый цемент.

Растворы из глиноземистого цемента отличаются быстрым схватыванием и быстрым твердением, особенно при низких тем­пературах. Одна из особенностей его — высокая стойкость в агрессивных сре­дах. Помимо меньшей химической активности низкоосновных гидроалюминатов кальция и гиббсита к кислым средам боль­шую роль играет уплотняющее действие гидроксида алюминия, который делает камень из этого цемента менее проницаемым для агрессивной среды. Отсутствие свободного гидроксида кальция предохраняет глиноземистый цемент от сульфатной коррозии.

Применение глиноземистого цемента 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—25 °С. При более высоких температурах значительно уско­ряются процессы перекристаллизации гидроалюминатов и проч­ность камня резко снижается.