Визначення ступеня дисперсності (тонкості помелу) тампонажного портландцементу

Ступінь дисперсності – важлива характеристика цементного порошку. Від неї залежить величина поверхні, на якій проходить реакція гідратації, та седиментаційна стійкість цементного розчину. Використовують багато різних способів визначення розмірів частинок порошку. До найпростіших належить ситовий аналіз, при якому порошок розсіюється з допомогою набору сит на ряд фракцій і визначається відсотковий вміст цих фракцій від загальної маси. Вадою цього методу є складність розділення на окремі фракції частинок розміром менше 0,05 мм. На підприємствах - виробниках цементу, а також на бурових підприємствах для характеристики тонкості помелу не застосовують повний ситовий аналіз, а проводиться просівання цементу на дві фракції через сито з розміром отворів 0,08 мм. Сітка повинна бути добре натягнута і щільно затиснена в циліндричній обоймі діаметром 10-15 см (дозволяється використання обойми будь-якої іншої форми). Стандарти і технічні умови на портландцементи (в тому числі і тампонажні) передбачають певний ступінь дисперсності. Стандартом передбачено, щоб масова доля цементу, просіяного через сито з отворами 0,08 мм, складала не менше: - 90% для портландцементу типу ІІІ пол. для низьких і нормальних температур; - 88% для портландцементу І і ІІ типу для низьких і нормальних температур, а також для цементу ІІІ типу для підвищених і помірних температур; - 85% - для цементу І і ІІ типу для нормальних і підвищених температур.

Порядок виконання роботи

1. Беруть цемент в кількості 150 г і просушують його протягом 1 год. в сушильній шафі при температурі 110±5 ^оС.

2. Після охолодження проби зважують 50 г і розміщують на ситі № 008, закривають і просіюють цемент шляхом інтенсивного струшування. Сито необхідно тримати в похилому положенні, повільно повертаючи навколо осі і постукуючи долонею по поверхні циліндра.

3. Через 5-7 хв. висипають із піддону просіяний туди цемент, після чого продовжують струшування.

4. У кінці досліду обойма виймається із піддону і протягом 1 хв. продовжується просіювання на аркуш паперу. Просіяний цемент зважують на технічних вагах, і просіювання вважається завершеним, якщо через сито протягом 1 хв. проходить не більше 0,05 г цементу.

5. Залишок цементу на ситі зважують. Маса залишку визначається у відсотках від величини наважки. Розрахунок необхідно проводити з точністю до 0,1 %.

6. Тонкість помелу розраховують як середнє арифметичне із результатів двох визначень залишків на ситі, що відрізняються один від одного не більше як на 0,2 %. Для того, щоб сітка не забивалась, після кожного досліду її промивають водою і висушують.

7. Результати вимірювань заносять в таблицю 9.2.

Таблиця 9.2 – Результати виміру тонкості помелу цементу

№ досліду

Тип цементу

№ сита

Маса проби цементу, г

Залишок цементу на ситі, г

Тонкість помелу цементу, %

3. Визначення об’ємної (насипної) маси сухого цементу

Об’ємна (насипна) маса – це маса одиниці об’єму цементу з урахуванням наявності повітря, що було засмоктано при насипанні цементу. Ця величина не є постійною і залежить від складу, ступеня дисперсності і ступеня ущільнення.

З допомогою насипної маси можна розрахувати кількість матеріалу (його масу) при об’ємному дозуванні, наприклад, кількість матеріалу (масу) у стандартному паперовому мішку або бункері цементо-змішувальної машини.

При русі цементо-змішувальної машини та при роботі двигуна цементний порошок ущільнюється. Тому об’ємну масу визначають як для пухкого, так і для ущільненого стану цементу.

Насипну масу цементу в пухкому стані визначають з допомогою приладу, який складається з воронки 1 з отвором діаметром 30 мм, яка закривається засувкою 2; сита 3 з круглими отворами діаметром 1-2 мм і металевої посудини 4 місткістю 1 л (рис. 2.2).

Порядок виконання роботи

1. Зважують порожню металеву посудину 4 і встановлюють її під воронкою 1.

2. У воронку 1 насипають 2 кг цементу і відкривають засувку 2.

3. При помішуванні палочкою цемент проходить через отвори сітки 3 і заповнює посудину 4, яка розташована під воронкою 1.

4. Після заповнення посудини 4 засувку 2 закривають, надлишок цементу, який піднявся над торцем посудини, зрізають лінійкою і за допомогою ваги визначають масу посудини з цементом.

1-воронка; 2-засувка; 3-сито; 4 –посудина

Рисунок 9.2 - Прилад для визначення об’ємної (насипної) маси

5. Розраховують насипну масу (в кг/м³) як середнє арифметичне із результатів двох вимірювань, які відрізняються один від одного не більше як на 50 кг/м³, за формулою:

, (6.3)

де m₁ – маса порожньої посудини, кг;

m₂ – маса посудини з цементом, кг;

V – об’єм посудини, м³.

6. Результати вимірів заносять в таблицю 9.3.

Таблиця 9.3 – Результати виміру насипної маси цементу

№ дос-ліду	Тип цеме-нту	Стан цеме-нту	Маса, кг		Різниця m2-m1, кг	Об’єм посудини, м3	Насипна маса, кг/м3
			порожньої посудини m1	посудини з цементом m2

Для визначення насипної маси в ущільненому стані сітку із воронки забирають, а металеву посудину, в яку із воронки зсипається порошок, постукують об стіл. Об’єм, який звільнився при ущільненні маси, заповнюють новими порціями цементу. Ущільнення продовжують до тих пір, поки припиниться зменшення об’єму порошку в посудині при постукуванні.

Як вказано вище, насипна маса тампонажних цементів суттєво залежить від складу і тонкості помелу. Наприклад, тампонажний портландцемент має насипну масу в пухкому стані 1000-1200кг/м³, в ущільненому – 1500-1800кг/м³. Полегшені цементи, з великим вмістом тонкодисперсних компонентів (діатоміт, трепел, опока, бентоніт та ін.) характеризуються пониженими значеннями насипної маси: 800-900кг/м³ в пухкому стані, 1200-1300кг/м³ в ущільненому стані.

У кінці роботи робиться загальний висновок по кожному пункту.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що розуміють під густиною цементу?

2. Назвіть межі густин різних типів цементів.

3. Чому не можна використовувати воду для визначення густини цементу в приладі Ле-Шательє-Кандло?

4. Що таке ступінь дисперсності тампонажного цементу?

5. З допомогою яких приладів вимірюють тонкість помелу портландцементу?

6. З яких основних оксидів складається портландцемент?

7. Який хімічний та мінералогічний склад портландцементу?

8. Яка різниця між густиною і насипною масою цементу?

9. Що таке об’ємна маса цементу?

10. Які ще властивості порошкоподібних тампонажних матеріалів Ви знаєте?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №10

ВИВЧЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТАМПОНАЖНОГО РОЗЧИНУ

Мета роботи: вивчення методики і приладів для визначення рухомості та термінів тужавіння тампонажного розчину.

В

1 - конус стандартних розмірів;

2 - скло зі шкалою; 3 – підставка

Рисунок 10.1- Прилад (конус)

АзНДІ для визначення

розтічності тампонажних розчинів.

изначення розтічності тампонажного розчину

Одна з найважливіших умов успішного цементування обсадних колон – забезпечення необхідної рухомості тампонажного розчину, тобто здатності зберігати текучість до закінчення процесу цементування. Отже, розтічність – це умовна міра рухомості або прокачування свіжоприготованого розчину. Вимірюють її з допомогою приладу, який називається конусом АзНДІ (рис. 10.1). Прилад складається із зрізаного конуса, який має такі розміри: внутрішній діаметр верхньої основи 37±0,5мм, нижньої 70±0,5мм, висота 60±0,5мм, об’єм 120 см³. Конус встановлюють на скло, під яким розміщують круг з нанесеними концентричними кільцями. Мінімальний діаметр кільця 70 мм і максимальний - не менше 250 мм. Ціна поділки шкали повинна бути не більше 5 мм. Двома регулювальними гвинтами шкалу встановлюють в горизонтальне положення, що контролюють вмонтованим в центрі шкали рівнем. Маса конуса повинна складати не менше 300 г для попередження передчасного самовільного підняття і відриву його від шкали при заповненні цементним розчином. Внутрішня поверхня конуса відполірована.

Цементний розчин вважають достатньо рухомим, якщо його розтічність, згідно ДСТУ Б В.2.7-88-99 (портландцементи І і ІІ типів) для непластифікованого цементного розчину становить не менше 20 см і не менше 22 см - для пластифікованого. Для портландцементів ІІІ типу розтічність повинна знаходитись в межах 18¸22 см. Розтічність залежить від тонкості помелу цементу. Збільшити її можна шляхом підвищення водоцементного відношення або введенням у розчин реагента – понижувача в’язкості (пластифікатора).

Порядок виконання роботи.

1. Порядок приготування цементного розчину.

1.1 Перед випробуванням кожну пробу цементу просіюють через сито з сіткою № 09. Залишок на ситі зважують і відкидають. Масу залишку у відсотках, а також його характеристику заносять у протокол. Після просіювання пробу цементу перемішують.

1.2 Для приготування цементного тіста і зберігання зразків застосовують звичайну питну воду.

1.3 Маса проби цементу і води, які використовують для приготування цементного тіста для кожного виду випробувань, повинні відповідати значенням, вказаним у таблиці 10.1.

Таблиця 10.1 - Значення маси проби цементу і води, які використовують для приготування цементного тіста

Тип цементу	Водоце-ментне відно-шення	Маса води, г	Маса проби цементу, г, однієї порції для визначення
			розтічності, гус-тини цементного тіста, міцності зразків розміром (20х20х100)мм	часу загуснення, водовідді-лення	міцності зраз-ків-балочок розміром (40х40х160)мм
І, ІІ	0,5	350	700	700	-
		600	-	-	1200
ІІІ-пол	0,6¸1,3		300-500	300-500	600-800
ІІІ-пов	0,3¸0,4		800	800	1600

Примітка. Величину водоцементного відношення для цементу типу ІІІ підбирають за розтічністю цементного тіста, яка повинна знаходитись у межах 180¸220мм.

1.4 Цемент і воду у вказаній кількості розміщують у стакані електричного лопатевого змішувача і перемішують протягом (180±5)с.

1.5 При ручному приготуванні цемент висипають у чашку попередньо протерту вологою тканиною. Потім роблять у цементі поглиблення, у яке вливають за один раз всю приготовлену воду. Поглиблення засипають цементом і через 30с після доливання води приступають до перемішування.

Для всіх типів портландцементів час перемішування становить (180±10)с, а для гідрофобізованих цементів (300±10)с.

2. Встановити прилад у горизонтальне положення.

3. Форму-конус встановити на скло у центрі вимірювального столика таким чином, щоб внутрішня окружність конуса була розташована концентрично відносно окружності шкали столика. Внутрішню поверхню конуса і скло перед випробуванням протерти вологою тканиною.

4. Приготовити 250 см³ цементного розчину із заданим водоцементним відношенням.

5. Після перемішування протягом 180±5с приготовленим розчином заповнюють форму-конус до верхнього торця. Інтервал часу від моменту закінчення перемішування цементного розчину до початку заповнення ним форми-конуса не повинен бути більше 5 с.

6. Підняти різко конус у вертикальному напрямку і зняти чотири відмітки у взаємно перпендикулярних напрямках по шкалі під склом.

7. З точністю до 5 мм вираховують середній діаметр кола розпливу. За розтічність приймають середньоарифметичне значення результатів двох вимірювань, розбіжність між якими не повинна бути більше 10 мм.

Якщо для цементів типу ІІІ розтічність буде менше 180 або більше 220мм, то випробування повторюють, відповідно збільшуючи або зменшуючи водоцементне відношення, до одержання цементного тіста з розливом конусу в межах 180¸220мм. Значення водоцементного відношення, при якому досягнута задана розтічність, відмічають у протоколі і використовують при наступних випробовуваннях.

8. Результати вимірів занести в таблицю 10.2.

Таблиця 10.2 – Результати виміру розтічності тампонажного розчину

№ дос-ліду	Тип цементу	Кіль-кість цеме-нту, г	Рідина замішування		Водоце-ментне відно-шення	Вид перемі-шуван-ня	Чотири відмітки за шкалою, см	Розтіч-ність, см
			вид	кількість, г або см3