УДК 666.94

ТЕХНОЛОГИЯ ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА НА ОСНОВЕ ЦЕЛЕСТИНИТА И ГЕМАТИТА

А.Т.Сулейменов, Ш.К.Жакипбеков, Г.А.Рустембекова,

А.С.Наукенова, В.И.Кондратенко, Т.А.Исаев

Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауезова, г.Шымкент, Алматинский архитектурно-строительный институт

В настоящее время, портландцементы, изготовляемые на заводах, имеют плотность цементного порошка в пределах 3,05-3,2 г/см³, цементная же пульпа, приготовленная с 50% воды, имеет плотность 1,85-1,87 г/см³. Как уже отмечалось, такая плотность цементной пульпы не удовлетворяет условиям тампонирования газирующих скважин, где требуется применение глинистых растворов с плотностью 2,2-2,3.

Получения специального цемента с повышенной плотностью, который обеспечивал бы необходимую плотность цементной пульпы, может решаться в двух направлениях: введением в портландцемент инертных добавок, обладающих высокой плотностью и получением специального утяжеленного цемента.

Первый путь уже нашел практическое применение при тампонировании газирующих скважин. Для утяжеления цементной пульпы к портландцементу добавляются те же тяжелые руды, здесь утяжелителями глинистого раствора служат – гематит и целестин.

Однако практика использования таких утяжеленных цементов выявила ряд отрицательных явлений, т.к.при различной плотности портландцемента и добавки происходит расслоение цементной пульпы в затрубном пространстве еще до ее затвердевания, вследствие чего прочность цементного кольца по высоте становится неравномерной и в нем создаются ослабленные участки. Кроме того, применение гематита значительно ускоряет износ оборудования, а также способствует окислению всех железных и стальных частей, с которыми он приходит в соприкосновение.

Второй же путь – получение специального утяжеленного цемента – является предметом настоящих исследований.

Отсутствие каких-либо указаний в специальной литературе о способах получения вяжущего вещества, обладающего повышенной плотностью, вызвало затруднения при выборе направления исследования. В результате рассмотрения природы существующих высококачественных гидравлических вяжущих веществ в качестве основы исследований для повышения плотности портландцемента, было принято изменение его химического и минералогического состава за счет увеличения содержания некоторых минералов или введения новых.

Особое затруднение вызвал подбор вещества, способного войти в состав портландцементного клинкера и повысить его плотность. Под этим углом зрения в периодической системе элементов Д.И.Менделеева были рассмотрены элементы, способные образовывать соединения, аналогичные или близкие к минералам, составляющим портландцементный клинкер. Этот анализ показал, что из всех тяжелых элементов наиболее пригодными являются железо и стронций, так как они доступны и широко распространены [2].

Среди минералов, составляющих портландцементный клинкер, наибольшую плотность имеют железистые соединения (табл. 2).

Таблица 2. Плотность минералов портландцементного клинкера

Минерал	Плотность, г/см^3
Трехкальциевый силикат двухкальциевый силикат Трехкальциевый алюминат Четырехкальциевый алюмоферрит Двухкальциевый феррит	3,25 3,27 3,04 3,77 3,99

Исходя из данных таблицы, повысить плотность цемента можно путем увеличения в его составе содержания четырехкальциевого алюмоферритa и введения двухкальциевого феррита.

Учитывая, что введение в состав шихты портландцемента оксида железа в виде пиритных огарков или железной руды является уже освоенным в цементной промышленности, этот путь был намечен к исследованию в первую очередь.

Одно из направлений исследований – частичная замена оксида кальция в портландцементе оксидом стронция.

Стронций, являясь щелочноземельным металлом второй группы периодической системы Д.И.Менделеева, химически сходен с кальцием, однако он является более сильным основанием. Например, стронций, так же как и натрий, разлагает воду при обычной температуре.

Плотность оксида стронция в 1,2 раза больше, чем плотность оксида кальция (плотность СаО – 3,32 SrО – 4,25 г/см³), и введение ее в состав портландцемента может дать значительный эффект.

Результаты исследований показали, что возможность разрешения поставленной задачи за счет обогащения клинкера железосодержащими минералами является бесперспективной. Хотя плотность цементного клинкера удалось повысить до 3,5 г/см³, плотность цементной пульпы составила при этом 1,87-1,88 г/см³. В соответствии с этим дальнейшие исследования, велись в направлении частичной замены оксида кальция в портландцементном клинкере оксидомстронция. Полученный тампонажный цемент обладает повышенной плотностью пульпы при затворении его водой.

Литература

1. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портландцементный клинкер. М.: Стройиздат, 1967, 304.

2. Бутт Ю.М., Рычев М.М., Тимашев В.В. химическая технология вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1980.