Storossproject.ru

Декор и Мебель
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коррозия цементного камня определение

Коррозия цементного камня и способы защиты (стр. 2 из 2)

Хлористый магний менее агрессивен чем сернокислый, так как при обмене [Са(ОН)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(OH)2] образуется хорошо растворимое вещество CaCl2 благодаря которому сохраняется равновесная концентрация ионов Са ++ .

Углекислотная коррозия

В пластовых водах как правило присутствует то или иное количество углекислого газа. Он действует разрушающе, поскольку понижает содержание Са(ОН)2 окисляя ее сначала до СаСО3, которая мало растворима, что будет вызывать понижение основности гидратов цемента. При поступлении новых порций СО2, СаСО3 окисляется до бикарбоната [ Са (НСО3)2], который хорошо растворим. При незначительной концентрации Са2 в водах процесс может затухнуть. Однако если кислота содержится в пластовом газе, то вследствие большой проницающей способности, диффузии и осмоса возможно быстрое разрушение камня. Если процесс ограничивается до СаСО3, то низкоосновные, если до Са (НСО3)2 – т о высокоосновные (см. ниже).

Сульфатная коррозия

Это вид коррозии, который связан с образованием соединений кристаллизующихся с увеличением объема. Примером такой коррозии являются взаимодействие с сульфатами кальция и натрия. Известно, что гидроалюминаты кальция могут присоединять гипс и образовывать гидросульфоалюминат. Последний кристаллизуется с увеличением объема, что вызывает внутренние напряжения и разрушение цементного камня.

Однако не всегда наличие гидросульфоалюмината кальция в цементном камне говорит и сульфатной коррозии. Это вещество имеется в первичной структуре цементного камня. Только увеличение количества гидросульфатоалюмината говорит о происходящей сульфоалюминатной коррозии.

Одним из методов борьбы с сульфатной коррозией является понижение содержания трехкальциевого алюмината (не более 5%). При этом содержание плавней компенсируется за счет увеличения содержания окиси железа.

Наличие в пластовых водах хлоридов уменьшает отрицательное влияние сульфатов.

Сероводородная коррозия

Это один из распространенных на нефтяных и газовых месторождениях видов коррозии. При сероводородной коррозии наблюдается образование малорастворимых сульфидов кальция, алюминия и железа. Это приводит к понижению равновесной концентрации Са(ОН)2, Al(OH)3, Fe(OH)3, что в свою очередь вызывает разрушение гидратов кальция.

Наиболее энергично образуется сульфид железа, поэтому для повышения стойкости против сероводородной коррозии следует ограничивать в цементах содержание окислов железа, марганца и других тяжелых металлов. По отношению к цементному камню безвредны силикаты, карбонаты, щелочи и их соли. Однако сильные щелочи действуют на аллюминаты.

Нефть и нефтепродукты не опасны, но если в них есть нафтеновые кислоты и сульфаты, то они также разрушают цементный камень.

Биологическая коррозия

Этот вид коррозии изучен мало. Однако, видимо сводится в конечном итоге к какому либо химическому виду.

Так имеется много бактерий, которые выделяют углекислоту, что повлечет углекислотную коррозию. Некоторые бактерии могут окислять сульфаты сначала до сероводорода, а затем до серной кислоты. Отсюда и характер разрушения камня.

Электрохимическая и электроосмотическая коррозии

Источник – блуждающие токи (промышленные сети). Система обсадная колонна, цементный камень – земля являются проводниками. В этой системе всегда возможен перенос ионов, отсюда возможны и электрохимическая и электроосмотическая коррозии. Следует отметить, что цементные камни, бетоны (фундаменты) обладают как правило определенным электрическим потенциалом по отношению к земле.

Разрушение цементного камня может происходить под влиянием физических факторов (насыщение водой, попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высыхание и т. п.), а также при химическом взаимодействии компонентов камня с агрессивными веществами, содержащимися в окружающей среде.

Морозостойкость цементного камня зависит от минерального состава клинкера, тонкости помола цемента и водопотребности, необходимой для получения укладываемой смеси. Среди минералов клинкера наименее морозостойким является СзА, максимально допустимое содержание которого в цементах для морозостойких бетонов должно составлять не более 5. 8 %. Тонкость помола может быть в пределах от 3000 до 4000 см2/г, при этом важное значение имеет наличие в цементе наряду с тонкими фракциями относительно крупных зерен, которые обеспечивают «клинкерный фонд» для самозалечивания дефектов, возникающих при попеременных воздействиях среды. Увеличение водопотребности цемента снижает морозостойкость цементного камня, так как при этом повышается его капиллярная пористость (вода в порах геля не переходит в лед даже при сильных морозах). Поэтому в морозостойких бетонах значение В/Ц принимают не более 0,4. 0,55.

Коррозия первого вида — разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых его составных частей (коррозия выщелачивания). При действии воды на цементный камень вначале растворяется и уносится водой свободный гидроксид кальция, образовавшийся при гидролизе C3S и C2S, содержание которого в цементном камне через 1. 3 мес твердения достигает 10. 15%, а растворимость при обычных температурах— 1,3 г/л. После вымывания свободного гидроксида кальция и снижения его концентрации ниже 1,1 г/л начинается разложение гидросиликатов, а затем гидроалюминатов и гидроферритов кальция. В результате выщелачивания повышается пористость цементного камня и снижается его прочность. Процесс коррозии первого вида ускоряется, если на цементный камень действует мягкая вода или вода под напором.

Читайте так же:
Как делать цемент для заделки

Одной из мер ослабления коррозии выщелачивания является применение цемента с умеренным содержанием C3S и выдерживание бетонных изделий на воздухе для того, чтобы на их поверхности прошел процесс карбонизации и образовалась малорастворимая корка из СаСО3. Главным же средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является применение плотного бетона и введение в цемент активных минеральных добавок, связывающих Са(ОН)г в малорастворимое соединение — гидросиликат кальция

Коррозия второго вида происходит при действии на цементный камень агрессивных веществ, которые, вступая во взаимодействие с составными частями цементного камня, образуют либо легкорастворимые и вымываемые водой соли, либо аморфные массы, не обладающие связующими свойствами (кислотная, магнезиальная коррозия, коррозия под влиянием некоторых органических веществ и т. п.).

Коррозия под действием органических кислот, как и неорганических, быстро разрушает цементный камень.Вредное влияние оказывают и масла, содержащие кислоты жирного ряда (льняное, хлопковое, рыбий жир и т. п.). Нефть, нефтяные продукты (керосин, бензин, мазут, нефтяные масла) не опасны для цементного бетона, если в них нет остатков кислот, но они легко проникают через бетон. Продукты разгонки каменноугольного дегтя, содержащие фенолы, оказывают агрессивное воздействие на бетон.

Коррозия возникает и под действием минеральных удобрений, особенно аммиачных (аммиачная селитра и сульфат аммония). Аммиачная селитра, состоящая в основном из NH4NO3, действует на гидроксид кальция:

Са(ОН)2 + 2NH4NO3 + 2НаО = Ca(NO3)2 -4Н2О + 2NOa

Образующийся нитрат кальция хорошо растворяется в воде и вымывается из бетона. Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат, состоящий в основном из Са(Н2РО4)2, гипса и содержащий небольшое количество свободной фосфорной кислоты.

Коррозия третьего вида объединяет процессы, при которых компоненты цементного камня, вступая во взаимодействие с агрессивной средой, образуют соединения, занимающие больший объем, чем исходные продукты реакции. Это вызывает появление внутренних напряжений в бетоне и его растрескивание. Характерной коррозией этого вида является сульфатная коррозия. Сульфаты, часто содержащиеся в природной и промышленных водах, вступают в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя гипс CaSO4-2H2O. Разрушение цементного камня в этом случае вызывается кристаллизационным давлением кристаллов двуводного гипса (гипсовая коррозия). Такая коррозия происходит при значительных концентрациях сульфатов в воде,

Защита бетона и других материалов от коррозии

Защита бетона и других материалов от коррозии вызывает большие расходы. Например, при строительстве химических заводов на антикоррозионную защиту зданий и аппаратов расходуется около 10. 15% от общей стоимости строительства. Поэтому при строительстве зданий и сооружений необходимо прежде всего определить характер возможного действия среды на бетон, а затем разработать и осуществить нужные меры для предотвращения коррозии, которые в общем виде сводятся к следующему: 1) правильный выбор цемента, 2) изготовление особо плотного бетона, 3) применение защитных покрытий.

Как можно защитить бетон?

Защита строительных конструкций от биоповреждений предполагает проведение следующих мероприятий:

1. Эксплуатационно-профилактические:

— усиление вентиляции в целях понижения влажности воздуха и концентрации газов, способствующих развитию опасных микроорганизмов;

— герметизация с той же целью технологического оборудования;

— периодическая очистка и дезинфекция поверхности конструкций;

— нейтрализация агрессивных сред.

2. Конструктивные:

— придание поверхности конструкций формы, исключающей накопление на ней органических веществ, могущих служить пищей для микроорганизмов;

— устройство уклонов полов и отводящих лотков для сточных жидкостей.

3. Строительно-технологические:

— нанесение на бетонную поверхность лакокрасочных материалов;

— облицовка различными плитами;

— понижение проницаемости бетона;

— применение материалов, стойких к действию продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, преимущественно к кислотам.

Методы защиты цементного камня от коррозии разнообразны, но всё они могут быть сведены в следующие группы:

— выбор надлежащего цемента;

— изготовление особо плотного бетона;

— применение защитных покрытий и облицовок, практически исключающих воздействие агрессивной среды на бетон.

Коррозия бетона. Причины появления и методы защиты

Бетон – это наиболее используемая субстанция на земле после воды. Пока вы читаете это предложение, на стройках по всему миру использовали около 5 000 тонн этого стройматериала. Бетонирование – это основа современного развития. Но как сказал Шекспир, «Ничто не вечно под луной». Любой материал со временем разрушается.

Разрушение бетона называют коррозией, несмотря на то, что это определение применимо только к металлу. Но смысл все равно понятен. Коррозия бетона представляет собой химическое, коллоидное или физико-химическое ухудшение и разрушение твердых бетонных компонентов и структур в результате воздействия реактивных жидкостей и газов.

Читайте так же:
Маркировка цемента по сортам

В этой статье мы опишем виды коррозии бетона, и расскажем, как защитить этот стройматериал от разрушения. Но, чтобы понять разрушение любого материала, необходимо знать, из чего он состоит.

Состав бетона

Бетон состоит из трех основных компонентов: вода, агрегат (камень, песок или гравий) и портландцемент. При смешивании с водой и агрегатами, цемент выступает в качестве связующего вещества. В зависимости от области применения, используется определенная марка прочности и вид цемента.

А также, в состав бетона вводятся различные добавки для придания смеси определенных свойств. Например, одни пластификаторы влияют на устойчивость бетона к колебаниям температур. Это свойство не дает бетонной смеси замерзать во время строительства в условиях низких температур.

Другие пластификаторы наоборот, ускоряют процесс схватывания, что позволяет ускорить процесс строительства. А пластификаторы-замедлители не дают бетонной смеси затвердеть во время транспортировки на дальнее расстояние.

Зная состав конкретной бетонной смеси, и область ее применения, можно минимизировать риски разрушения конструкции. Причиной коррозии могут быть климатические условия, колебания температур, агрессивная водная среда, и многое другое.

Виды коррозии бетона

Опытные строители могут определить вид коррозии бетона по характеру разрушения конструкции. Наиболее уязвимым компонентом в составе бетона считается цементный камень . Причиной является повышенная капиллярная пористость материала, и способность вступать в химическую реакцию с другими реагентами.

Коррозия бетона, которую мы опишем в этой статье, относится к бетону на основе портландцемента.

Химическая коррозия бетона

Разрушение компонентов цементного камня и вымывание гидроксида кальция по причине воздействия солей в воде. Гипс входящий в состав цемента кристаллизуется, и увеличивается в объемах. Это приводит к отслоениям в толще бетона. Такой вид коррозии проявляется через большой промежуток времени. Иногда этот процесс занимает несколько десятков лет.

Когда «результат на лицо», устранить эту проблему достаточно сложно. Этому виду коррозии, как правило, подвергаются сооружения в условиях постоянного воздействия воды: мосты, плотины, причалы, и т.д. Грунтовые воды также могут разрушать бетон. А значит, следует учитывать состав бетона для заглубленных и полузаглубленных сооружений.

Для предотвращения коррозии необходимо учесть уровень содержания сульфат-ионов в различного вида водах:

Пресная вода – 60 мг/л ;

Минерализованные грунтовые воды – 200-400 мг/л ;

Морская вода – 2500-2700 мг/л .

Повышенное содержание щелочи в составе бетонной смеси, за счет морозостойких добавок, также может стать причиной химической коррозии. Кислоты также разрушают структуру бетона при взаимодействии с его компонентами. Образуются соли кальция, которые разрушают бетонную конструкцию послойно. При коррозии под влиянием кислот, следует учесть тот факт, что удаление поврежденных участков приведет к постоянному образованию нового коррозионного слоя. Проблему решает повышения уровня плотности бетона.

Газовая коррозия бетона

Большинство сооружений находятся на открытом воздухе. Кальций в бетоне вступает в химическую реакцию с углекислым газом, и образует кальцит. Окись кальция быстро растворяется, что нарушает структуру бетонной конструкции. Снижение паропроницаемости бетона повышает его плотность, тем самым, не допускает коррозию.

Физическая коррозия бетона

Разрушение бетонной конструкции под влиянием множественных циклов замораживания-оттаивания в период набора прочности. Жидкость попадает в поры бетона, а в процессе замораживания кристаллизуется, и вызывает разрушение конструкции внутри толщи бетона. Со временем образуются трещины. Решением этой проблемы является создание стабильных условий в период набора прочности бетона.

Как защитить бетон от коррозии

Зная причины, можно предотвратить проблемы. Учитывая местоположение, и среду влияния на бетон, вы сможете регулировать состав бетонной смеси. Обеспечьте высокую плотность и водонепроницаемость. Правильный подбор специальных добавок позволит придать бетону необходимые характеристики.

Наиболее распространенными добавками, предотвращающими коррозию, являются пластифицирующие, стабилизирующие, водоудерживающие и биоцидные. Следующим этапом защиты должно быть ограничение влияния агрессивной среды на бетонную конструкцию. Для этого необходимо обеспечить дополнительную гидроизоляцию.

В качестве гидроизоляционного материала можно использовать оклеечные материалы, обмазочные пропитки, а также, акриловые или лакокрасочные составы. Это не только защита бетона от влияния влаги, но и от газосодержащей среды.

Соблюдение технологии приготовления бетонной смеси подразумевает не только соблюдение пропорций, но и правильный подбор компонентов. Одним из ключевых является цемент . Выбор цемента для строительства той или иной бетонной конструкции должен быть основан на двух показателях: применение и прочность. А цемент от завода-изготовителя гарантирует соответствие характеристик и высокое качество.

ПРОГРАММА вступительного испытания в магистратуру
Направление подготовки:
08.04.01 Строительство

Форма проведения испытания – собеседование.

Читайте так же:
Пенополистирол плита с цементом

Собеседование включает ответы на три вопроса.

Вопросы к собеседованию

  1. Классификация вяжущих веществ по области применения и проявлению вяжущих свойств.
  2. Минералогический состав портландцементного клинкера. Влияние минералогического состава портландцемента на основные свойства цементного камня.
  3. Технические свойства портландцемента.
  4. Коррозия портландцементного камня. Виды коррозии. Способы защиты от коррозии.
  5. Активность цемента и её определение. Классы и марки цементов.
  6. Разновидности портландцемента (шлакопортландцемент, дорожный и сульфатостойкий портландцементы).
  7. Классификация бетонов. Виды бетонов, особенности их состава, структуры, свойств и технологии получения.
  8. Требования к заполнителям и их роль в бетоне.
  9. Состав, структура, свойства бетонной смеси.
  10. Состав, структура, свойства бетона. Основные физико-механические свойства бетона.
  11. Понятие о марках и классе бетона.
  12. Развитие структуры цементных бетонов в процессе их твердения.
  13. Формирование механических свойств бетонов через технологические факторы.
  14. Управление реологическими свойствами бетонной смеси.
  15. Воздухововлекающие и пластифицирующие ПАВ, механизм их действия. Технологическая и экономическая эффективность применения добавок.
  16. Стойкость бетона к внешним воздействиям. Марки бетона по морозостойкости F и водонепроницаемости W.
  17. Управление морозостойкостью, коррозионной стойкостью, проницаемостью и другими свойствами бетона.
  18. Зависимость прочности бетона от активности цемента и величины В/Ц.
  19. Интенсификация твердения бетонов. Управление процессами твердения.
  20. Сущность железобетона, роль арматуры, основные предпосылки совместной работы арматуры и бетона.
  21. Представления о классах и марках арматурной стали. Механические характеристики арматурной стали.
  22. Система технического контроля на предприятиях. Входной контроль, основные объекты и методы контроля.
  23. Пооперационный контроль, назначение и методы контроля.
  24. Цель и задачи отпускного контроля, объекты контроля.
  25. Стандартные методы испытаний (испытания образцов до разрушения), недостатки и пути их преодоления.
  26. Механические неразрушающие методы испытания прочности бетона, их классификация: принципы построения градуировочных зависимостей.
  27. Классификация теплоизоляционных материалов. Структура и важнейшие свойства ТИМ.
  28. Стеновые и отделочные материалы на основе местного и техногенного сырья и их технико-экономические показатели.
  29. Отделочные материалы для наружной и внутренней облицовки. Долговечность отделочных материалов и показатели её оценки.
  30. Зависимость теплопроводности материалов от их состава, структуры и состояния. Пути снижения теплопроводности материала.
  31. Основы формирования пористой структуры ячеистых бетонов.
  32. Назначение арматуры. Классификация арматурных сталей по технологии изготовления, механическим свойствам, форме поверхности.
  33. Арматурные сварные сетки и каркасы.
  34. Сцепление бетона с арматурой. Анкеровка арматуры. Коррозия арматуры и способы защиты.
  35. Сцепление бетона с арматурой.
  36. Стадии напряжённо-деформированного состояния при изгибе железобетонных элементов.
  37. Сущность и методы предварительного напряжения арматуры при производстве железобетонных изделий.
  38. Показатели качества бетона.
  39. Проектные классы бетона по прочности на сжатие В, осевое растяжение Вt , растяжение при изгибе Вtb.
  40. Основные технологические схемы производства сборного железобетона.
  41. Вибрационное уплотнение бетонных смесей: цель вибрации, основные параметры вибрационного уплотнения, классификация вибрационных способов уплотнения.
  42. Система технического контроля на предприятиях. Входной контроль, основные объекты и методы контроля.
  43. Классификация добавок в бетон и механизм их действия. Технологическая и экономическая эффективность применения добавок.
  44. Искусственные пористые заполнители, основные разновидности и перспективы развития производства.
  45. Разновидности портландцемента (шлакопортландцемент, дорожный и сульфатостойкий портландцементы).

Список литературы

  1. Баженов, Ю. М. Технология бетонов: учебник / Ю. М. Баженов. – Москва: АСВ, 2011. – 528 с.
  2. Трофимов, Б. Я. Технология сборных железобетонных изделий / Б. Я. Трофимов. – Краснодар: Лань, 2014. – 384 с.
  3. Каприелов, С. С. Новые модифицированные бетоны / С. С. Каприелов, А. В. Шейнфельд, Г. С. Кардумян. – Москва: Типография «Парадиз», 2010. – 258 с.
  4. Пухаренко, Ю. В. Железобетонные конструкции: справочник / Ю. В. Пухаренко, И. У. Аубакирова, М. П. Воронцов / Под ред. Ю. В. Пухаренко, Ю. М. Баженова. – Санкт-Петербург: Профессионал, 2013. – 1051 с.
  5. Чумаков, Л. Д. Технология заполнителей бетона. – Москва: АСВ, 2011. – 264 с.
  6. Дворкин, Л. И. Строительные минеральные вяжущие материалы / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва: Инфра-инженерия, 2011. – 544 с.

Исследование влияния нитрата кальция на свойства тампонажного цемента

В статье рассматривается влияние нитрата кальция на физико-механические свойства тампонажного цемента.

В статье рассматривается влияние нитрата кальция на физико-механические свойства тампонажного цемента.

Приводятся результаты лабораторных исследований (реология, водоотделение, время загустевания цемента, прочностные показатели цементного камня), которые показали, что нитрат кальция можно применять в качестве добавки-ускорителя для цементирования скважин.

Цементирование — один из самых сложных и ответственных этапов при строительстве скважин, ведь от качества цементного камня зависит состояние скважины: долговечность ее эксплуатации, исключение межколонных перетоков, снижение коррозии цемента и, как следствие, снижение коррозии обсадных труб.

Тампонирование может осуществляться в самых различных условиях (глубина скважины, климат, осложнения и прочее). Поэтому для регулирования свойств цементного раствора используют различные добавки.

Читайте так же:
Как определить цвет цемента

Самое большое потребление цемента (рис. 1) приходится на строительную промышленность, далее на строительство мостов, дорог и только потом на нефтегазовую отрасль, а именно на строительство скважин и платформ. Исходя из этого, можно с уверенностью сказать, что все добавки для улучшения качества цемента (прочностные характеристики, время загустевания, коррозионная устойчивость и прочее) первоначально проектируются и исследуются для строительных цементов и только потом «копируются» и подбираются для цементов других отраслей, в частности для нефтегазовой. Следовательно, подбирая добавки для тампонажных цементов, следует сначала изучить спектр добавок для строительных.

РИС. 1. Потребление цемента в промышленности

Целью данной работы является исследование влияния на физико-механические свойства тампонажного цемента нитрата кальция по стандарту API [15] и сравнение с наиболее часто применяемым ускорителем твердения — хлоридом кальция.

Исследования проводились в лаборатории цементных растворов Schlumberger, расположенной на территории Сибирского федерального университета. Физико-механические свойства изучались в соответствии со стандартами API-10A и 10B [15].

Тампонажные цементы марок ПТЦ-50 и ПТЦ-100 с добавками затворяли на водопроводной воде. В качестве добавок применяли оксид, хлорид и нитрат кальция.

Для проведения экспериментальных исследований применяли оборудование фирмы Chandler Engineering (США): миксер постоянной скорости (модель 3260), термобарический консистометр (модель 7322), цифровой тестер определения прочности на сжатие (модель 4207D), ротационный вискозиметр (модель 3530).

Цементные растворы приготавливали по следующей технологической схеме: на электронных весах взвешивали цемент, добавки и воду; затем с помощью миксера перемешивали исходный раствор в течение 50 секунд (по стандарту API-10А) при частоте вращения вала 12 000 об/мин; измеряли реологические параметры раствора после конденсирования в течение 30 мин.

Для определения времени загустевания заливали полученную смесь в ячейки и устанавливали в термобарический консистометр (для облегченных цементов: температура 41°С; циркуляционная 15°С; давление 22,3 МПа; для утяжеленных: температура 3°С; циркуляционная 15°С; давление 8,4 МПа).

Для определения водоотделения полученный цементный раствор конденсировали в течение 30 мин, затем заливали в стеклянную колбу объемом 300 мл и устанавливали в охлаждающую камеру на 2 часа [15], после этого замеряли выделившуюся на поверхности воду в мл и рассчитывали процентное отношение воды к цементному раствору.

Для определения прочности на сжатие изготавливали кубики 5×5 см путем заполнения стандартных форм приготовленным и проконденсированным в течение 30 мин цементным раствором. Затем формы погружали в воду и выдерживали при температуре 3°С в течение 24 часов, далее извлекали кубики и на 45 мин погружали в воду комнатной температуры. После истечения этого срока кубики извлекали, удаляли излишки воды с поверхности, замеряли длину и ширину каждого кубика (должна быть не меньше 5×5 см по стандарту API-10A) и с помощью цифрового тестера определяли прочность на сжатие.

Современный ритм жизни, а также экономические условия, при которых совершаются работы в строительной индустрии, сегодня требуют улучшения качества и при этом высокой скорости выполнения этих работ. В некоторых случаях необходимо получать бетон с достаточно высокой прочностью на ранних стадиях.

Для получения такого бетона использовались различного рода добавки-ускорители. Хлорид кальция в этой индустрии был наиболее часто применяемой добавкой. Однако, как показала практика, присутствие хлора ускоряет процесс коррозии металлических стержней, контактирующих непосредственно с бетоном. Вследствие чего ухудшается качество бетона и безопасность таких конструкций. Поэтому возникла необходимость в проведении исследований и испытаний цементных растворов с добавками, в составе которых нет хлора.

В нефтегазовой отрасли существую такие же проблемы, как и в строительной индустрии, — это усадка цемента, трещинообразование, коррозия (обсадных труб). Основной причиной потери герметичности обсадных колонн является коррозия по наружной поверхности (рис. 2), интенсивность которой определяется наличием и качеством цементного камня за эксплуатационными колоннами.

РИС. 2. Наружная коррозия обсадных труб

Высокая скорость коррозионного разрушения обсадных колонн обусловлена наличием в тампонажном растворе хлористых добавок [1].

В промышленных условиях эксплуатации уменьшение потерь от коррозии может быть достигнуто при помощи введения в агрессивную среду специальных веществ, которые вызывают значительное снижение скорости коррозионного процесса [2]. Такие вещества называются замедлителями или ингибиторами коррозии. Таким образом, при цементировании скважин также следует обратить внимание на безхлористые добавки-ускорители, которые не будут вызывать коррозию обсадных труб.

Так Додсон в работах [3, 4] установил, что нитрат кальция можно применять в качестве добавки-ускорителя, а также выявил, что он помимо хороших прочностных показателей еще может выступать как замедлитель коррозии у металла, контактирующего с цементом.

Читайте так же:
Цемент приготовление для ванной

Далее Джатнес и Найгаард [5-8] установили, что нитрат кальция достаточно эффективен при низких температурах, а эффективность добавки зависит от качества и состава цемента. Как оказалось, с увеличением содержания белита в цементе, эффективность нитрата кальция повышается.

В 2003 г Польский исследовательский институт дорожного и мостового строительства, а затем в 2006 г и лабораторный центр ООО «Россия» утвердили нитрат кальция как противоморозную добавку [9, 10].

Доктором Гарольдом Джаcтнесом [11] были проведены исследования, в результате которых он обнаружил, что нитрат кальция также может выступать в качестве замедлителя коррозии арматурных стержней в бетоне. Он сравнил действие нитрата кальция с наиболее часто применяемым ингибитором — нитритом кальция. Было сделано заключение, что нитрат кальция, по крайней мере, такой же эффективный ингибитор, как и нитрит кальция, но, помимо этого, он является более дешевым и менее вредным [12].

Анализ представленных работ показал, что необходимо провести исследования влияния нитрата кальция на физико-механические свойства тампонажного цемента для проведения цементирования нефтяных и газовых скважин.

В 2012 г на базе Красноярского машиностроительного завода были проведены исследования по получению комплексных нитратных солей путем переработки отходов нефелинового шлама азотной кислотой [13], а в 2013 г проведены лабораторные исследования по применению двух полученных добавок НКШ-1 и ТНК-1 для строительных и тампонажных цементов [14]. Было выявлено, что добавка НКШ-1 более технологична, способствует саморазогреву цементного раствора, благодаря чему подходит для использования в качестве противоморозной добавки.

Результаты лабораторных исследований и обсуждение

Цементирование скважин осуществляется в два этапа: закачивание облегченного и утяжеленного цементных растворов (рис. 3).

РИС. 3. Последовательность закачивания цементного раствора в скважину

Анализ выполненных исследований позволяет сделать следующие выводы:

  1. Нитрат кальция может быть использован в качестве добавки-ускорителя при тампонировании скважин, как для облегченного, так и для утяжеленного цементов.
  2. Нитрат кальция интенсивно снижает водоотделение практически до нулевого уровня при любых концентрациях добавки.
  3. Подходит по реологическим и прочностным показателям.
  4. Также отмечено положительное влияние нитрата кальция при совместном использовании расширяющей добавки СаО.

Для более полного представления о действии нитрата кальция на свойства цементного раствора и цементного камня, а также использования этой добавки на практике тампонирования скважин следует изучить прочностные характеристики при более долгих сроках твердения, склонность к высолообразованию, тепловыделение и пр.

  1. Агзамов Ф. А., Измухамбетов Б. С. «Долговечность тампонажного камня в коррозионно — активных средах». СПб. : Недра, 2005. 318 с.
  2. Авдеенко А.П., Поляков А.Е. «Коррозия и защита металлов: Краткий курс лекций». — Краматорск: ДГМА, 2003. — 104 с.
  3. Додсон. Бетонная смесь. Нью-Йорк: В.Н. Рейнхольд:1990.
  4. Ангстадт, Херли. Патент США № 3427175, февраль 11, 1969.
  5. Джастнес. Доклад СТП F93013. SINTEF конструкций и бетона. Норвегия: Трондхейм; 1993.
  6. Джастнес, Найгаард «Влияние нитрата кальция на связывающую способность цемента и скорость индуцированной коррозии при использовании в строительных растворах». Труды международной конференции по проблемам коррозии и защиты от коррозии стали в бетоне. Великобритания: Шеффилд; 1994. с. 491-502.
  7. Джастнес, Найгаард «Технический нитрат кальция в качестве ускорителя схватывания для цемента при низких температурах». Cement Concr Res 1995;25(8): 1766-74.
  8. Джастнес: «Объяснение долгосрочной прочности на сжатие бетона при использовании нитрата кальция», Труды 11-го Международного конгресса по химии цемента (ICCC), 11-16 мая 2003 года, Дурбан, Южная Африка, с.475-484.
  9. Нитрат кальция NitCal — комплексная добавка для бетонов Дата: 31.10.2008 «Вестник строительного комплекса» № 59.
  10. http://www.bhz.kosnet.ru/Rus/Prod/Tech/PDF/06_HK.pdf.
  11. Джастнес: «Ингибиторы коррозии для бетона», Труды Международного симпозиума по прочности бетона I памяти профессора доктора Раймундо, Ривера, 12-13 мая 2005, Монтеррей, Н.Л. Мексика, с. 179-199.
  12. Исследования Цемента и Бетона, «NITCAL — комплексная добавка в бетоны» // ООО Элсвиер Сайенс. — Норвегия, 1995.
  13. Научно-технический отчет: «Разработка технологических параметров процессов промышленного комплекса утилизации некондиционных окислителей ракетного топлива и получения активных комплексных нитратных солей для растворов бурения нефтегазовых скважин и добавок в бетон» // Открытое акционерное общество «Красноярский машиностроительный завод» — Химзавод — фил. ОАО «Красмаш», 2012 г
  14. Неверов А.Л., Вертопрахова Л.А., Баталина Л.С., Минеев А.В. «Исследования влияния добавок комплексных нитратных солей на свойства общестроительного и тампонажного цемента». Журнал «Инженерная геология», 2013, с. 64-71.
  15. Стандарт API-10A и 10B.
  16. Положение АО «Ванкорнефть» по креплению скважин.

Автор: К. О. Мешкова, Сибирский федеральный университет

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector