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鉆探常用的水泥與外加劑

2017-08-29 09:46

鉆探施工中,需要用水泥加固孔口管及止水套管,也經常遇到地層的坍塌、漏失、破碎掉塊等復雜問題,需要用水泥進行護壁堵漏。但是,由于普通水泥早期強度低、凝結時間過長、漿液流動性差,就需要使用水泥外加劑來改善和調整各種水泥性能,采用水泥外加劑對改善和調整某些水泥性能是個有效的途徑。比如要提高早期強度宜用早強外加劑;要縮短凝結時間,則用速凝劑;若需改善流動性,要用減阻劑等等。

一、水泥定義

水泥,粉狀水硬性無機膠凝材料。加水攪拌后成漿體,能在空氣中硬化或者在水中更好的硬化,并能把砂、石等材料牢固地膠結在一起。cement,是碎石及片石的意思。早期石灰與火山灰的混合物與現代的石灰火山灰水泥很相似,用它膠結碎石制成的混凝土,硬化后不但強度較高,而且還能抵抗淡水或含鹽水的侵蝕。長期以來,它作為一種重要的膠凝材料,廣泛應用于土木建筑、水利、國防等工程。

二、水泥分類

水泥按用途及性能分為:

(1)通用水泥: 一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指:GB175—2007規定的六大類水泥,即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥。

(2)專用水泥:專門用途的水泥。如:油井水泥,道路硅酸鹽水泥。

(3)特性水泥:某種性能比較突出的水泥。如:快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、磷鋁酸鹽水泥和磷酸鹽水泥。

水泥按其主要水硬性物質名稱分為:

(1)硅酸鹽水泥,即國外通稱的波特蘭水泥;

(2)鋁酸鹽水泥;

(3)硫鋁酸鹽水泥;

(4)鐵鋁酸鹽水泥;

(5)氟鋁酸鹽水泥;

(6)磷酸鹽水泥

(7)以火山灰或潛在水硬性材料及其他活性材料為主要組分的水泥。

水泥按主要技術特性分為:

(1)快硬性(水硬性):分為快硬和特快硬兩類;

(2)水化熱:分為中熱和低熱兩類;

(3)抗硫酸鹽性:分中抗硫酸鹽腐蝕和高抗硫酸鹽腐蝕兩類;

(4)膨脹性:分為膨脹和自應力兩類;

(5)耐高溫性:鋁酸鹽水泥的耐高溫性以水泥中氧化鋁含量分級。

水泥命名的原則:

水泥的命名按不同類別分別以水泥的主要水硬性礦物、混合材料、用途和主要特性進行,并力求簡明準確,名稱過長時,允許有簡稱。

通用水泥以水泥的主要水硬性礦物名稱冠以混合材料名稱或其他適當名稱命名。

專用水泥以其專門用途命名,并可冠以不同型號。

特性水泥以水泥的主要水硬性礦物名稱冠以水泥的主要特性命名,并可冠以不同型號或混合材料名稱。

以火山灰性或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥是以主要組成成分的名稱冠以活性材料的名稱進行命名,也可再冠以特性名稱,如石膏礦渣水泥、石灰火山灰水泥等。

三、水泥外加劑

水泥外加劑的類型品種很多。用于地質鉆探的水泥外加劑依其功用和成分,有不同的分類方法:

按功用分類

(1)調節水泥凝結硬化速度的速凝劑和緩凝劑;

(2)供使水泥早期強度提高的早強劑;

(3)降低水灰比、改善漿液流動性能的減阻劑或減水劑、稀釋劑;

(4)減少漿液的析水和失水的降失水劑;

(5)降低水泥漿比重的減輕劑;

(6)增強水泥與巖層粘結強度的膨脹劑;

(7)防止漿液流失的堵漏劑等。

按化學成分分類

1. 無機化合物類

包括各種無機鹽類,一些金屬單質,少量氧化物和氫氧化物等。這類物質大多用作早強劑、速凝劑等。

2.有機物類

這類物質種類很多。其中大部分屬于表面活性劑的范疇,有陰離子、陽離子、非離子型以及高分子型表面活性劑等。

為了滿足各種工程施工需要,水泥外加劑在改善水泥某些性能的使用中,應考慮以下五個方面問題:

①按水泥品種合理選用外加劑;

②選用外加劑應明確改善和調整水泥性能的目的;

③選用外加劑合適摻量;

④考慮具體施工條件,如氣溫、孔內溫度、壓力、灌注方式、灌注工具等;

⑤盡可能選用復合外加劑。

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