Модификация тампонажного портландцемента нанодобавками

Модификация тампонажного портландцемента нанодобавками

Автор: Фарит Акрамович Агзамов, Александр Юрьевич Григорьев

Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild

Рубрика: Применение наноматериалов и нанотехнологий в строительстве

Статья в выпуске: 4 т.14, 2022 года.

Бесплатный доступ

Введение. Применяемые при цементировании скважин растворы (суспензии) портландцемента имеют высокие водоцементные отношения (0,45–0,6). Также они содержат минимальное количество инертных наполнителей, должны иметь нулевое водоотделение и регулируемое твердение с минимальным временем между началом и концом схватывания. Состояние вопроса. Основная часть работ по использованию нанодобавок в вяжущих системах относится к строительной отрасли. В качестве модификаторов цементных систем широкое применение имели нанокремний, нанотитан, нанокарбонат, наноглины, углеродные нановолокна и др., которые показывали повышение прочностных показателей получаемых бетонов. В литературе приведен широкий диапазон концентраций нанодобавок в цементные системы от 0,001 до 10,0%. Повышение прочности цементного камня при больших концентрациях добавок в ряде публикаций объясняется уменьшением его капиллярной пористости за счет кольматации порового пространства. Однако нанодобавки не должны выполнять роль микронаполнителей в затвердевшем камне. Они должны работать в цементном растворе на этапе гидратации цемента и структурообразования раствора при концентрациях менее 1,0%. Результаты и обсуждение. Приводятся результаты экспериментальных исследований реологических свойств и ранней прочности камня на основе портландцемента с добавками (0,01%) нанокарбоната и наножелеза. Роль нанодобавок заключается в повышении скорости гидратации цемента за счет снижения энергии активации и ускорения растворения твердой фазы в жидкости. Нанодобавки могут являться «подложкой», на которой образуются двумерные зародыши новой фазы. Вероятность появления двумерных зародышей на подложке на несколько порядков выше, чем для образования трехмерных зародышей новой фазы в объеме раствора. Заключение. Полученные результаты показали неоднозначное влияние добавок на тестируемые показатели, что свидетельствует о необходимости оптимизации количества добавок. Одной из причин неоднозначности результатов могут быть высокие водоцементные отношения, снижающие вероятность образования «стесненных» условий в цементных суспензиях. При этом «нивелируются» эффекты от ускорения гидратации цемента и уменьшается количество контактов между продуктами гидратации.

Еще

Нанодобавки, гидратация цементов, структурообразование, реология, прочность камня

Короткий адрес: https://sciup.org/142234646

IDR: 142234646   |   DOI: 10.15828/2075-8545-2022-14-4-319-327

Список литературы Модификация тампонажного портландцемента нанодобавками

  • Булатов А.И. Детективная биография герметичности крепи скважин. Краснодар: Просвещение-Юг, 2008. 767 с.
  • Данюшевский В.С. Проектирование оптимальных составов тампонажных цементов. М.: Недра, 1978. 293 с.
  • Agzamov FA, Kabdushev AA, Komleva SF, Bayutenov NA. Use of cement sludges with reduced fluid losses for cementing wells in Kazakhstan. Pollution Research. 2016; 35(4): 891–896.
  • Агзамов Ф.А., Исмагилова Э.Р. Самозалечивающиеся цементы – ключ к сохранению герметичности крепи скважин. Часть 1 // Нанотехнологии в строительстве. 2019. Том 11, № 5. С. 394–402. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2019- 11-5-394-402.
  • Бекбаев А.А., Агзамов Ф.А. Дисперсное армирование как фактор повышения качества облегченных цементных растворов. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2018. № 8. С. 38–42.
  • Yusifzadeh HQ, Edwards EJ, Shahbazov Jr, Kaziov AA. Technologies of Oil and Gas Well Drilling. Baku: 2014.
  • Сулейманов Б.А., Велиев Э.Ф. О влиянии гранулометрического состава и наноразмерных добавок на качество изоляции затрубного пространства в процессе цементирования скважин // SOCAR Proceedings. 2016. № 4. С. 4–10. https://doi.org/10.5510/OGP20160400293.
  • Murtaza M, Rahman M, Al-Majed A. Effect of nanoclays on mechanical and rheological properties of cement sludge of oil wells in HPHT environment. International Conference on Petroleum Technologies. 2016. Available from: https://doi.org/10.2523/IPTC-18989-MS.
  • De la Roij R. Egyed C, Lips JP. Nano-engineered oil wells cement improves flexibility and increases compressivestrength: a laboratory study. Society of Petroleum Engineers. 2012. Available from: https://doi.org/10.2118/156501-MS.
  • Кравченко И.В., Кузнецова Т.В., Власова Н.Г., Юдович Б.Э. Химия и технология специальных цементов. М.: Стройиздат, 1979. 207 с.
  • Ridha S, Yerikania U. New nano-geopolymer cement system improves wellbore integrity upon acidizing job: experimental results. Society of Petroleum Engineers. 2015. Available from: https://doi.org/10.2118/176419-MS.
  • Sanchez F, Sobolev K. Nanotechnologies in concrete. А review. Construction and construction materials. 2010;24(11): 2060–2071. Available from: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.03.014.
  • Muhd Norhasri MS, Hamidah MS, Mohd Fadzil A. Applications of using nanomaterial in concrete: A review. Construction and building materials. 2017;133: 91–97. Available from: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.005.
  • Nanotechnology in cement-based construction. Edited by Antonella D’A, Annibale LM, Filippo U. Imprint by Jenny Stanford Publishing. Available from: https://doi.org/10.1201/9780429328497.
  • Oltulu M, Sahin R. Single and combined effects of nano-SiO2, nano-Al2O3 and nano-Fe2O3 powders on the compressive strength and capillary permeability of cement mortar containing silica fume. Materials Science and Engineering.2011;528(22–23): 7012–7019. Available from: https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.05.054.
  • Hui Li, Hui-gang Xiao, Jie Yuan, Jinping Ou. Microstructure of cement mortar with nano-particles. Composites Part B: Engineering. 2004; 35 (2):185–189. Available from: https://doi.org/10.1016/S1359-8368(03)00052-0.
  • Jalal M, Fathi M, Farzad M. Effected of fly ash and TiO2 nanoparticles on rheological, mechanical, microstructural and thermal properties of high-strength self-compacting concrete. Mechanics of materials. 2013;61: 11–27. Available from: https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2013.01.010.
  • Shiho Kawashima, Pengkun Hou, David J.Corr, Shah SP. Modification of cement-based materials with nanoparticles. Cement and concrete composites. 2013;36: 8–15. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2012.06.012.
  • Xiaoyan Liu, Lei Chen, Aihua Liu, Xinrui Wang. Influence of Nano-CaCO3 on the properties of cement paste. Energy Process. 2012; 16(B): 991–996. Available from: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.01.158.
  • Sato T, Diallo F. Seeding effect of nano-CaCO3 on the hydration of tricalcium silicate. Journal of the Transportation Research Board. 2010; (2141): 61–67. Available from: https://doi.org/10.3141/2141-11.
  • Sato T, Beaudoin JJ. Effect of nano-CaCO3 on the hydration of cement-containing additional cementing materials. Advances in Cement Research. 2011; 23(1): 33–43. Available from: https://doi.org/10.1680/adcr.9.00016.
  • Metaxa Z, Konsta-Gdoutos M, Shah SP. Mechanical properties and nanostructure of cement-based materials reinforced with carbon nanofibers and polyvinyl alcohol (PVA) microfibers. Materials Science. Polymer Journal. 2010. Available from: https://doi.org/10.14359/51663743.
  • Gerrit L, Dietmar S. Control cement hydration with nanoparticles. Cement and concrete composites. 2015;57: 64–67. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.12.003.
  • Artioli G, Ferrari G, Dalkoni MC, Valentini L. Nanosemines as modifiersof the cement hydration kinetics. Materials Science. 2020. Available from: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817854-6.00010-6.
  • Леденев В.В., Ярцев В.П., Струлев С.А., Однолько В.Г. Влияние наномодификации на прочность и подвижность цементных бетонов и разработка пенобетона // Вопросы современной науки и практики. 2012. № 37 (1). С. 24–29.
  • Тейлор Х. Химия цементов. М.: Стройиздат, 1969. 500 с.
  • Мчедлов-Петросян О.П. Современные взгляды на процессы твердения цементов // Новое в технологии и технике производства цемента. Труды института Южгипроцемет. М.: Госстройиздат, 1963. С. 144–152.
  • Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. М.: Стройиздат, 1973. 203 с.
  • Полак А.Ф., Физико-химические основы коррозии железобетон // Элементарные процессы коррозии: учеб. Пособие. Уфа: Изд. Уфимск. нефт. ин-та, 1982. 76 с.
  • Кузнецова Т.В. Кудряшов И.В., Тимашев В.В. Физическая химия вяжущих материалов: учебник для хим.-технол. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1989. 384 с.
  • Чернышов Е.М., Артамонова О.В., Славчева Г.С. Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла // Нанотехнологии в строительстве. 2020. Том 12, № 3. С. 130–139. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2020-12-3-130-139.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp