Расширяющая добавка к цементу

Изобретение относится к составу расширяющей добавки к цементу и может быть использовано в промышленности строительных материалов и нефтяной промышленности для получения высокоэффективных вяжущих и тампонажных растворов. Технический результат - увеличение степени расширения цементного камня при сохранении реологических свойств тампонажного раствора и сроков схватывания. Расширяющая добавка к цементу, содержащая шлак переработки вторичного алюминия, содержит указанный шлак состава, мас.%: Al₂O₃ 65-70, AlN₃ 10-15, Al 1-5, NaCl-KCl 10-23, модифицированный органической кислотой в количестве 0,1-1 мас.% по отношению к общей массе добавки распылением ее на указанный шлак крупностью не более 100 мкм, с последующей сушкой в сушильной камере теплым воздухом с температурой не более 50°С.

 

Изобретение относится к области строительства и ремонта скважин, а именно расширяющим добавкам к цементу, может быть использовано в промышленности строительных материалов для получения высокоэффективных вяжущих.

Минеральные активные добавки природного и искусственного происхождения, вводимые для улучшения свойств цемента, представлены в [1. Чехов А.П. и др. Справочник по бетонам и растворам. - Киев: Будивельник, 1979, с.30-31].

Известна добавка, содержащая боксит, гипс и доломитизированные отходы обогащения полиметаллических руд [Авторское свидетельство СССР N 658100, кл. С04В 7/345, 1979]. Недостатком известных расширяющих добавок является низкая величина энергии самонапряжения и недостаточная водонепроницаемость бетонов на их основе. Кроме того, существенным недостатком известных решений является сложный и дорогостоящий технологический процесс получения расширяющих добавок, связанный с предварительным получением сырьевой смеси, ее брикетированием и проведением высокотемпературного обжига.

Из уровня техники известен тампонажный материал, содержащий в том числе шлак переработки (переплавки) вторичного алюминия [Пат. РФ №2235857, кл. Е21В 33/138, 10.09.2004].

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является добавка, включающая доломит, гипс и алюмосодержащий компонент, которая содержит в качестве алюмосодержащего компонента глинистый сланец с соотношением Al₂O₃:SiO₂:CaO от 1:3:0,05 до 1:3,5:0,2 при следующем соотношении компонентов, мас.: доломит 0,1-5,0, гипс 24,9-30,0, глинистый сланец 65,0-75,0 [Пат. РФ № 2049079, кл. 6 С04В 28/04, С04В 22/06, С04В 7/00]. Последнее принято в качестве прототипа.

К недостаткам прототипа и аналогов следует отнести низкие коэффициенты расширения бетонных смесей и недостаточную водонепроницаемость, обусловленную, по-видимому, повышенной концентрацией гипса в ее составе.

Технической задачей заявляемого изобретения является достижение более высоких коэффициентов расширения цементного камня.

Решение поставленной задачи состоит в том, что расширяющая добавка к цементу, содержащая шлак переработки вторичного алюминия, отличается тем, что содержит указанный шлак состава, мас.%:

Al2O3	65-70
AlN3	10-15
Al	1-5
NaCl-KCl	10-23,

модифицированный органической кислотой в количестве 0,1-1 мас.% по отношению к общей массе добавки распылением ее на указанный шлак крупностью не более 100 мкм, с последующей сушкой в сушильной камере теплым воздухом с температурой не более 50°С.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что при затворении водой гидратация цемента сопровождается сдвигом значения рН в сторону щелочных значений и образованием свободного гидроксида кальция. Взаимодействие алюминия металлического в щелочной среде сопровождается эмиссией водорода. Одновременно активируется разложение нитридов алюминия с выделением газообразных соединений азота. Ввод в систему модификатора, играющего роль буфера в присутствии хлоридов натрия и калия, замедляет скорость изменения рН раствора в системе, обеспечивая равномерную эмиссию газов в процессе приготовления раствора, выдержки в жидкотекучем состоянии, процессе схватывания цементного камня и ранних сроков его твердения. Эмиссия газов в системе обеспечивает внутреннее напряжение, повышенную подвижность раствора. Варьируя массу вводимой добавки и ее гранулометрический состав, можно добиваться самых разнообразных эффектов, начиная от напряженного состояния за счет образования замкнутых микропор с изменением линейных размеров на 1-5%, вплоть до получения поризованной массы цементного камня со сквозными порами с изменением линейных размеров на 40%. Ввод добавки практически не искажает реологических свойств системы в целом и не влияет на сроки схватывания цементного камня.

Добавка готовится следующим образом. Используется исходный шлак соответствующего состава, крупность которого не превышает 100 мкм. Раствор органической кислоты (лимонная 0,5% раствор) распыляется с помощью форсунки непосредственно над транспортером исходного шлака. Продукт слегка подсушивают теплым воздухом в сушильной камере циркуляционного или иного типа. Далее следует выдержка на воздухе и затарка в транспортную герметичную тару.

Пример осуществления изобретения. В качестве вяжущего применяют портландцемент тампонажный ПТЦ-1G Сухоложского цементного завода. Органическую кислоту - уксусную распыляют на шлак крупностью 90 мкм в количестве 0,25 мас.% по отношению к общей массе добавки. Используют шлак переработки вторичного алюминия, содержащий, мас.%: Al₂O₃ 70, AlN₃ 15, Al 5, NaCl-KCl 10. Сушку осуществляют в сушильной камере теплым воздухом с температурой 50°С.

Кроме уксусной кислоты могут быть использованы другие кислоты, например, лимонная или винная.

Расширяющая добавка к цементу, содержащая шлак переработки вторичного алюминия, отличающаяся тем, что содержит указанный шлак состава, мас.%:

Al2O3	65-70
AlN3	10-15
Al	1-5
NaCl-KCl	10-23

модифицированный органической кислотой в количестве 0,1-1 мас.% по отношению к общей массе добавки распылением ее на указанный шлак крупностью не более 100 мкм, с последующей сушкой в сушильной камере теплым воздухом с температурой не более 50°С.