что такое тампонажный слой на мосту

Для чего укладывается тампонажный слой бетона?

Сферы применения

Применение тампонажного цемента обусловлено его главным качеством: материал имеет высокие показатели прочности с самого начала затвердевания. Данный вид цемента в первую очередь предназначен для тампонирования нефтегазовых скважин. В процессе цементирования одновременно вытесняется буровая смесь.

Тампонажный цемент для скважин закачивается с помощью насосного оборудования – чтобы обеспечить текучесть раствора объем воды должен превышать объем сухих компонентов в два раза. Получившаяся масса (пульпа) характеризуется высокой подвижностью, после затвердевания она образует плотный монолит, не склонный к усадке, между обсадной трубой и стенками скважины. При этом материал плотно сцеплен как с трубой, так и со стенками пробуренного в горных породах ствола.

Цементная оболочка служит защитой обсадной трубы от сдвижек пластов, от контакта с грунтовыми водами, агрессивными газообразными средами. Тампонажный цемент применяется для укрепления дна скважины и сокращения ее глубины, для устранения повреждений самой обсадной колонны.

В строительстве данный вид цемента практически не используется. Исключением служит применение тампонажного цемента для фундамента из буровых свай, которые устанавливаются на сложных грунтах.

Тампонаж

Основное назначение тампонажа – заполнение пустот закрепного пространства и улучшение условий работы крепи за счет более равномерного распределения нагрузки. Тампонажный раствор, после его затвердевания, образует дополнительную бетонную оболочку, увеличивающую несущую способность крепи. Кроме того, в процессе нагнетания в закрепное пространство, тампонажный раствор проникает в трещины приконтурного массива, упрочняя краевую его часть [5].

Упрочненная таким образом породная оболочка работает в системе сил, противодействующих горному давлению, совместно с крепью и затвердевшим тампонажным раствором, заполнившим закрепное пространство.

Создается сложная комбинированная конструкция крепи с большой несущей способностью, которая увеличивается в 2,5–4,0 раза по сравнению с забутовкой закрепных пустот породной мелочью [6; 7].

Тампонаж закрепного пространства, проведенный в течение одного месяца после проходки выработки, в 1,8–2,5 раза сокращает величину конечных смещений массива горных пород. При этом после окончания работ по тампонажу процесс развития смещений полностью прекращается [4].

Рис. 1 Структура массива, прилегающего к крепи: 1 – рамная металлическая крепь из СВП; 2 – межрамная затяжка; 3 – тампонажный слой; 4 – зацементированная трещиноватая порода Fig. 1 Structure of rock mass adjacent to the support: 1 – framed metal support made of the SVP profiled sections; 2 – interframe tie; 3 – backfill layer; 4 – grouted fractured rock mass

Структура массива, прилегающего к крепи, изображена на рис. 1 и представляет собой сложную конструкцию, состоящую из рамной металлической крепи, межрамной затяжки, тампонажного слоя – бетонной оболочки зацементированной трещиноватой породы – упрочненного тампонажным раствором слоя краевой части массива [8].

Упрочнение массива горных пород в процессе тампонажа закрепных пустот за металлической арочной крепью позволяет увеличить расстояние между рамами крепи и обеспечивает экономию металла не менее чем на 40% [9]. Тампонаж закрепного пространства применяется не только для обеспечения устойчивости горных выработок, но и для повышения скорости их проведения, так как процесс приготовления тампонажного раствора и подачи его в закрепное пространство успешно механизирован, и широкое применение нашел при сооружении взрывоустойчивых перемычек в газовых угольных шахтах.

Техническая и экономическая несостоятельность применяемых в угольной промышленности рамных крепей и высокая трудоемкость их возведения обусловили поиск новых конструкций крепи, материалов и технологий для их возведения.

Особенности и состав

К специфическим особенностям тампонажного цемента можно отнести такие его свойства, как:

Тампонажный цемент прочен и целостен длительное время, независимо от влияния вредных окружающих сред.

Основной состав строительного материала представлен измельченным клинкером и гипсом. Также для воздействия на те или иные свойства применяют минеральные добавочные вещества. Для цементирования буровых скважин при нефте- и газодобыче производятся разные виды растворов, а именно:

Кроме обычного тампонажного портландцемента производят сульфатостойкую смесь, которая не поддается воздействию агрессивной среды, долговечный низкогигроскопичный цемент, а также волокнистую смесь для прочного цементирования путей утечки раствора.

Для чего укладывается тампонажный слой бетона?

Для поддержания положительных температур и создания благоприятного термонапряженного состояния бетона, а также для надежной изоляции между бетоном и водой в уровне днища рекомендациями допускалось в зимнее время в случае необходимости укладывать подводным способом в опалубку тампонажный слой бетона толщиной 0,5 м ниже проектной отметки подошвы оголовка пирса. В тампонажный слой предварительно перед бетонированием укладывались паровые трубы. Кстати, монтаж металлоконструкций производят еще до укладки тампонажного слоя бетона.

Перед бетонированием тампонажного слоя для предотвращения его замерзания, а также для обогрева металлического шпунта вода в опалубке в месте укладки бетонной смеси прогревалась до температуры 15—20° С. Тампонажный слой бетона укладывался с температурой 12° С на днище опалубки под воду.

Прогрев тампонажного слоя осуществлялся паровыми трубами непрерывно в течение 1 —1,5 суток. После отвердевания тампонажного слоя бетона предполагались откачка воды из опалубки, последующая установка арматуры, отогрев горячим воздухом опалубки и ранее уложенного тампонажного слоя бетона и бетонирование «насухо».

Несмотря на выполнение всех мероприятий, предусмотренных рекомендациями, обеспечить полную непроницаемость опалубки не удалось, поэтому бетон укладывыетсяя частично в воду. Укладка бетона осуществлялась методом «с островка». Бетон подавался в одно место, при вибрировании он погружался на дно опалубки, поднимая верхние слои. При этом с водой соприкасался ограниченный объем бетона.

Блоки оголовка бетонировались непрерывно. Высота бетонируемых блоков находилась в пределах 1,5—2 м. При укладке бетона велся контроль за температурой, Объемом вовлекаемого воздуха и подвижностью транспортируемой бетонной смеси; осуществлялся отбор контрольных образцов из каждой партии бетона. Учитывая, что условия подогрева заполнителей и воды на бетонном узле не позволяли получить товарную смесь с температурой 30—35° С, а только с температурой 20°С (бетонная смесь после укладки имела температуру 12°С), было принято решение о дополнительном обогреве бетона паром в верхней части оголовка. С этой целью над оголовком устраивался временный деревянный короб, внутри которого прокладывались две паровые трубы на длину бетонируемого участка. Сверху короб изолировался толем. Как показал анализ температурных полей в теле оголовка и причального выступа, полученных на гидроинтеграторе В. С. Лукьянова, с учетом подачи пара в верхнюю область оголовка, наблюдалось бурное тепловыделение в центре оголовка и в выступе.

В результате этого температура бетона поднялась во всех точках оголовка до 40—50° С, что позволило бетону набрать прочность 70% в течение трехсуточного срока твердения. Однако при этом в поверхностных слоях бетона сложилось неблагоприятное термонапряженное состояние. После остывания бетона до 0° С высверливались керны из бетона, находящегося в зоне переменного уровня воды, для последующего испытания бетона на морозостойкость.
23 мая 2013

Технические характеристики

Тампонажный цемент характеризуется следующими техническими параметрами:

Помимо этого, нормируется также тонкость измельчения клинкера и лимит прочности на изломе макета из затвердевшей смеси.

Маркировка тампонажного цемента

Тампонажный цемент производится в соответствии с ГОСТ 1581-96. Материал имеет маркировку ПТЦ (портландцемент). В зависимости от характеристик и свойств, тампонажный цемент бывает:

В стандартной маркировке указывается тип цемента, его сульфатостойкость, средняя плотность, максимально допустимая температура применения, степень пластификации (ПЛ) или гидрофикации (ГФ), номер ГОСТа.

Рабочие характеристики зависят от марки тампонажного цемента и особенностей его изготовления. В таблице ниже приведены пределы, в которых могут варьироваться показатели материала.

Данные характеристики тампонажного цемента приводятся в сертификате на продукцию вместе с информацией о дате изготовления и объеме партии материала.

Классификация и маркировка

Строительный материал можно классифицировать в зависимости от следующих критериев:

Маркировка материала включает:

Пример маркировки и ее расшифровка

Марка ПЦТ II-СС-50 ГОСТ 1581-96 означает, что эта смесь называется тампонажным портландцементом, в состав которого входят минеральные добавки. Это вещество с сульфатоустойчивыми параметрами, используется при температурах в диапазоне от низкой до нормальной.

Маркировка и ее расшифровка

Каждый вид тампонажного цемента обладает собственным номенклатурным наименованием, которое соответствует свойствам.

Маркировка тампонажа состоит из 5 обозначений:

Область и технология применения

Отличительной особенностью тампонажного цемента является высокая степень крепости с самого начала затвердения. Это качество и обусловило главную сферу применения данного материала — цементирование (либо тампонирование) нефтегазовых скважин при одновременном вытеснении буровой смеси. В жилищном строительстве этот вид цемента не применяется. Исключение составляет установка буровых свай в сложных условиях.

Тампонажный цемент закачивается насосами, поэтому раствор используют в достаточно жидком виде: к сухой цементной смеси добавляется вода в пропорции 2:1. После затворения большими объемами жидкости цемент преобразуется в подвижную массу, именуемою пульпой, ее и закачивают в скважину. По окончании этапа транспортировки масса затвердевает и становится безусадочным плотным монолитом, который хорошо скреплен со стенками ствола скважины и обсадной трубой.

Полученный слой надежно защищает от грунтовых вод, либо сдвижек пластов разной плотности. Учитывая свойства грунта, заполнение бывает либо полным, либо частичным. Кроме обеспечения защиты, тампонажный цемент может сократить глубину и укрепить дно скважины, а также ликвидировать повреждения на обсадных колоннах.

Источник

Тампонажный и быстротвердеющий цементы

Цемент общестроительный. Фото Петрович

Потенциальным клиентам предоставляется широкий выбор цемента, находящего применение для решения различных задач. Вяжущее вещество используется в строительных и ремонтных работах, выполняющихся профессионалами соответствующих областей. Применяется цемент для изготовления различных изделий в промышленных и домашних условиях. Грамотно отлаженная работа с цементом своими руками позволяет создать различные фигурки, поделки, вазоны. Для выполнения данных задач в большинстве случаев используется цемент общего назначения (строительный, портландцемент). Но присутствуют в продаже и цементы специального назначения, предназначенные для выполнения специфических работ.

Тампонажный

Что это такое, состав, маркировка

Тампонажный цемент является одним из уникальных видов портландцемента с особыми требованиями к минералогическому составу клинкера. В соответствии с названием используется при выполнении тампонажных работ, целью которых является исключение воздействия агрессивных сред и газов на трубы нефтяных и газовых скважин при их бурении, в процессе эксплуатации и при капитальном ремонте.

Использование тампонажного вяжущего вещества позволяет изолировать нефтеносные слои от водоносных и отделить нефтеносные слои друг от друга. Применение цемента создает все необходимые условия для безопасной эксплуатации и продления рабочего периода скважин. Цементный раствор при затвердении образует монолитную «рубашку», которая служит для защиты труб от давления грунтовых вод и сдвижек грунтовых пластов. Материал надежно сцепляется с трубами и со стенками ствола в горной породе. Тампонирование является важной операцией технического процесса бурения, от качества цементирования зависит эффективность эксплуатации скважины, а при бурении — возможность правильно выполнить оценку запасов нефтеносных слоев в месторождении. В традиционном строительстве тампонажный цемента не используется. Исключением является обустройство фундамента на буронабивных сваях, осуществляющееся в сложных геологических условиях.

Тампонажный цемент. Фото LafargeHolcim

В состав цемента входит клинкер, количество которого не превышает 80%, гипс в объеме 3-5% и добавки в виде различных минеральных веществ, которые придают смесям заданные свойства. Состав клинкера аналогичен совокупность компонентов в обычном портландцементе, но к первому предъявляются повышенные требования. Для эффективного решения поставленных задач, в частности использования в холодных скважинах, количество трехкальциевого алюмината в составе клинкера должно варьироваться в пределах от 10 до 13%, алита — порядка 50%. Для горячих скважин требуется состав с минимальным содержанием трехкальциевого алюмината.

Производство тампонажного вяжущего осуществляется в соответствии с ГОСтом 1581-96, имеет маркировку ПТЦ (портландцемент). В зависимости от характеристик различают бездобавочный (I), бездобавочный с водоцементным соотношением в 0,44 (I-G) и бездобавочный с соотношением в 0,38 (I-H) цемент, с добавление минеральных компонентов (II) и добавками, регулирующими плотность (III). В соответствии с плотностью теста вяжущее последнего типа разделяют на утяжеленное (Ут) и облегченное (Об). Цементы предназначены для использования при низких и нормальных (15-50 градусов), умеренных (51-100 градусов) и повышенных (101-150 градусов) температурах. По сульфатостойкости выделяют обычный и сульфатостойкий (СС) цемент, нередко выделяют вяжущее высокой сульфатостойкости (СС1) и умеренной (СС2). Стандартная маркировка содержит буквы «ПЦТ» и сведения о типе и уровне сульфатостойкости цемента, его средней плотности, максимально допустимой температуре использования, наличии пластифицирующих или гидрофобизирующих добавок, ПЛ или ГФ соответственно, номер ГОСТа, которому соответствует продукция.

Технические характеристики и особенности

Тампонажному цементу характерны следующие особенности:

Технические характеристики зависят от состава и типа цемента, производителя, наличия или отсутствия добавок. В результате показатели варьируются в значительных пределах, но возможно представить следующие характеристики:

Кроме представленных выше видов тампонажного цемента различают также несколько типов растворов:

Кроме обычного цемента производятся также специальные тампонажные составы, к которым относится сульфатостойкая смесь, стойкая к агрессивным средам.

Тампонажный цемент. Фото LafargeHolcim

В сложных геологических условиях, когда велика вероятность гидроразрывов, цементирование скважин осуществляется с применением облегченных растворов. Производятся они посредством ввода в состав добавок, снижающих плотность: алюмосиликатные микросферы, диатомит, зола, трепел и т.д. Плотность легких тампонажных цементов еще ниже, их проще закачивать, материалы обладают высокой адгезией, хорошо сцепляются со старым цементным покрытием труб, заполняют трещины и пустоты. Предназначены для выполнения работ на значительной глубине и осуществления ремонта разрушенных участков монолитной «рубашки». В качестве добавок выступает полые алюмосиликатные микросферы и каолин.

Утяжеленный цемент используется для тампонирования высокотемпературных скважин. Сроки схватывания смесей зависят только от свойств тампонажного цемента, их в малой степени определяет количество утяжеляющей добавки. В растворы обычно вводится пластификатор — ацетально-спиртовый стабилизатор.

Для улучшения качеств растворов возможно использовать и другие добавки:

Области применения

Основным свойством является высокие показатели прочности с начала затвердения тампонажного цемента, которые и определяют главную сферу применения — тампонирование (цементирование) нефтегазовых скважин, в процессе которого одновременно происходит вытеснение буровой смеси. В строительстве жилых зданий данный вид не применяется. Исключением является установка свай в сложных условиях. Цемент закачивается в отверстие с помощью насосного оборудования. Для обеспечения текучести состава количество воды должно превышать объем сухих компонентов в 2 раза, т.е. пропорции 2 к 1. После затворения значительным количеством воды цемент характеризуется высокой подвижностью, а после затвердения — образует между трубой и стенками скважины прочный, не склонный к усадке монолит. При этом материал крепко и плотно сцеплен и с трубой, и со стенками скважины.

Использование тампонажного цемента. Фото LafargeHolcim

Тампонажный цемент используется для укрепления дна скважин, сокращения глубины скважин, устранения повреждения обсадной колонны. Подбор марки цемента производится с учетом условий применения и глубины скважины. Бурение на болотистом и песчаном грунте или строительство скважин глубже 2000 метров предполагает выбор облегченных видов, рекомендуется к применению марка ПЦТ-III-об-5-100. Важное значение имеет температура в шахте. В условиях высоких температур цементное тесто затвердевает в период от 90 минут до 10 часов. Более значительные температуры способствуют быстрейшему схватыванию смеси. При использовании в холодной скважине или, если цемент применяется при выполнении работ зимой, твердение начинается через 120-180 минут после заливки и может завершиться через 20 часов. Более продолжительный период застывания у солестойкого цемента.

Быстросохнущий

Работе с крупными бетонными конструкциями и необходимость выполнения задачи в короткие сроки требует применения быстротвердеющего цемента. Состав и особенности изготовления стройматериала позволяют достичь необходимой прочности быстрее.

Что из себя представляет, состав

Быстротвердеющий (или быстросохнущий, БТЦ) цемент представляет собой вяжущее вещество, отличающееся повышенной прочностью через 3-е суток твердения. В соответствии с недействующим сегодня ГОСТом 10178-62 к быстротвердеющим материалам относится цемент, который должен набирать до половины марочной прочности в течение 1-2 суток после заливки. Для данного вида цемента производителями подбирается качественное сырье с максимально однородным составом и минимальным содержанием нежелательных примесей.

Быстротвердеющий цемент. Фото LafargeHolcim

Главное отличие быстротвердеющего цемента от обычного заключается в повышенном количестве трехкальциевого силиката в составе, который и способствует быстрому набору прочности в период начального твердения. Состоит БТЦ из известнякового клинкера в количестве 60-65%, оксид магния (MgO) — не более 5%, гипса — не более 3,5%, гранулированных шлаков — до 15%, активных минеральных добавок — не более 10%. Допускается замещение минеральных добавок органическими: ферритные и сульфоферритные продукты, кренты — в целях увеличения прочности и ускорения твердения. Доля органических добавок не должна превышать 5% от массы цемента.

Технология производства быстротвердеющего материала

Секрет производства БТЦ заключается в более мелком помоле компонентов. Тонкий помол предполагает быстрый износ оборудования и продолжительное время производства, что отрицательно сказывается на стоимости. Для достижения необходимых показателей схватываемости удельная поверхность помола должна быть не менее 3500-4000 кв.см/г. вместо стандартных 2800-3000 кв.см/г. Уменьшение размеров частиц смеси приводит к увеличению площади взаимодействия с водой, в результате гидратация ускоряется.

При производстве используются вращающиеся печи, беззольное топливо, барабанно-шаровая мельница, вода, сырьевые материалы. При создании БТЦ применяется сырье с высокой однородностью и минимальной долей нежелательных добавок. Предпочтительнее использовать сырье некристаллической структуры, т.к. в нем химическая реакция происходит лучше, чем в материалах кристаллической структуры. В качестве сырья используется известковый камень, нагреваемый при высоких температурах до образования клинкера, который затем мелко измельчается и смешивается с гипсовым камнем. Обжиг помола осуществляется во вращающихся печах, функционирующих на беззольном топливе. После в помол вводится флюорит для ускорения клинкерообразования, полученная смесь остужается. В цемент вводятся активные минеральные добавки и доменные или электротермофосфорные остатки в долях 10 и 15% соответственно. Для избежания лишних выбросов и правильного увеличения прочности в состав добавляется 5-10% трепела.

По скорости твердения различают два вида цемента:

Особобыстротвердеющий (ОБТЦ), главным отличием которого является минимальное количество присадок. Клинкер измельчается до удельной поверхности в 4000 кв.см/г. Допускается добавление алита (68%) и целита (8%). Плотность бетона через 24 часа после заливки составляет 30 МПа, через 3-е суток — 40-45 МПа.

Сверхбыстротвердеющий (СБТЦ), состав его стандартизирован, в нем присутствуют галогеносодержащие вещества, что приводит к увеличению алюминатов. Тонкость помола составляет 8000-9000 кв.см/г. Данный вид применяется при возведении несущих конструкций. Сохнет быстрее ОБТЦ, за сутки набирает до 70% нормативной марочной прочности. Необходимую для демонтажа опалубки плотность в 10 МПа раствор набирает в течение 2-4 часов после заливки. На скорость твердения также влияют температура и влажность окружающей среды.

Быстротвердеющий цемент используется для изготовления смесей. Фото LafargeHolcim

Маркировка выглядит следующим образом — XXX 000 Y0 Z, где:

Отдельные виды возможно выделить в соответствии с торговой маркой, под которой выпущен стройматериал. Одна из ведущих компаний LafargeHolcim предлагает ШПЦ М400 Д5 Б, при изготовлении которого применяется шлакопортландцемент. ЮНИС выпускает доступный ПЦБ 2-400-Д0. Dauer Zement производит ЦЕМ II/А-Ш 42,5Б с быстрым схватыванием. Михайловцемент поставляет на рынок ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б.

Достоинства и недостатки, применение

Быстрое твердение цемента наиболее актуально при выполнении монолитного строительства. При возведении высотных жилых домов и других подобных сооружений на первый план выходит скорость. Использование БЦТ нивелирует ограничения, которые могут вызывать простои в работе. Не делая перерывов в работе мастера оперативно приступают к следующим этапам строительства. Применяется БТЦ при строительстве сооружений, требующих не только ускоренного твердения, но и повышенной прочности, где опалубка должна удаляться как можно раньше.

Растворы на основе БТЦ возможно использовать для кирпичной кладки. Необходимость применения объясняется сроками выполнения работ, наступлением холодов. Команда на начало строительства может быть дана слишком поздно, поэтому приходится использовать БТЦ. Ограничений по применению не имеется, т.к. характеристики БТЦ аналогичны обычным строительным смесям. Поэтому быстротвердеющий цемент используется при реконструкции различных зданий, подходит для заполнения трещин и пустот, гидроизоляции и герметизации швов, зазоров и отверстий. Нередко БТЦ применяется при ремонте цоколей и фундаментов зданий. Используется материал для крепления к бетонным поверхностям всевозможных деталей, например, анкеров.

Быстротвердеющий цемент используется для создания бетонных изделий. Фото LafargeHolcim

Хорошо зарекомендовал себя цемент при возведении трасс, производстве бетонных панелей и плит, ограждений и бордюров, электрических столбов. Нередко используется для бетонирования в холодную погоду, т.к. обильное тепловыделение в процессе гидратации защищает бетон от воздействия низких температур. Может использоваться БТЦ при кладке печей, изготовления интерьерных украшений. Но быстротвердеющему цементу не по силам вытеснить с рынка традиционные виды, т.к. он не лишен некоторых недостатков:

Сроки высыхания и твердения быстрого цементного состава

Сроки высыхания и твердения зависят от состава смеси и внешних условий — уровень влажности и температура окружающей среды. Минимальный срок набора начальной прочности составляет порядка 3-х часов, в течение которых происходит процесс схватывания. Для схватывания при температуре окружающей среды в +20 градусов по Цельсию достаточно 1-го часа, при 0 градусов — потребуется порядка 20 часов. Процесс схватывания начинается в растворах через 7-10 минут после заливки. Для твердения цементу необходимо 2-3 суток, но показатель может варьироваться в зависимости от типа вяжущего и нормативных показателей. Для ускорения твердения возможно использовать гидротепловую обработку, длительность которой занимает 12-13 часов, температуре 80 градусов.

Производители

В ассортименте крупных производителей, например, LafargeHolcim, возможно найти цементы общего и специального назначения. Тампонажные цементы данной торговой марки положительно зарекомендовали себя благодаря стабильно высокому качеству, быстротвердеющие строительные материалы отличает стабильность характеристик, ранняя прочность и надежность созревания монолита, они обеспечивают повышение производительности. Крупным производителем тампонажного цемента является компания SLK Cement, которая предлагает несколько разновидностей материала. Топкинский цемент и Красноярский цемент, входящие в холдинг Сибирский цемент, Спасскцемент и другие предприятия предлагают различные виды тампонажного материала. БТЦ присутствует в ассортименте многих компаний, в частности, ЮНИС и Михайлоцемент.

Где купить

На продаже цементов различных видов, в том числе, тампонажного и быстротвердеющего, специализируются компании, представленные в отдельном разделе нашего сайта.

Источник