ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 1994 года по МПК C04B7/00 

Изобретение относится к производству вяжущих материалов на основе портландцемента и может быть использовано для получения высокопрочных строительных и тампонажных растворов, твердеющих при повышенных температурах.

Известны вяжущие, включающие портландцемент, вспученный вермикулитовый песок и ускоритель охватывания на основе хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов [1] . Растворы, приготовленные на основе этого типа вяжущего, обладают сокращенными сроками схватывания и повышенной прочности в условиях нормальной и пониженных температур. Однако использование этих растворов при температурах выше 60^оС сопровождается снижением трещиностойкости и прочности сцепления камня с металлом.

Наиболее близким по технической сущности является вяжущее, включающее портландцемент, вспученный вермикулитовый песок и замедлитель схватывания - гипан [2] . Раствор, приготовленный на основе этого вяжущего, хотя и обладает улучшенными реологическими свойствами в условиях повышенных температур (60-90^оС), но характеризуется низкими прочностью сцепления с металлом, толщиностойкостью, а также повышенной водопроницаемостью. В связи с этим указанное вяжущее не может эффективно использоваться для создания строительных и тампонажных материалов, контактирующих с металлом и подвергающихся воздействию ударных усилий, а также в гидротермальных условиях.

Целью изобретения является повышение трещиностойкости, прочности сцепления с металлом и водонепроницаемости цементного камня в интервале температур 60-90^оС.

Цель достигается тем, что вяжущее в качестве замедлителя схватывания содержит карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Вспученный вермикули- товый песок 1,5-2,5
Карбоксиметилцеллю- лоза 0,5-1,5 Портландцемент Остальное
Вспученный вермикулитовый песок выпускается по ГОСТ 12865-67 и представляет собой сыпучий зернистый материал чешуйчатого строения, получаемый в результате обжига природных гидратированных слюд. Применяется в качестве теплоизолированной засыпки при температурах изолируемых поверхностей от минус 260 до плюс 1100^оС, а также для приготовления штукатурных растворов: огнезащитных, теплоизоляционных и звукопоглощающих. Вермикулитовый песок в зависимости от размера зерен делится на три фракции: крупный - от 5 до 10 мм; средний - от 0,6 до 5 мм; мелкий - до 0,6 мм. В зависимости от насыпного объемного веса подразделяется на марки 100, 150 и 200.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - натриевая соль целлюлозогликоновой кислоты. Получают КМЦ действием на щелочную целлюлозу монохлоруксусной кислоты; поставляется в бумажных мешках в виде порошка желтоватого цвета плотностью 1,7 г/см³. До 10% хорошо растворима в воде, гигроскопична. Относительная молекулярная масса колеблется от 500 до 700. Широко используется в практике приготовления промывочных жидкостей при бурении скважин и парфюмерно-косметической промышленности. Выпускается по ТУ 6-09-2344-78.

Существенным признаком, отличающим рассматриваемое техническое решение от прототипа, является то, что вяжущее в качестве замедлителя схватывания содержит карбоксиметилцеллюлозу, позволяющую обеспечить совокупность положительных свойств, а именно непредвиденный результат - получение трещиностойкого и водонепроницаемого цементного камня с повышенной прочностью сцепления с металлом.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Заявляемая новая совокупность предложенных отличительных признаков авторами не обнаружена а патентной и научно-технической литературе, поэтому можно сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия".

Были приготовлены два состава известного вяжущего (портландцемент, вспученный вермикулитовый песок и замедлитель схватывания - гипан) и 10 составов вяжущего согласно изобретению (портландцемент, вспученный вермикулитовый песок и замедлитель схватывания - карбоксиметилцеллюлоза) с граничным и средним содержанием компонентов, а также с их содержанием выше верхнего и ниже нижнего пределов при температурах 60 и 90^оС. Приготовление образцов осуществлялось путем затворения гомогенизированной смеси портландцемента и вспученного вермикулитового песка заранее приготовленным водным раствором карбоксиметилцеллюлозы соответствующей концентрации. Определение физико-механических свойств осуществлялось следующим образом. Трещиностойкость определялась на образцах цементного камня 4х16х14 см, сформированных в пропарочной камере при температурах 60 и 90^оС. В начале этого процесса формы с образцами закрывали крышкой и помещали в пропарочную камеру, где выдерживали в течение (120±10) мин при температуре (20±3)^оС при отключенном подогреве. Затем в соответствии с ГОСТ 310.4-81 образцы пропаривали по режиму: равномерный подъем температуры до (60±5)^оС или (90±5)^оС - 180±10 мин; изотермический прогрев при этой температуре - 360±10 мин и остывание образцов при отключенном подогреве - 120±10 мин. По истечении 24±2 ч с момента изготовления образцы расформовывали и испытывали путем отстреливания из мелкокалиберной винтовки с расстояния 20 м. По характеру разрушения и количеству радиальных трещин от места прохождения пули судили о трещиностойкости цементного камня. Определение прочности сцепления цементного камня с ограничивающими поверхностями и водопроницаемости производилось в соответствии с методиками, изложенными в работе В. С. Данюшевского и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. М. : Недра, 1987, с. 353 и 284-285. Образцы для определения прочности сцепления формировались в цилиндрической форме d= 50 мм и h= 40 мм при вышеуказанном режиме, а затем с помощью гидравлического пресса 2ПГ-50, матрицы и пуансона производилось их выпрессовывание из формы. Водопроницаемость цементного камня определялась на установке, где в качестве фильтрующего агента применяется насыщенный раствор продуктов гидратации цемента в прокипяченной дистиллированной воде. Образцы диаметром 30 мм и высотой 40 мм, предназначенные для испытания, формировались в цилиндрических формах по режиму, приведенному выше, а затем помещались в герметизирующую обойму и испытывались. Коэффициент водопроницаемости (мкм²) рассчитывался по формуле:
K_в= Vη L/Fp τ x 10^-3, где К_в - коэффициент водопроницаемости, м²;
V - объем жидкости, профильтровавшейся через образец, м³;
η - вязкость раствора продуктов гидратации, Па˙с;
Р - давление манометра, Па;
τ - время, за которое отфильтровался объем жидкости V, с.

Приготовление вяжущего в условиях стройплощадки или буровой сводится к приготовлению гомогенизированной сухой смеси портландцемента, вермикулита и карбоксиметилцеллюлозы с помощью смесителей, либо к затворению раствором карбоксиметилцеллюлозы гомогенизированной смеси портландцемента и вермикулита в заданном соотношении.

Результаты испытаний приведены в таблице. Данные таблицы свидетельствуют о том, что предлагаемое вяжущее с оптимальным соотношением компонентов обладает лучшими свойствами, чем известное вяжущее, а именно:
- цементный камень характеризуется отсутствием трещин или значительным уменьшением их количества;
- на 10-35% возросла прочность сцепления цементного камня с ограничивающими поверхностями;
- на 30-60% снизилась водопроницаемость цементного камня.

При содержании компонентов выше верхнего предела ухудшается прочность сцепления цементного камня с ограничивающими поверхностями и возрастает водопроницаемость камня, при содержании компонентов ниже нижнего предела снижается трещиностойкость цементного камня.

Указанные преимущества предложенного вяжущего в совокупности способствуют улучшению физико-механических свойств материалов на его основе. (56) РД 9510-17-83. Инструкция по применению вермикулитоцементных тампонажных растворов. Тюмень, Тюменьнииваупром, 1982, с. 13.

Изобретение относится к области производства вяжущих материалов на основе портландцемента и может быть использовано для получения высокопрочных строительных и тампонажных растворов, твердеющих при повышенных температурах. Вяжущее содержит мас. % : вспученный вермикулитовый песок 1,5 - 2,5; карбоксиметилцеллюлозу 0,5 - 1,5; портландцемент остальное. Прочность сцепления с металлом 32 МПА, коэффициент водопроницаемости K_в·10^-3=0.06 мкм² . 1 табл.

ВЯЖУЩЕЕ, включающее портландцемент, вспученный вермикулитовый песок и замедлитель схватывания, отличающийся тем, что, с целью повышения трещиностойкости, прочности сцепления с металлом и водонепроницаемости цементного камня в интервале температур 60 - 90⁰С, оно в качестве замедлителя схватывания содержит карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Вспученный вермикулитовый песок 1,5 - 2,5
Карбоксиметилцеллюлоза 0,5 - 1,5
Портландцемент Остальное