Цементный раствор для изолирующего экрана и способ создания изолирующего экрана Российский патент 2004 года по МПК C04B28/26 E21B33/138 

Изобретение относится к области строительства и строительных конструкций. Более конкретно, изобретение относится к цементному раствору для изолирующих экранов, а также к способу создания изолирующих экранов. Известно, что размолотый доменный шлак ведет себя подобно цементу, когда к нему добавляют основание, подобное едкому натру или клинкеру. Вследствие этого в продаже обычно можно найти смеси типа:шлак + клинкер в строго определенных соотношениях (цемент CLK СЕМ III/C, СНГ СЕМ III/A или В) или гранулированный шлак + известь, предназначенные для дорожных работ. Создание изолирующих экранов производится путем прямого бурения с использованием бентонитовоцементного раствора в качестве бурильного раствора. Бурение осуществляется непрерывным методом, вследствие чего возникает необходимость иметь материал, который не затвердевал бы слишком быстро, для того, чтобы избежать потерь цементного раствора вместе с вынутым грунтом, а также удаления преждевременно застывшего раствора. Этот специальный способ с изолирующими экранами требует использования наряду с доступными в настоящее время материалами замедлителей схватывания и отверждения.

Действительно, при создании изолирующих экранов прежде всего стараются достичь хорошей герметичности. Прочность, как правило, невелика и не представляет собой главного критерия. Обычно используют шлаковые цементы, состав которых приводит к образованию цементных растворов с трудно регулируемой реологией. Использование замедляющих добавок, таким образом, является необходимым для обеспечения удобоукладываемости, необходимой для проведения бурения с раствором.

Наиболее близким из аналогов к изобретению является цементный раствор для изолирующего экрана, включающий глину, доменный шлак и активирующий агент - несиликатные соединения щелочных металлов (SU №214367, опубл. 13.05.1968)

Задачей изобретения являются цементные растворы, специальным образом адаптированные для создания изолирующих экранов, в частности цементные растворы, которые не требуют введения замедлителей.

Более конкретно, изобретение относится к цементному раствору для создания изолирующих экранов, который представляет собой смесь воды, природной или модифицированной глины, такой как бентонит, доменного шлака и активирующего агента.

Цементный раствор для изолирующего экрана, включающий глину, доменный шлак и активирующий агент, в котором глина представлена в виде бентонитового шлама, а доменный шлак имеет максимальный размер зерен от 50 до 100 мкм. Максимальный размер зерен доменного шлака в предпочтительном варианте составляет 80 мкм. Доменный шлак может характеризоваться весовым отношением CaO/SiO₂ в пределах от 1,1 до 1,35. Доменный шлак обладает химическим модулем, большим 500. В качестве активирующего агента может быть использовано соединение, выбираемое из едкого натрия, едкого калия, карбоната или бикарбоната натрия или калия, гипса, негашеной или гашеной извести, смеси этих соединений и портландцемента. Цементный раствор может содержать от 1 до 10 мас.% активирующего агента от массы доменного шлака. Весовое отношение цемент/вода находится в пределах от 0,25 до 1,1. В способе создания изолирующего экрана осуществляют бурение и используют вышеуказанный цементный раствор.

Согласно изобретению названный шлак содержит зерна, максимальный размер которых составляет от приблизительно 50 до приблизительно 100 мкм и предпочтительно равен приблизительно 80 мкм. Удельная поверхность шлака по Блэну составляет преимущественно приблизительно от 2500 до 4500 см²/г.

Несмотря на то, что природа доменного шлака не является особенно существенной, предпочтительно, чтобы последний относился к щелочному типу и чтобы весовое отношение CaO/SiO₂ было в пределах от приблизительно 1,10 до приблизительно 1,35. В качестве примера шлака, пригодного для использования в настоящем изобретении, можно назвать материал, содержащий в качестве главных компонентов (в мас.%) 33-40% SiO₂, 8-16% Аl₂O₃, 39-44% СаО и 4-9% МgО.

Кроме того, желательно также, чтобы химический модуль шлака (содержание в % СаО х содержание в % Аl₂O₃) был выше приблизительно 500.

Активирующий агент обеспечивает схватывание шлака и преимущественно является активирующим агентом основного типа, таким как едкий натр, едкое кали, карбонат или бикарбонат. Обычно количество активирующего агента находится в пределах от приблизительно 1 до приблизительно 10% от массы шлака. Особенно предпочтительно количество активирующего агента, равное 5 мас.%.

Предпочтительное весовое отношение цемент/вода (Ц/В) в таком цементном растворе составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,25.

При этих условиях возможно получение цементного раствора, обладающего следующими свойствами:

повышенная прочность при том же отношении вода/цемент,

повышенная проникающая способность при том же содержании сухих материалов (как это показано на чертеже, который изображает зависимость проникающей способности от отношения Ц/В),

более медленное отверждение, в большей степени подходящее для прямого бурения с цементным раствором.

Низкая реактивность системы позволяет полностью избавиться от замедлителей. Избавление от таких добавок делает возможным более бережное отношение к пластам, содержащим подземные воды, поскольку устраняются выбросы органических загрязнений.

Цементный раствор может быть использован для подземных работ в контакте с пластом, содержащим подземные воды, благодаря не загрязняющему характеру раствора, а также для нагнетательных работ и создания изолирующих стенок из пластичного бетона.

Цементный раствор приготовляют на месте бурения, смешивая указанные выше составляющие.

Изобретение станет более понятным с помощью приведенных ниже примеров, приведенных только в качестве иллюстрации.

В этих примерах использованы следующие составляющие:

бентонитовый шлам: смесь 1000 л воды и 45 кг натриевого бентонита,

шлак: основный доменный шлак с весовым отношением CaO/SiO₂,

равным 1,19 и химическим модулем, равным 515,

активатор: СРА СЕМ I,

замедлитель: смешанный кальциево-аммониевый лигносульфат,

ускоритель: силикат натрия 35/37°В.

Пример 1: Влияние максимального размера зерен на время удобоукладываемости цементного раствора приведено в табл.1.

Пример 2: Составы для изолирующего экрана приведены в табл.2.

Шлак обладает непрерывной гранулометрией в пределах от 0 до 80 мкм и удельной поверхностью по Блэну 4500.

Соответствующий изобретению цементный раствор без замедлителя обладает временем удобоукладываемости таким же, как у обычного традиционного цементного раствора, содержащего клинкер и замедлитель, а также более высокую прочность и лучшую проникающую способность, чем у традиционного цементного раствора.

Изобретение относится к цементному раствору для создания изолирующего экрана, который содержит смесь воды, природной или модифицированной глины, специального доменного шлака и активирующего агента. Изобретение относится также к способу использования названного цементного раствора, а также к применению специального доменного шлака для приготовления этого цементного раствора. Технический результат - повышение прочности раствора при том же отношении вода/цемент, повышение проникающей способности при том же содержании сухих материалов, более медленное отверждение, в большей степени подходящее для прямого бурения с цементным раствором, получение системы с низкой реактивностью, позволящее полностью избавиться от замедлителей. В цементном растворе для изолирующего экрана, включающем глину, доменный шлак и активирующий агент, глина представлена в виде бентонитового шлама, а доменный шлак имеет максимальный размер зерен от 50 до 100 мкм. Максимальный размер зерен доменного шлака в предпочтительном варианте составляет 80 мкм. Доменный шлак может характеризоваться весовым отношением CaO/SiO₂ в пределах от 1,1 до 1,35. Доменный шлак обладает химическим модулем, большим 500. В качестве активирующего агента может быть использовано соединение, выбираемое из едкого натрия, едкого калия, карбоната или бикарбоната натрия или калия, гипса, негашеной или гашеной извести, смеси этих соединений и портландцемента. Цементный раствор может содержать от 1 до 10 мас.% активирующего агента от массы доменного шлака. Весовое отношение цемент/вода находится в пределах от 0,25 до 1,1. В способе создания изолирующего экрана, осуществляют бурение и используют вышеуказанный цементный раствор. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Цементный раствор для изолирующего экрана, включающий глину, доменный шлак и активирующий агент, отличающийся тем, что глина представлена в виде бентонитового шлама, а доменный шлак имеет максимальный размер зерен от 50 до 100 мкм.2. Цементный раствор по п.1, отличающийся тем, что максимальный размер зерен доменного шлака составляет 80 мкм.3. Цементный раствор по п.1 или 2, отличающийся тем, что доменный шлак характеризуется весовым отношением CaO/SiO₂ в пределах от 1,1 до 1,35.4. Цементный раствор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что доменный шлак обладает химическим модулем, большим 500.5. Цементный раствор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что активирующим агентом является соединение, выбираемое из едкого натрия, едкого калия, карбоната или бикарбоната натрия или калия, гипса, негашеной или гашеной извести, смеси этих соединений и портландцемента.6. Цементный раствор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что он содержит от 1 до 10 мас.% активирующего агента от массы доменного шлака.7. Цементный раствор по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что весовое отношение цемент/вода находится в пределах от 0,25 до 1,1.8. Способ создания изолирующего экрана, отличающийся тем, что осуществляют бурение и используют цементный раствор по любому из пп.1-7.