CS198970B1

CS198970B1 - Zpomalovač tuhnutí cementových suspenzí

Info

Publication number: CS198970B1
Application number: CS752778A
Authority: CS
Inventors: Josef Tomiska; Drahomir Ondra
Original assignee: Josef Tomiska; Drahomir Ondra
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1978-11-20
Publication date: 1980-06-30

Abstract

Zpomalovaě tuhnuti cementových suspenzí ,zvláště pro tamponáž v hlubbhých zemních vrtech. Účelem vynálezu je zvýšení účinnosti zpomalovače tuhnutí při teplotě nad 100' °C, aby se dosáhlo požadovaného účinku při malé koncentraci zpomalovače a vyloučil se negativní vliv na pevnost cementového kamene a na pénivost suspenze. Zpomalovač sestává z amonných nebo kovových solí polyhydroxikarbonových kyselin, majících alespoň dvě hydroxilové skupiny na jednu karboxi skupinu a z amonných nebo kovových solí kondenzátů polyfenolů s formaldehydem, které jsou v jádře nebo v alkylovém řetězci sulfonované, přitom obě slož ky jsou v hmotnostním poměru 1 : 5 až 4 : 1. Vynález je využitelný i v oboru stavebnictví, především u torkretovýoh směsí.

Description

Předmětem vynálezu je zpomalovač tuhnutí cementových suspenzí, působíc! i při teplotách nad 100 °C a vhodný do cementových suspenzí určených pro tamponáž v hlubokých zemních vrtech.

Pro tamponážní práce v hlubokých vrtech se zpravidla užívají směsi ve formě vodních suspenzí. Jejich součástí jsou portlandské, struskoportlandské nebo vysokopecní cementy, a to buá samotné, nebo s plnidly, např. s pískem, mletou struskou, popílkem, mletým křemenem, diatomitovou hlinkou, mletou kovovou rudou apod. Cementové suspenze tuhnou tím rychleji, čím vyšší je jejich teplota. Bez úpravy nejsou použitelné pro tamponáž hlubokých vrtů, v nichž se vyskytují zvýšené teploty. Předčasně by ztuhly a nebyly by způsobilé k načerpání do požadované hloubky vrtu. Problém se řeší aditivy zpomalujícími tuhnutí, přidávanými do cementových suspenzí během přípravy tamponážní směsi. Množství aditiva, zpomalovače tuhnutí, se řídí podle požadavku doby, po kterou má směs při dané teplotě a tlaku zůstat tekutá. Tento časový interval, nazývaný doba čerpatelnosti cementové suspenze se stanovuje zpravidla podle usančního zkušebního standardu na konzistometrech.

Je známo značné množstí zpomalovačů tuhnutí cementových suspenzí a ěást z nich je v praxi používána. Jsou to především huminové kyseliny a jejich soli, přírodní a syntetická třísliva, ligninsulfonové kyseliny a jejich soli, kondezáty formaldehydu s aromatickými polyfenolickými sloučeninami, polyhydroxikarbonové kyseliny a jejich soli, deriváty celulózy, některé sacharidy a polysacharidy apod. Každá z těchto skupin látek, používaných jako zpomalovač tuhnutí je vhodná pro určitý teplotní interval. Zpravidla existuje horni hranice teploty, nad níž určitá skupina zpomalovačů již ztrácí účinnost. Čím vyšší je uvažovaná teplota, tím menší výběr zpomalovačů tuhnutí je k dispozici. Pro teploty nad 160 °C je tento výběr již neobyčejně omezený. Jako zpomalovače tuhnutí cementových suspenzí připravených např. z československých cementů připadají v úvahu prakticky jen polyhydroxikarbonové kyseliny, např. kyselina vinná, glukoheptonová a jejich soli. Zpomalovací, retardační efekt aditiva se reguluje jeho koncentrací, obvykle v mezích 0,1 až 1^0 % na hmotnost suchých komponent cementové směsi. Čím vyšší je však koncentrace zpomalovače tuhnutí, tím větší jsou doprovodné komplikace. Zpomalovače tuhnutí cementových suspenzi totiž snižují jejich sedimentační stabilitu, způsobují gelovatění směsí, zvyšují sklon k pěnění, někdy snižuji i pevnost vzniklého cementového kamene apod. Kromě toho vyšší koncentrace zpomalovačů tuhnuti také zvyšuji náklady na cementové suspenze, nebol ve srovnání s ostatními složkami cementové suspenze se jedná o látky finančně drahé. Tak např. pro vysoké teploty nad 150 °C jsou běžně užívány jako zpomalovače tuhnutí soli polyhydroxikarbonových kyselin. Musí však být aplikovány v tak vysokých koncentracích, že se výrazně uplatní všechny negativní doprovodné jevy. Ostatní známé zpomalovače tuhnutí nejsou již při těchto teplotách použitelné.

Uvedené nevýhody odstraňuje zpomalovač tuhnutí cementových suspenzí podle vynálezu, jehož podstata spočivá v tom, že sestává z amonných nebo kovových solí polyhydroxikarbo198970 nových kyselin, majících alespoň dvě hydroxilové skupiny —OH na jednu karboxiskupinu -COOH a z amonných nebo kovových solí kondenzátů polyfenolů s formaldehydem, které jsou v jádře nebo v postranním alkylovém řetězci sulfonované, přitom dvě složky jsou v hmotnostním poměru 1 : 5 až 4 : 1.

Vynález vychází z dosud neznámého poznatku synergického efektu, který se dostavuje kombinaci solí polyhydroxikarbonovýoh kyselin a soli kondenzátů polyfenolů s formaldehydem. Využitím tohoto synergického efektu se umožňuje buč snížit koncentraci zpomalovače tuhnutí pro požadovanou dobu čerpatelnosti cementové suspenze při určité teplotě, nebo použit cementovou suspenzi při vyšších teplotách» Skýtají-li samotné soli kyseliny glukonové nebo glukoheptonové v koncentraci 0,5 % u cementových suspenzí připr_uvených z portlandských nebo struskoportlandských cementů dobu čerpatelnosti při teplotě 150 °C asi 120 až 150 min. a samotné polyfenolické kondenzáty jen 20 až 40 minut, pak kombinace obou těchto látek v poměru 3 : 2 podle vynálezu skýtá při téže celkové koncentraci a teplotě dobu čerpatelnosti 160 až 240 min. Zpomalovač tuhnutí podle vynálezu umožňuje v uvedených podmínkách snížit množství aditiva průměrně o 15 až 40 % nebo při téže koncentraci prodloužit dobu čerpatelnosti o 40 až 100 minut. Při stejné koncentraci umožňuje zpomalovač tuhnutí podle vynálezu uplatnění eementační směsi pro vyšší teplotu se zachováním požadované doby čerpatelnosti. Nižší koncentrace zpomalovače tuhnutí podle vynálezu omezuje vedlejší negativní účinky, obligátní pro dosud známé retardéry a snižuje náklady na eementační suspenze. Jednotlivé komponenty zpomalovače tuhnutí podle vynálezu se fyzikálně chemickým způsobem vážou na povrch částic cementu a výrazně zpomalují hydratační procesy. Soli kondenzátů polyfenolů s formaldehydem kromě toho brzdi termickou destrukci soli polyhydroxikarbonových kyselin a tim protrahují jejich účinek.

Příklad 1

Cementová suspenze, s vodoceroentovým poměrem vody k cementu 0,50, byla připravena z portlandského cementu třídy 400 mícháním ve stadardizované míchačce po dobu 30 minut při otáčkách 140/min. V poměru k suchému cementu bylo do směsi přidáno 0,30 % hmotnostního glukonátu vápenatého a 0,20 % sulfonovaného kondenzátu formaldehydu a aromatickým polyfenolem ve formě sodné soli. Doba čerpatelnosti takto připravené cementové suspenze byla stanovena v konzistometru při 145 °C a tlaku 20 MPa s nárůstem teploty 2,3 °C/min. a činila 212 min. Ve srovnáni s přísadou 0,50 % hmotnostního pouhého glukonátu vápenatého byla doba čerpatelnosti delší o 54 min. a s přísadou 0,50 % hmotnostního pouhého sulfonovaného kondenzátu formaldehydu s aromatickým polyfenolem byla delší o 175 min.

Příklad 2

Do cementové suspenze stejných parametrů jako v příkladu 1, připravené za stejných podmínek bylo přidáno 0.30 % hmotnostního glukoheptonátu sodného a 0,20 % hmotnostního sulfonového kondenzátu formaldehydu s aromatickým polyfenolem ve formě sodné soli. Doba čerpá198970 telnosti, stanovená rovněž stejným způsobem jako v přikladu prvém, činila 235 min. Ve srovnání s aplikací 0,50 % hmotnostního pouhého glukoheptonátu sodného byla delší o 84 minut.

Přiklad 3

Do cementové suspenze stejných parametrů a připravené stejným způsobem jako v příkladu prvém bylo aplikováno 0,15 % hmotnostního sulfonovaného kondenzátu formaldehydu s aromatickým polyfenolem ve formě sodné soli a 0,35 % hmotnostního glukoheptonátu amonného. Doba čerpatelnosti, stanovená stejným způsobem jako v příkladu prvém, činila 205 min. Ve srovnání s přísadou 0,50 % hmotnostního pouhého glukoheptonátu amonného byla delší o 78 min.

Příklad 4

Do cementové suspenze stejných parametrů jako v příkladu prvém, připravené za stejných podmínek bylo aplikováno 0,40 % hmotnostního glukonátu vápenatého a 0,10 % hmotnostního sulfonovaného kondenzátu formaldehydu s aromatickým polyfenolem ve formě amonné soli. Doba čerpatelnosti, stanovená jako v přikladu prvém, činila 220 min. Ve srovnání s přísadou 0,50 % hmotnostního pouhého sulfonovaného kondenzátu formaldehydu s aromatickým polyfenolem ve formě amonné soli byla delší o 169 min.

Příklad 5

Do cementové suspenze připravené stejným způsobem jako v příkladu prvém, avšak ze struskoportlandského cementu třídy 250 bylo aplikováno 0,30 % hmotnostního glukonátu vápenatého a 0,20 % hmotnostního sulfonovaného kondenzátu formaldehydu s aromatickým polyfenolem ve formě sodné soli. Doba čerpatelnosti, stanovená jako v příkladu prvém, činila 168 min. Ve srovnání 8 aplikací 0,50 % hmotnostního pouhého glukonátu vápenatého byla delší o 48 min.

Zpomalovač tuhnutí podle vynálezu lze aplikovat do všech cementových a tamponážních suspenzí, obsahujících jako jednu ze složek portlandský, struskoportlandšký nebo vysokopecní cement. Výrazné technicko-ekonomické výhody se projeví tam, kde cementová nebo tamponážni suspenze je používána v prostředí s teplotou nad 100 °C, tj. především v hlubokých zemních vrtech. Směsi a suspenze s obsahem zpomalovače tuhnutí podle vynálezu mohou být použity pro primární i opravné cementace hlubinných vrtů, pro tamponáž kaveren, budování izolačních nebo úhybových mostků, apod.

Claims

Zpomalovač tuhnutí cementových suspenzí, vyznačený tím, že sestává z amonných nebo kovových soli polyhydroxikarbbnových kyselin, majících alespoň dvě hydroxilové skupiny -OH na jednu karboxi- skupinu -COOH a z amonných nebo kovových soli kondenzátů polyfenolů s formaldehydem, které jsou v jádře nebo v postranním alkylovém řetězci sulfonované, přitom obě složky jsou v hmotnostním poměru 1 : 5 až 4 : 1,