CS252318B1

CS252318B1 - Expanzní tamponážní a injektážní směs se sníženou filtrovatelností

Info

Publication number: CS252318B1
Application number: CS859697A
Authority: CS
Inventors: Ivana Sobotkova; Josef Tomiska
Original assignee: Ivana Sobotkova; Josef Tomiska
Priority date: 1985-12-21
Filing date: 1985-12-21
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS969785A1

Abstract

Expanzní tamponážní a injektážní směs se sníženou filtrovatelností na bázi cementu s mletým vápnem, obsahující jako antifiltrační přísadu polyvinylalkohol. Účelem vynálezu je zvýšit antifiltrační účinek směsi a odstranit negativní vedlejší vlivy polyvinylalkoholu, především prodlouženou dobu tuhnutí, sníženou tekutost a pěnění. Účelu se dosahuje složením směsi. Obsahuje v hmotnostních dílech 50 až 70 portlandského cementu, 1 až 10 jemně mletého vápna, 20 až 40 vody, 0,3 až 6 antifiltrační a plastifikační přísady, která sestává, vyjádřeno^ hmotnostních procentech ze 30 až 70 % sušiny polyvinylalkoholu, 70 až 3d % derivátů solí ligninsulfonových kyselin nebo formaldehydu bud s naftalensulfokyselinami, anebo s alkylsulfonovanými polyfenoly, anebo s melaminem. Řešení je využitelné v oboru hlubinného vrtání, důlního a podzemního inženýrství a v oboru zakládání staveb.

Description

Vynález se týká expanzní tamponážní a injektážní směsi se sníženou filtrovatelností na bázi cementu s mletým vápnem obsahující jako antifiltrační přísadu polyvinylalkohol.

Účelem vynálezu je zvýšit antifiltrační účinek a odstranit negativní vedlejší vlivy polyvinylalkoholu, především prodlouženou dobu tuhnutí, sníženou tekutost a pěnění směsi. Směs Je určena zvláště pro tamponáž hlubinných vrtů a injektáž zemin.

Expanzní tamponážní směsi ve srovnání se směsmi bez hydratačních reakcí lépe utěsňují vrt, vzniklý tamponážní kámen má pevnější vazbu na stěnu vrtu i na pažnicovou kolonu a zhusta je 1 méně propustný. Taktéž lze charakterizovat i přednosti expanzních injektážních směsí pro zpevňování a izolaci zemin. Jsou známé expanzní tamponážní a injektážní směsi na bázi běžného cementu s 1 až 15 % hmotnostními jemně mletého vápna /US 3 883 361, 3 884 710,

046 583, 4 002 483/, které jsou vhodné pro zpevňování nesoudržných, avšak nepropustných hornin.

Nevýhodou známých expanzních tamponážních směsí je, že v porézních geologických formacích se z nich odfiltrovává kapalná fáze do okolní horniny, Směs se zahušťuje a stává se nečerpatelnou. Obdobně při lnjektáži porézních hornin se ze známých expanzních injektážních směsí odfiltrovává kapalná fáze, kapiláry a pukliny se ucpávají odvodněnou směsí a části horniny zůstávají neinjektované.

Jsou také známé expanzní tamponážní a injektážní směsi na bázi cementu, obsahující 'jako antifiltrační přísadu polyvinylalkohol v množsrví 0,5 až 1,5 % hmotnostních, vztaženo k cementu /Rachlmbajev a kol., Obrabotka cementnych rastvorov polyvinylovym spirtom, Naučnotechničeskij sborník Burenle, Moskva 1967, Vološln a kol., O mechanizme poniženija vodootdači tamponažnogo rastvora polyvinylovym spirtom, Sborník IV., Kijev 1977, str. 137-8/.

Nevýhodou známých expanzních tamponážních a injektážních směsí s polyvinylalkoholem.· je, že antifiltrační účinek polyvinylalkoholu se dostavuje pouze ve vazbě na některé druhy cementu. Nízký až mizivý účinek má např. ve vazbě s portlandskýml, struskoportlandskýml a rychlovaznými cementy. Nadto se výrazněji projevují jeho vedlejší negativní účinky, jako prodloužení tuhnutí směsi, snížení její tekutosti a sklon k pěnění. Negativní účinky polyvinylalkoholu se nepodařilo odstranit ani přídavkem sody a plastifikátoru, analogicky podle tamponážní směsi bez hydratační reakce /CS 214 490/.

Uvedené nedostatky odstraňuje expanzní tamponážní a injektážní směs se sníženou filtrovatelností podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z 50 až 70 hmotnostních dílů portlandského nebo struskoportlandského cementu, 1 až 10 hmotnostních dílů jemně mletého vápna, 20 až 40 hmotnostních dílů vody a z 0,3 až 6 hmotnostních dílů antifiltrační a plástifikační přísady, obsahující 30 až 70 % hmotnostních sušiny polyvinylalkoholu a 70 až 30 % hmotnostních derivátů solí ligninsulfonových kyselin nebo kondenzátů formaldehydu buá s naftalensulfokyselinami, anebo s alkylsulfonovanými polyfenoly, anebo s melaninem.

Směs podle vynálezu vykazuje vysoký antifiltrační účinek při nezměněné expanzní účinnosti. Antifiltrační a plastifikační přísada, polyvinylalkohol s plastlfikátorem, nesnižuje expanzní účiůek vápna a přitom synergicky potencuje antifiltrační efekt.

Vysoké hodnoty expanze a nízké hodnoty filtrace nepotlačují vedlejší příznivé vlastnosti směsi. Tak např. směs s optimální lineární expanzí 4 % vykazuje nízké hodnoty filtrovatelností, 15 cm^ při 0,7 MPa, přitom je stabilní, má dobrou tekutost, nízké vnitřní tření a vzniklý cementový kámen, vyznačující se zvýšenou nepropustnosti, spolehlivě přilnává k většině druhů hornin. Směs podle vynálezu zaručuje plnou efektivnost i při zvýšených téplotách do 70 °C.

Lze ji připravit ze všech druhů cementů, především z obvyklých cementů portlandských, struskoportlandských a rychlovaznýoh. Aplikace dodatkových aditiv pro úpravu směsi podle požadavků lokálních podmínek, především aplikace povrchově aktivních látek, je možná.

Příklady

Vlastnos 1 expanzní tamponážní a injektážní směsi se sníženou filtrovatelností podle vynálezu byly ověřovány při důlních těsnících praceoh a testovány laboratorně. Testováno bylo šest vzorků směsi připravených z portlandského cementu třídy 400 nebo struskoporťlandského cementu třídy 325, jemně mletého vápna se zbytkem 8 % na sítě 0,02 mm a polyvinylalkoholu ve formě vodného 16% roztoku. Jako plastifikátoru bylo použito kondenzátoru formaldehydu s naftalensulfokyselinami, jako plastifikujícího zpožůovače tuhnutí alkylsulfonovaného polyfenolického kondenzátu s formaldehydem nebo solí llgnisulfonových. kyselin ve formě sulfitových výpalků a jako odpěňovač byl do směsi aplikován 2-etalhexanol. Vzorkové směsi podle vynálezu byly připraveny při 22 °C + 3 °C smícháním cementu s jemně mletým vápnem a přidáním záměsové vody, v níž byly rozpuštěny zbývající komponenty. Směs byla míchána 30 sec v rychloběžné laboratorní mixážní míchačce při otáčkách míchadla 5 000 až 9 000 min ¹ a 20 min. v pomaluběžné laboratorní míchačce při otáčkách míchadla 140 min^-1. Metodika laboratorních testů byla v souladu s oborovými normami a s mezinárodně uplatňovanými postupy.

—3

Měrná hmotnost směsi v kg. m byla stanovována pyknometricky, doba tuhnutí na Vicatově přístroji a filtrovatelnost při tlaku 0,7 MPa po 30 min. Pevnost cementového kamene v tlaku a ohybu byla zjišťována na zkušebních tělesech o rozměru 20x20x80 mm. Lineární expanze byla sledována na sloupci směsi ve skleněném válci tak, že změna výšky sloupce byla přenášena pístem na indikátor výškových změn. Zjištěná expanze byla vyjádřena v procentech jako poměr změny výšky sloupce směsi po 24 hodinách od jejího smíchání k počáteční výšce. Objemová změna cementového kamene se zjišťovala měřením podélných deformací zkušebních těles o rozměru 40x40x160 mm v podélné ose tělesa během jeho tvrdnutí. Naměřené objemové změny cementového kamene byly vyjádřeny v procentech jako poměr změny délky zkušebního tělesa ve stanovených časových Intervalech k původní délce tělesa. Adheze cementového kamene byla stanovena jako pevnost kontaktu mezi cementovým Mezikružím a vnitřním kovovým válečkem adheziometru. Smyková pevnost V byla vypočtena ze vztahu

=. —· /MPa/ kde N je síla potřebná k porušení kontaktu mezi cementovým mezikružím a vnitřním válečkem adheziometru a S je plocha kontaktu.

Výsledky laboratorního testování šesti různých vzorků směsi podle vynálezu a skladba komponent# z nichž byly vzorky připraveny, jsou uvedeny v následující tabulce.

Složení směsi a druh testu	Rozměr	1	Zkušební 2	vzorek 3	4	5	6
Portlandský cement třídy 400		62,00	64,83	65,52	62,52	62,67
Struskoportlandský cement třídy 325		-	-	-	-	-	62,67
Jemně mleté vápno		4,67	4,14	3,45	3,99	4,00	4,00
Voda	%	32,09	29,97	29,97	32,48	32,42	32,09
Polyvinylalkohol v sušině	hmotn.	0,75	0,66	0,66	0,75	0,75	0,75
Kondenzát formaldehydu s naftalensulfokyselinami		0,46	0,37	0,37	-	-	0,46
Kondenzát formaldehydu s alkylsulfonovanými polyfenoly						0,13

Soli lignosulfonových kyselin

/sulfátové výpalky/		-	-	-	0,23	-	-
2-etylenhexanol		0,03	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03
Měrná hmotnost	, -3 kg.m	1 900	1 890	1 920	1 820	1 780	1 830
Počátek tuhnutí	h-min	8-30	7-10	7-10	7-50	7-30	14-30
Doba tuhnuti		12-00	9-10	9-50	10-00	10-20	19-40
Pevnost v tlaku po 7 dnech	MPa	7,2	16,0	18,3	10,9	6,4	4,0
Pevnost v ohybu po 7 dnech		4,1	5,4	6,3	4,6	3,6	1,9
Objemová změna cementového kamene 'po 2 dnech	%	1,4	1,3	0,8	2,0	2,5	1,5
po 7 dnech		1,6	1,5	1,0	2,0	2,6	1,7
po 14 dnech		1,7	1,5	1,0	2,0	2,6	1,7
Lineární expanze	%	2,3	1,7	0,9	2,3	2,5	2,4
Adheze po 2 dnech	MPa	1,3	2,5	3,4	2,0	1,5	0,7
Filtrace	cm^/30	5,5	74	92	163//15°	7 138//18	°/ 5,5

Z tabulky vyplývá, že expanzní a tamponážní směs podle vynálezu vykazuje při. nízké filtrovatelnosti dobré fyzikálně mechanické vlastnosti. Vzorky s obsahem portlandského cementu 1 až 5, mají výrazně kratší dobu tuhnutí, větší pevnost a lepší adhezi k okolí než vzorek s obsahem struskoportlandského cementu, vzorek č. 6. Ten však má vyšší odolnost vůči korozi. Požaduje-li se od směsi, aby měla velmi nízkou filtrovatelnost, i na úkor pevnosti, volí se dávkování komponent podle vzorku 1. Naopak, požaduje-li se od směsi vysoká pevnost na úkor filtrovatelnosti, volí se dávkování komponent podle vzorku 3. Vzorky podle tabulky nevyčerpávají celou variabilitu možných kombinací komponent, pro jejichž volbu je rozhodující účel a okolní podmínky. Vzhledem k těmto možnostem je směs podle vynálezu použitelná pro tamponáž hlubinných vrtů, a to i v prostředí s teplotou do 70 °C, pro likvidaci kaveren ve vrtech, pro tamponáže maloprůměrových vrtů, pro injektáže ve skalních horninách, pro těsnicí a injektážní práce na povrchu i v dolech.

Vynález je využitelný v oboru hlubinného vrtání, důlního a podzemního inženýrství a v obo· ru zakládání staveb.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Expanzní tamponážní a injektážní směs se sníženou filtrovatelnosti, vyznačená tím, že sestává z 50 až 70 hmotnostních dílů portlandského nebo struskoportlandského cementu, 1 až 10 hmotnostních dílů jemně mletého vápna, 20 až 40 hmotnostních dílů vody a z 0,3 až 6 hmotnostních dílů antlfiltrační a plastifikační přísady, obsahující 30 až 70 % hmotnostních sušiny polyvinylalkoholu a 70 až 30 % hmotnostních derivátů solí ligninsulfonových kyselin nebo kondenzátů formaldehydu buď s naftalensulfokyselinami, nebo s alkylsulfonovanými polyfenoly, aneb s melaminem.