PL236543B1 - Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej - Google Patents

Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej Download PDF

Info

Publication number
PL236543B1
PL236543B1 PL427833A PL42783318A PL236543B1 PL 236543 B1 PL236543 B1 PL 236543B1 PL 427833 A PL427833 A PL 427833A PL 42783318 A PL42783318 A PL 42783318A PL 236543 B1 PL236543 B1 PL 236543B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
content
composition
cement
strength
concrete
Prior art date
Application number
PL427833A
Other languages
English (en)
Other versions
PL427833A1 (pl
Inventor
Marcin Kremieniewski
Marcin Rzepka
Ewa Kątna
Original Assignee
Inst Nafty I Gazu Panstwowy Inst Badawczy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Nafty I Gazu Panstwowy Inst Badawczy filed Critical Inst Nafty I Gazu Panstwowy Inst Badawczy
Priority to PL427833A priority Critical patent/PL236543B1/pl
Publication of PL427833A1 publication Critical patent/PL427833A1/pl
Publication of PL236543B1 publication Critical patent/PL236543B1/pl

Links

Landscapes

  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej na bazie cementu i wody zarobowej, która charakteryzuje się tym, że zawiera 100 cz. wag. cementu wysokoglinowego, w którym zawartość w składzie Al2O3 wynosi 69 - 71%; zawartość CaO 28 - 30%; zawartość SiO2 < 0,5%; zawartość Fe2O3 < 0,3%; zawartość Na2O + K20 < 0,5% oraz zawiera od 0,35 do 0,45 cz. wag. mączki krzemionkowej, w której zawartość w składzie SiO2 wynosi nie mniej niż 99,2%; zawartość Fe2O3 < 0,05%, zawartość Al2O3 < 0,04%, zawartość TiO2 < 0,03%; zawartość K2O <0,05%; zawartość CaO < 0,02%.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej przeznaczonej do zastosowania podczas uszczelniania otworów wiertniczych, jak również w budownictwie do wytwarzania elementów konstrukcyjnych i niekonstrukcyjnych, gdzie priorytetem jest wysoka wczesna wytrzymałość mechaniczna.
W literaturze dotyczącej branży naftowej nie spotkano się z materiałami dotyczącymi mieszanek lub zaczynów wysokowytrzymałych przeznaczonych do uszczelniania otworów wiertniczych, są natomiast informacje i patenty dotyczące stosowania tego rodzaju zapraw w branży budowlanej.
Ze zgłoszenia patentowego numer P.340645 znany jest beton wytworzony poprzez zmieszanie z wodą, w specyficznych warunkach oraz proporcjach: cementu, produktów ziarnistych, produktów pochodzących z reakcji pucolanowej, składników zdolnych podnieść odporność matrycy na obciążenia dynamiczne, włókien metalu oraz przynajmniej jednego środka dyspergującego, przy czym wszystkie składniki mają określone rozmiary. Wymieniony beton charakteryzuje się lepszymi własnościami w porównaniu do własności dotychczas stosowanych betonów zawierających włókna metalu. Z kolei ze zgłoszenia P. 344220 znany jest beton, zawierający m.in. umieszczone w mieszance cementowej włókna organiczne. Wskutek połączenia mieszanki cementowej o określonych charakterystykach z włóknami organicznymi charakteryzującymi się również określoną charakterystyką, w szczególności dotyczącą wielkości cząstek, długości i średnicy włókien, przez wprowadzenie oddziaływania synergicznego pomiędzy mieszanką a włóknami organicznymi, parametry betonu zostają poprawione zarówno w odniesieniu do występowania małych pęknięć, jak i powiększania się dużych pęknięć.
Kolejne zgłoszenie o numerze P.357442 informuje o kompozycji betonowej ultrawysokowartościowej. Rozwiązanie według wynalazku dotyczy zastosowania włókien organicznych o temperaturze topnienia niższej niż 300°C, średniej długości φwiększej niż 1 mm oraz średnicy φ nie większej niż 200 ąm w betonie ultrawysokowartościowym, w celu zwiększenia odporności ogniowej betonu, przy czym ilość włókien organicznych jest taka, że ich objętość leży w zakresie od 0,1 do 3% objętości betonu po utwardzeniu, a beton odznacza się wytrzymałością na ściskanie po 28 dniach o wartości co najmniej 120 MPa, wytrzymałością na zginanie minimum 20 MPa oraz wartością rozpływu w stanie niestwardniałym przynajmniej 150 mm, przy czym wartości te odnoszą się do betonu przechowywanego w temperaturze 20°C, zaś beton ten składa się w szczególności ze stwardniałej matrycy cementowej, w której rozproszone są włókna metalowe.
W innym znanym z opisu zgłoszenia P.332772 rozwiązaniu znane są kompozycje zawierające cement i cząstki szklane, które w zasadniczej większości znajdują się w dużym rozdrobnieniu. Bardzo drobne cząsteczki szkła są stosowane jako kruszywo do produkcji wyrobów betonowych. Mielony pył szklany posiada dużą ilość cząstek mniejszych niż 150 mikronów. Szkło jest korzystnie łączone z żużlem. Wyroby otrzymywane z w/w kompozycji mogą mieć różne korzystne właściwości, takie jak nieprzepuszczalność dla wody i kwasu, odporność na rozkład w reakcji zasady z krzemionką i dużą wytrzymałość natychmiast po związaniu.
Z kolei z opisu patentowego numer PL209600B1 znany jest wysokowytrzymałościowy kompozyt cementowy, który składa się z cementu CEM I w ilości 10-45% masy oraz mielonego granulowanego żużla wielkopiecowego w ilości 5-50% masy lub zamiennie cementu CEM II B-S w ilości 30-50% masy, pyłu krzemionkowego w ilości do 10% masy, wypełniacza mineralnego o uziarnieniu od 0 do 2 mm, korzystnie w postaci piasku kwarcowego w ilości 35-50% masy, mielonego piasku kwarcowego zawierającego 70% frakcji ziarnowej od 0 do 0,25 mm w ilości 5-10%, klinkieru portlandzkiego o ziarnach wielkości 0,5-2,0 mm uzyskanego przez rozdrobnienie lub zamiennie granulowanego żużla wielkopiecowego o takim samym uziarnieniu w ilości 5-10%. Kompozyt charakteryzuje się wytrzymałością na ściskanie po 28 dniach hydratacji w zakresie od 132 do 171,5 MPa. Domieszka uszczelniająca do betonu, zawierająca lignosulfonian sodowo-wapniowy lub sodowy w ilości 0-20% masowych oraz rozdrobniony do powierzchni właściwej 300 m 2/kg według Blaine'a, odpad powstający przy odsiarczaniu gazów spalinowych w złożach fluidalnych cyrkulujących, została przedstawiona w opisie patentowym numer PL182321B1. Materiał ten znajduje zastosowanie przy produkcji betonów o zwiększonej szczelności, stosowa nych zwłaszcza w budownictwie hydrotechnicznym oraz budowlach podziemnych i górnictwie.
PL 236 543 B1
Innym środkiem zwiększającym trwałość i szczelność betonu konstrukcyjnego jest środek przedstawiony w opisie patentowym numer P.215644. Beton otrzymuje się na skutek połączenia fluidalnego popiołu lotnego ze spalania węgla, zawierającego wagowo: 5-30% tlenku wapnia, 30-50% krzemionki, 15-30% tlenku glinu, 4-10% tlenków żelaza, 3-9% trójtlenku siarki, 0-4% niespalonego węgla, przy czym suma składników SiO2 + AI2O3 + Fe2O3 wynosi powyżej 55%, z dodatkiem plastyfikatora w ilości 0-10% wagowych w stosunku do zawartości fluidalnego popiołu lotnego. Zastosowanie tego środka w ilości 10% do 45% w stosunku do masy cementu ma charakter uplastyczniająco-opóźniający i pozwala zniwelować wzrost wodożądności spoiwa na skutek nieregularnych, kanciastych kształtów fluidalnego popiołu lotnego oraz pozwala opóźnić jego wiązanie, przedłużając czas tworzenia się ettringitu w dojrzewającym betonie, przy czym spoiwo stanowi mieszanina środka z cementem.
Znane są również, opracowane w Instytucie Mineralnych Materiałów Budowlanych w Opolu, Oddział w Krakowie, mieszanki cementowe o nazwie MPZ, które posiadają podwyższone wartości wczesnej wytrzymałości, np: po 1 dniu twardnienia - 30 MPa, a po 28 dniach powyżej 80 MPa. Mieszanki te zawierają głównie klinkier portlandzki, zmielony do powierzchni właściwej co najmniej 450 m2/kg wg Blaine'a, zawierający ponad 90% krzemianów wapniowych, oraz pył krzemionkowy, bezgipsowy regulator czasu wiązania (lignosulfonian wapniowo-sodowy) i aktywator procesu hydratacji.
Przykładowe rozwiązania dotyczą głównie kompozytów, kompozycji, środków i mieszanek przeznaczonych do stosowania tylko w budownictwie, ponieważ posiadają większą frakcję ziaren. Dodatkowo powyższe rozwiązania dotyczą mieszanin zawierających znaczną ilość składników, co podobnie jak w przypadku betonów ultra mocnych (UHPC) powoduje, że mieszanki tego rodzaju są ekstremalnie drogie i koszty wynoszą ok. 10 razy więcej niż w przypadku zastosowania normalnego betonu. Oprócz tego, dodatki te lub wypełniacze muszą być bardzo dokładnie przesiane, by otrzymać wysoką gęstość.
Dodatkowo, przytoczone przykłady ultra mocnych betonów mają wysoką podatność na klejenie, co sprawia, że nie mogą one być pompowane w tradycyjny sposób.
Celem wynalazku jest stworzenie kompozycji wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej, która utworzy zaczyn cementowy, nadający się do uszczelniania kolumn rur w otworach wierconych w określonym profilu geologicznym, a także nadający się do zastosowania podczas prac rekonstrukcyjnych. Wspomniana kompozycja musi zapewnić odpowiednią przetłaczalność, która będzie dostosowana do warunków geologiczno-technologicznych przy jednoczesnym zachowaniu gazoszczelności i wysokiej wytrzymałości na ściskanie tworzącego się płaszcza cementowego. Ponadto kamień cementowy powinien wykazywać wysoką trwałość przez wiele lat w zróżnicowanych warunkach termicznych i ciśnieniowych, pomiędzy górotworem, który posiada parametry fizykochemiczne zasadniczo zmienne na całej długości otworu wiertniczego, a zasadniczo gładką powierzchnią stalowej rury okładzinowej posiadającą niską adhezję do zaczynów cementowych i charakteryzującą się odmiennymi własnościami fizykochemicznymi, zarówno od właściwości górotworu, jak i zaczynu cementowego.
Cel ten osiągnięto w rozwiązaniu według wynalazku, w którym kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej na bazie cementu i wody zarobowej charakteryzuje się tym, że zawiera 100 cz. wag. cementu wysokoglinowego, w którego składzie zawartość AbO3 wynosi 69-71%; zawartość CaO 28-30%; zawartość SiO2 < 0,5%; zawartość Fe2O3 < 0,3%; zawartość Na2O + K2O < 0,5% oraz zawiera od 0,35 do 0,45 cz. wag. mączki krzemionkowej, w składzie której zawartość SiO2 wynosi nie mniej niż 99,2%; zawartość Fe2O3 < 0,05%; zawartość ALO3 < 0,04%; zawartość TiO2 < 0,03%; zawartość K2O < 0,05%; zawartość CaO < 0,02%, a także zawiera 46 cz. wag. wody zarobowej.
W innym wykonaniu kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej zawiera w ilośc i do 2%, w stosunku do masy cementu wysokoglinowego, włókna szklane lub włókna organiczne lub włókna węglowe.
Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej korzystnie zawiera środek dyspergujący w postaci modyfikowanego sulfonianu polinaftalenowego.
Zaletą takiego rozwiązania jest stworzenie kompozycji wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej, która tworzy zaczyn cementowy nadający się do zastosowania podczas prac rekonstrukcyjnych. Zapewnia ona odpowiednią przetłaczalność, która dostosowana jest do warunków geologicznotechnologicznych, a także ma wysoką wytrzymałość na ściskanie tworzącego się płaszcza cementowego, a kamień cementowy wykazuje się wysoką trwałością przez duży okres czasu. Uzyskana kompozycja charakteryzuje się bardzo wysoką wczesną wytrzymałością na ściskanie wynoszącą ponad 50 MPa, po 1 dniu hydratacji, posiada jednolitą mikrostrukturę. Ponadto, kompozycja nie przepuszcza gazu, a koszt jej wytworzenia jest porównywalny od tradycyjnego zaczynu cementowego.
Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania opisano poniżej.
PL 236 543 Β1
Kompozycja pierwsza:
woda wodociągowa 460 m3
cement wysokoglinowy o zawartości: • A12O3 - 7 0%, • CaO - 29%, • SiO2 - 0,4%, • Fe2O3 - 0,2%, • Na20 + K2O - 0,4%, Powierzchnia właściwa wg Blaine'a 12000 cm2/g 1000 kg
mączka krzemionkowa o zawartości: • SiO2 - 99, 9%; • Fe2O3 - 0,03%; • A12O3 - 0,02%; • TiO2 - 0,02%; • K2O - 0,02%; * CaO - 0,01% Powierzchnia właściwa wg Blaine'a 42004 500 cm2/g 4,5 kg
Kompozycja druga:
woda wodociągowa 4 60 m3
cement wysokoglinowy o zawartości: • A12O3 - 70%, • CaO - 29%, • SiO2 - 0,4%, • Fe2O3 0,2%, • NazO + K2O - 0,4%, Powierzchnia właściwa wg Blaine'a 12000 cm2/g 1000 kg
mączka krzemionkowa o zawartości: • SiO2 - 99, 9%; • Fe2O3 - 0,03%; • A12O3 - 0,02%; • TiO2 - 0,02%; • K2O - 0,02%; • CaO - 0, 01% Powierzchnia właściwa wg Blaine'a 42004 500 cm2/g 4,0 kg
włókno szklane 20 kg
środek dyspergujący (modyfikowane sulfoniany polinaftalenowe) 1 kg
PL 236 543 Β1
Wytwarzanie wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej.
Składniki wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej tj. cement wysokoglinowy oraz mączka krzemionkowa zostały ujednorodnione w formie sypkiej, a następnie dozowane do wody zarobowej.
W przypadku drugiej kompozycji, do tak sporządzonej mieszanki dodatkowo dodano środek dyspergujący oraz włókno szklane.
Powstała kompozycja posiada następujące parametry:
Parametr określany dla zaczynu cementowego z wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej Po 24 gcdz. hydratacj i Po 48 godz. hydratacji Po 7 dniach hydratacj i Po 14 dniach hydratacj i Po 28 dniach hydratacj i
Wytrzymałość na ściskanie [MPa] 55,0 60,0 63,0 65,0 71,0
Przyczepność do rur stalowych Siia zerwania [MPa] 8, 0 11, 5 13, 0 14, 5 16, 0
Przepuszczalność dla gazu [Md] 0, 0 0,0 0, 0 0,0 0, 0
Gęstość zaczynu [kg/m3] 1850
Parametry reologiczne Lepkość plastyczna (model Cassona) [Pa-s] 0,0776
Granica płynięcia (model Herschela- Bulkleya) [Pa] 8,9562
Współczynnk konsystencji (model HerschelaBulkleya) [Pa- s] 0,2598
Kompozycja według wynalazku może być stosowana w branży naftowej do uszczelniania otworów wiertniczych w profilu skał słabozwięzłych, gdzie wymagane jest uzyskanie odpowiednio wysokich wartości wytrzymałości po krótkim czasie hydratacji sporządzonego z powyższej mieszanki zaczynu, jak również nadaje się do zastosowania podczas prowadzenia prac rekonstrukcyjnych.

Claims (3)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej na bazie cementu i wody zarobowej znamienna tym, że zawiera 100 cz. wag. cementu wysokoglinowego, w którym zawartość w składzie AI2O3 wynosi 69-71%; zawartość CaO 28-30%; zawartość S1O2 < 0,5%; zawartość Fe2O3 < 0,3%; zawartość Na2O + K2O < 0,5% oraz zawiera od 0,35 do 0,45 cz. wag. mączki krzemionkowej, w której zawartość w składzie S1O2 wynosi nie mniej niż 99,2%; zawartość Fe2Os < 0,05%; zawartość AI2O3 < 0,04%; zawartość T1O2 < 0,03%; zawartość K2O < 0,05%; zawartość CaO < 0,02%, a także zawiera 46 cz. wag. wody zarobowej.
  2. 2. Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera w ilości do 2%, w stosunku do masy cementu wysokoglinowego, włókna szklane lub włókna organiczne lub włókna węglowe.
  3. 3. Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej według zastrz. 1 lub 2, znamienna tym, że zawiera środek dyspergujący w postaci modyfikowanego sulfonianu polinaftalenowego.
PL427833A 2018-11-20 2018-11-20 Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej PL236543B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL427833A PL236543B1 (pl) 2018-11-20 2018-11-20 Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL427833A PL236543B1 (pl) 2018-11-20 2018-11-20 Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL427833A1 PL427833A1 (pl) 2020-06-01
PL236543B1 true PL236543B1 (pl) 2021-01-25

Family

ID=70855661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL427833A PL236543B1 (pl) 2018-11-20 2018-11-20 Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL236543B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL427833A1 (pl) 2020-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Suresh et al. Ground granulated blast slag (GGBS) in concrete–a review
Zareei et al. Rice husk ash as a partial replacement of cement in high strength concrete containing micro silica: Evaluating durability and mechanical properties
Dave et al. Experimental analysis of strength and durability properties of quaternary cement binder and mortar
Partha et al. Strength and permeation properties of slag blended fly ash based geopolymer concrete
Türkmen Influence of different curing conditions on the physical and mechanical properties of concretes with admixtures of silica fume and blast furnace slag
Bostancı et al. Portland slag and composites cement concretes: engineering and durability properties
Thomas et al. Coal fly ash as a pozzolan
Topçu High-volume ground granulated blast furnace slag (GGBFS) concrete
Chindaprasirt et al. Mixed cement containing fly ash for masonry and plastering work
AU2022263634A1 (en) Binder composition comprising pozzolanic material and fine filler
Boobalan et al. A comprehensive review on strength properties for making Alccofine based high performance concrete
Barnat-Hunek et al. Properties of multi-layer renders with fly ash and boiler slag admixtures for salt-laden masonry
WO2017085565A2 (en) Portland cement free activation of ground granulated blast furnace slag
Rasol Effect of silica fume on concrete properties and advantages for Kurdistan region, Iraq
Kaur et al. Reviewing some properties of concrete containing mineral admixtures
CN107879707A (zh) 一种外墙保温砂浆及其生产方法
Busari et al. Strength and durability properties of concrete using metakaolin as a sustainable material: Review of literature
Demirbaş et al. Evaluation of lignite combustion residues as cement additives
Boukhelkhal et al. Fresh and hardened properties of self-compacting repair mortar made with a new reduced carbon blended cement.
JP2022176037A (ja) グラウト材料、グラウトモルタル組成物及び硬化体
KR102724566B1 (ko) 실리콘 파우더를 이용한 고강도 시멘트 콘크리트용 모르타르 조성물 및 이를 이용한 콘크리트제품 및 그 제조방법
Hassan et al. The use of silica-breccia as a supplementary cementing material in mortar and concrete
Helevera et al. Development mix design alkali-activated cement powder concrete
PL236543B1 (pl) Kompozycja wysokowytrzymałej mieszanki pucolanowej
Waghmare et al. Study and review of properties and applications of Portland Pozzolana cement