Bài giảng Dung dịch khoan và xi măng - Chương 6: Xi măng Portland - Đỗ Hữu Minh Triết

Nội dung text: Bài giảng Dung dịch khoan và xi măng - Chương 6: Xi măng Portland - Đỗ Hữu Minh Triết

1. I. KHÁI NIỆM CHUNG GEOPET Trong lịch sử phát triển, con người đã tìm ra nhiều loại hợp chất có khả năng kết dính phục vụ xây dựng nhà ở, công trình. Người Lưỡng Hà xưa dùng đất sét làm chất kết dính chính, người Ai Cập dùng vôi và thạch cao. Người Trung Quốc dùng vôi, sét và vật liệu hữu cơ. Năm 1756, kĩ sư John Smeaton (người Anh) sáng chế ra bêtông hiện đại đầu tiên bằng cách bổ sung đácuội, sỏi vào hỗn hợp bột gạch xay nhuyễn. Năm 1824, nhà phát minh Joseph Aspdin (người Anh) tìm ra xi măng Portland. Ngày nay, xi măng Portland được sử dụng rất rộng rãi, là thành phần chính trong bêtông, vữa xây dựng 6-3 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết I. KHÁI NIỆM CHUNG GEOPET Xi măng do Joseph Aspdin chế tạo bằng cách nung nóng đá vôi và sét, làm thay đổi tính chất hóa học, tạo ra loại chất kết dính bền vững hơn so với đá vôi nghiền bình thường. Xi măng Portland thông thường có dạng bột mịn với thành phần gồm: − Clinke: hơn 90%, là sản phẩm sau nung của hỗn hợp đávôi, sét. − Thạch cao: tối đa 5%, có tác dụng điều chỉnh thời gian đông kết. − Chất phụ gia: làm tăng chất lượng xi măng: giảm nhiệt độ bay hơi, tăng tính chống mòn, 6-4 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
2. I. KHÁI NIỆM CHUNG GEOPET - Xi măng Portland trắng: xi măng Portland khi thủy hoá cho ta hồ màu trắng, được sản xuất từ clinke có chứa ít sắt và được nung luyện trong môi trường nhỏ lửa. - Xi măng ít tỏa nhiệt: xi măng Portland có lượng nhiệt toả ra trong quá trình đóng rắn ít hơn so với xi măng thông thường. - Xi măng bền sulfat: xi măng Portland với hàm lượng C3A thấp, có khả năng hạn chế tác động của các hợp chất chứa sulfat trong môi trường. - Xi măng Portland hỗn hợp: chất kết dính thủy lực được sản xuất bằng cách nghiền hỗn hợp clinke Portland với một lượng phụ gia khoáng (bao gồm cả phụ gia khoáng và phụ gia khoáng hoạt tính). 6-7 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết II. CLINKE GEOPET Clinke là thành phần chủ yếu tạo thành xi măng. Clinke được sản xuất bằng cách nung nóng hỗn hợp thô đá vôi, sét trong môi trường có ôxy tới nhiệt độ 1400 – 1450oC. Do bốc hơi không đều, hỗn hợp bị vón thành cục rắn chắc, kích thước 10 – 30 mm. Sản phẩm này được làm lạnh nhanh để giữ lại tính chất phản ứng của các khoáng vật thành phần. Clinke sau khi nghiền nhỏ, bổ sung thêm thạch cao (CaSO42H2O) để điều chỉnh thời gian ngưng kết (hơn 5% sẽ làm nứt xi măng) và các khoáng vật khác như xỉ kim loại, cát thạch anh, khuê tảo để điều chỉnh tính chất sẽ thành xi măng. 6-8 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
3. II. CLINKE GEOPET Các chất có hại − MgO (< 4,5%), CaO tự do (< 1%): hai chất này hydrat hóa chậm so với các thành phần khác trong clinke, làm tăng thể tích pha rắn không đều, dẫn đến phá hủy cấu trúc đá xi măng. − TiO2 (4-5%): ảnh hưởng tốt đến quá trình kết tinh khoáng vật nhưng làm giảm độ bền của xi măng. − Ôxit kim loại kiềm (< 1%): gây phản ứng với SiO2 làm nứt khối xi măng đã cứng, khó nung và ngăn CaO kết hợp với ôxit khác. − Fluorine (< 0,1%): chỉ cần một lượng nhỏ cũng làm giảm đáng kể sức bền của xi măng. 6-11 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết II. CLINKE GEOPET 2.2. Thành phần khoáng vật Clinke là hỗn hợp của các khoáng vật silicat và các khoáng vật tròn cạnh theo tỉ lệ 75/25. Trong các tài liệu về xi măng và clinke, để rút gọn tên các ôxit có trong thành phần hóa học, người ta viết tắt như sau: C = CaO F = Fe2O3 N = Na2OP = P2O5 A = Al2O3 M = MgO K = K2Of = FeO S = SiO2 H = H2OL = Li2OT = TiO2 6-12 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
4. II. CLINKE GEOPET 2.3. Thành phần độ hạt Kính thước các hạt xi măng càng nhỏ thì độ bền của xi măng càng cao. Khi chế tạo xi măng đông nhanh, kích thước hạt xi măng rất quan trọng. Bình thường, xi măng có thành phần độ hạt như bảng sau: Kích thước hạt, µm 80 Hàm lượng hạt, % kl 20-40 10-15 10-20 10-20 10-20 5-15 5-10 6-15 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết III. NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT GEOPET Các thành phần cơ bản của xi măng (C3S, C2S, C3A, C4AF) được tạo thành sau khi nguyên liệu thô nung trong lò và trải qua một chuỗi các phản ứng hóa học ở nhiệt độ hơn 1400oC. Nguyên liệu thô bao gồm đá vôi, silica, alumina và ôxit sắt. Quá trình sản xuất như sau: −Đá vôi, san hô, vỏ sò, alumina, silica, ôxit sắt, được nghiền thành bột mịn và pha trộn lẫn nhau tạo thành nguyên liệu thô. Thành phần nguyên liệu pha trộn trước khi vào lò tùy thuộc yêu cầu của clinke tạo thành. − Hỗn hợp nguyên liệu thô được đưa vào lò nung để tạo thành clinke. − Clinke được làm lạnh nhanh, bổ sung thêm thạch cao (3-5%), sau đó được nghiền vụn. − Sản phẩm nghiền vụn chính là xi măng. 6-16 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
5. III. NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT GEOPET Trong phương pháp ướt, hỗn hợp trộn dạng vữa nên dễ kiểm soát thành phần. Tuy nhiên, cần phải tốn thêm năng lượng đáng kể để bốc hơi lượng nước thêm vào. Hình 6.3. Sơ đồ sản xuất theo phương pháp ướt 6-19 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết III. NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT GEOPET Nguyên liệu thô được đưa vào lò nung để tạo clinke. Lò nung đặt hơi nghiêng và quay với tốc độ 1-4 vòng/phút, vận chuyển nguyên liệu từ từ đi qua lò. Lò được đốt nóng bằng dầu, khí hoặc than đá. Hình 6.4. Sơ đồ quá trình nung tạo clinke 6-20 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
6. III. NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT GEOPET Clinke được nghiền chung với thạch cao để tạo thành xi măng. Thạch cao có tác dụng ngăn cản hiện tượng “đông nhanh” của clinke. Máy nghiền trộn lẫn clinke với các hạt bi sắt cứng. Khi máy nghiền quay, các bi sắt va đập và làm vỡ vụn clinke. Cỡ hạt của clinke trong khoảng 1 - 10 µm. Nhược điểm của máy nghiền dùng bi sắt là hầu hết năng lượng (97 - 99%) chuyển hóa thành nhiệt năng. Nhiệt độ tăng có thể làm thạch cao bị khử nước, gây nên hiện tượng “đông giả”. 6-23 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết III. NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT GEOPET Xi măng được cất giữ trong các xilô kín khí lớn, cách ly ẩm và CO2. Hình 6.5. Sơ đồ nghiền clinke và thành phẩm xi măng 6-24 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
7. IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET 4.1. Độ mịn Kích thước hạt xi măng càng nhỏ thì số lượng hạt trong một đơn vị khối lượng càng nhiều, tổng diện tích bề mặt (tỷ bề mặt) các hạt càng lớn. Tổng bề mặt tham gia phản ứng lớn thì quá trình thủy hóa càng mạnh. Trong xi măng, các hạt có kích thước nhỏ hơn 7 µm ảnh hưởng tới tính chất của xi măng nhiều nhất. Khối lượng các hạt này thường chiếm 19-35% nhưng tổng diện tích bề mặt lớn hơn tất cả các phần hạt còn lại. Đối với xi măng thường, bề mặt đơn vị δ = 2800-3000 cm2/g. Độ mịn của xi măng ảnh hưởng tới tốc độ phát nhiệt, đặc biệt ở thời gian đầu. Tốc độ phát nhiệt liên quan tới tốc độ phát triển cường độ xi măng. 6-27 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET Xác định bề mặt đơn vị δ một cách tuyệt đối chính xác rất khó. Một số phương pháp xác định δ như sau: – Thông qua trị số các thành phần độ hạt với giả thiết là các hạt xi măng có kích thước khác nhau đều là hình cầu. Phương pháp này kém chính xác và ít được dùng. –Bằng phương pháp hấp phụ: xác định lượng vật chất cần thiết để bao phủ bề mặt các hạt xi măng bằng một lớp phần tử chất hấp phụ nào đó. Chất hấp phụ thường dùng nhất là nitơ. Phương pháp này phức tạp và khó thực hiện, chỉ được dùng trong nghiên cứu. –Bằng phương pháp thấm không khí: đo sức cản qua lớp bột xi măng đã lèn chặt khi bơm không khí qua nó. Phương pháp này được dùng phổ biến. 6-28 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
8. IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET 4.3. Khả năng giữ nước Xi măng cần có khả năng giữ nước nhất định, không tách riêng pha rắn và nước khi bơm trám. Sự tách nước ra khỏi khối vữa sẽ làm cho cột đá xi măng không đồng nhất, dễ tạo ra các “túi nước” làm tăng độ thấm nước của đá xi măng. Xi măng không giữ nước sẽ có độ linh động kém và khó bơm. Khả năng giữ nước của xi măng được xác định qua hai chỉ tiêu: – Độ thoát nước – Độ bền lắng 6-31 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET a. Độ thoát nước Xác định bằng công thức: B = K[N/X – (N/X)t]X trong đó: B – lượng nước thoát ra (N/X)t –tỉ lệ nước/ximăng khi nước thoát ra hoàn toàn K – hằng số X – lượng xi măng khô ban đầu Để làm giảm độ thoát nước của xi măng, có thể giảm tỉ trọng, giảm tỉ lệ N/X ban đầu, giảm kích thước hạt xi măng, thêm chất hoạt tính có tác dụng phân tán mạnh khi hòa tan. 6-32 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
9. IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET Xác định thời gian ngưng kết Có nhiều phương pháp xác định thời gian ngưng kết của vữa. ™ Dùng đường cong tạo cấu trúc: xây dựng đường cong tạo cấu trúc bằng dẻo kế Rebinder, xác định độ bền dẻo theo thời gian. ™ Dùng dụng cụ Vik: xác định chiều sâu ngập vào vữa của thanh kim loại tiêu chuẩn dưới tác dụng của trọng lượng xác định. Thanh kim loại đường kính 1,1mm, dài 50mm, trọng lượng toàn bộ thanh kim loại để kim cắm vào vữa là 300G. Xi măng đựng trong cốc tiêu chuẩn, cao 40mm. Thời gian bắt đầu tính từ khi trộn vữa đến khi kim cách đáy cốc 1mm. Thời gian kết thúc tính từ khi trộn vữa đến khi kim chạm đáy cốc. 6-35 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET 4.5. Tính ổn định thể tích Nếu thể tích xi măng giảm đi khi thành đáthìgiữa thành giếng khoan, ống chống và vành đá xi măng sẽ xuất hiện các khe nứt, kênh rãnh mà nước, khí, dầu có thể thông nhau. Kết quả cách ly và trám xi măng không đảm bảo. Xi măng nở thường được dùng để trám giếng khoan. Sự thay đổi thể tích của đá xi măng phụ thuộc thành phần phụ gia và môi trường đông cứng. Thông thường, vữa xi măng đông cứng trong nước thì thể tích tăng còn trong không khí thì giảm. Sự thay đổi thể tích của đá xi măng thường xảy ra trong 2-4 ngày đầu, sau đó ổn định dần. 6-36 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
10. V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET 5.1. Phản ứng thủy hóa Khi trộn xi măng với nước (thủy hóa xi măng), các khoáng vật trong xi măng sẽ tác dụng với nước, tạo thành các chất chứa nước khác nhau, gọi là các sản phẩm của quá trình thủy hóa xi măng. Các thành phần cơ bản của xi măng (C3S, C2S, C3A, C4AF) có tính chất động lực học thủy hóa khác nhau và ảnh hưởng đến khả năng đông cứng của vữa xi măng thành một loại đá nhân tạo. Quá trình thủy hóa xi măng bao gồm thủy hóa các silicat (chiếm hơn 80%) và thủy hóa các thành phần còn lại. 6-39 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET a. Thủy hóa các silicat Quá trình thủy hóa sẽ diễn ra như sau, với x và y thay đổi và phụ thuộc điều kiện xảy ra phản ứng. Đối với alite và belite: 3CaO.SiO2 + (3 + x – y)H2O = (3 – x)Ca(OH)2 + xCaO.SiO2.yH2O 2CaO.SiO2 + (2 + x – y)H2O = (2 – x)Ca(OH)2 + xCaO.SiO2.yH2O x = 0: phản ứng xảy ra hoàn toàn, sản phẩm là silicat ngậm nước x = 3: không xảy ra phản ứng Ở nhiệt độ phòng, khi xảy ra phản ứng thủy phân, alite và belite sẽ tạo thành silicat ngậm nước với x = y = 1,5. 6-40 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
11. V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET 5.2. Giải thích quá trình rắn chắc của xi măng Chất lượng công tác bơm trám xi măng được đánh giá bởi sự tạo thành đá xi măng và các tính chất của nó. Quá trình chuyển tiếp từ vữa xi măng thành đá xi măng xảy ra rất phức tạp và nó phụ thuộc trực tiếp vào xi măng, các thành phần có trong vữa và điều kiện đông cứng của vữa. Quá trình nói trên xảy ra từ từ qua các giai đoạn: thủy hóa, ngưng kết và đông cứng tạo độ bền. Quá trình đông cứng của vữa xi măng thường xảy ra rất phức tạp và đã được nghiên cứu từ lâu nhưng chưa có sự giải thích thống nhất. 6-43 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET Hiện nay, các cách giải thích cơ chế của quá trình đông cứng đều dựa theo 2 thuyết cổ điển: – Giả thuyết kết tinh Lechatelier (1882) –Thuyết hóa keo Mikhaelix (1893) Theo Lechatelier, các khoáng vật của clinke có độ hòa tan lớn hơn nhiều so với các liên kết của chúng với nước. Do đókhi hợp nước, các khoáng vật này nhanh chóng hòa tan, xảy ra quá trình thủy hóa và trong vữa tạo thành các liên kết silicat, aluminat, ferit tan chậm trong nước. 6-44 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
12. V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET 5.3. Đặc điểm quá trình thủy hóa và đông cứng xi măng Về chi tiết, quá trình thủy hóa của C3S được chia thành 5 giai đoạn: – Tiền cảm ứng (preinduction): vài phút, tỏa nhiều nhiệt, thủy hóa sơ bộ – Cảm ứng (induction): vài giờ, tỏa nhiệt rất ít, tạo vỏ bảo vệ – Tăng tốc phản ứng (acceleration) và giảm tốc phản ứng (deceleration): vài ngày, thủy hóa mạnh, mạng tinh thể hình thành và hệ thống bắt đầu phát triển độ bền. Khi độ rỗng giảm, thủy hóa sẽ chậm lại. Giai đoạn này còn gọi là giai đoạn đông cứng. – Khuếch tán (diffusion): giai đoạn sau cùng, thủy hóa chậm dần, mạng tinh thể chặt sít, độ bền tăng. Mặc dù thủy hóa của C3S thường được dùng để mô phỏng quá trình thủy hóa xi măng Portland, cần lưu ý là còn nhiều thông số khác có liên quan. 6-47 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET Quá trình thủy hóa xi măng là một chuỗi các phản ứng hòa tan và tạo kết tủa giữa các khoáng vật của clinke và nước, làm cho vữa xi măng đặc và từ từ cứng lại. Các phản ứng này diễn ra đồng thời với tốc độ khác nhau. Hình thành Hòa tan và hình monosulfat thành gel C-S-H Hình thành nhanh a ra C-S-H và CH Các phản ứng ỏ Đông cứng khuếch tán ng t Giai đoạn sau cùng ượ cảm ứng t l ệ Đông cứng Nhi ban đầu phút giờ ngày Hình 6.6. Ví dụ quá trình thủy hóa xi măng Portland 6-48 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
13. V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET b. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa xi măng Portland. Nhiệt độ khi thủy hóa cao sẽ tăng tốc các phản ứng, rút ngắn giai đoạn cảm ứng và đông cứng. Các sản phẩm thủy hóa ở điều kiện thường không bị thay đổi nhiều nếu nhiệt độ không vượt quá 40oC. Một số biến đổi về cấu trúc vi mô của C-S-H sẽ xuất hiện khi nhiệt độ tăng cao. Nếu nhiệt độ vượt quá 110oC, gel C-S-H sẽ không bền vững. 6-51 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET c. Hiện tượng “đông nhanh” và “đông giả” “Đông nhanh” – khi clinke nghiền không có thạch cao tác dụng với nước, C3A sẽ nhanh chóng phản ứng, hình thành lớp hồ cứng, ngăn cản các phản ứng tiếp theo. Nếu lượng thạch cao trong xi măng không đủ, hiện tượng này vẫn sẽ xảy ra. “Đông giả” – trong quá trình nghiền, nhiệt độ tăng cao làm calcium sulfat trong clinke bị khử nước. Ở điều kiện thường, khi tác dụng với nước, các sản phẩm trên nhanh chóng phản ứng và kết tủa. 6-52 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
14. VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET Vữa xi măng sau khi đông cứng tạo thành đá xi măng. Tính chất của đá xi măng phụ thuộc rất nhiều vào bản thân vữa xi măng và các yếu tố bên ngoài trong quá trình đông cứng: độ ẩm môi trường, nhiệt độ, đặc điểm hóa học của môi trường. Các tính chất cơ bản của đá xi măng bao gồm: 1. Độ bền nén 2. Độ thấm 3. Tính cách ly 4. Tính kháng sulfat 6-55 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET 6.1. Độ bền nén Giá trị độ bền nén tối ưu của đá xi măng (vữa xi măng sau khi đông cứng) phải tương ứng với độ bền của thành hệ được cách ly. Đá xi măng phải phát triển độ bền nén đủ để: –Bảo vệống chống trong giếng, –Chịu được rung động, va chạm trong quá trình khoan, bắn mở vỉa, – Tránh hiện tượng gây nứt vỡ thành hệ khi áp suất thủy tĩnh cao. Thông thường, xi măng đông cứng trong giếng chịu tác động bởi lực nén ngang do áp suất thành hệ gây ra và ứng suất kéo do trọng lượng của cột ống chống. Do đó để bảo vệ cột ống chống, độ bền xi măng phải đủ lớn để tạo liên kết giữa ống chống và xi măng. 6-56 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
15. VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET b. Sự suy giảm độ bền ở nhiệt độ cao Ở điều kiện nhiệt độ bình thường, xi măng đông cứng tiếp tục quá trình thủy hóa và phát triển độ bền cho đến một giá trị xác định. Ở nhiệt độ hơn 1100F, xi măng sẽ đạt được độ bền tối đa trong vài tuần đầu, sau đó độ bền bắt đầu giảm. Trong một số trường hợp, độ bền của đá xi măng tiếp tục giảm cho đến khi bị phá hủy hoàn toàn. 6-59 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET Hai nguyên nhân chủ yếu gây suy giảm độ bền đá xi măng ở nhiệt độ cao: 1– Sự thay đổi cấu trúc của xi măng đã liên kết với nước trong quá trình thủy hóa và sự mất nước. Một thành phần của xi măng là C-S-H khi ở nhiệt độ 250oF sẽ trở thành alpha-dicalcium-silicate-hydrate, làm tăng độ rỗng, từ đó làm tăng mức độ nhiễm bẩn và giảm độ bền của đá xi măng. 2– Độ thấm của xi măng tăng lên dẫn đến sự gia tăng các lỗ rỗng tạo điều kiện cho quá trình ăn mòn, làm giảm độ bền. Để hạn chế sự suy giảm độ bền của đá xi măng, người ta bổ sung silica oxit. Silica oxit ngăn chặn sự hình thành alpha-dicalcium-silicate-hydrate. 6-60 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
16. VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET 6.3. Tính cách ly Độ thấm và độ bền của liên kết xi măng và ống chống là hai yếu tốảnh hưởng đến khả năng cách ly của đá xi măng. Độ thấm của xi măng đông cứng thường rất thấp (khoảng 0,01 mD). Vữa có tỉ trọng thấp thường được sử dụng bơm trám vào thành hệ có độ thấm cao. Khi bơm trám xi măng ở những thành hệ chứa khí có áp suất cao thì tính cách ly của xi măng đông cứng rất quan trọng (nhất là các khí gây ăn mòn). 6-63 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET Mối liên kết giữa đá xi măng và ống chống phụ thuộc vào: bản chất đá xi măng, chủng loại ống chống và mức độ gia công bề mặt, nhiệt độ và áp suất môi trường. Do sự co ngót của xi măng trong quá trình thủy hóa cộng với sự biến dạng của cột ống chống sẽ tạo các vi khe nứt trong khoảng không vành xuyến cho phép chất lưu thấm qua. Cần sử dụng vành xi măng có tính giãn nở để khắc phục hiện tượng này. Xi măng liên kết với đất đá ở thành giếng phụ thuộc thành phần xi măng và đất đá, điều kiện đông cứng, trạng thái bề mặt và mức độ bão hòa nước Chênh áp trong giếng làm vữa thấm sâu vào thành hệ, tăng liên kết. 6-64 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
17. VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET Các quá trình ăn mòn đá xi măng Dưới tác dụng của môi trường xâm thực lỏng lên đá xi măng, các quá trình ăn mòn cơ bản bao gồm 3 dạng: - Dạng 1: các quá trình hoà tan đá xi măng mà trước hết là Ca(OH)2 do C3S thủy hoá tạo ra tan vào nước thấm qua đá xi măng, - Dạng 2: các phản ứng trao đổi giữa các thành phần của môi trường và đá xi măng tạo ra các sản phẩm tan trong nước, hoặc là các sản phẩm tơi xốp không có tính chất kết dính, - Dạng 3: các quá trình tạo tích tụ muối trong các lỗ hổng, vết nứt và trong các mao quản. Trong những điều kiện nhất định chúng trương nở thể tích gây ra ứng suất phá huỷ đá xi măng. 6-67 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET Ăn mòn sulfat là điển hình cho kiểu ăn mòn dạng 3. Sunfat sẽ tác dụng với đá xi măng tạo ra hydrosunfoaluminat theo phản ứng: 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4 + 31H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31.H2O Chất này trương nở thể tích tới 2,6 lần sẽ phá huỷ cấu trúc và làm nứt nẻ đá xi măng. 6-68 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết