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

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

1. NỘI DUNG GEOPET I. KHÁI NIỆM CHUNG II. CLINKE III. NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG VI. ĐÁ XI MĂNG 6-2 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
2. 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 đá vôi, 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
3. I. KHÁI NIỆM CHUNG GEOPET Một số định nghĩa khác theo TCVN TCVN 5439 - 1991 - Xi măng Portland: chất kết dính thủy lực được sản xuất bằng cách nghiền clinke Portland với thạch cao và có thể thêm một phần phụ gia khoáng, có khả năng đóng rắn và bền vững trong nước. - Xi măng Portland pouzzolan: chất kết dính thủy lực được sản xuất bằng cách nghiền hỗn hợp clinke Portland với khoáng pouzzolan hoạt tính và thạch cao, hoặc trộn lẫn xi măng Portland với bột pouzzolan nghiền mịn theo một tỉ lệ nhất định. - Xi măng Portland xỉ: chất kết dính thủy lực được sản xuất bằng cách nghiền hỗn hợp clinke Portland với xỉ hoạt tính và thạch cao, hoặc trộn lẫn xi măng Portland với bột xỉ hoạt tính nghiền mịn theo một tỉ lệ nhất định. 6-6 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
4. 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
5. II. CLINKE GEOPET Một số tiêu chuẩn về thành phần hóa học của clinke − Tỉ lệ CaO/SiO2 không nhỏ hơn 2. − Thành phần MgO không vượt quá 5% khối lượng. − Tỉ số Fe2O3/Al2O3 (hệ số trám) trong khoảng 0,9 – 2,0. 6-10 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
6. 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 = Na2O P = P2O5 A = Al2O3 M = MgO K = K2O f = FeO S = SiO2 H = H2O L = Li2OT = TiO2 6-12 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
7. II. CLINKE GEOPET Tác dụng của các khoáng vật ▪ Alite: quyết định độ bền của đá xi măng trong giai đoạn đầu. Tỉ lệ C3S càng tăng thì độ bền của đá xi măng cũng tăng theo, khi đông cứng tỏa nhiệt càng nhiều. Tỉ lệ phổ biến 40 – 65%. ▪ Belite: quyết định độ bền của đá xi măng ở giai đoạn sau. Tỉ lệ C2S tăng sẽ làm xi măng cứng chậm, độ bền tăng theo thời gian, chống được ăn mòn của nước biển và nước ngầm. Tỉ lệ phổ biến 12 – 35%. ▪ Tselit (C3A, C4AF): làm xi măng hydrat hóa nhanh, rút ngắn thời gian đông cứng, làm giảm độ bền của đá xi măng. C3A là khoáng vật hoạt tính cao nhất trong clinke, làm xi măng giảm tính chống ăn mòn của muối sunphat. 6-14 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
8. 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
9. III. NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT GEOPET Trước khi vào lò nung, nguyên liệu thô có thể được chuẩn bị bằng hai phương pháp: phương pháp khô và phương pháp ướt. Hình 6.2. Sơ đồ sản xuất theo phương pháp khô 6-18 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
10. 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
11. III. NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT GEOPET Vai trò của quá trình làm nguội clinke Chất lượng của clinke (và xi măng sau này) phụ thuộc vào tốc độ làm nguội clinke. Để thu được clinke tốt nhất, cần làm nguội chậm clinke xuống nhiệt độ 1250oC, sau đó làm nguội nhanh, thường khoảng 18 – 20oC/phút. Tốc độ làm nguội clinke quá chậm (4 – 5oC/phút) sẽ tạo ra loại clinke kém thủy hóa. Sức bền nén ban đầu tốt, nhưng sức bền lâu dài thấp. Tốc độ làm nguội clinke quá nhanh (> 20oC/phút) sẽ tạo ra loại xi măng kém hoạt tính, không ổn định. Sức bền nén ban đầu thấp, nhưng sức bền lâu dài sẽ cao hơn. 6-22 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
12. 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
13. IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET Đối với vữa xi măng, cần thỏa mãn các yêu cầu chính sau: − Trộn và bơm dễ dàng, có tính lưu biến tối ưu cho việc thay thế dung dịch khoan. − Bảo đảm tính chất đồng nhất trong suốt quá trình bơm đẩy. − Bảo đảm được độ kín khi đông cứng, không cho dầu, khí, nước rò rỉ vào khoảng không vành xuyến. − Tạo liên kết tốt giữa ống chống và thành hệ. − Phát triển độ bền nhanh khi bơm trám xong và có độ bền ổn định trong thời gian dài. 6-26 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
14. IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET Xác định bề mặt đơn vị  một cách tuyệt đối chính xác rất khó. Một số phương pháp xác định  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
15. IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET Khối lượng riêng của vữa xi măng bị giới hạn bởi tỷ số nước/ximăng. Vữa xi măng có tỷ trọng thấp thường được sử dụng để tránh hiện tượng phá vỡ vỉa đối với thành hệ yếu. Các phụ gia trong trường hợp này là silicate (với lượng nước trộn nhiều hơn) hoặc các vật liệu như pouzzolan, nitrogen, ceramic. Vữa có tỷ trọng cao được sử dụng khi thành hệ có áp suất cao với lượng nước tối thiểu cho phép (17.5 - 18 lb/gal). Vữa có tỷ trọng cao được tạo ra bằng cách thêm những vật liệu có tỷ trọng lớn và giảm tỷ lệ nước. Thiết kế vữa xi măng có tỷ trọng cao cần chú ý hiện tượng mất nước, thời gian đông cứng, 6-30 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
16. 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
17. IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET 4.4. Thời gian ngưng kết Thời gian ngưng kết có ý nghĩa rất quan trọng đối với chất lượng trám xi măng. Quá trình ngưng kết và đông cứng của xi măng đặc trưng bởi: – Thời gian bắt đầu ngưng kết (tbđ): vữa bắt đầu đặc lại và mất khả năng linh động khi thủy hóa, độ bền dẻo khoảng 1 – 1,5 KG/cm2. – Thời gian kết thúc ngưng kết (tkt): thủy hóa ngày càng mạnh làm cho vữa ngày càng đặc, hoàn toàn mất tính dẻo nhưng vẫn chưa có độ bền cơ học. Thời gian kết thúc ngưng kết tương ứng với độ bền dẻo khoảng 3 – 5 KG/cm2. 6-34 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
18. IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET 4.5. Tính ổn định thể tích Nếu thể tích xi măng giảm đi khi thành đá thì giữa 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
19. IV. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND GEOPET Với xi măng bình thường, độ chảy tỏa phải lớn hơn 18 cm (khi đo bằng thiết bị đo độ chảy tỏa tiêu chuẩn Mỹ). Độ sệt được qui định tùy theo thiết bị. Tính lưu biến của xi măng quyết định sức cản thủy lực khi tiến hành bơm trám. Để quá trình bơm vữa được thuận lợi, người ta thường thêm vào các hóa chất làm giảm các thông số lưu biến. Các phụ gia này được gọi là các chất hóa dẻo. 6-38 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
20. 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
21. V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET Nhiệt thủy hóa của các thành phần khoáng xi măng Thành phần khoáng Nhiệt thủy hóa cal/g KJ/kg C3S 120 502 C2S 62 259 C3A 207 865 C4AF 100 418 CaO 279 1166 6-42 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
22. 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 đó khi 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
23. V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET Theo Mikhaelix, các khoáng vật của clinke bị thủy hóa ở trạng thái cứng (không qua trạng thái hòa tan) bằng cách liên kết với nước theo bề mặt các hạt. Các hạt xi măng được bao phủ bằng một lớp màng làm thể tích của chúng tăng dần. Các hạt xi măng sau thủy hóa kết hợp với nhau, xen ghép lẫn nhau, làm chặt dần khối vữa và tạo thành đá xi măng. Độ bền của đá xi măng do lực hút phân tử (yếu hơn lực liên kết ion). Tuy nhiên, đá xi măng có độ bền cao là do bề mặt đơn vị của các hạt gel và bề mặt tiếp xúc giữa chúng rất lớn, quá trình đông cứng là quá trình làm chặt dần của gel. Ngoài cách giải thích trên, còn nhiều cách giải thích khác về quá trình đông cứng của vữa và độ bền của đá xi măng. 6-46 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
24. 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 C-S-H và CH Các phản ứng Đông cứng khuếch tán Giai đoạn sau cùng cảm ứng Đông cứng Nhiệtlượng ra tỏa 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
25. V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET a. Sự thay đổi thể tích khi đông cứng Khi thủy hóa, thể tích hệ thống xi măng và nước sẽ bị giảm bớt. Tỉ trọng của sản phẩm thủy hóa cao hơn tỉ trọng của các thành phần ban đầu. Ví dụ về tỉ lệ % thể tích xi măng Portland bị co ngót: STT Loại 1 ngày 7 ngày 28 ngày 100 ngày 1 Xi măng Portland 2,8 4,8 6,0 6,9 2 Xi măng Portland 1,7 4,4 __ 6,3 3 Xi măng Portland 2,7 8,0 8,6 8,7 4 không thạch cao 2,6 6,3 7,5 7,6 6-50 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
26. 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
27. V. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG GEOPET e. Ảnh hưởng bởi các chất kiềm Thành phần kiềm chủ yếu trong trong xi măng Portland là Natri và Kali. Các nghiên cứu cho thấy chúng ảnh hưởng đến sự đông cứng và phát triển độ bền của xi măng. Do đó, tỉ lệ ôxit kiềm thường được giữ dưới 1%. f. Ảnh hưởng bởi thành phần độ hạt Độ mịn của xi măng là thông số quan trọng đối với hoạt tính và tính lưu biến của vữa xi măng. Tổng diện tích bề mặt của các hạt xi măng liên quan chặt chẽ tới sự phát triển độ bền nén của nó. Xi măng càng mịn thì độ bền nén khi đông cứng càng cao. 6-54 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
28. 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 vệ ống 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
29. VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET a. Xác định độ bền của đá xi măng Độ bền cơ học của đá xi măng bao gồm độ bền nén, độ bền uốn và độ bền kéo, được xác định thông qua thí nghiệm. Mẫu thí nghiệm phải được làm lạnh tới nhiệt độ phòng và bão hòa nước. Tải trọng phải tăng từ từ để tránh phá hủy mẫu, cụ thể: 2 – Khi xác định n, tốc độ tăng tải nhỏ hơn 20 KG/cm /s. 2 – Khi xác định u và k , tốc độ tăng tải nhỏ hơn 1 KG/cm /s. 2 2 Đá xi măng có n > 40 KG/cm , u > 10 KG/cm mới được dùng trám giếng khoan. 6-58 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
30. 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 do nứt ở nhiệt độ hơn 1100C, người ta bổ sung silica oxit, hàm lượng thông thường là 35%. Silica oxit ngăn chặn sự hình thành alpha-dicalcium-silicate-hydrate. 6-60 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
31. VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET Các yếu tố ảnh hưởng đến độ thấm – Độ mịn của xi măng: xi măng càng mịn thì độ thấm càng giảm. – Thành phần khoáng vật của xi măng: các thành phần làm tăng tốc độ thủy hóa trong xi măng như C3A, C4AF sẽ làm giảm độ thấm của xi măng. – Tỉ lệ N/X: nhìn chung, khi tỉ lệ N/X tăng thì thể tích lỗ hổng và mạch mao dẫn tăng làm tăng độ thấm của đá xi măng. – Nhiệt độ: khi nhiệt độ môi trường đông cứng nhỏ hơn 100oC thì tốc độ thủy hóa tăng, độ thấm của xi măng giảm. Khi nhiệt độ cao, các sản phẩm thủy hóa thường có kích thước lớn làm cho độ thấm tăng lên. – Áp suất: áp suất môi trường đông cứng tăng thu ngắn quá trình thủy hóa, làm độ thấm của đá xi măng giảm. Tuy nhiên, ảnh hưởng của chênh lệch áp suất sau khi tạo đá sẽ quyết định hơn đến độ thấm. 6-62 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
32. 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
33. VI. ĐÁ XI MĂNG GEOPET Để tăng tính kháng sulfat cho xi măng, người ta thường giảm lượng C3A trong xi măng hay lượng vôi tự do trong xi măng đông cứng bằng cách thêm vật liệu pouzzolan, chất này phản ứng với vôi tạo thêm một phần vật liệu xi măng. Ngoài ra, cũng có thể thêm vào xi măng lượng CaSO4 tương ứng với C3A để tạo thành calcium sulfoaluminate trước khi vữa xi măng đông cứng. Hiện nay, không có phương pháp nào loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của sulfat mà chỉ hạn chế ở một mức độ nhất định. 6-66 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết
34. 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.Al2O3.3CaSO4.31H2O 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
35. CÂU HỎI GEOPET 1. Trình bày quá trình sản xuất clinke và xi măng. 2. Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của clinke ảnh hưởng như thế nào đến tính chất của xi măng? 3. Hiện tượng “đông nhanh” và “đông giả” xảy ra như thế nào? 4. Trình bày tóm lược các tính chất của xi măng Portland. 5. Phản ứng thủy hóa là gì? Trình bày các giai đoạn trong quá trình thủy hóa xi măng. 6. Trình bày các nguyên nhân làm giảm các tính chất của đá xi măng và giải pháp khắc phục. 6-70 Dung dịch khoan & xi măng – Đỗ Hữu Minh Triết