Цементсодержащий состав (варианты) и способ его использования
Изобретение относится к системе из двух компонентов, смешиваемых друг с другом с образованием способного к схватыванию цементирующего состава, способу производства способного к схватыванию цементирующего состава и способу создания опоры в шахте. Технический результат - снижение вязкости цементирующего состава, повышение его седиментационной устойчивости, увеличение прочности в начальный период твердения. Система из двух компонентов, смешиваемых друг с другом с образованием способного к схватыванию цементирующего состава, в которой первый компонент содержит: портландцемент; сульфат кальция; воду при весовом отношении количества воды к количеству твердых портландцемента и сульфата кальция от 0,5:1 до 5:1; а второй компонент содержит: водорастворимый силикат; воду при весовом отношении количества воды к количеству твердого силиката от 1,5:1 до 25:1. Способ производства способного к схватыванию цементирующего состава, текучего в течение времени, достаточного для его использования в гибком резервуаре для создания опоры в шахте, включающий стадии, на которых: получают первый компонент, содержащий портландцемент, сульфат кальция и воду при весовом отношении количества воды к количеству твердых портландцемента и сульфата кальция от 0,5:1 до 5:1, и второй компонент, содержащий водорастворимый силикат и воду при весовом отношении количества воды к количеству твердого силиката от 1,5:1 до 25:1, и смешивают первый и второй компоненты системы с образованием способного к схватыванию состава, в котором весовое отношение количества воды к количеству твердого материала составляет, по меньшей мере, около 1,2:1. Способ создания опоры в шахте, включающий обеспечение доставки указанных первого и второго компонентов в точку их использования в шахте, смешивание этих компонентов с образованием способного к схватыванию состава. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 табл.
Настоящее изобретение относится к цементсодержащим составам, к способу их производства и способу их использования.
Цементсодержащие составы, так называемые цементные растворы, широко используются в шахтах, в основном для обеспечения опоры. Кровля выработки, однажды открытая, обычно, до некоторой степени опускается, следовательно, вошло в практику размещение под ней пассивной опоры, регулирующей такое опускание. Указанная опора должна обладать способностью к деформации при сохранении достаточной несущей способности, обычно, по меньшей мере, несколько сот фунтов на квадратный дюйм (psi). Если она не деформируется, может произойти разрушение конструкции либо с образованием отверстия в кровле или рабочем горизонте шахты, либо по хрупкому типу с быстрой потерей несущей способности. Обычно это условие удовлетворялось путем использования цементных растворов с высоким содержанием воды, закачиваемых в гибкий резервуар, иногда называемый мягким резервуаром, который, после схватывания цемента, при нагружении деформируется по пластическому типу. До сих пор использовали цемент такого типа, для которого характерно быстрое образование значительного количества эттрингита, например продаваемый под торговыми марками Tekpak, Hydropak и Aquapak. Цементные растворы, образующие эттрингит, основаны на смесях глиноземистого цемента, сульфата кальция и источника извести. Обычно глиноземистый цемент закачивают в виде суспензии отдельно от смеси сульфат кальция/известь, чтобы получить двухкомпонентный цементный раствор с удлиненным сроком службы каждого компонента. Соединение этих двух компонентов вызывает схватывание в течение нескольких минут. Применяли очень высокие значения отношения вода/твердые материалы, чтобы суспензии обладали низкой вязкостью, то есть были пригодны для перекачивания на значительные расстояния, например до 10 км, по трубопроводам малого диаметра к месту использования.
Ранее для получения несущего материала опор в шахтах также предлагалось использовать реакцию между силикатом щелочного металла и портландцементом.
В международной заявке на патент WO 02/44100 описан цементирующий состав, содержащий первый компонент, включающий портландцемент и воду и, предпочтительно, замедлитель реакции гидратации цемента, а также, предпочтительно, суспендирующий агент, предотвращающий осаждение твердого материала, и второй компонент, включающий водный раствор силиката; и подача этих компонентов к месту использования, где они смешиваются с образованием цементного раствора, и подача полученного таким образом цементного раствора в гибкий резервуар, обладающий способностью деформироваться в соответствии с очертаниями поверхности в шахте. Этот состав позволяет получить опору в шахте и при этом снизить количество или избежать использования глиноземистых цементов, которые относительно дороги. Он также позволяет получить цементный раствор, текучий в течение времени, достаточного для того, чтобы цементный раствор, поданный в гибкий резервуар, деформировал резервуар в соответствии с очертаниями поверхности в шахте. Однако еще существует потребность в цементирующем составе, обладающем большей скоростью развития прочности, при которой можно уменьшить количество или не использовать относительно дорогие глиноземистые цементы.
В соответствии с настоящим изобретением предложена система из двух компонентов, смешиваемых друг с другом с образованием способного к схватыванию цементирующего состава, первый компонент которого содержит:
(а) портландцемент;
(б) сульфат кальция;
(в) воду при весовом отношении количества воды к количеству твердых портландцемента и сульфата кальция от 0,5:1 до 5:1;
второй компонент которого содержит:
(г) водорастворимый силикат;
(д) воду при весовом отношении количества воды к количеству твердого силиката от 1,5:1 до 25:1.
В соответствии с настоящим изобретением также предложен способный к схватыванию цементирующий состав, текучий в течение времени, достаточного для его использования в гибком резервуаре для создания опоры в шахте, содержащий:
(1) портландцемент;
(2) сульфат кальция;
(3) водорастворимый силикат;
(4) воду в таком количестве, чтобы весовое отношение количества воды к количеству твердого материала составляло, по меньшей мере, около 1,2:1.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ производства способного к схватыванию цементирующего состава, текучего в течение времени, достаточного для его использования в гибком резервуаре для создания опоры в шахте, причем способ включает стадии, на которых осуществляют:
обеспечение системы, соответствующей настоящему изобретению;
смешивание первого и второго компонентов системы с образованием способного к схватыванию состава, в котором весовое отношение количества воды к количеству твердого материала составляет, по меньшей мере, около 1,2:1.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предложен способ создания опоры в шахте, включающий обеспечение первого и второго компонентов, описанных выше, в точке их использования в шахте, смешивание этих компонентов с образованием способного к схватыванию состава и использование этого способного к схватыванию состава для создания опоры в шахте. Первый и второй компоненты, по выбору, подают в точку их использования в шахте путем перекачивания этих компонентов к точке использования.
К преимуществам данных системы, состава и способов относится то, что каждый из них обеспечивает способный к схватыванию состав, обладающий большей начальной прочностью, чем известные составы. Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является более низкая стоимость ингредиентов из-за использования портландцемента.
Соответствующие настоящему изобретению компоненты могут быть обеспечены в виде двух потоков с высоким содержанием воды (суспензия, содержащая портландцемент и сульфат кальция, и раствор, содержащий силикат), которые смешиваются. Состав, полученный при смешивании этих двух компонентов, пригоден для использования в качестве опоры в шахте совместно с гибким резервуаром и позволяет получить более плотный контакт с кровлей выработки и, следовательно, улучшенные характеристики опоры. Кроме того, была обнаружена эффективность включения в суспензию цемента суспендирующего агента. Это позволяет оставлять суспензию в подводящих трубах при статических условиях на многие часы, при этом она не теряет способности к перекачиванию. Предпочтительно, чтобы первый и/или второй компонент, соответствующий настоящему изобретению, или состав, соответствующий настоящему изобретению, содержали суспендирующий агент, препятствующий осаждению твердого материала. Предпочтительно, чтобы первый компонент содержал суспендирующий агент. Суспендирующий агент, предпочтительно, также повышает способность к перекачиванию. Суспендирующий агент, по выбору, представляет собой полисахаридную смолу (например, велан), бентонит или тонкоизмельченный аморфный оксид кремния.
Соответствующий настоящему изобретению способный к схватыванию состав или способный к схватыванию состав, полученный путем соединения первого и второго компонентов, соответствующих настоящему изобретению, предпочтительно, характеризуется минимальным содержанием твердого материала, по меньшей мере, около 10%, более предпочтительно, по меньшей мере, около 12%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, около 20% вес.
Соответствующий настоящему изобретению способный к схватыванию состав или способный к схватыванию состав, полученный путем соединения первого и второго компонентов, соответствующих настоящему изобретению, предпочтительно, характеризуется весовым отношением количества воды к количеству твердого материала, по меньшей мере, около 1,2:1, предпочтительно, по меньшей мере, около 1,3:1, предпочтительно, по меньшей мере, около 1,5:1, предпочтительно, по меньшей мере, около 1,6:1, предпочтительно, по меньшей мере, около 1,7:1, предпочтительно, по меньшей мере, около 1,8:1, предпочтительно, по меньшей мере, около 1,9:1, предпочтительно, по меньшей мере, около 2:1, предпочтительно, по меньшей мере, около 2,5:1.
Соответствующий настоящему изобретению способный к схватыванию состав или соответствующий настоящему изобретению первый компонент, предпочтительно, содержит портландцемент в количестве от, по меньшей мере, около 6%, предпочтительно, от, по меньшей мере, около 8%, более предпочтительно, от, по меньшей мере, около 10%, при этом доля указана по весу относительно общего веса способного к схватыванию состава или способного к схватыванию состава, образованного путем соединения первого и второго компонентов, соответствующих настоящему изобретению, соответственно.
Соответствующий настоящему изобретению способный к схватыванию состав или соответствующий настоящему изобретению первый компонент, предпочтительно, содержит сульфат кальция в количестве от, по меньшей мере, около 0,5%, предпочтительно, от, по меньшей мере, около 2%, где доля указана по весу относительно общего веса способного к схватыванию состава или способного к схватыванию состава, образованного путем соединения первого и второго компонентов, соответствующих настоящему изобретению, соответственно.
Соответствующий настоящему изобретению способный к схватыванию состав или соответствующий настоящему изобретению второй компонент, предпочтительно, содержит водорастворимый силикат в количестве от, по меньшей мере, около 2%, где доля указана по весу относительно общего веса способного к схватыванию состава или способного к схватыванию состава, образованного путем соединения первого и второго компонентов, соответствующих настоящему изобретению, соответственно.
Подразумевается, что термин шахта в настоящем описании охватывает карьеры, туннели и все подземные земляные сооружения.
Термин портландцемент в настоящем описании означает цемент, содержащий трикальций силикат или дикальций силикат, которые вместе составляют, по меньшей мере, 50% веса цемента. Портландцемент, поставляемый производителем, содержит один или более материал, такой как гипс (который обычно добавляют в количестве от, примерно, 5% для предотвращения мгновенного схватывания), который может рассматриваться, как обладающий замедляющим действием.
Первый и/или второй компонент, соответствующий настоящему изобретению, или состав, соответствующий настоящему изобретению, предпочтительно, содержит замедлитель реакции гидратации цемента. Предпочтительно, первый компонент содержит замедлитель схватывания. Термин замедлитель реакции гидратации цемента в настоящем описании относится к материалу, который не присутствует в портландцементе, поставляемом производителем, и который замедляет гидратацию цемента. Подходящие замедлители схватывания хорошо известны специалистам в данной области и, по выбору, включают глюконат, особенно, глюконат щелочного металла, например глюконат натрия.
Первый и/или второй компонент, соответствующий настоящему изобретению, или состав, соответствующий настоящему изобретению, предпочтительно, содержит гелеобразующий агент, способствующий обеспечению начальной жесткости способного к схватыванию состава. Начальная жесткость, в частности, представляет собой жесткость способного к схватыванию состава (по выбору, полученного путем смешивания первого и второго компонентов, соответствующих настоящему изобретению) в течение до 30 минут с момента получения способного к схватыванию состава. Гелеобразующий агент, предпочтительно, способствует обеспечению начальной жесткости способного к схватыванию состава при низкой температуре, особенно, температуре ниже 10ºС, например при температуре около 5ºС. Таким образом, гелеобразующий агент делает характеристики способного к схватыванию состава менее зависимыми от температуры. Может быть использован любой гелеобразующий агент, известный специалистам в данной области. Предпочтительно, это гидратированная известь.
Термин пуццолан охватывает неглиноземистые цементы, такие как доменный шлак, зольную пыль, метакаолин и микрокремнезем.
Термин сульфат кальция охватывает мелкоизмельченный гипс, полуводный гипс и безводный гипс (также известный как ангидрит). Из соображений экономии особенно предпочтительным является безводный гипс. Также могут быть использованы смеси гипса и зольной пыли, образующейся при сжигании угля, с добавкой известняка, как и побочные формы гипса. Вводимый гипс является дополнением к обычно содержащемуся в портландцементе.
Термин поддающийся перекачиванию насосом означает пригодность для перекачивания обычными насосами, используемыми в горнодобывающей промышленности. Соответствующий настоящему изобретению способный к схватыванию состав является поддающимся перекачиванию, предпочтительно, в течение, по меньшей мере, 4 часов, предпочтительно, по меньшей мере, 24 часов, более предпочтительно, по меньшей мере, 48 часов, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 72 часов, особенно, при хранении при 15ºС в статических условиях.
Термин твердый материал во фразе «отношение количества воды к количеству твердого материала» означает и растворенные, и нерастворенные твердые материалы.
Ссылки на количество воды в составах, которые теряют воду с течением времени, означают количество воды в составе непосредственно после смешивания ингредиентов друг с другом.
Термин текучий означает, что составы текут под действием собственного веса.
Гибкий резервуар, применяемый в контексте настоящего изобретения, может соответствовать описанному в заявке WO 97/47859, которая включается в настоящее описание путем ссылки. В этой опубликованной заявке описан резервуар, включающий трубчатый элемент, обычно изготавливаемый из стали, на концах снабженный резиновыми диафрагмами, которые могут раздуваться и надавливать на кровлю выработки и рабочий горизонт шахты при накачивании воспринимающего нагрузку материала, при этом диафрагмы являются достаточно гибкими, чтобы повторять неровности поверхности кровли и горизонта шахты.
Количество воды (4) по весу в способном к схватыванию составе составляет, предпочтительно, от 55% до 85% относительно общего веса (1), (2), (3) и (4). Количество воды в системе, соответствующей настоящему изобретению, или в способном к схватыванию составе, соответствующем настоящему изобретению, предпочтительно, включает количество воды, использованной для растворения твердых силикатов.
Способный к схватыванию состав может, по выбору, содержать (5) дополнительный неглиноземистый цемент. По выбору, первый компонент системы, соответствующей настоящему изобретению, может содержать дополнительный неглиноземистый цемент. Подходящим неглиноземистым цементом является, например, доменный шлак, обычно, в виде гранулированного измельченного материала, известного в данной области как GGBFS (измельченный гранулированный доменный шлак), зольная пыль класса С или класса F, метакаолин, микрокремнезем или другой пуццолан. Его количество может, предпочтительно, составлять до 35%, предпочтительно, до 20% относительно общего веса способного к схватыванию состава или общего веса первого и второго компонентов системы, соответствующей настоящему изобретению. Обычно, предпочтительные количества соответствуют диапазону от 2%, более предпочтительно, от 4% до 15% вес.
Способный к схватыванию состав может, по выбору, содержать (6) пенообразователь. По выбору, первый компонент системы, соответствующей настоящему изобретению, может содержать пенообразователь. Подходящие пенообразователи хорошо известны специалистам в данной области и могут включать, например, гидролизованный белок, соль жирной кислоты (например, кокоилизетионат натрия), алкиларилсульфонат, алкилсульфат и/или фенолэтоксилат. Его количество может составлять, предпочтительно, до 5%, предпочтительно, до 3% вес. относительно общего веса способного к схватыванию состава или общего веса первого и второго компонентов системы, соответствующей настоящему изобретению. Обычно, предпочтительные количества соответствуют диапазону от 0,0001%, предпочтительно, от 0,001%, более предпочтительно, от 0,01% до 5%, предпочтительно, до 3%, более предпочтительно, до 2% вес.
Способный к схватыванию состав может, по выбору, содержать (7) стабилизатор пены. Предпочтительно, стабилизатор пены (7) и пенообразователь (6) присутствуют в одном и том же компоненте. По выбору, первый компонент системы, соответствующей настоящему изобретению, может содержать стабилизатор пены. Подходящие стабилизаторы пены хорошо известны специалистам в данной области и могут включать, например, простой эфир целлюлозы (например, гидроксипропилметилцеллюлозу) и/или глину. Его количество может составлять, предпочтительно, до 5%, предпочтительно, до 3% вес. относительно общего веса способного к схватыванию состава или общего веса первого и второго компонентов системы, соответствующей настоящему изобретению. Обычно, предпочтительные количества находятся в диапазоне от 0,0001%, предпочтительно, от 0,001%, более предпочтительно, от 0,01% до 5%, предпочтительно, до 3%, более предпочтительно, до 2% вес.
Способный к схватыванию состав, соответствующий настоящему изобретению, по выбору, вспенивают. Было обнаружено, что вспененный способный к схватыванию состав обладает достаточной прочностью на сжатие и при этом - меньшей плотностью. Благодаря меньшей плотности для создания опоры требуется меньше состава, что ведет к экономии средств.
Способ производства способного к схватыванию состава, соответствующего настоящему изобретению, по выбору, включает стадию насыщения воздухом первого и/или второго компонента, осуществляемую перед стадией смешивания первого и второго компонентов. Стадия насыщения воздухом может быть выполнена путем перемешивания первого и/или второго компонента (например, при помощи высокоскоростной мешалки) или путем перекачивания первого и/или второго компонента засасывающим воздух насосом, таким как винтовой насос или всасывающий насос.
Способный к схватыванию состав развивает прочность на сжатие следующим образом:
через 2 часа, по меньшей мере, 20 psi, предпочтительно, по меньшей мере, 40 psi;
через один день, по меньшей мере, 200 psi, предпочтительно, по меньшей мере, 300 psi;
через 8 дней, по меньшей мере, 400 psi, предпочтительно, по меньшей мере, 500 psi, более предпочтительно, по меньшей мере, 600 psi;
при хранении при 20ºС.
Следует понимать, что сокращение psi в настоящем документе означает размерность в фунтах на квадратный дюйм, эквивалентную 703 кг/м2. Приводимые процентные доли рассчитываются по весу, если не указан иной метод вычисления.
Силикаты, пригодные для использования в контексте настоящего изобретения, могут быть любыми из описанных в патентах США № 3672173, 4984933, 3928052 и 4655837. Предпочтительными являются силикаты щелочных металлов, а предпочтительная весовая доля оксида кремния относительно оксида натрия составляет от 1,5 до 3,3 до 1.
Настоящее изобретение поясняется следующими примерами, которые не ограничивают объем изобретения. В них описано производство текучих способных к схватыванию составов, обладающих непосредственно после смешивания низкой вязкостью (динамическая вязкость менее, примерно, 100 сантипуаз), достаточной для того, чтобы дополнительно впитывать воду, и обладающих подвижностью и текучестью. Эти составы густеют через, примерно, 30 секунд при 12ºС. Ни для одного из способных к схватыванию составов, полученных в примерах, не отмечено выступание цементного молока после загустевания.
Пример 1
Нижеследующий пример является примером настоящего изобретения. Состав, полученный в этом примере, содержит относительно большое количество ангидрида.
| Таблица 1 | |||
| Компонент А | % в смеси | Компонент Б | % в смеси |
| Портландцемент типа III | 23,22 | 39% твердый силикат натрия (весовое отношение оксид кремния/оксид натрия 3,3:1) |
33,96 |
| Зольная пыль типа F | 21,00 | ||
| Ангидрит | 4,42 | ||
| Гидратированная известь | 0,31 | ||
| Велан | 0,05 | ||
| Глюконат натрия | 0,15 | ||
| Вода | 50,85 | Вода | 66,04 |
Велан является суспендирующим агентом, предотвращающим осаждение твердого материала цемента и тем самым облегчающим его перекачивание после хранения в статических условиях. Гидратированная известь позволяет получить менее зависимое от температуры время загустевания. Глюконат натрия является замедлителем реакции гидратации портландцемента. Тип III означает портландцемент, используемый в США в соответствии со стандартом 15 ASTM С150. Количество зольной пыли относительно общего веса А и Б составило 11,57%. Количество сульфата кальция относительно общего веса А и Б составило 2,44%.
Компонент А в виде суспензии и компонент Б в виде раствора изготовили из отдельных ингредиентов, представленных в таблице 1. Компонент А изготовили путем смешивания портландцемента, велана, зольной пыли, ангидрита, извести и глюконата с последующим введением полученной таким образом смеси (которая имела форму порошка) в воду. Так компонент А изготавливали во всех примерах, то есть готовили сухой порошок и добавляли его к воде.
Компонент Б обладал не ограниченной во времени перекачиваемостью, компонент А был пригоден для перекачивания в течение нескольких дней при хранении при 15ºС в статических условиях (другими словами, без перемешивания). Компоненты А и Б смешали друг с другом в равных объемах с получением текучего состава, который легко мог впитывать дополнительную воду. Весовое отношение количества воды к количеству твердого материала составило 2,02:1.
Текучий состав подавали насосом в гибкий резервуар, подобный описанному в документе WO 97/47859, расположенный в шахте, до расширения резервуара и достижения контакта с поверхностями в шахте. Провели измерение одноосной прочности на сжатие. В формах из вспененного полистирола подготовили кубы схватившегося цементного раствора размером 100 мм и измерили их прочность на сжатие в различном возрасте посредством стандартного устройства для испытания на сжатие. Этот способ использовали во всех примерах.
Прочность на сжатие после хранения при 20ºС составила:
| 2 часа | 146 psi; |
| 4 часа | 314 psi; |
| 24 часа | 476 psi; |
| 8 дней | 790 psi; |
| 28 дней | 1103 psi; |
| 6 недель | 1153 psi. |
Через 6 недель образец переходил в состояние текучести без хрупкого разрушения. С точки зрения эффективности составов при использовании в качестве опоры в шахте желательно, чтобы эти составы при нагружении переходили в состояние текучести и не претерпевали хрупкого разрушения.
Пример 2
В этом примере описан состав, соответствующий WO 02/44100. Этот состав не содержит дополнительного сульфата кальция, не соответствует настоящему изобретению и описывается только для сравнения.
| Таблица 2 | |||
| Компонент А | % в смеси | Компонент Б | % в смеси |
| Портландцемент типа III | 23,22 | 39% твердый силикат натрия (весовое отношение оксид кремния/оксид натрия 3,3:1) |
33,96 |
| Зольная пыль типа F | 25,42 | ||
| Дополнительный сульфат кальция | 0,00 | ||
| Гидратированная известь | 0,31 | ||
| Велан | 0,05 | ||
| Глюконат натрия | 0,15 | ||
| Вода | 50,85 | Вода | 66,04 |
Был повторен пример 1, но с иными количествами отдельных ингредиентов, как показано в таблице 2. Компонент А был получен смешиванием ингредиентов в том же порядке, что и описанный в примере 1. Компоненты А и Б были пригодны для перекачивания в течение, по меньшей мере, 24 часов при хранении при 15ºС в статических условиях. Компоненты А и Б смешали друг с другом в равных объемах с получением способного к схватыванию состава с весовым отношением количества воды к количеству твердого материала 2,02:1.
Состав перемешали и подали насосом в гибкий резервуар, как описано в примере 1. Как и в примере 1, было проведено измерение одноосной прочности на сжатие. Получены следующие величины прочности на сжатие:
| 2 часа | 33 psi; |
| 4 часа | 190 psi; |
| 24 часа | 407 psi; |
| 8 дней | 523 psi; |
| 28 дней | 788 psi; |
| 6 недель | 874 psi. |
Пример 3
Этот пример, соответствующий настоящему изобретению, демонстрирует влияние использования промежуточного количества ангидрита.
| Таблица 3 | |||
| Компонент А | % в смеси | Компонент Б | % в смеси |
| Портландцемент типа III | 23,22 | 39% твердый силикат натрия (весовое отношение оксид кремния/оксид натрия 3,3:1) |
33,96 |
| Зольная пыль типа F | 23,22 | ||
| Ангидрит | 2,21 | ||
| Гидратированная известь | 0,31 | ||
| Велан | 0,05 | ||
| Глюконат натрия | 0,15 | ||
| Вода | 50,84 | Вода | 66,04 |
Компоненты А и Б были получены с использованием количеств индивидуальных ингредиентов, приведенных в таблице 3. Оба компонента были пригодны для перекачивания спустя, по меньшей мере, 24 часа после хранения в статических условиях при 15ºС. Компоненты смешали в равных объемах с получением текучего способного к схватыванию состава, который легко мог впитывать дополнительную воду. Количество зольной пыли в составе относительно общего веса А и Б составило 12,75%. Весовое отношение количества воды к количеству твердого материала составило 2,02:1. Состав загустел через, примерно, 30 секунд.
Состав подали насосом в гибкий резервуар, как описано в примере 1. Прочность на сжатие составила:
| 8 дней | 662 psi; |
| 28 дней | 843 psi; |
| 6 недель | 1045 psi. |
Как видно из сравнения характеристик, полученных в примерах 1, 2 и 3, в примере 3 при промежуточном количестве ангидрита получены промежуточные значения прочности.
Пример 4
Если содержание сульфата кальция слишком велико, при отверждении образца под водой может возникнуть сильное внутреннее расширение с образованием трещин. В данном примере при отверждении под водой в течение 7 дней так и случилось. При отверждении в герметичном резервуаре характеристики были приемлемыми, а сильного расширения с образованием трещин не произошло. Прочность через 12 недель составила 1174 psi.
| Таблица 4 | |||
| Компонент А | % в смеси | Компонент Б | % в смеси |
| Портландцемент типа III | 23,22 | 39% твердый силикат натрия (весовое отношение оксид кремния/оксид натрия 3,3:1) | 33,96 |
| Зольная пыль типа F | 18,80 | ||
| Ангидрит | 6,63 | ||
| Гидратированная известь | 0,31 | ||
| Велан | 0,05 | ||
| Глюконат натрия | 0,15 | ||
| Вода | 50,84 | Вода | 66,04 |
Компоненты А и Б были получены с использованием количеств индивидуальных ингредиентов, приведенных в таблице 4.
Пример 5
Здесь вместо зольной пыли класса F использована зольная пыль класса С. Ингредиенты взяты в следующих количествах.
| Таблица 5 | |||
| Компонент А | % в смеси | Компонент Б | % в смеси |
| Портландцемент типа III | 22,71 | 39% твердый силикат натрия (весовое отношение оксид кремния/оксид натрия 3,3:1) | 33,96 |
| Зольная пыль класса С | 18,39 | ||
| Ангидрит | 6,49 | ||
| Гидратированная известь | 0,30 | ||
| Велан | 0,05 | ||
| Глюконат натрия | 0,15 | ||
| Вода | 51,91 | Вода | 66,04 |
Компоненты А и Б были получены с использованием количеств индивидуальных ингредиентов, приведенных в таблице 5. Оба компонента были пригодны для перекачивания спустя, по меньшей мере, 24 часа после хранения при 15ºС в статических условиях. Компоненты смешали в равных объемах с получением текучего способного к схватыванию состава. Весовое отношение количества воды к количеству твердого материала в составе было равно 2,07:1. Состав подали насосом в гибкий резервуар, как описано в примере 1.
Несмотря на отверждение под водой, не было отмечено сильного внутреннего расширения. Получены следующие характеристики:
| 7 дней | 754 psi; |
| 6 недель | 1094 psi; |
| 12 недель | 1280 psi. |
Пример 6
В этом примере состав А был получен путем сухого смешивания друг с другом следующих ингредиентов:
200 г ОРС типа 1 (портландцемент)
40 г ангидрита
160 г зольной пыли типа F
2 г глюконата натрия
0,2 г порошка Jordapon CI (кокоилизетионат натрия)
0,2 г Methocel 228 (гидроксипропилметилцеллюлоза)
0,2 г велана
Состав А смешали с 400 г воды при высокой скорости перемешивания для обеспечения захвата воздуха. Этот легкий (то есть с малой плотностью) цементный раствор смешали с раствором Б силиката натрия, содержащим 200 г 40%-ного по весу твердого силиката натрия (весовое отношение оксид кремния/ оксид натрия 3,3:1) и 50 г воды. Смесь загустела при 21ºС через 21 секунду. Через 28 дней прочность на сжатие, измеренная с использованием куба 4 дюйма (25,4 мм), составила 695 psi. Удельный вес вспененной смеси цементного раствора составил 0,975.
1. Система из двух компонентов, смешиваемых друг с другом с образованием способного к схватыванию цементирующего состава, в которой первый компонент содержит:
(а) портландцемент;
(б) сульфат кальция;
(в) воду при весовом отношении количества воды к количеству твердых портландцемента и сульфата кальция от 0,5:1 до 5:1; а
второй компонент содержит:
(г) водорастворимый силикат;
(д) воду при весовом отношении количества воды к количеству твердого силиката от 1,5:1 до 25:1.
2. Система по п.1, в которой первый компонент содержит портландцемент в количестве от, по меньшей мере, около 6 вес.% относительно веса способного к схватыванию состава, образованного смешиванием первого и второго компонентов.
3. Система по п.1, в которой первый компонент содержит сульфат кальция в количестве от, по меньшей мере, около 0,5 вес.% относительно веса способного к схватыванию состава, образованного смешиванием первого и второго компонентов.
4. Система по п.1, в которой второй компонент содержит водорастворимый силикат в количестве от, по меньшей мере, около 2 вес.% относительно веса способного к схватыванию состава, образованного смешиванием первого и второго компонентов.
5. Система по п.1, в которой первый и/или второй компонент содержит суспендирующий агент, предотвращающий осаждение твердого материала.
6. Система по п.1, в которой первый и/или второй компонент содержит замедлитель реакции гидратации цемента.
7. Система по п.1, в которой первый и/или второй компонент содержит гелеобразующий агент, способствующий обеспечению начальной жесткости.
8. Система по п.1, в которой первый компонент содержит дополнительный неглиноземистый цемент.
9. Система по п.8, в которой количество дополнительного неглиноземистого цемента составляет от приблизительно 2 вес.% относительно веса способного к схватыванию состава, образованного смешиванием первого и второго компонентов.
10. Система по п.1, в которой способный к схватыванию состав, образованный соединением первого и второго компонентов, характеризуется минимальным содержанием твердого материала, по меньшей мере, около 10% веса способного к схватыванию состава.
11. Система по п.1, в которой способный к схватыванию состав, образованный соединением первого и второго компонентов, характеризуется весовым отношением количества воды к количеству твердого материала, по меньшей мере, около 1,2:1.
12. Система по п.1, в которой первый и/или второй компонент содержит пенообразователь.
13. Система по п.12, в которой первый и/или второй компонент содержит стабилизатор пены.
14. Способный к схватыванию состав, сохраняющий текучесть в течение времени, достаточного для его использования в гибком резервуаре для создания опоры в шахте, содержащий:
(1) портландцемент;
(2) сульфат кальция;
(3) водорастворимый силикат;
(4) воду в таком количестве, чтобы весовое отношение количества воды к количеству твердого материала составляло, по меньшей мере, около 1,2:1.
15. Способный к схватыванию состав по п.14, который образован путем соединения портландцемента и сульфата кальция с водой при весовом отношении количества воды к количеству твердых портландцемента и сульфата кальция от около 0,5:1 до 5:1, а соединение водорастворимого силиката с водой при весовом отношении количества воды к количеству твердого силиката от около 1,5:1 до 25:1.
16. Способный к схватыванию состав по п.14, который вспенен.
17. Способ производства способного к схватыванию цементирующего состава, текучего в течение времени, достаточного для его использования в гибком резервуаре для создания опоры в шахте, включающий стадии, на которых:
обеспечивают первый компонент, содержащий портландцемент, сульфат кальция и воду при весовом отношении количества воды к количеству твердых портландцемента и сульфата кальция от 0,5:1 до 5:1, и второй компонент, содержащий водорастворимый силикат и воду при весовом отношении количества воды к количеству твердого силиката от около 1,5:1 до 25:1, и
смешивают первый и второй компоненты системы с образованием способного к схватыванию состава, в котором весовое отношение количества воды к количеству твердого материала составляет, по меньшей мере, около 1,2:1.
18. Способ по п.17, включающий стадию насыщения воздухом первого и/или второго компонента, осуществляемую перед стадией смешивания первого и второго компонентов.
19. Способ создания опоры в шахте, включающий обеспечение первого компонента из портландцемента и сульфата кальция и воды при весовом отношении количества воды к количеству твердых портландцемента и сульфата кальция от 0,5:1 до 5:1 и второго компонента из водорастворимого силиката и воды при весовом отношении количества воды к количеству твердого силиката от около 1,5:1 до 25:1 в точке их использования в шахте, смешивание этих компонентов с образованием способного к схватыванию состава и применение способного к схватыванию состава для обеспечения опоры в шахте.
