Nghiên cứu ảnh hưởng của Fe(OH)3 và feo3 siêu mịn đến các tính chất của xi măng giếng khoan chủng loại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BẢN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đề tài NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA Fe(OH)3 VÀ Fe 2O3 SIÊU MỊN ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG GIẾNG KHOAN CHỦNG LOẠI G Họ tên học viên: Nguyễn Trần Sơn Lớp : VLPK 2009 Chuyên ngành : Khoa học Kỹ thuật vật liệu phi kim Hà Nội – Năm 2011 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng Fe(OH)3 Fe2O3 siêu mịn đến tính chất xi măng giếng khoan chủng loại G Tác giả luận văn: Nguyễn Trần Sơn Khóa: 2009 Người hướng dẫn: PGS TSKH Nguyễn Anh Dũng ThS Lưu Thị Hồng Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Phụ gia khoáng sử dụng xi măng giếng khoan từ lâu Nó giải pháp góp phần tăng chất lượng bơm trám độ bền lớp vỏ bọc xung quanh ống chống Nhiều loại phụ gia khoáng sử dụng đem lại hiệu cao, chẳng hạn tro bay, xỉ lò cao, silicafume Phụ gia hợp chất sắt loại phụ gia đưa vào nhằm nâng cao tính chất xi măng giếng khoan Tuy nhiên lâu người ta nghiên cứu sử dụng phụ gia hợp chất sắt có độ mịn chưa cao Với lý đề tài muốn nghiên cứu ảnh hưởng Fe(OH) Fe2 O3 kích thước siêu mịn (0,1 - 5µm) đến tính chất xi măng xem xét khả khoáng hoạt tính chúng b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích: Đề tài muốn sâu nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia phế thải công nghiệp Fe(OH)3 Fe 2O3 (sau nung phế thải Fe(OH) 400 oC) kích thước siêu mịn đến số tính chất xi măng giếng khoan, đồng thời xem xét khả khoáng hoạt tính chúng Từ đưa lựa chọn tối ưu loại phụ gia tỉ lệ chúng nhằm phục vụ cho việc bơm trám giếng khoan Đối tượng: Đối tượng nghiên cứu là xi măng giếng khoan chủng loại G loại phụ gia (phế thải nhà máy nước) siêu mịn Fe(OH) Fe2O3 c) Tóm tắt cô đọng nội dung đóng góp tác giả Luận văn thực nội dung nghiên cứu sau: - Khảo sát thành phần hóa, thành phần hạt kích thước phụ gia - Thực nghiệm ảnh hưởng Fe(OH) Fe2O3 siêu mịn đến số tính chất xi măng giếng khoan chủng loại G:  Độ chảy tỏa, độ tách nước nhiệt độ thường  Thời gian bắt đầu kết thúc đông kết 52 oC 75 oC  Cường độ uốn, cường độ nén 60 oC 75 oC  Chứng minh tạo thành khoáng Ettringit Fe(OH) - Đánh giá, giải thích tác động phụ gia lên xi măng gốc chứng minh khả khoáng hoạt tính Fe(OH) d) Phương pháp nghiên cứu Từ nhận định ban đầu khả tác động phụ gia lên xi măng gốc, đề tài khảo sát tính chất xi măng sau pha trộn phụ gia phương pháp xác định lý như: xác định độ tách nước, độ chảy tỏa, cường độ… vi phân tích như: xác định cấu trúc SEM, phân tích X-ray…Từ giải thích, chứng minh luận điểm đưa kết luận e) Kết luận Từ kết thực nghiệm thu được, rút số kết luận sau: - Fe(OH)3 siêu mịn có ảnh hưởng tích cực đến số tính chất xi măng giếng khoan chủng loại G, đặc biệt tỷ lệ 2% cho thấy ưu việt rõ rệt cải thiện độ linh động, kéo dài thời gian đông kết, tăng cường độ Đó nhờ kích thước hạt siêu mịn, góp phần điền đầy cấu trúc, cải thiện cường độ Ngoài đóng vai trò phụ gia hoạt tính tham gia vào trình tạo khoáng dạng Ettringit sắt thay Al có tính kết dính chịu nhiệt tốt - Không nên dùng Fe 2O3 để làm phụ gia cho xi măng giếng khoan làm suy giảm cường độ đá xi măng sau Hà Nội, ngày 07 tháng 06 năm 2011 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ XI MĂNG GIẾNG KHOAN 1.1 Khái niệm chung xi măng giếng khoan: 1.2 Phân loại xi măng giếng khoan: 1.3 Một số tiêu công nghệ xi măng giếng khoan 11 CHƢƠNG II CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 13 2.1 Quá trình hydrat hóa khoáng xi măng: 13 2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hydrat hóa xi măng: 19 2.3 Các tính chất quan trọng xi măng giếng khoan 20 2.3.1 Nhu cầu nước dung dịch xi măng giếng khoan 20 2.3.2 Tỷ trọng dung dịch xi măng giếng khoan 22 2.3.3 Độ linh động dung dịch xi măng 22 2.3.4 Thời gian đặc quánh dung dịch xi măng giếng khoan 23 2.3.5 Tách nước độ thấm xi măng giếng khoan 24 2.4 Tác dụng phụ gia hợp chất sắt xi măng giếng khoan 25 2.5 Cấu trúc bê tông vữa xi măng 26 2.6 Tình hình nghiên cứu phụ gia chứa sắt Việt Nam giới 29 CHƢƠNG III VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 3.1 Vật liệu nghiên cứu 33 3.1.1 Xi măng giếng khoan chủng loại G 33 3.1.2 Phụ gia Fe(OH)3 Fe2 O3 34 3.2 Chuẩn bị mẫu xi măng có phụ gia 36 3.3 Các phương pháp thí nghiệm 37 3.3.1 Phương pháp xác định độ chảy tỏa 37 3.3.2 Phương pháp xác định độ tách nước 37 3.3.3 Phương pháp xác định thời gian bắt đầu kết thúc đông kết 38 3.3.4 Phương pháp xác định giới hạn bền uốn, nén 38 3.3.5 Phương pháp xác định thành phần hạt 38 3.3.6 Phương pháp xác định cấu trúc SEM 39 3.3.7 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 39 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 4.1 Ảnh hưởng phụ gia hợp chất sắt đến thời gian đông kết 40 4.2 Ảnh hưởng phụ gia hợp chất sắt đến độ chảy tỏa 43 4.3 Ảnh hưởng phụ gia hợp chất sắt đến độ tách nước 45 4.4 Ảnh hưởng phụ gia hợp chất sắt đến cường độ uốn, nén 45 4.4.1 Phụ gia Fe(OH)3 vô định hình 46 4.4.2 Phụ gia Fe2 O 50 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Hợp chất, thuật ngữ Ký hiệu CaO C SiO2 S Al2O3 A Fe2O3 F Xi măng sử dụng phụ gia Fe(OH)3 Xi măng A Xi măng sử dụng phụ gia Fe2O3 Xi măng B Nước/Chất rắn N/R Thời gian bắt đầu đông kết BĐ ĐK Thời gian kết thúc đông kết KT ĐK Mất nung MKN Chất kết dính CKD DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Giới hạn thành phần hóa học xi măng G Bảng Yêu cầu kỹ thuật tiêu chất lượng sản phẩm Bảng Hệ số nhu cầu nước xi măng giếng khoan Bảng Thành phần khoáng, hoá, lý clanhke xi măng Bảng Thành phần hóa học hydroxit sắt Bảng Thời gian bắt đầu kết thúc đông kết nhiệt độ 75o C Bảng Thời gian bắt đầu kết thúc đông kết nhiệt độ 52o C Bảng Độ chảy tỏa mẫu Bảng Cường độ nén uốn xi măng sử dụng phụ gia Fe(OH)3 vô định hình 75 oC Bảng 10 Tỷ lệ thay đổi cường độ xi măng A so với mẫu gốc Bảng 11 Cường độ nén uốn xi măng sử dụng phụ gia Fe 2O3 75 oC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Vị trí vành đá xi măng trám giếng khoan Hình Mô tả phân bố điện tích bao quanh hạt xi măng theo lý thuyết Stern Hình Mô tả cấu trúc kết vữa xi măng Hình Phân tích rơnghen mẫu hydroxit sắt Hình 5.a Thông số phân bố cỡ hạt hydroxit sắt Hình 5.b Sơ đồ phân bố cỡ hạt hydroxit sắt Hình 6.a Cỡ hạt hydroxit sắt -SEM với độ phóng đại 20.000 lần Hình 6.b Cỡ hạt hydroxit sắt - SEM với độ phóng đại 15.000 lần Hình Thời gian bắt đầu kết thúc đông kết nhiệt độ 75 oC Hình Thời gian bắt đầu kết thúc đông kết nhiệt độ 52 oC Hinh Độ chảy tỏa mẫu Hình 10 Sự phát triển cường độ mẫu xi măng A Hình 11 Sự phát triển cường độ xi măng B Hình 12 Kết phân tích XRD chứng minh có mặt khoáng Ettringit dạng sắt thay MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trên giới Việt Nam, để nâng cao chất lượng bơm trám tăng chiều cao cột dung dịch xi măng theo yêu c ầu thiết kế tăng độ bền lớp vỏ xi măng, người ta phải sử dụng tổ hợp biện pháp kỹ thuật công nghệ, song điều lựa chọn vật liệu bơm trám thích hợp Một giải pháp hữu hiệu để giải vấn đề sử dụng thêm phụ gia khoáng cho xi măng Phụ gia khoáng sử dụng xi măng giếng khoan từ lâu Nó giải pháp góp phần tăng chất lượng bơm trám độ bền lớp vỏ bọc xung quanh ống chống Nhiều loại phụ gia khoáng sử dụng đem lại hiệu cao Phụ gia hợp chất sắt loại phụ gia Tuy nhiên lâu người ta nghiên cứu sử dụng phụ gia hợp chất sắt có độ mịn chưa cao hợp chất sắt khác nghiên cứu độc lập Với lý chưa thể khám phá hết ảnh hưởng kích thước hạt phụ gia đến xi măng khó so sánh trực tiếp ảnh hưởng loại hợp chất sắt khác loại xi măng Mặt khác sử dụng phụ gia hợp chất sắt độ mịn cao dường có xuất tính chất đột biến, góp phần cải thiện nhiều chất lượng xi măng giếng khoan Đề tài muốn sâu nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Fe(OH)3 (bã thải công nghiệp nhà máy nước) Fe 2O3 (sản phẩm nung bã thải 400o C) kích thước siêu mịn đến số tính chất xi măng giếng khoan, đồng thời qua so sánh tác động loại phụ gia Từ đưa lựa chọn tối ưu loại phụ gia tỉ lệ chúng nhằm phục vụ cho việc bơm trám giếng khoan Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Mục đích đề tài Nghiên cứu so sánh ảnh hưởng của oxit sắt III hydroxit sắt III siêu mịn đến số tính chất xi măng giếng khoan Nhiệm vụ đề tài - Tổng hợp quan điểm lý thuyết chế hydrat hóa đóng rắn xi măng có mặt phụ gia hợp chất sắt - Thực nghiệm ảnh hưởng phụ gia hợp chất sắt đến số tính chất xi măng giếng khoan chủng loại G - Đánh giá tác động phụ gia lên xi măng gốc đưa đánh giá, kết luận Ý nghĩa khoa học đề tài Chỉ khác biệt việc có không sử dụng phụ gia hợp chất sắt mịn, loại phụ gia khác nhiệt độ khác Qua so sánh, đánh giá ảnh hưởng hai loại phụ gia Đồng thời chứng minh tác động tích cực việc sử dụng phụ gia Fe(OH)3 siêu mịn Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là xi măng giếng khoan chủng loại G loại phụ gia siêu mịn Fe(OH)3 Fe2 O3 Ta dễ dàng nhận thấy nhiệt độ khảo sát, loại phụ gia với hàm lượng 6% không làm thay đổi đáng kể thời gian bắt đầu kết thúc đông kết, từ 6% trở lên, thời gian bắt đầu đông kết không thay đổi nhiều thời gian kết thúc đông kết có xu hướng tăng lên rõ rệt (tăng lên từ 33% đến 58% so với mẫu gốc) Điều trình hydrat, hạt phụ gia hợp chất sắt với kích thước mịn, nhở nhiều (kích thước hạt phụ gia khoảng 0,1 – m; kích thước hạt xi măng vào khoảng 10 – 60 m) nên bám vào xung quanh hạt xi măng, chèn vào chỗ trống, ngăn cản xâm nhập nước vào lõi bên chưa hydrat c hạt xi măng, ngăn cản hydrat hóa Do mà trình hoàn thành khung cấu trúc lấp chặt lỗ trống khung c ấu trúc bị cản trở, kéo dài khoảng thời gian bắt đầu thời gian đông kết 4.2 Ảnh hƣởng phụ gia hợp chất sắt đến độ chảy tỏa Với mẫu vữa xi măng – nước, trộn tỷ lệ nước yếu tố ảnh hưởng đến độ chảy tỏa hàm lượng chất phụ gia (thành phần hạt, hình dạng hạt, độ mịn, tỉ lệ N/R) Kết xác định độ chảy tỏa bảng hình Bảng Độ chảy tỏa mẫu Loại xi măng Độ chảy tỏa (cm) Loại xi măng Độ chảy tỏa (cm) G A2 A4 A6 A8 A10 18.3 19.0 19.0 15.0 17.0 13.0 G B2 B4 B6 B8 B10 18.8 17.8 16.8 16.0 14.8 12.0 43 Độ chảy tỏa Độ chảy tỏa, cm 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 10 Hàm lượng phụ gia A, % Độ chảy tỏa Độ chảy tỏa, cm 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 10 Hàm lượng phụ gia B, % Hình Độ chảy tỏa mẫu Từ kết ta nhận thấy rằng, phụ gia A tỷ lệ – 4% độ linh động vữa xi măng cải thiện chút so với mẫu gốc, sau giảm không kể Đối với phụ gia B tăng tỷ lệ phụ gia độ linh động giảm, tỷ lệ giảm nhỏ Khi trộn xi măng với nước, thí nghiệm thực thời gian nhanh ( khoảng phút), phút khả phản ứng khoáng xi măng để tạo lớp gel hình thành hệ keo không lớn Độ chảy tỏa vữa xi măng – nước lúc phụ thuộc chủ yếu vào lượng hạt mịn, khả trượt hạt CKD phụ gia thông qua màng nước bao quanh hạt Các hạt keo sắt có khả hấp thụ nước để tạo thành màng nước khuếch tán xung quanh, đồng thời với kích thước hạt keo nhỏ, kích thước tròn điều kiện tốt để hạt xi măng trượt di chuyển linh động hệ Tuy nhiên bổ sung nhiều phụ gia A làm cho cấp phối cỡ hạt bị thay đổi, số lượng hạt mịn nhiều so với mức hợp lý, đồng thời lúc diện tích bề mặt hạt 44 hệ tăng lên đáng kể, dẫn tới lượng nước bao bọc xung quanh hạt giảm đi, màng nước xung quanh mỏng nên trượt lên hạt phần bị hạn chế,do mà độ chảy tỏa theo giảm Đối với phụ gia B, tức Fe O3, vốn oxit háo nước, bổ sung vào lấy phần nước đáng kể, làm giảm độ dày lớp nước xung quanh hạt, tăng ma sát biên giới hạt nên độ linh động giảm 4.3 Ảnh hƣởng phụ gia hợp chất sắt đến độ tách nƣớc Lượng nước trộn vữa thường lớn nhiều so với lượng nước cần cho hydrat hóa Sau ổn định cấu trúc, nước tự xi măng bị tách dạng nước tự Điều lợi cho tính chất sử dụng xi măng bê tông Bởi xi măng tách nước nhiều gây tượng phân tầng bê tông Độ tách nước mẫu xác định thời gian sau 2h tính từ lúc trộn xi măng với nước Do thời điểm mà vữa xi măng định hình khung cấu trúc Kết thí nghiệm thu cho thấy có mẫu xi măng gốc có tách lượng nước nhỏ (khoảng 1,5ml), giữ nguyên tỷ lệ N/R = 0,44 cho thêm phụ gia vào mẫu gần không tách nước Khả giữ nước hồ lớn lượng nước tách ít, nước giữ lại hồ chủ yếu nằm dạng sau: nước tự do, nước mao quản, nước hấp phụ bề mặt hạt, nước gel, nước liên kết hợp chất hydrat hóa khác Vậy lượng nước bị giữ lại vữa xi măng mà không tách hạt phụ gia hợp chất sắt mịn với lượng tự bề mặt lớn giữ lại 4.4 Ảnh hƣởng phụ gia hợp chất sắt đến cƣờng độ uốn, nén Đối với loại phụ gia xi măng, thông thường có ảnh hưởng trái ngược đến cường độ xi măng: - Do giảm lượng xi măng gốc tổng lượng xi măng nên làm giảm hàm lượng hợp chất kết dính CSH(B), C3AH6…gây giảm cường độ 45 - Làm thay đổi thành phần hạt xi măng, tạo mầm kết tinh, thúc đẩy trình hydrat, có phản ứng hóa học tạo chất liên kết bền vững…những yếu tố làm tăng cường độ nén Trong thực tế, có loại phụ gia pha vào xi măng làm tăng cường độ xi măng tuổi sớm, nhiều tuổi dài ngày Thí nghiệm thực độ tuổi: 1, 30 ngày loại phụ gia theo tỷ lệ 2, 4, 6, 8, 10% nhiệt độ, 60 oC 75 oC 4.4.1 Phụ gia Fe(OH) vô định hình Kết thí nghiệm cường độ nén, uốn 75 oC thể đây: Bảng Cường độ nén uốn xi măng sử dụng phụ gia Fe(OH)3 vô định hình 75 oC Mẫu Cường độ nén, N/mm2, ngày tuổi Cường độ uốn, MPa, ngày tuổi 30 ngày 30 ngày G 30.2 40.2 42.0 251.7 263.3 270.0 A2 30.9 42.5 43.9 275.0 275.0 291.7 A4 27.5 38.1 38.0 247.5 243.3 245.0 A6 28.7 34.1 34.0 211.7 236.7 236.7 A8 27.1 33.3 33.4 250.0 233.3 236.7 A10 24.1 30.3 29.9 213.3 221.7 238.3 Sự thay đổi cường độ nén uốn theo thời gian vào hàm lượng phụ gia Fe(OH)3 thể đây: 46 50 Cường độ nén, N/mm2 45 40 35 G 30 A2 25 A4 20 A6 15 A8 10 A10 0 10 15 20 25 30 Tuổi mẫu, ngày 350 Cường độ uốn, Mpa 300 250 G 200 A2 A4 150 A6 A8 100 A10 50 0 10 15 20 25 30 Tuổi mẫu, ngày Hình 10 Sự phát triển cường độ mẫu xi măng A 47 Bảng 10 Tỷ lệ thay đổi cường độ xi măng A so với mẫu gốc Tỷ lệ thay đổi cường độ nén so với mẫu Tỷ lệ thay đổi cường độ uốn so với mẫu gốc, % gốc, % Mẫu ngày G ngày 30 ngày 30 ngày 0 0 0 A2 2.3 5.7 4.5 9.3 4.4 8.0 A4 -8.9 -5.2 -9.5 -1.7 -7.6 -9.3 A6 -5.0 -15.2 -19.0 -15.9 -10.1 -12.3 A8 -10.3 -17.2 -20.5 -0.7 -11.4 -12.3 A10 -20.2 -24.6 -28.8 -15.3 -15.8 -11.7 Nhìn vào kết cường độ nén uốn mẫu xi măng A so sánh với xi măng gốc G ta có vài nhận xét sau:  Với hàm lượng phụ gia cho vào 2% cường độ tuổi sớm muộn tăng lên so với mẫu gốc Đối với cường độ nén, tuổi sớm tăng nhẹ (2,3% ngày), tuổi muộn tăng nhiều (5,7% tuổi ngày 4,5% tuổi 30 ngày) Cường độ uốn tăng mạnh, cường độ sớm (9,3% tuổi ngày) Qua cho thấy việc pha thêm phụ gia Fe(OH)3 vô định hình vào xi măng tỷ lệ 2% có tác dụng làm tăng cường độ tuổi sớm muộn, cường độ uốn tăng mạnh  Khi hàm lượng phụ gia tăng lên (trên 2%) cường độ hầu hết giảm mạnh so với mẫu xi măng gốc độ tuổi nghiên cứu, mức độ suy giảm lớn lượng phụ gia tăng, tuổi muộn việc suy giảm cường độ thể rõ Giảm mạnh từ mẫu A6 đến mẫu A10, thấy cường độ tuổi 30 ngày mẫu A8 giảm 20,5%, mẫu A10 giảm 28,8% so với mẫu gốc Với dải hàm lượng 2% bắt đầu bộc lộ hạn chế ảnh hưởng không tốt đến cường độ đá xi măng 48 Như ta biết, cường độ xi măng phụ thuộc vào: mức độ hydrat hóa xia măng, lượng chất tinh thể hydrat hóa tạo c ấu trúc khung đá xi măng hình thành Khi có mặt phụ gia, đồng nghĩa với việc giảm tương đối lượng xi măng nền, giảm lượng sản phẩm kết dính trình hydrat hóa, theo lý thuyết cường độ đá xi măng giảm Tuy nhiên với 2% hàm lượng Fe(OH)3 vô định hình siêu mịn lại có tác dụng tích cực, làm tăng cường độ độ tuổi sớm muộn Điều số lý sau:  Với kích thước nhỏ, tích số tan nhỏ ( 10 -37 nhiệt độ nghiên cứu) nên phụ gia có tác dụng vi cốt liệu, mầm kết tinh, tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành phát triển tinh thể hydrat Hơn nữa, với số lượng hạt mịn thích hợp bổ sung thêm phụ gia, góp phần cải thiện thành phần hạt, cấu trúc đá xi măng xếp cách chặt chẽ sau thủy hóa  Fe(OH)3 phần kết hợp với Ca(OH)2 tạo thành khoáng C3 FH6 C2FH8 có tính chất kết dính tương tự C3 AH6 C2 AH8 Việc làm giảm bớt lượng Ca(OH)2 đá xi măng, giảm đáng kể tượng trương nở thể tích sau làm giảm cường độ đá xi măng tuổi muộn Hơn việc lấy lượng Ca(OH)2 trình hydrat làm tạo điều kiện thuận lợi cho khoáng C3 S, C2S tạo hydro silicat canxi có độ ba giơ nhỏ, cường độ tốt CSH(B) CaO SiO2 + xH2 O → 3CaO SiO2.x H2O CaO SiO2.x H2O → C2SH2 + Ca(OH)2 C2SH2 + H2 O → CSH(B) + Ca(OH)2 Như nói trên, đưa phụ gia sắt hydroxít vào đá xi măng, trình hydrat, môi trường mang tính ba giơ, Fe(OH) tác dụng nhiệt độ cao, tham gia phản ứng với sản phẩm thủy hóa xi măng tạo thành khoáng dạng ettringite có thay sắt có tính chất kết dính, kích thước nhỏ nên tăng độ bền đá xi măng, cường độ nén: 49 Fe(OH)3 + CaSO4.2H2 O  Ca6Fe2(SO4 )3(OH)2 nH2O Khoáng có cấu trúc giống hệt Ettringit, có khác vị trí Al3+ thay Fe 3+ (bán kính ion Al3+ Fe3+ 0,053nm 0,069nm), phân tích X-ray trực tiếp đá xi măng r ất dễ bị nhầm lẫn, khó phân biệt dạng Ettringit đá xi măng (có công thức C3 A.3CaSO4.32 H2 O) Ettringit (có công thức Ca6 Fe2(SO4)3 (OH)2.nH2O 3CaO.Fe O3.3CaSO4.nH2 O) có thay sắt Do đó, nhằm tránh ảnh hưởng khoáng Ettringit đá xi măng, đề tài chứng minh tạo thành tồn khoáng cách trộn lẫn hỗn hợp bột đá vôi, bột Fe(OH)3 thạch cao theo tỉ lệ 2CaO: 1(3Fe(OH)3 /2CaSO4) cho thủy hóa Sau thời gian dưỡng hộ 90 ngày đưa phân tích XRD cho thấy có có mặt khoáng ettringit dạng sắt thay Ca6Fe2(SO4)3(OH)2 nH2 O (hình 12) Như khả hoạt tính Fe(OH)3 nhận định ban đầu hoàn toàn Khi hàm lượng phụ gia tăng lên 2% bắt đầu xuất suy giảm cường độ độ tuổi nghiên cứu Điều bổ sung nhiều phụ gia siêu mịn, cấp phối cỡ hạt lúc không hợp lý, mức độ xếp chặt chẽ cấu trúc đá xi măng bị giảm Hơn thiếu hụt lượng xi măng đáng kể (nhất hàm lượng phụ gia thay 6%) dẫn tới việc thiếu tinh thể tạo cường độ chính, làm cho khung cấu trúc xi măng bị suy yếu mà ưu việt phụ gia bù đắp 4.4.2 Phụ gia Fe2O3 Đối với loại phụ gia này, đưa vào xi măng làm giảm cường độ tất tỷ lệ thay độ tuổi Bảng 11 Cường độ nén uốn xi măng sử dụng phụ gia Fe2 O3 75 oC Cường độ nén, N/mm2, ngày Cường độ uốn, MPa, ngày tuổi Mẫu G tuổi 30 ngày 30 ngày 30.2 40.2 42.0 251.7 263.3 270.0 50 B2 27.9 36.3 37.4 208.3 230.0 237.5 B4 26.2 35.3 35.1 198.3 238.3 233.3 B6 25.9 34.9 34.5 191.7 223.3 222.5 B8 24.8 31.5 32.1 195.0 218.3 221.7 B10 24.5 29.4 30.2 168.3 208.3 208.3 45 Cường độ nén, N/mm2 40 35 30 G 25 B2 20 B4 15 B6 B8 10 B10 0 10 15 20 25 30 Tuổi mẫu, ngày 300 Cường độ uốn, Mpa 250 200 G B2 150 B4 B6 100 B8 50 B10 0 10 15 20 25 30 Tuổi mẫu, ngày Hình 11 Sự phát triển cường độ xi măng B 51 Fe2O3 thêm vào xi măng đơn đóng vai trò phụ gia đầy Fe 2O3 gần không tham gia vào trình hydrat hóa xi măng để tạo khoáng có tính kết dính Do mà không cải thiện tính chất lý xi măng Không nên sử dụng hợp chất để làm phụ gia cho xi măng giếng khoan 52 Fe-Ca-CaSO4 (3 thang) d=9.74383 900 800 700 d=1.74055 200 d=2.11393 d=2.22151 d=2.28277 d=2.40859 d=2.58895 d=2.68928 d=2.78556 d=2.88156 d=3.04139 d=1.81851 d=3.34697 d=3.23389 d=3.47467 d=3.63432 d=3.91655 d=3.85942 d=4.28670 d=4.98441 d=4.76936 300 d=8.94139 400 d=5.60844 d=7.64080 500 d=10.36240 Lin (Cps) 600 100 10 20 30 40 50 2-Theta - Scale Fe-Ca-CaSO4 (3 thang) - File: Fe-Ca-CaSO4 (3 thang).raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1240299648 s - 2-Theta: 5.000 Operations: Smooth 0.066 | Import 00-040-0292 (*) - Calcium Iron Sulfate Hydroxide Hydrate - Ca6Fe2(SO4)3(OH)12·xH2O - WL: 1.5406 - Hexagonal - Primitive 00-044-0601 (*) - Calcium Iron Sulfate Hydrate - Ca4Fe2S2O9·12H2O/3CaO·Fe2O3·CaS2O3·12H2O - WL: 1.5406 - Hexagonal (Rh) - Primitive 01-085-0930 (C) - Quartz - SiO2 - WL: 1.5406 - Hexagonal - Primitive 01-086-2339 (C) - Calcite - Ca(CO3) - WL: 1.5406 - Hexagonal (Rh) - Primitive 00-006-0047 (D) - Gypsum - CaSO4·2H2O - WL: 1.5406 - Monoclinic - Body-centered Hình 12 Kết phân tích XRD chứng minh có mặt khoáng Ettringit dạng sắt thay 53 KẾT LUẬN Kết luận Sau nghiên cứu ảnh hưởng loại phụ gia Fe(OH)3 vô định hình Fe 2O3 đến tính chất xi măng giếng khoan chủng loại G, đề tài đến số kết luận sau: Tính chất xi măng Thời gian đông kết Fe(OH)2 Fe2 O3 - Tỷ lệ thay từ – 4% không làm thay đổi đáng kể thời gian đông kết - Với tỷ lệ thay 4% thời gian kết thúc đông kết tăng lên Độ chảy tỏa - Tỷ lệ – 4% độ linh - Khi tăng tỷ lệ động vữa xi măng phụ gia độ linh cải thiện chút động giảm, mặc so với mẫu gốc, sau dù tỷ lệ giảm nhỏ giảm không kể Độ tách nước - Khi có mặt phụ gia xi măng gần không tách nước Cường độ - Tỷ lệ thay 2% có - Gần tác ảnh hưởng tích cực đến động tích cực đến cường độ sớm muộn cường độ đá xi măng đá xi măng tỷ lệ, độ tuổi - Thay tỉ lệ >2%, mẫu >6%, gây sủy giảm cường độ nghiêm trọng 54 Tóm lại: Từ kết thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng tích cực phụ gia Fe(OH)3 siêu mịn đến số tính chất xi măng giếng khoan chủng loại G, đặc biệt tỷ lệ 2% cho thấy ưu việt rõ rệt, tác động tích cực nhờ kích thước hạt siêu mịn, đóng vai trò phụ gia hoạt tính tham gia vào trình t ạo khoáng có dạng Ettringit có tính kết dính chịu nhiệt tốt 55 Kiến nghị Từ kết nghiên cứu, cho thấy việc sử dụng Fe(OH) để làm phụ gia hoạt tính cho xi măng giếng khoan chủng loại G có ý nghĩa Ngoài việc góp phần nâng cao chất lượng xi măng bơm trám, giải yêu cầu công nghệ xi măng giếng khoan, việc sử dụng phụ gia góp phần giải vấn đề bã thải nhà máy nước 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS Bùi Văn Chén (1984), Kỹ thuật sản xuất xi măng Pooclăng chất kết dính, tr 133 – 140 H F W Taylor (1964), The chemistry of cements – Academic press, Ltd., London Editor Erick B.Nelson (1990), Well Cementing, Schlumberger Swayze, M A (1954), Effects of hight temperatures and pressures on strengths of oil well cements, Dril and prod., API Eilers, L.H, Nelson, E.B., and Moran, L.K (1983), High temperature cement compositions, Pectolit, scawtite, truscotite or xonotlite – World cement Anton K.Schindler, Effect of temperature of hydration of cementtitious materials, ACI materials journal – Techinical paper – Title no 101 – M09 J.P Bombled (1973), Rheologie des mortiers et des bétons frais Influence du facteur ciment, Proceeding of R.I.L.E.M Leeds Seminar, Sujet C Legrand, in J Baron and R Sauterey (1982), Le béton hydraulique, Presses ENPC, Paris, Chap G.H Tattersall and P.F.G Banfill (1983), The rheology of fresh concrete, Pitman, Boston 10 Nick C Collier and Neil B Milestone (2004), “Encapsulation of iron hydroxide floc in composite cement”, University of Shellfied, UK 57 ... cứu Đối tượng nghiên cứu là xi măng giếng khoan chủng loại G loại phụ gia siêu mịn Fe(OH)3 Fe2 O3 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ XI MĂNG GIẾNG KHOAN 1.1 Khái niệm chung xi măng giếng khoan: Xi măng giếng. .. tài Nghiên cứu so sánh ảnh hưởng của oxit sắt III hydroxit sắt III siêu mịn đến số tính chất xi măng giếng khoan Nhiệm vụ đề tài - Tổng hợp quan điểm lý thuyết chế hydrat hóa đóng rắn xi măng. .. Loại xi măng J (dicalcium silicate – silica thành phần bản) xi măng giếng khoan sử dụng vài năm gần Loại xi măng sử dụng giếng khoan sâu nóng  Loại xi măng L nghiên cứu từ Viện nghiên cứu dầu