Wpływ nanotlenków glinu i cynku na parametry świeżego i stwardniałego zaczynu cementowego

Abstract

Wpływ nanotlenków glinu i cynku na parametry świeżego i stwardniałego zaczynu cementowego Nanomateriały i ich unikatowe właściwości znalazły już zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, umożliwia-jąc tworzenie materiałów o bardzo korzystnych właściwościach, pozwalając poprawić cechy produktów już istniejących oraz tworzyć nowe. Poprawa parametrów mechanicznych materiałów zawierających dodatek nanocząstek to tylko jedna z wielu możliwości ich zastosowania. W artykule przedstawiono wstępne wyniki badań wpływu nanotlenków: glinu (nano-Al 2 O 3 ) i cynku (nano-ZnO) na właściwości zaczynów i kamieni cementowych. W trakcie badań do cementu portlandzkiego CEM I 32,5R dodawano 1%, 3%, 5% roztworu nano-Al 2 O 3 oraz 0,01% i 0,1% nano-ZnO. Przeprowadzone badania potwierdziły, że dodatek nawet niewielkich ilości nano-Al 2 O 3 oraz nano-ZnO poprawia parametry wytrzymałościowe kamienia cementowego w porównaniu z próbką bazową bez takiego dodatku, jak również powoduje zagęszczenie jego mikrostruktury, a tym samym obniżenie porowatości i przepuszczalności dla gazu. Tak zmodyfikowane kamienie charakteryzują się wysoką wytrzymałością na ściskanie oraz wysoką przyczepnością do rur stalowych. Kamienie cementowe charakteryzują się zwartą mikrostrukturą o niskiej zawartości makroporów. Na podstawie wykonanych badań można również stwierdzić, że zbyt duża ilość nanotlenków powoduje obniżenie wytrzymałości kamienia cementowego, co może być spowodowane trudnościami w rów-nomiernym rozmieszczeniu dużych ilości nanocząsteczek w zaczynie i tworzeniem dużych aglomeratów nanoczą-steczek, które osłabiają strukturę kamienia cementowego.Słowa kluczowe: zaczyn cementowy, nano-Al 2 O 3 , nano-ZnO, stwardniały zaczyn cementowy, wytrzymałość na ściskanie.The effects of Al 2 O 3 and ZnO nanoparticles on properties of fresh and set cement slurry Nanomaterials and their unique properties have already been used in many branches of the industry, enabling the creation of materials having very favorable properties, allowing to improve the properties of existing products and creating new ones. Improving the mechanical properties of materials containing nanoparticles as an additive is just one of the many possibilities of their use. The article presents the preliminary results of the influence of nano alumia oxide (nano-Al 2 O 3 ) and nano zinc oxide (nano-ZnO) on the properties of fresh and set cement slurries. In the research, to Portland cement CEM I 32.5R were added 1, 3, 5% nano-Al 2 O 3 solution and 0.01 and 0.1% nano-ZnO powder. The study confirmed that the addition of even small amounts of nano-Al 2 O 3 and nano-ZnO improves the strength of set cement as compared to the sample base without such additive, and also causes compaction of the microstructure and thereby reducing the porosity and gas permeability. Such modified set cement slurries exhibit high compressive strength and high adhesion to steel pipes. Set cement slurries have a compact microstructure with a low content of macropores. On the basis of tests it may also be noted, that too much n...

Rheological properties of cement slurries modified by silica nanostructures applied in drilling industry

“…Several studies have been reported that concrete strength improvement as a result of the addition of small-size nanosilica is much higher than that of silica fume, even though the quantity used is much smaller for the former. This phenomenon has been explained by a newly proposed strengthening mechanism of nanosilica in which it act as nucleation sites for CSH, which not only accelerates early hydration of Portland cement, but also positively modifies the microstructure of CSH for stronger and more durable cement [2]. It was found that the rate of pozzolanic reaction depends on the specific surface area available in the reaction.…”

“…The properties of the final product are influenced by such process parameters as: temperature, duration of process or mixing speed. The classic method of producing silica with a spherical structure and a particle size of 0.5 nm to 200 nm is the Stöber method based on conducting a sol-gel process in an ammonia environment [2,5].…”

“…During selecting the cementing technology and designing the type of cement slurry, first of all there is a need to ensure the best tightness between the column of casing pipes and the level of reservoir rocks -the cement coat must ensure sealing at the cement-pipe-rock border, and be resistant enough to withstand the reservoir pressure in the hole, as well as the hydrostatic pressure created during drilling of the hole and other loads (for example thermal) [1,2].…”

Wpływ nanorurek węglowych (CNTs) na parametry mechaniczne kamieni cementowych w warunkach HPHT

“…W ciągu ostatnich kilku lat wielu naukowców przeprowadziło badania związane z poprawą i zrozumieniem zachowania zaczynów cementowych z dodatkiem nanomateriałów. Przebadano kilka rodzajów nanomateriałów, takich jak nanokrzemionka, nanoił, nanotlenki żelaza, glinu, cynku i tytanu (Li H. et al, 2004;Li Z. et al, 2006;Ershadi i Ebadi, 2011;Nazari i Riahi, 2011;De La Roij et al, 2012;Dębińska, 2014Dębińska, , 2015Dębińska, , 2016Dębińska et al, 2016;Rahman et al, 2016aRahman et al, , 2016b. Włączenie materiałów nanometrycznych do struktury hydratu krzemianu wapnia (C-S-H) skutkuje mocniejszą i bardziej plastyczną matrycą cementową, która może zapobiec propagacji pęknięć w stwardniałym zaczynie cementowym (De La Roij et al, 2012).…”

Możliwości zastosowania nanorurek węglowych (CNTs) w technologii zaczynów cementowych

“…W ciągu ostatnich kilku lat wielu naukowców przeprowadziło badania związane z poprawą i zrozumieniem zachowania zaczynów cementowych z dodatkiem nanomateriałów. Przebadano kilka rodzajów nanomateriałów, takich jak nanokrzemionka, nanoił, nanotlenki żelaza, glinu, cynku i tytanu (Rahman et al, 2016;Dębińska, 2014Dębińska, , 2015Dębińska, , 2016Rahman i Murtaza, 2015;Dębińska et al, 2016). Włączenie materiałów nanometrycznych do struktury hydratu krzemianu wapnia (C-S-H) skutkuje mocniejszą i bardziej plastyczną matrycą cementową, która może zapobiec propagacji pęknięć w stwardniałym zaczynie (Roij et al, 2012).…”