Micromax misto ed ematite

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8669 (2023) Citare questo articolo

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Il cemento Portland ordinario (OPC) ha introdotto diverse problematiche ambientali e tecniche. I ricercatori hanno provato ad aggiungere nuovi materiali al cemento o a sviluppare alternative per sfide sia tecniche che ambientali. L'ematite come agente di ponderazione viene utilizzata per aumentare la densità dell'impasto liquido di cemento. La sedimentazione di particelle pesanti nei fanghi di cemento e geopolimeri è un problema serio che crea proprietà eterogenee lungo la sezione cementata. Questo lavoro presenta una nuova classe di geopolimeri che utilizzano sia ematite che Micromax come materiali di ponderazione per applicazioni di cementazione di pozzi ad alta densità. Il primo sistema utilizzava solo ematite mentre l'altro sistema utilizzava sia ematite che Micromax. L'obiettivo principale dell'utilizzo di Micromax con ematite è verificare la possibilità di eliminare il problema della sedimentazione associato all'ematite nei geopolimeri. Inoltre, sono stati valutati anche gli effetti dell'aggiunta di Micromax su diverse proprietà dei geopolimeri FFA. Sono state introdotte diverse miscele di ritardante, intensificatore di ritardante e superfluidificante per aumentare i tempi di addensamento dei sistemi geopolimerici sviluppati. I risultati hanno mostrato che l’aggiunta di Micromax all’ematite ha ridotto la variazione media della densità dal 12,5% a quasi il 3,9%. L'aggiunta di Micromax ha ridotto la viscosità della plastica del 44,5% e la perdita di fluido del 10,5%. Entrambi i sistemi hanno avuto prestazioni simili in termini di resistenza, proprietà elastiche e permeabilità. Il tempo di addensamento è stato di 390 minuti per il sistema ematite e di 300 minuti per il sistema misto utilizzando le miscele di additivi proposte.

L'OPC introduce alcune sfide tecniche e ambientali come le elevate emissioni di gas serra e consuma enormi quantità di energia durante la sua produzione. Queste preoccupazioni hanno convinto i ricercatori a cercare materiali alternativi per superare le sfide tecniche e fornire sistemi di cemento ecologici. È ovvio dalla letteratura che alcuni ricercatori si sono lanciati nella direzione di aggiungere nuovi materiali all'OPC per migliorarne le proprietà1,2,3,4,5,6,7. Altri ricercatori hanno cercato di trovare nuove alternative all'OPC che possano essere più ecologiche e superare gli inconvenienti tecnici dell'OPC, come i geopolimeri8,9,10,11,12,13.

Attualmente è emersa una sostanza economicamente vantaggiosa ed ecologica che ha qualità paragonabili all'OPC; questa sostanza è definita geopolimero. Le sue materie prime sono di origine geologica e la formazione dei geopolimeri continua tramite polimerizzazione e condensazione inorganica, per questo sono chiamati anche polimeri geologici14. Il Prof. J. Davidovits ha coniato il termine geopolimero nel 1978, descrivendolo come una sostanza cementizia verde priva di cemento. Poiché contiene una struttura 3D di catene di polisialato reticolate, queste erano precedentemente considerate un caso particolare di cemento del terreno e denominate geocementi15. I geopolimeri possono essere formati da sostanze naturali e/o materiali di scarto come materiali di partenza attivati ​​da alcali o acidi16. La produzione di geopolimeri è più pulita e i materiali di partenza non consumano molta energia rispetto a OPC17,18,19,20. Il Si e l'Al nelle sostanze alluminosilicate si dissolvono dopo essere entrati in contatto con le soluzioni alcaline da monomeri e oligomeri che attraversano la policondensazione per formare una struttura 3D, chiamata polisialato, polisialte-siloxo e polisialato-disiloxo21,22.

L'impasto liquido di cemento è progettato in base alle condizioni esistenti del pozzo di pressione e temperatura e al tipo di lavoro del cemento. La maggior parte delle ricerche sono state condotte non solo per cercare un'alternativa all'OPC a causa delle sue preoccupazioni ambientali durante la produzione, ma soprattutto per confermare se gli svantaggi dell'OPC possono essere mitigati dai geopolimeri. In letteratura sono stati studiati quattro principali argomenti di ricerca: applicazioni in ambienti difficili, applicazione in P&A, compatibilità con il fango ed effetti della temperatura10,23,24,25,26,27,28.