Все о цементации металла на примере стали

Кирпичные дома служат веками. Но это не значит, что они не нуждаются в реставрации. Самая серьезная проблема, которая возникает в процессе эксплуатации – износ фундамента: несущая способность основания снижается, грядет аварийная ситуация. Денег в текущем сезоне нет и не предвидится, а отложить ремонт до лучших времен, как правило, нельзя. Как укрепить фундамент кирпичного дома своими руками?

Сущность процесса цементации

Смысл любых методов химико-термической обработки металлов, к числу которых относится и цементация стали, заключается в том, что изделие нагревают до высокой температуры в специальной среде (жидкой, твердой или газообразной). Такое воздействие приводит к тому, что меняется химический состав металла – поверхность обрабатываемого изделия насыщается углеродом, в итоге становится более твердой и износостойкой. Что важно, сердцевина обработанных деталей остается вязкой.

Добиться желаемого эффекта после такого воздействия на металл можно лишь в том случае, если обработке подвергают низкоуглеродистые стали, в составе которых углерода содержится не более 0,2%. Для того чтобы выполнить цементацию, изделие нагревают до температуры 850–950 градусов Цельсия, а состав среды подбирают таким образом, чтобы она при нагреве выделяла активный углерод.

Если цементацию стали проводить квалифицированно, можно не только изменить химический состав металлического изделия, но также преобразовать его микроструктуру и даже фазовый состав. В результате удается значительно упрочнить поверхностный слой детали, придать ему характеристики, сходные со свойствами закаленной стали. Для того чтобы добиться таких результатов, необходимо правильно подобрать параметры химико-термической обработки металла – температуру нагрева и время выдержки обрабатываемого изделия в специальной среде.

Сущность процесса цементации

Оборудование для вакуумной цементации стали

Данная технологическая операция является достаточно продолжительной по времени, так как процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом проходит очень медленно (0,1 мм за 60 минут). Учитывая тот факт, что упрочненный поверхностный слой для большинства изделий должен составлять не менее 0,8 мм, можно рассчитать, что на выполнение цементации металла необходимо будет затратить не менее 8 часов. Основными типами сред для выполнения цементации металла (или, как их правильно называют, карбюризаторами) являются:

  • газообразные среды;
  • растворы электролитов;
  • пастообразные среды;
  • кипящий слой;
  • твердые среды.

Наиболее распространенными являются газообразные и твердые карбюризаторы.

Сущность процесса цементации

Зависимость толщины цементованного слоя от времени и температуры обработки

Укрепление грунта под фундаментом

Существует несколько технологий, чтобы укрепить грунт, увеличить его несущую способность:

  • самый распространенный способ – механический: трамбовка, уплотнение, создание подушек, погружение грунтовых свай;
  • цементация – нагнетание в землю жидкого раствора для связывания рыхлых почв (песка крупных и средних фракций);
  • силикатизация и битумизация – аналогично, только с использованием силикатных и битумных составов;
  • для песчаных и лессовых грунтов подойдет нагнетание связывающих химических растворов;
  • для лесса подходит также термическое закрепление под воздействием раскаленных газов;
  • инъекционный способ: бурение скважин с последующей закачкой в них жидкого стекла либо отвердителей;
  • электроосмос – осушение грунта, перенаправление подземных вод под воздействием электрического поля. Используется для глинистых и других пучинистых грунтов;
  • электромеханический метод – закачка растворов + воздействие электрического тока.
Читайте также:  Бутовый камень — что это такое, плотность, можно ли делать фундамент?

 Завершающий этап цементирования

Период затвердевания цементного столба может варьироваться, в зависимости от состава раствора. Имеет значение и то, какая именно колонна тампонировалась. Для кондуктора, например, достаточно 16 часов, а для эксплуатационной колонны нужны сутки. По истечении этого срока, в скважину опускают электротермометр. Итак:

  • С его помощью, по изменениям температур, определяют высоту подъёма раствора в цементируемом пространстве. Максимальное выделение раствором тепла, происходит в течение нескольких часов после его затвердевания. Поэтому, для определения данного показателя, прибор должен быть спущен в скважину в течение суток после окончания тампонажа.

Скважинный локатор

 Завершающий этап цементирования
  • Для контроля качества цементирования широко применяют акустический зонд (скважинный локатор). Участки, не заполненные раствором, определяются по амплитудам звуковых колебаний. Если к качеству тампонажных работ претензий нет, начинают обвязку устья скважины. Затем, в неё спускают пикообразное долото либо желонку, с помощью которой разбуривают затвердевшие остатки раствора и заливочные пробки.

Далее наступает черёд опрессовки ствола, то есть проверка его на герметичность. Для этого, в него закачивается вода под давлением, превышающим расчётное на 20%. Если спустя полчаса давление снижается не больше, чем на 0,5 мПа, и при этом не происходит выделение газа, и перелива воды, скважина считается герметичной.

Виды растворов для проведения гидроизоляции

В зависимости от того, требуется ли инъектирование основания или стены подбирают раствор с оптимальными техническими характеристиками.

Самые распространенные способы обеспечить изоляцию от влаги здания — это обработка жидкой резиной или жидким стеклом. Резина эластичная, легкая и гибкая. Чтоб использовать ее не потребуется строительных навыков. Ровный слой создается при минимальных тренировках. Резина экологична, потому переживать за состояние здоровья жильцов в здании не требуется.

Жидкое стекло, в состав которого включается калий и силикат натрия, обеспечивает многоплановую защиту. Оно защитит от влияния низких температур, соленных лучей, изменений, связанных с воздействием ветра и коррозии. Он также простой в применении, но нужно верно соблюсти объем воды и состава.

Обработка не работает вечно. Обычно срок действия составляет не более пяти лет. Нужно повторять процедуры, по возможности используя идентичный раствор.

Инъектирование основания

Укрепление грунта под фундаментом инъектированием заключается в бурении скважин и закачке укрепляющего ремонтного состава через инъекционные приспособления. Под ленточным или столбчатым фундаментом скважины бурятся с поверхности земли наискосок, плитный просверливается сверху насквозь.

Ремсостав под давлением проникает во все прилегающие к скважине пустоты. Необходим постоянный контроль процесса, чтобы закачиваемый материал не ушел в глубину. На выбор конкретной технологии инъектирования влияет тип грунта, от которого зависит вид состава.

Способы инъектирования грунта:

Инъектирование основания
  1. Силикатизация. Для закачки используется жидкое стекло. Способ применяется для закрепления песчаных или лессовых грунтов и плывунов.
  2. Смолизация. В скважины закачивают синтетические быстроотверждаемые смолы. Технология используется для укрепления водонасыщенных или сухих песков, лессов, супеси, суглинка.
  3. Цементация. Скважины заливают растворной смесью на основе цемента с примешиванием глины, суглинка или песка. В крупные пустоты дополнительно закачивают горячий битум. Консистенцию раствора подбирают с учетом плотности грунта или размеров трещин в скальной породе. Технология с трудом осуществима в мелкозернистых песках и совсем непригодна для супеси, суглинка, глинистых или илистых грунтов.
  4. Аммонизация. Метод предназначен для защиты от просадки лессовых грунтов. В грунтовое основание под фундаментом нагнетают газообразный аммиак, который вступает в химическую реакцию с породой.
Читайте также:  Как сделать подушку под монолитную плиту фундамента

Процесс инъектирования происходит без задействования крупногабаритного оборудования, не требует частичной разборки или приостановки эксплуатации здания. Дополнительное преимущество инъекционной технологии состоит в возможности приподнять и вернуть в изначальное положение осевший фундамент. Помимо укрепления основания под фундаментом создается противофильтрационная завеса для поднимающихся грунтовых вод.

Выводы и полезное видео по теме

В ниже представленных видеороликах речь идёт о скважинах в нефтегазовой отрасли, но принцип технологии производства работ такой же, как для водоносных скважин.

Процедура одноступенчатого цементирования скважины:

Специфика производства манжетного цементирования:

Технологические особенности двухступенчатого цементирования:

Цементирование – сложный процесс, требующий применения специализированной техники. Однако это не говорит о том, что провести его самостоятельно невозможно. Выбрав и правильно приготовив тампонажный раствор, используя минимальный набор агрегатов, с работой вполне можно справиться самостоятельно.

Если после изучения материала у вас остались вопросы о том, как правильно зацементировать скважину после бурения, или вы обладаете ценными знаниями по данному вопросу, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

Советы буровиков

Состав тампонажного раствора подбирается в зависимости от структуры и свойств геологических слоев, в которых пробурена скважина. Плотность затрубной цементации можно повысить, если использовать раствор, который увеличивается в объеме. Если порода пористая, с высоким коэффициентом поглощения, то обычный раствор использовать нельзя, так как неизбежен его перерасход. Вместо заполнения затрубного пространства тампонажная смесь под давлением будет уходить в стороны от скважины. В такой ситуации рекомендуется применять тампонажный раствор с волокнистым наполнителем. В качестве наполнителя могут выступать многие натуральные или искусственные волокносодержащие материалы.

Перед цементацией затрубного пространства скважины не только выбирается тампонажный раствор и метод цементации, но также проверяется все оборудование в условиях максимального рабочего давления и производительности при подаче смеси.

Предварительно скважина и затрубное пространство должны быть промыты водой для очистки от шлама, оставшегося после бурения. Без промывки крупные куски породы, оставшиеся после бурения, помешают равномерному заполнению объема тампонажным раствором, что в будущем может привести к повреждению конструкции скважины.

Зачем необходимо цементировать скважины

  • Во-первых, повышается общая прочность конструкции
  • Во-вторых, цементация защищает поверхность трубы, которая изготовлена из металла от коррозии, которая может возникнуть из-за подпочвенной влаги
  • В-третьих, если скважина построена таким образом, что соединяет разные нефтеносные и газоносные пространства, то после цементирования они точно будут изолированы друг от друга.

Описание процесса цементации

Не удивительно, что технология цементации претерпела серьезные изменения. Она полностью отличается от старой. Сейчас используют компьютеризированные технологические расчеты для правильного соотношения воды в цементных растворах и используют специальные добавки для них.

Читайте также:  Как правильно залить фундамент под баню — познаем суть

Добавки к цементным растворам могут быть в виде:

  • Кварцевого песка – он позволяет снизить усадку и по максимуму увеличивает прочность
  • Волокнистой целлюлозы, которая не допускает утечку жидкого цемента никуда, особенно самые пористые породы
  • Грунтующих полимеров – во время застывания они расширяют и уплотняют грунт
  • Пуццоланов. Это специальная крошка – сверхлегкие минералы, они водостойкие и не боятся агрессивных химикатов. Нефтяные скважины при цементации нуждаются в особом многоступенчатом контроле качества сделанной пробки.

Как оценивают качество зацементированных скважин?

Выполняют специальные процедуры:

  • Термическую – определяют уровень максимального поднятия цемента
  • Акустическую – обнаруживают возможные внутренние пустые пространства в цементе
  • Радиологическую – она является своего рода рентгеном во время данной процедуры

Методы цементирования скважин

На данный момент распространены четыре основные способы цементирования:

  • Одноступенчатый способ. Цементную смесь заливают в обсадную колонну и заглушают ее пробкой. На пробку подается промывочный раствор. Такие действия приводят к тому, цемент вытесняется в затрубное пространство
  • Двухступенчатый. По технологии он точно такой же, как и одноступенчатый. Отличие в том, что действия сначала производятся с нижней частью, а затем с верхней. Для раздела двух отделов используют специальное кольцо.
  • Манжетный. Цементирование используется при помощи сплошного кольца-манжета, чтобы зацементировать только верхнюю часть скважины.
  • Обратный. Тампонажный раствор заливается сразу в пространство за трубой, буровые и очистные растворы вытесняются в полость колонн.

Компания «МосОблБурение» качественно производит бурение скважин. Вы останетесь довольны сотрудничеством с нашими специалистами.

Преимущества инъекционной гидроизоляции

Проникающая гидроизоляция основания имеет целый ряд несомненных преимуществ. Она выпускается в виде растворов, отличается высоким показателем долговечности и способна защищать фундамент, как от влаги, так и от ряда других негативных воздействий. Прежде всего, речь идет о коррозии и существенных температурных перепадах. Кроме того, инъекционная гидроизоляция фундамента прекрасно сохраняет тепло внутри здания.

Чаще всего инъектирование производится при помощи таких материалов, как жидкая резина или жидкое стекло.

Оба варианта имеют свои положительные стороны. Так, жидкая резина отличается гибкостью и эластичностью, легко наносится и представляет собой экологичный продукт. Для того чтобы нанести этот материал, никаких особенных навыков и умений не требуется. Самое основное, суметь создать на поверхности равномерный слой гидроизоляции.

Жидкое стекло, представляющее собой раствор с добавлением силиката натрия и калия, тоже очень прост в использовании. Важно соблюсти необходимые пропорции в процессе вмешивания состава в бетонный раствор. Инъектирование жидким стеклом позволяет обеспечить защиту строения от влаги, солнца, ветра, коррозии и низких температур. Делая выбор в пользу жидкого стекла в качестве материала для гидроизоляции, следует помнить о том, что его свойства сохраняются на протяжении всего 5 лет. По прошествии этого периода времени процедуру потребуется повторить