Historische Entwicklung des Tiefbohrzementes - Vom Portlandzement zum hoch-magnesiumresistenten HMR~+ -Hochofenzement

摘要

Der optische Eindruck, den eine Bohrloch-Zementation hinterlasst, besteht aus der Entnahme von Zement aus einem Silo, der durch einen Pumpwagen mit Hochdruckpumpen in einem Hopper mit Wasser/ Salzwasser vermischt und ins Bohrloch gepumpt wird. Nach einigen Stunden Erhartungszeit wird im Ringraum Bohrloch-Rohrwand ein fester Zementslein erwartet. Bei diesem Vorgang tritt sofort die nicht wahrnehmbare komplizierte chemische, stark alkalische und Warme entwickelnde Reaktion des Wassers mit dem Zementklin- ker ein. Die Mineralien des Zementklinkers werden auf diesem Wege zu neuen Ca-Al-Mg-Silikathydraten und Portlandit (Kalzium-hvdroxid) enthaltendem Zementstein umgewandelt. Die aus Meeresablagerungen entstandenen Erdschichten enthalten in den Porenraumen restliches Meer-Salzwasser, hieben Natriumchlorid-Ionen sind auch zweiwertige, chemisch aggressive Magnesium-Ionen darin enthalten. Dazu kommen auch Formationen, die aus festem Salz wie Natriumchlorid oder auch Mischsalzen mit einem grossen Anteil an Magnesiumchlorid bestehen. Die chemische Affinitat fuhrt zum Ionenaustausch der Kalzium-Ionen mit den Magnesium-Ionen im Zementstein. Schadhafter oder nicht mehr vorhandener Zementstein in Ringraumen von Erdgassonden fuhrte in den 60er Jahren zu Schaden an den Schutzrohrtouren. Eine Unterbrechung der Gasforderung und ein erheblicher technischer und finanzieller Aufwand waren zur Beseitigung der Schaden erforderlich. Dieser Sachverhalt war der Grund zunachst durch intensive Laborteste einen Zementstein zu entwickeln, der gegen chemisch-aggressive Salze und Losungen resistent ist. Die negativen Ergebnisse der Teste mit Portlandzement konnten auf die chemische Zusammensetzung des Zementklinkers zuruckgefuhrt werden. Neben den Silikathydraten ist im Zementstein des Portlandzements ein Uberschuss an freiem Portlandit vorhanden, das nicht zur Festigkeit beitragt und als lo-nenaustauschpartner zur Verfugung steht. Der unterschiedliche Ionendurchmesser der Ca-Ionen zu denen der Mg-Ionen kann zur Zerstorung des Zementsteins fuhren. In den 60er Jahren wurde auf uber Jahrhunderte stabile Puzzolanzemente der Romerzeit zuruckgegriffen. Prof. Dr. S. Peter u. a. entwickelten den unter den Namen POZMIX 80 und 140 bekannten Tiefbohrzement auf Basis des Nettetaler Trass mit dem geringsten nur moglichen Anteil an Portlandzement als Anreger fur den hydraulisch latenten Trass. Die weiteren Entwicklungsarbeiten fuhrten dann zum Hochofenzement und einer dazu passenden Erganzung, dem EFA-Fuller. Ein bestimmtes Kombinationsverhaltnis der beiden Produkte ist unter dem Namen HMR-Ze-ment (High Magnesium Resistent) bekannt und wird als Tiefbohrzementverwendet. Die chemische Zusammensetzung verhindert die Bildung von Portlandit im Uberschuss. Der resistente Zementstein ist von aggressiven Chemikalien nicht angreifbar. Neuere chemische und physikalische Uberprufungen der Produkte ergaben geringfugige Abweichungen gegenuber den von fruher bekannten Ergebnissen. Nur das Verandern der Korngrossenverteilung der beiden Produkte CEM III B-32,5/LH/NA/HS und EFA-Fuller verbesserte die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Zementsteins, ohne die Fliesseigenschaften der Suspension wesentlich zu verandern. Es entstand im Vergleich zum HMR-Zement ein resistenter Zementstein mit erhohter Druck-und Biegezugfestigkeit, geringer Porositat und einer als gasdicht zu bezeichnenden Permeabilitat. - es entstand der HMR~+-Zement.