كثافة ملاط البنتونيت
1. تصنيف وأداء الملاط
1.1 التصنيف
البنتونيت، المعروف أيضًا باسم صخر البنتونيت، هو صخر طيني غني بالمونتوموريلونيت، ويحتوي غالبًا على كميات قليلة من الإيليت والكاولينيت والزيوليت والفلسبار والكالسيت، وغيرها. يُصنف البنتونيت إلى ثلاثة أنواع: البنتونيت الصوديومي (للتربة القلوية)، والبنتونيت الكالسيومي (للتربة القلوية)، والتربة المُبيضة الطبيعية (للتربة الحمضية). وينقسم البنتونيت الكالسيومي بدوره إلى نوعين: البنتونيت الكالسيومي الصوديومي والبنتونيت الكالسيومي المغنيسيومي.
1.2 الأداء
1) الخصائص الفيزيائية
البنتونيت أبيض وأصفر فاتح في الطبيعة، بينما يظهر أيضًا باللون الرمادي الفاتح والأخضر الفاتح والوردي والبني المحمر والأسود، إلخ. يختلف البنتونيت في صلابته بسبب خصائصه الفيزيائية.
2) التركيب الكيميائي
المكونات الكيميائية الرئيسية للبنتونيت هي ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، وأكسيد الألومنيوم (Al2O3)، والماء (H2O). كما يحتوي أحيانًا على نسبة عالية من أكسيد الحديد وأكسيد المغنيسيوم، وغالبًا ما يتواجد الكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم بنسب متفاوتة. وتؤثر نسبة أكسيد الصوديوم (Na2O) وأكسيد الكالسيوم (CaO) في البنتونيت على خصائصه الفيزيائية والكيميائية، بل وحتى على تقنيات تصنيعه.
3) الخصائص الفيزيائية والكيميائية
يتميز البنتونيت بخاصية امتصاص الرطوبة المثلى، أي تمدده بعد امتصاص الماء. يصل معدل التمدد بعد امتصاص الماء إلى 30 ضعفًا. يمكن تشتيته في الماء لتكوين معلق غرواني لزج، انسيابي، ومزلق. يصبح مرنًا ولزجًا بعد مزجه مع جزيئات دقيقة كالماء أو الطين أو الرمل. لديه القدرة على امتصاص مختلف الغازات والسوائل والمواد العضوية، وتصل سعة امتصاصه القصوى إلى 5 أضعاف وزنه. كما يمكن لتربة التبييض الحمضية ذات النشاط السطحي امتصاص المواد الملونة.
تعتمد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبنتونيت بشكل أساسي على نوع وكمية المونتموريلونيت الذي يحتويه. وبشكل عام، يتميز البنتونيت الصوديومي بخصائص فيزيائية وكيميائية وأداء تقني أفضل من البنتونيت الكالسيومي أو المغنيسيومي.
2. القياس المستمر لملاط البنتونيت
اللونمترمضمنbentأونيteslأوهyكثافةمترهو موقع إلكترونيمقياس كثافة اللبتُستخدم هذه الطريقة بكثرة في العمليات الصناعية. تشير كثافة الملاط إلى نسبة وزن الملاط إلى وزن حجم محدد من الماء. يعتمد حجم كثافة الملاط المقاس في الموقع على الوزن الإجمالي للملاط ومخلفات الحفر فيه، بالإضافة إلى وزن أي إضافات إن وجدت.
3. تطبيق الملاط في ظل ظروف جيولوجية مختلفة
يصعب إحداث ثقب في طبقات الرمل والحصى والحصى الصغيرة والمناطق المتكسرة لتحسين خصائص الترابط بين الجزيئات. يكمن الحل في زيادة قوة الترابط بين الجزيئات، مع اعتبار الملاط حاجزًا واقيًا في هذه الطبقات.
3.1 تأثير كثافة الطين على سرعة الحفر
تقل سرعة الحفر مع ازدياد كثافة الملاط. وينخفض معدل انخفاض سرعة الحفر بشكل ملحوظ، خاصةً عندما تتجاوز كثافة الملاط 1.06-1.10 جم/سم³3كلما زادت لزوجة المادة الطينية، انخفضت سرعة الحفر.
3.2 تأثير محتوى الرمل في الملاط على عملية الحفر
يشكل وجود حطام الصخور في الطين خطراً على عمليات الحفر، مما يؤدي إلى عدم تنقية الثقوب بشكل صحيح، وبالتالي انسدادها. إضافةً إلى ذلك، قد يتسبب ذلك في زيادة الشفط والضغط، مما يؤدي إلى التسرب أو انهيار البئر. كما أن ارتفاع نسبة الرمل وكثافة الرواسب في البئر يؤديان إلى انهيار جدار البئر نتيجةً للترطيب، مما يسهل انفصال طبقة الطين ويتسبب في حوادث داخل البئر. في الوقت نفسه، تتسبب نسبة الرواسب العالية في تآكل كبير للأنابيب، وريش الحفر، وأكمام أسطوانات مضخات المياه، وقضبان المكابس، مما يقصر عمرها الافتراضي. لذلك، مع ضمان توازن ضغط التكوين، يجب تقليل كثافة الطين ونسبة الرمل فيه قدر الإمكان.
3.3 كثافة الطين في التربة الرخوة
في طبقات التربة الرخوة، إذا كانت كثافة الملاط منخفضة جدًا أو كانت سرعة الحفر عالية جدًا، فسيؤدي ذلك إلى انهيار الحفرة. من الأفضل عادةً الحفاظ على كثافة الملاط عند 1.25 جم/سم³3في طبقة التربة هذه.
4. تركيبات الملاط الشائعة
توجد أنواع عديدة من المواد اللزجة في الهندسة، ولكن يمكن تصنيفها إلى الأنواع التالية وفقًا لتركيبها الكيميائي. وتكون طريقة تحديد النسب كما يلي:
4.1 معلق Na-Cmc (كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم)
يُعدّ هذا الملاط من أكثر أنواع الملاطات شيوعًا لزيادة اللزوجة، ويلعب كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (Na-CMC) دورًا هامًا في زيادة اللزوجة وتقليل فقدان الماء. تتكون تركيبته من: 150-200 غرام من طين الملاط عالي الجودة، 1000 مل من الماء، 5-10 كيلوغرامات من رماد الصودا، وحوالي 6 كيلوغرامات من Na-CMC. أما خصائص هذا الملاط فهي: كثافة 1.07-1.1 غرام/سم³، لزوجة 25-35، فقدان ماء أقل من 12 مل/30 دقيقة، وقيمة أس هيدروجيني (pH) حوالي 9.5.
4.2 معلق ملح الحديد والكروم-صوديوم-كربوكسي ميثيل السليلوز
يتميز هذا المعلق بلزوجة عالية وثبات ممتاز، ويساهم ملح الحديد والكروم في منع التكتل (التخفيف). التركيبة هي: 200 غرام من الطين، 1000 مل من الماء، إضافة حوالي 20% من محلول قلوي نقي بتركيز 50%، إضافة 0.5% من محلول ملح الحديد والكروم بتركيز 20%، و0.1% من كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (Na-CMC). خصائص المعلق هي: الكثافة 1.10 غ/سم³، اللزوجة 25 ثانية، فقدان الماء 12 مل/30 دقيقة، الرقم الهيدروجيني 9.
4.3 معلق سلفونات اللجنين
يُستخلص سلفونات اللجنين من سائل نفايات لب الكبريتيت، ويُستخدم عادةً مع عامل قلوي للفحم لمعالجة مشكلة التكتل وفقدان الماء في الملاط، وذلك عن طريق زيادة اللزوجة. تتكون التركيبة من 100-200 كجم من الطين، و30-40 كجم من سائل نفايات لب الكبريتيت، و10-20 كجم من العامل القلوي للفحم، و5-10 كجم من هيدروكسيد الصوديوم، و5-10 كجم من مزيل الرغوة، و900-1000 لتر من الماء لكل متر مكعب من الملاط. تتميز خصائص الملاط بما يلي: كثافة 1.06-1.20 جم/سم³، ولزوجة قمعية 18-40 ثانية، وفقدان ماء 5-10 مل/30 دقيقة، ويمكن إضافة 0.1-0.3 كجم من كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (Na-CMC) أثناء الحفر لتقليل فقدان الماء بشكل أكبر.
4.4 معلق حمض الهيوميك
يستخدم معلق حمض الهيوميك عامل قلوي من الفحم أو هيومات الصوديوم كمثبت. ويمكن استخدامه مع عوامل معالجة أخرى مثل كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (Na-CMC). وتتمثل تركيبة تحضير معلق حمض الهيوميك في إضافة 150-200 كجم من العامل القلوي من الفحم (وزن جاف)، و3-5 كجم من كربونات الصوديوم (Na2CO3)، و900-1000 لتر من الماء إلى متر مكعب واحد من المعلق. خصائص المعلق: الكثافة 1.03-1.20 جم/سم³، فقدان الماء 4-10 مل/30 دقيقة، الرقم الهيدروجيني 9.
تاريخ النشر: 12 فبراير 2025
