Resumo Corpos de prova cilíndricos com diâmetros iguais à medtade da altura tem sido empregados em todo o mundo. A dispersão estatística de resultados em experimentos com materiais cimentícios é um fenômeno conhecido da literatura e uma das razões deste fenômeno corresponde à geometria dos corpos de prova, o que pode explicar a ocorrência de diferentes modos de ruptura. Este trabalho mostra a avaliação de corpos de prova na forma de ampulheta, com a imposição de que tensões de ruptura ocorram em sua parte central, tornando desprezível a influência das condições de contorno de suas extremidades (pratos da máquina universal de ensaios). Um total de 260 corpos de prova cilíndricos e na forma de ampulheta foram testados, variando-se o fator água/cimento, empregando concreto e argamassa além da variação das dimensões dos corpos de prova. O método dos elementos finitos foi emprgado para analisar as tensões despertadas nos modelos. As análises mostraram que as tensões máximas ocorrem na parte central das amostras de ampulheta com valor 2,25 maior do que as tensões despertadas em suas extremidades. Os ensaios mostraram que ocorreram diferentes modos de ruptura nas amostras cilíndricas, enquanto que nas amostras na forma de ampulheta um único modo de ruptura foi observado. Além disso, enquanto as amostras cilíndricas mostraram distribuições de Gauss bimodais para as frequências dos resultados, o que parece demonstrar a influência da propriedade do material (parte central) e a influência dos pratos da máquina de ensaiso (condições de contorno), as amostras na forma de ampulheta apresentaram sempre distribuições de Gauss unimodais para os resultados.

Abstract Cylindrical specimens whose diameter is equal to half its height have been used worldwide. The statistical scattering in experimental testing of cementitious materials is a phenomenon known in literature and one reason is linked to the geometry of the specimens, which implies the possibility of different failure modes. This paper shows the evaluation of an hourglass-shaped sample , in which the highest stress occurs at the centre of the specimen, with negligible influence of stress distribuition from its ends. An amount of 260 cylindrical and hourglass samples were tested, with varying water/cement ratio and age. FEM analyses showed that stress in the central part of the hourglass specimens is 2.25 higher than that present at its ends. Modes of failure occured in differente ways in cylindrical specimens, whereas only one mode of failure was verified in hourglass specimens. The cylindrical samples showed bimodal frequency distribution, demonstrating the influence of the central part (material properties) and of its ends (boundary conditions), while the hourglass displayed a Gaussian distribution.

Temperaturas superiores a 110 ºC provocam mudanças de fase nos cimentos, reduzindo de forma significativa sua resistência à compressão. Isto é observado com frequência em bainhas de cimento em poços de petróleo pesado, que são submetidos a injeção de vapor. O presente estudo avaliou o comportamento mecânico de pastas para cimentação preparadas com um cimento portland Classe especial contendo silica flour para prevenção da regressão de resistência. Um planejamento fatorial foi usado para verificar o efeito das principais variáveis referentes ao comportamento mecânico de pastas de cimento, ou seja, variação da temperatura do ensaio mecânico (30, 100, 120, 180 e 230 ºC); concentração de silica flour (0%, 18% e 36%) e tempo de cura até a ruptura (12 h e 7 dias). Os resultados revelaram que as pastas contendo 18% de silica flour a 230 ºC provocaram uma redução na resistência à compressão de 30% após cura de 12 h e 10% após cura de 7 dias, indicando, portanto, regressão de resistência. Por outro lado, pastas contendo silica flour submetidas a temperaturas superiores a 180 ºC revelaram redução de resistência de apenas 10%, sugerindo que o SCPOC apresenta estabilidade diante de temperaturas elevadas, o que é um indício de prevenção à regressão de resistência. Este comportamento provavelmente deve estar relacionado ao baixo teor de C3A do SCPOC e à sua baixa superfície específica. Entretanto, a regressão de resistência de anulares de poços submetidos à temperaturas superiores a 180 ºC geralmente é combatida, com adições de silica flour, o que significa dizer que o SCPOC é um material interessante para combater a regressão de resistência em temperaturas abaixo de 180 ºC sem a necessidade da inclusão de silica flour.

Temperatures in excess of 110 ºC result in phase transformations of cement, significantly decreasing its compressive strength. This effect is referred to as strength retrogression. It is frequently observed in cement sheaths of heavy oil wells submitted to steam injection. The present study evaluated the mechanical behavior of Special Class Portland Oilwell Cement (SCPOC) slurries containing silica flour to prevent retrogression. A factorial statistical planning was used to assess the effect of the main variables on the mechanical behavior of cement slurries, i.e., mechanical testing temperature (30, 100, 120, 180 and 230 ºC); contents of silica flour replacing cement (0-18 and 36%) and curing time for rupture (12 h and 7 days). The results revealed that slurries containing 18% of silica flour tested at 230 ºC depicted an increase in compressive strength up to 30% after curing for 12 h and 10% after curing for 7 days, indicating retrogression. On the other hand, testing slurries containing silica flour at temperatures up to 180 ºC revealed strength increase of just 10%, suggesting the mechanical stability of the SCPOC, which prevents retrogression. Such behavior was probably related to the relatively low content of C3A and low specific area of the material. Therefore, strength retrogression at typical bottom hole temperatures of up to 180 ºC can be controlled by small additions of silica flour, economically contributing to the use of SCPOC cementing.

A composição cristalina das fases do clínquer de cimento Portland é comumente avaliada pelas equações de Bogue, que se baseiam em alguns princípios que podem ser aplicados aos cimentos para cimentação de poços de petróleo. Isto se deve provavelmente à presença de diversos óxidos e reconversões de fase durante o resfriamento do clínquer levado à altas temperaturas. Entretanto, diferenças importantes são observadas entre os valores numéricos obtidos nas equações e a quantificação de fases por imagem. Neste estudo, a quantidade das fases cristalinas do clínquer de um cimento especial para poço de petróleo foi determinada empregando o procedimento de Taylor, que consiste na resolução de um sistema de equações lineares correspondente a cada uma das quatro principais fases do clínquer. Os resultados revelam uma adequada inter-relação entre este método e a quantificação das fases por microscopia ótica, principalmente no que se refere à determinação dos teores de alumínio e ferro.

The crystalline composition of Portland cement clinker is commonly established by Bogue's equations, which are based on a series of assumptions that seldom apply to oilwell cements. This is probably due to the presence of additional oxides and phase reconversion upon cooling of the clinker from the calcination temperature. Important differences are therefore observed between the numerical values yielded by the mathematical equations and image analysis quantification. In this study, the concentration of crystalline phases in oilwell cement was determined using Taylor's procedure, which consists in a system of linear equations corresponding to each one of the four main clinker phases. The results revealed an adequate relationship between this method and phase quantification by optical micrography, especially concerning the contents of aluminate and ferrite.