【正文】 ....... I ABSTRACT ........................................................... 錯誤 !未定義書簽。 摘要 針對現(xiàn)今單一纖維復(fù)合材料 (FRP)對水泥石的增韌效果不夠好的問題，本文嘗試混雜纖維復(fù)合材料 (HFRP)對水泥石增韌的研究。 目 錄 .......................................................................... II 1 緒論 ........................................................................... 1 研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................................. 1 研究的目的與意義 ..................................................................... 1 實驗原理 ............................................................................. 2 實驗內(nèi)容 ............................................................................. 3 技術(shù)路線 ............................................................................. 4 2 水泥漿理化學(xué)性能 ................................................................. 4 原材料和設(shè)備 ......................................................................... 4 水泥漿常規(guī)性能測試 ................................................................... 5 3 纖維增韌實驗研究及增韌機(jī)理 ........................................................ 9 單一碳纖維增韌 ....................................................................... 9 原材料與配合比 ................................................................... 9 物理力學(xué)性能 .................................................................... 10 小結(jié) ........................................................................... 11 單一鋼纖維增韌 ...................................................................... 12 原材料與配合比 .................................................................. 12 物理力學(xué)性能 .................................................................... 13 小結(jié) ........................................................................... 14 復(fù)合纖維（ HFRP）增韌試驗研究 ......................................................... 15 試驗結(jié)果對比與分析 .................................................................. 16 復(fù)合纖維與單一纖維增韌效果 ...................................................... 16 增韌機(jī)理分析 .................................................................... 19 4 結(jié)論及展望 ..................................................................... 20 結(jié)論 ................................................................................ 20 今后工作展望 ........................................................................ 20 參考文獻(xiàn) ........................................................................ 20 致 謝 ........................................................................... 21 多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 1 1 緒論 纖維增強(qiáng)無機(jī)脆性材料的發(fā)展可以追溯到一千多年前。鑒于石棉網(wǎng)中所含有的微細(xì)纖維有害人體，從 80 年代開始，若干發(fā)達(dá)國家相繼限制了或者停止了石棉網(wǎng)纖維增強(qiáng)水泥的應(yīng)用，從而推廣了無石棉纖維增強(qiáng)水泥制品的研制和開發(fā)，無石棉纖維增強(qiáng)水泥制品的主要品種除了 玻璃纖維增強(qiáng)水泥（ GRC） 以外，還要木漿纖維增強(qiáng)水泥、木漿纖維增強(qiáng)硅酸鈣 以及聚乙烯醇纖維增強(qiáng)水泥等品種 [1]。 近年來，國內(nèi)外已開始纖維水泥漿體系的堵漏研究，利用纖維在縫隙和孔喉的搭接可有效阻擋水泥漿向地層的漏失。研究結(jié)果表明 ,隨著纖維產(chǎn)量的增加 ,水泥石的體積收縮率減少 ,最大相對體積收縮率下降了 %；纖維的加入可以有效地提高水泥石的界面膠結(jié)強(qiáng)度 ,且存在最佳摻量 [4]。 如上所述， HFRP 加固的成本較單一 CF 加固明顯降低。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 實驗原理 （ 1）單一 FRP 的特點 從查閱的相關(guān)資料來看，從材料上來講中外研究還停留在單一纖維材料加固的方法研究上。所以大幅度提高 HFRP 的韌性 ，以增強(qiáng)加固構(gòu)件的延性才是當(dāng)務(wù)之需。而加固抗彎構(gòu)件測得 CFRP 的平均斷裂應(yīng)變也僅 纖維種類 性能 鋼纖維 碳纖維 玻璃纖維 天然纖維 PVA 纖維 力 學(xué) 性 能 比強(qiáng)度 高 高 高 低 高 比模量 高 高 低 低 低 抗沖擊性能 高 差 優(yōu) 中等 中等 斷裂延伸率 中等 中等 高 差 高 帶缺口構(gòu)件的疲勞壽命 中等 中等 低 高 中等 與基體界面的抗剪性能 差 好 好 差 好 性能均勻性 中等 中等 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 理 化 性 能 密度 高 中等 高 低 低 熱膨脹系數(shù) 低 很低 高 低 高 熱穩(wěn)定性 中等 中等 高 高 高 介電性能 好 差 好 差 差 熱傳導(dǎo)性 高 高 低 低 差 阻尼性能 差 較好 好 差 較好 抗氧化性能 差 差 優(yōu) 差 高 抗溶劑性能 中等 高 高 差 中等 抗高濕度 差 差 可以 可以 高 多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 3 達(dá)到 1%左右。以玻璃纖維和碳纖維混雜為例 ： 玻纖與碳纖體積比為 2 的混雜纖維復(fù)合材料 （ HFRP） 的斷裂應(yīng)變比 CFRP 高 30%～ 50%。這種 HFRP 的性質(zhì)不是單一纖維復(fù)合材料的代數(shù)和。 在水泥中加入纖維材料，使水泥具有一定韌性是提高水泥石承受井下外力作用的較好方法。 ③ 以延伸率、強(qiáng)度、彈性模量、韌性和經(jīng)濟(jì)性為指標(biāo)，借鑒混 凝土建筑領(lǐng)域中 HFRP 的研究經(jīng)驗，考察不同纖維材料加量變化對水泥石增韌的效果，并對比 HFRP 與單一 CFRP 和單一 SFRP 增韌效果，通過實驗結(jié)果探討水泥石增韌途徑和水泥漿配方優(yōu)化技術(shù)路線。 2 水泥漿理化學(xué)性能 G 級油井水泥系是由美國西部太平洋沿岸的石油公司、水泥廠以及服務(wù)公司于 1962 年共同研制成功的 。 水泥漿常規(guī)性能測試 根據(jù) API SPEC10 配制常規(guī)密度水泥漿后， 分別在 50℃ ～ 90℃ 下測出 1d～ 5d 的 55 組抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，為以后的數(shù)據(jù)對比奠定基礎(chǔ)。 （ 2）密度測定 水泥漿單位體積的質(zhì)量稱為水泥漿的密度。 將配好的水泥漿倒入密度計漿杯內(nèi)，蓋上漿杯蓋，慢慢向下旋轉(zhuǎn)讓多余的水泥漿從杯蓋的溢流孔中流出，確保杯蓋外緣與漿杯上緣緊密接觸后，再用拇指堵住溢流孔，用水 清洗掉漿杯外的水泥漿，并擦干，然后進(jìn)行測量。 （ 3）流變性的測定 將待測定水泥漿倒入樣品杯后放置在儀器的樣品杯托架上。因為溫度升高之后，水泥漿的水化速率不一，導(dǎo)致水泥漿漿體流變性有所變化，所以其流性指數(shù)和稠度系數(shù)也存在一定的差異。該值與水泥 漿體積（ 250mL）之比，即為水泥漿 的析水率 （ %）。 抗折強(qiáng)度的計算公式如下： Rf=（ ） 式中： Rf抗折強(qiáng)度， MPa； Ff折斷時施加于棱柱體中部的載荷， N； L支撐圓柱之間的距離， mm； b 棱柱體正方形截面邊長， mm。造成這種現(xiàn)象的原因可能是因養(yǎng)護(hù)溫度的升高，使得水泥石早期強(qiáng)度發(fā)展很快，而后期強(qiáng)度開始下降。碳纖維的研發(fā)始于 20 世紀(jì) 50 年代中期，只要用于制作碳纖維增強(qiáng)樹脂（ carbon fibre reinforced plastic,CFRP） ,由于聚丙烯晴纖維所作原料制成的 PAN 基碳纖維（ PAN—based carbon fibre）的價格十分高，故 CFRP 的應(yīng)用十分局限 [11]。m～ 1750181。 ④ 表面活性劑 當(dāng)在拌和碳纖維水泥漿的時候，為了使得碳纖維分布更均勻，必須加入表面活性劑，如甲基纖維素、羧基纖維素等。由于實驗條件限制，本實驗采用的是恒速攪拌器來攪拌，攪拌后 CF 分散較為均勻。 圖 碳纖維 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 物理力學(xué)性能 （ 1） 碳纖維水泥拌和物的流動度 表 加入碳纖維后水泥漿的流動度 編號 流動度（㎝） 平均值（㎝） C01 C02 C03 C04 C05 C06 由表 可見，碳纖維加入水泥漿后與純的水泥漿的流動度 ㎝相比有所降低，其原因 是因為加入了 CF后在漿體中形成了纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它對周圍的漿體起到了一定穩(wěn)定的作用，降低了它的流動度。 表 CFRC 的抗折強(qiáng)度 編號 測得數(shù)據(jù) Ff（ kN） 1 2 3 Ff平均值 （ kN） 抗折強(qiáng)度 Rf （ MPa） 多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 11 C01 C02 C03 C04 C05 C06 （ 舍去 ） 表 CFRC 的抗壓強(qiáng)度 編號 測得數(shù)據(jù) Fc（ kN） 1 2 3 Fc平均值（ kN） 抗壓強(qiáng)度 Rc（ MPa） C01 C02