【正文】 以獲得一定的韌性?？梢?jiàn) HFRP 的析水率居于兩種單一纖維之間，相比純水泥漿相差不大。因?yàn)?SF 的加入使得它對(duì)在水泥漿中的 CF 可以起到一個(gè)保護(hù)的作用，相比于單一纖維的拔出或者脆性斷裂， HFRP 將具有更好的阻裂能力，所以其在增韌方面優(yōu)于單一纖維。其中由于器械的缺乏，有一定的機(jī)械誤差存在。 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比與分析 HFRP 的性能、工作機(jī)理和破壞過(guò)程比單一 FRP 復(fù)雜，與組分、界面、長(zhǎng)徑比、養(yǎng)護(hù)溫度及隨機(jī)缺陷等因素密切相關(guān)。 1） 流動(dòng)度 在加入 SF 和 CF 后用阿茲圓錐測(cè)得的流動(dòng)度平均在 18cm，可見(jiàn)在加入纖維后它的流動(dòng)度并沒(méi)有下降，這為在具體施工工作中的具體實(shí)行，奠定了基礎(chǔ)。 復(fù)合纖維（ HFRP）增韌試驗(yàn)研究 由上節(jié)論述可見(jiàn)，我們是以提 高纖維增韌效果為主要目標(biāo)，以 SF/CF 混雜作為研究的切入點(diǎn)。 （ 4）流動(dòng)度 由于鋼纖維自身的體積比較大，要在水泥漿中分布均勻，需要水泥漿有很好的懸浮功能，在測(cè)試其流動(dòng)度的時(shí)候發(fā)現(xiàn)與原水泥漿的 19 ㎝相比略有下降。它在受壓被破壞的時(shí)候，沒(méi)有明顯的碎塊或者崩落，仍然保持著整體性 [16]。鋼纖維水泥基的抗壓強(qiáng)度根據(jù)公式 來(lái)計(jì)算，在本實(shí)驗(yàn)中通常以 “S” 標(biāo)記，例如 S03。 由圖 可以看出鋼纖維體積率與分散系數(shù)之間的關(guān)系，在 %～ %之間呈直線上升，在 %之后隨著纖維量的增加分散系數(shù)下降。 表 單一鋼纖維中各組分加量 編號(hào) SF Landy906L Landy806L 微硅 Landy19L S01 S02 S03 S04 S05 S06 1% % 2% 3% 4% 5% % % % % % % % % % % % % 1% 2% 2% 2% 2% 3% % % % % % % 鋼纖維加入水泥漿后，要盡可能保持鋼纖維在水泥漿中分布的均勻性。 （ 3）外加劑 Landy906L 型分散劑、 Landy8906L 型的降失水劑和 Landy906L 型消泡劑。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 單一鋼纖維增韌 原材料與配合比 目前，以鋼纖維作為增強(qiáng)材料的應(yīng)用是最廣泛的，使 用數(shù)量也最多，它具有高彈性，高模量等特點(diǎn)。在圖中發(fā)現(xiàn)抗壓和抗折強(qiáng)度從 C01 到 C03 呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，綜合表 可知水泥石的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)隨 CF 加量的增加 而增加 。 （ 3）流變性的測(cè)定 在水泥漿中加入碳纖維后攪拌均勻，用 六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)得相應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)下的數(shù)據(jù)，再 根據(jù)流變性的計(jì)算公式 和 得出： 表 加入碳纖維后水泥漿的流變性 轉(zhuǎn)數(shù) Φ600 Φ300 Φ200 Φ100 Φ6 Φ3 讀值 n K 200 126 105 66 16 10 由表 可以看出加入 CF 后的水泥漿的流變性能與純水泥漿（見(jiàn)表 ）相比，其因?yàn)樘祭w維的加入流變性能有所降低 ，但降低幅度很小，原因是纖維在水泥漿中的加入會(huì)對(duì)水泥漿的流動(dòng)有一定阻礙作用，但碳纖維由于自身直徑和長(zhǎng)度均很小，所以影響不大。如表 中所示分別在 C01 和 C02 中加入甲基纖維素，而在 C03 和 C04中加入適量微硅，微硅的加入有助于增加碳纖維與水泥基體的界面粘結(jié)并提高纖維水泥硬化體的致密度。 首先將水灰比為 的水泥漿攪拌均勻，再加入 Landy906L 分散劑、 Landy806L 型的降失水劑和 Landy19L消泡劑，然后在常壓稠化儀中預(yù)制 20 分鐘，預(yù)制完畢后再加入 CF 和甲基纖維素將其攪拌均勻。 ② 水泥 水灰比（ W/C）為 。但這種纖維太昂貴，難于用于世紀(jì)工程中推廣。 多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 9 3 纖維增韌實(shí)驗(yàn)研究及增韌機(jī)理 為了增加水泥石的韌性，本文考察了單一纖維和復(fù)合纖維對(duì)水泥石增韌的效果，主要考察了碳纖維、鋼纖維以及碳纖維和鋼纖維復(fù)配后對(duì)水泥漿性能以及水泥石抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。 抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式如下： Rc=Fc/A （ ） 式中： Rc抗壓強(qiáng)度， MPa； Fc破壞時(shí)的最大載荷， N； A受壓部分面積 mm2 表 常規(guī)密度水泥石的力學(xué)性能 強(qiáng)度（ MPa） 50℃ 60℃ 70℃ 80℃ 90℃ 1d Rf Rc 2d Rf Rc 3d Rf Rc 4d Rf Rc 5d Rf Rc 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 由圖 可以看出，隨著 養(yǎng)護(hù)溫度的增加，抗壓強(qiáng)度呈遞增的趨勢(shì)，但養(yǎng)護(hù)溫度高于 80℃ 之后，水泥石養(yǎng)護(hù)3d、 4d 后期抗壓強(qiáng)度有所降低。原因是由于養(yǎng)護(hù)溫度不同，水泥漿中水泥的水化程度不一，隨養(yǎng)護(hù)溫度 的升高，水泥水化速率加快，致使水泥漿中的自由水含量減少，只是溫度不高時(shí)自有水含量的遞減趨勢(shì)不是很明顯。然后再在一夸脫的攪拌器中高速攪拌 35 秒，最后把水泥漿注入一個(gè)潔凈、干燥的 250 毫升刻度玻璃量筒中，并用塑料薄膜或類(lèi)似材料多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 7 密封玻璃量筒，以免水分蒸發(fā)。待讀值穩(wěn)定后讀取并記錄；如需要，按相同方法讀取并記錄 200， 100， 6， 3r/min 的讀值； 水泥漿的流變性能 ： n= ㏒ （ Φ300/Φ100） （ ） K= Φ300/ 511n （ ） n—流性指數(shù)，量綱一的量； （ 越接近于 1 越好 ） K—稠度系數(shù)， Pa 表 養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)水泥漿密度的影響 養(yǎng)護(hù)溫度 密度（ g/cm3） 平均值（ g/cm3） 50℃ 60℃ 70℃ 80℃ 90℃ 根據(jù) API SPEC10， G 級(jí)水泥漿應(yīng)按水灰比（ W/C）為 的密度為 ，這與我們所測(cè)得的密度平均值 。實(shí)驗(yàn)測(cè)定前首先對(duì)密度計(jì)用清水進(jìn)行校正：將漿杯中盛滿(mǎn)自來(lái)水，蓋好杯蓋，擦凈溢出水，放置在支架刀口上，移動(dòng)游碼至 處，秤臂應(yīng)成水平，氣泡應(yīng)居中央。將配到好的水泥漿充分?jǐn)嚩?20 秒鐘，迅速注入錐體內(nèi)，并迅速刮平，緊接著將錐體垂直方向迅速上提，待水泥漿在玻璃板上攤開(kāi)成圓餅狀后，測(cè)量攤餅垂直方向的直徑，取平均值作為水泥漿流動(dòng)度。 原材料和設(shè)備 （ 1）原材料選擇及水泥漿制備 （ 不合格 ） （ 不合格 ） 水泥漿制備 外加劑 不同組合的纖維 鋼纖維 碳纖維 纖維水泥漿 漿 泥漿性能測(cè)試 密度 失水量 流動(dòng)性 流變性 成 型 養(yǎng)護(hù) 水泥石性能測(cè)定 抗壓強(qiáng)度 抗折強(qiáng)度 抗彎強(qiáng)度 結(jié)論 收縮率 多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 5 表 實(shí)驗(yàn)主要原料 名稱(chēng) 來(lái)源（或級(jí)別） 水泥 嘉華 G 級(jí) 微硅 衛(wèi)輝油井用 分散劑 Landy906L 降失水劑 Landy806L 甲基纖維素 3000s 消泡劑 Landy19L SF CF 廢舊輪胎 四川固特 （ 2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備 表 主要實(shí)驗(yàn)儀器 儀器名稱(chēng) 型 號(hào) 生產(chǎn)廠家 組織搗碎機(jī) 恒速攪拌器 六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) 常壓稠化儀 數(shù)顯恒溫水浴鍋 電子天平 密度計(jì) 體式顯微鏡 電子液壓式壓力試驗(yàn)機(jī) 電動(dòng)抗折試驗(yàn) 機(jī) JJ2 OWC4060 ZNND6 OWC935OC1 HH8 T10 00 XTL500 NYL3000 型 DKZ5000 常州諾基儀器有限公司 沈陽(yáng)市石油儀器研究所 青島同春石油儀器有限公司 中國(guó) .沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院技術(shù)研究所金壇市杰瑞爾電器有限公司 美國(guó)雙杰兄弟（集團(tuán)）有限公司 南京江南永新光學(xué)有限公司 北京海智科技開(kāi)發(fā)中心 天津市科學(xué)器材公司 北京華安恒業(yè)科技有限公司 根據(jù) API SPEC10 配漿后，在 JJ2 型的組織搗碎機(jī)中攪拌 25 秒使其分散均勻，然后倒入常壓稠化儀進(jìn)行 高溫預(yù)制，預(yù)制 20 分鐘后取出的水泥漿用 1604040cm 三聯(lián)模軟聯(lián)成型，在數(shù)顯恒溫水浴鍋中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。 ② 纖維類(lèi)型與水泥漿外加劑的配伍性，使兩種纖維能夠在水泥漿中均勻分散，并使水泥石獲得良好的力學(xué)性能，能夠在油氣井固井作業(yè)中起到防漏失或增韌的功效。 （ 2）研究?jī)?nèi)容 ① 以 HFRP 科學(xué)為基礎(chǔ)，以提高其韌性為主要目的，通過(guò)廣泛的文獻(xiàn)調(diào)研，合理優(yōu)選 SF 和 CF。 HFRP 由不同的纖維混雜而成，其性能基本介于各種單一 FRP 之間。 混雜效應(yīng)是 HFRP 所特有的一種現(xiàn)象，它不僅保留了單一 FRP 的優(yōu)點(diǎn)，而且因不同纖維的混雜使之獲得優(yōu)異的綜合性能。 （ 2） HFRP 的增韌機(jī)理 纖維水泥，在建筑行業(yè)已有 40 多年的歷史，最早使用的纖維水泥是鋼筋混凝土，隨著金屬加工技術(shù)的提高及有機(jī)纖維和無(wú)機(jī)纖維加工技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不同成份、不同直徑和不同長(zhǎng)度的纖維混凝土和水泥石?？梢?jiàn)纖維束斷裂是一個(gè)陸續(xù)發(fā)生、各個(gè)擊破的過(guò)程。表 列出了 碳 纖維詳細(xì)拉伸力學(xué)性能。 另外目前研究應(yīng)用表明 單一纖維復(fù)合材料（ FRP） 即加固中存在著加固效率低，資源嚴(yán)重浪費(fèi)的情況，我們以提高加固效率為目的，在材料上提出 HFRP 以及在施工工藝上的改變，能有效提高加固效率，減少浪費(fèi)。 研究的目的與意義 在 已有 的 FRP 加固技術(shù)研究和 混雜纖維復(fù)合材料（ HFRP） 的研究為基礎(chǔ)，以提高加固效率為目的，提出以鋼纖維（ SF） 和 碳纖維（ CF） 混雜增韌的設(shè)想，提高水泥漿的韌性，又能顯著降低成本，能夠在油氣固井防漏失方面大規(guī)模使用。 隨著鉆井地質(zhì)條件的日趨復(fù)雜 ,鉆井新技術(shù)不斷發(fā)展 ,對(duì)固井技術(shù)的要求日益提高 ,同時(shí)固井質(zhì)量問(wèn)題也越來(lái)越突出 [3]。 20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)纖維增強(qiáng)水泥及復(fù)合材料也在油氣井固井工作中取得了廣泛的應(yīng)用，對(duì)改善工作質(zhì)量和提高長(zhǎng)久耐久性發(fā)揮了很好的作用，在水泥漿體系中加入纖維材料，其主要目的在于提高水泥石的強(qiáng)度和韌性。 研究背景及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 50 年代后期至 60 年代初，前蘇聯(lián)皮留科維奇探索用無(wú)堿玻璃纖維增強(qiáng)石膏礬土水泥砂漿，但因?yàn)椴ＡЮw維受到水泥水化物的侵蝕最終失去增強(qiáng)效果而未能獲得成功。首先進(jìn)行了單一纖維對(duì)水泥石的增韌效果的研究，然后是混雜纖維對(duì)水泥石的增韌，最后從力學(xué)性能等方面進(jìn)行了對(duì)比和分析，判斷兩者的優(yōu)劣性，并嘗試給出幾個(gè)增韌 效果好的配合比。 在綜合分析 HFRP 材料的工作機(jī)理和性能的基礎(chǔ)上，決定以用碳纖維（ CF）和國(guó)產(chǎn)普通鋼纖維 (SF)混雜配制適于水泥石增韌的 HFRP 作為第一段研究任務(wù)。例如，古埃及人用摻有稻草的粘土制作日光下自然干燥的磚塊，他們由生活實(shí)踐中探索發(fā)現(xiàn)，纖維加入無(wú)機(jī)膠結(jié)構(gòu)中有助于降低其脆性并減少開(kāi)裂。 70 年代后期中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院研制成了含氧化鋯與氧化鈦的抗堿玻璃纖維以及低堿度的硫鋁酸鹽水泥，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了 “雙保險(xiǎn) ”GRC 路線，使得 GRC 的長(zhǎng)期耐久性得到明顯的提高 [2]。但長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于纖維水泥漿體系的研究仍集中在纖維的選材、纖維的長(zhǎng)短兩個(gè)方面，往往忽略了纖維材料與水泥基質(zhì)的膠結(jié)這一問(wèn)題，如果纖維只是雜亂無(wú)章地分布在水泥基質(zhì)內(nèi)，這對(duì)纖維水泥漿的防漏堵漏有較好的效果，對(duì)凝固后水泥石抗折強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度都有一定的提高，但當(dāng)水泥石在拉斷時(shí)，纖維部分在水泥石基體內(nèi)被拉出，只有較少量是被拉斷，纖維在水泥基體內(nèi)的作用沒(méi)有被充分發(fā)揮出來(lái)，只有在纖 維與水泥基體有效膠結(jié)，充分粘合在一起才能充分體現(xiàn)纖維對(duì)水泥石的力學(xué)改性作用。目前在中外的研究還是注重于碳纖維的開(kāi)發(fā)， 本實(shí)驗(yàn)中采取的 SF 和 CF 混雜增韌還是一個(gè)較新的領(lǐng)域，需要更多的努力去完善它。而且目前我國(guó) CF 的大規(guī)模開(kāi)發(fā)應(yīng)