【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ～ 90℃ 呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。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。 （ 5）水泥石強(qiáng)度測(cè)定 制備好的水泥漿采用 1604040cm 三聯(lián)模軟聯(lián)成型，在恒溫水浴箱中養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，取出水泥石測(cè)試其抗折、抗壓強(qiáng)度。 抗折強(qiáng)度的計(jì)算公式如下： Rf=（ ） 式中： Rf抗折強(qiáng)度， MPa； Ff折斷時(shí)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(zhǎng)， mm。 然后將六個(gè)半截棱柱體分別放在壓力機(jī)中夾具上，以（ 2400+ 200） N/s 的速率均勻地加荷直至破壞。 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。并且在圖上可以看到抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間的關(guān)系，在 1d～ 3d 之間抗壓強(qiáng)度總體呈上升趨勢(shì)，到 4d 后出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，可以看出養(yǎng)護(hù) 4d 的抗壓強(qiáng)度最高。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。 圖 是 水泥石 1d～ 5d 抗折強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)溫度升高的變化情況，由圖可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)溫度的增加，水泥石的抗折強(qiáng)度沒有呈現(xiàn)明顯的規(guī)律變化，總體上在 80℃ 后有下降的 趨勢(shì)，抗折強(qiáng)度總體較高的是養(yǎng)護(hù) 3d 的水泥石，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是養(yǎng)護(hù)時(shí)間過長(zhǎng)，在隨后的幾天里使得水泥石的微小空隙之間出現(xiàn)了滲水現(xiàn)象，降低了它的抗折強(qiáng)度。 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。 單一碳纖維增韌 原材料與配合比 碳纖維是一種含碳量 90%以上的纖維狀無機(jī)碳化合物，具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量高、耐高溫 、耐腐蝕、抗疲勞、導(dǎo)電性能好與熱膨脹系數(shù)小等。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(jià)格十分高，故 CFRP 的應(yīng)用十分局限 [11]。在七十年代初期，發(fā)現(xiàn)參加體積率為 2%～ 4%的 PAN 基碳纖維可以大幅度的提高水泥基體的抗壓和抗折強(qiáng)度。但這種纖維太昂貴，難于用于世紀(jì)工程中推廣。 ① 碳纖維 如圖 所顯示本實(shí)驗(yàn)采用的是 平均長(zhǎng)度為 1200181。m～ 1750181。m 的碳纖維，按照其纖維的平均長(zhǎng)度，最佳的添加量為 %～ %范圍。 ② 水泥 水灰比（ W/C）為 。 ③ 外加劑 Landy906L（ 分散劑 ） 、 Landy806L（ 降失水劑 ） 和 Landy19L（ 消泡劑 ） 。 ④ 表面活性劑 當(dāng)在拌和碳纖維水泥漿的時(shí)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。由于表面活性劑容易使得拌和料中產(chǎn)生大量的氣泡，為此還必須加入適量的消 泡劑。 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。在此過程中，發(fā)現(xiàn) CF 難以分散均勻， 在制備碳纖維水泥漿時(shí)，由于纖維不容易均勻分散，且因?yàn)槔w維的脆性較大比較容易折斷，為此應(yīng)選擇專門的攪拌機(jī)，例如無葉片的柔性攪拌機(jī)，這種攪拌機(jī)的攪拌筒是用柔性較好的橡膠制成的，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與擺盤的作用下，攪拌筒可在各個(gè)方位不停的攪動(dòng)，并拋擲與沖擊物料， 使得其均勻拌和 [11]。由于實(shí)驗(yàn)條件限制，本實(shí)驗(yàn)采用的是恒速攪拌器來攪拌，攪拌后 CF 分散較為均勻。 實(shí)驗(yàn)過程中，加入碳纖維以及其它組分的多少，對(duì)水泥漿的性能有很大影響，為了了解碳纖維加量對(duì)水泥漿性能和水泥石性能的影響程度，實(shí)驗(yàn)時(shí)考察了不同碳纖維加量，并對(duì)比分析了其合理加量。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。 表 單一碳纖維配方 成分編號(hào) CF 甲基纖維素 Landy906L Landy806L 微硅 Landy19L C01 C02 C03 C04 C05 C06 % % % % % % % % / / % % % % % % % % % % % % % % / / 1% 2% 2% 1% % % % % % % 當(dāng)只能用普通砂漿機(jī)來制備碳纖維水泥漿，則必須同時(shí)加入礦物細(xì)摻料與表 面活性劑，在二者的協(xié)同作用下可以使得碳纖維分布得更均勻，水泥漿制好后進(jìn)行直接澆筑，進(jìn)行振搗使其更密實(shí) [12]。 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(dòng)度 表 加入碳纖維后水泥漿的流動(dòng)度 編號(hào) 流動(dòng)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(dòng)度 ㎝相比有所降低，其原因 是因?yàn)榧尤肓?CF后在漿體中形成了纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它對(duì)周圍的漿體起到了一定穩(wěn)定的作用，降低了它的流動(dòng)度。 （ 2）析水率的測(cè)定 表 加入碳纖維后水泥漿的析水率 編號(hào) 析水量（ mL） 析水率 （ %） C01 C02 C03 C04 C05 C06 % % % % % % 從表 和表 看出，水灰比為 的純水泥漿的析水率平均為 %，可見由于碳纖維的憎水性使得水泥漿中的水更多的被 析出 出來，從而 在實(shí)驗(yàn)中必須注意相關(guān)失水劑的加量，以免影響水泥基體的力學(xué)性能。 （ 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。 （ 4）抗折、抗壓強(qiáng)度 根據(jù)公式 和 來計(jì)算水泥石的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度 ，加入碳纖維的水泥石在恒溫水浴箱中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完畢在水泥石把持較濕潤(rùn)的狀態(tài)下測(cè)取水泥石的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。 表 CFRC 的抗折強(qiáng)度 編號(hào) 測(cè)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(hào) 測(cè)得數(shù)據(jù) Fc（ kN） 1 2 3 Fc平均值（ kN） 抗壓強(qiáng)度 Rc（ MPa） C01 C02 C03 C04 C05 C06 由圖 可以看出在 6 組配方中， C03 的抗折和抗壓強(qiáng)度均為最高，說明 CF 的加量為 3%時(shí)，水泥石的抗折和抗壓強(qiáng)度最高。 C02 和 C06 的抗折和抗壓強(qiáng)度較高。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 。 小結(jié) 采用單一碳纖維增韌水泥石時(shí)，因碳纖維的價(jià)格昂貴，并且其加入水泥漿后存在分散不均 勻的問題，且實(shí)驗(yàn)時(shí)也一直存在 CF 分布不均勻這一難題，因此考慮采用單一鋼纖維增韌水泥石。從室內(nèi)數(shù)據(jù)可以看出，碳纖維的加入使得水泥石抗折、抗壓強(qiáng)度均有所改變，其中抗折強(qiáng)度增加較為明顯，且水泥石的力學(xué)性能與 CF 加量的多少存在密切關(guān)系， CF 加入量為 3%左右的時(shí)候其力學(xué)性能較好。加入 CF 后的水泥漿的析水率變大了，其可能原因在于碳纖維吸附處理劑和分布不均且使得水泥漿處理劑未能完全均勻分散，對(duì)水泥漿的流動(dòng)性并無多大影響。 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)。鋼纖維的長(zhǎng)度為單根鋼纖維兩端間的直線距離，其長(zhǎng)度不可以太短，否則影響增強(qiáng)效果；也不可以過長(zhǎng)，否則在攪拌過程中容易結(jié)團(tuán)，難以在水泥漿中均勻分布 [13]。 （ 1）鋼纖維 本實(shí)驗(yàn)采用的是廢舊的輪胎所拆取的鋼纖維，其平均長(zhǎng)度為 ㎝～ ㎝之間，平均直徑為 ㎝左右。 （ 2）水泥 使用固井中常用的 G 級(jí)油井水泥， 其中 G 級(jí)水泥與所摻加的水的水灰比（ W/C） 為 。 （ 3）外加劑 Landy906L 型分散劑、 Landy8906L 型的降失水劑和 Landy906L 型消泡劑。 （ 4）礦物細(xì)摻料 由于鋼纖維（圖 ）比重較大，為了使得 SF 在水泥漿中不出現(xiàn)沉積現(xiàn)象需加入微硅粉提高水泥漿穩(wěn)定性，以有助于懸浮鋼纖維，并使其均勻分散。 通常情況下，按鋼纖維的體積率不得小于 %， 但是 也不可以太大， 因?yàn)?其中鋼纖維的體積率小到一定程度的時(shí)候?qū)⒉黄鹪鰪?qiáng)作用， 當(dāng)體積率太大時(shí)會(huì)破壞水泥石自身的性能。 對(duì)于不同品種、不同長(zhǎng)徑比的鋼纖維 ， 其最小體積率略有不 同，國(guó)內(nèi)一般以 %為最小體積 [14]。 表 單一鋼纖維中各組分加量 編號(hào) SF Lan