【正文】 在此向你們表示我最誠(chéng)摯的感謝 ! 感謝我的母校西南石油大學(xué) ! 感謝家人多年對(duì)我的支持和關(guān)愛(ài) ! 。特別是程老師一直在我實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中幫助我，讓我在面對(duì)很多難題的時(shí)候，能夠明確自己的方向。現(xiàn)在完成論文之時(shí)，回想四年走過(guò)的路，值得慶幸的是自己一直保持著對(duì)生活和理想的那份執(zhí)著和不懈的努力，讓自己現(xiàn)在可以說(shuō)句 ： 青春無(wú)悔 ! 在此首先深深感謝導(dǎo)師郭小陽(yáng)教授對(duì)我學(xué)業(yè)上教導(dǎo)和生活上的關(guān)懷 !在老師的精心指導(dǎo)下，本論文才得以順利提前完成。 參考文獻(xiàn) [1] 沈榮熹，崔玉忠 .纖維增強(qiáng)水泥 [M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020. [2 ] 材料科學(xué)與工程無(wú)機(jī)非金屬教研室編著．油氣井水泥 [S]．四川：西南石油大學(xué)． 2020． [3] 沈榮熹，崔琪，李清海．新型纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料 [M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社， 2020. [4] 張謄 .現(xiàn)代土木工程的新發(fā)展 [M].南京 ： 東南大學(xué)出版社， 1998： 88～ 96. [5] 岳清瑞 .我國(guó)碳纖維增強(qiáng)塑料 （ CF） 加固修復(fù)土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)研究應(yīng)用形狀與展望 [A].全國(guó)建筑物鑒定與加固 第五屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集 [C].化學(xué)工業(yè)出版社 .2020： 80～ 91. [6] 易城 ,謝和平 ,孫華飛 . 鋼纖維混凝土疲勞斷裂性能與工程應(yīng)用 [M].北京：科學(xué)出版社， 2020. [7] PerryB. Reinforced External Pavements with Both Large And Small Synthetic Fiber[J],concrete.,2020,(9)： 46. [8] 黃承逵 . 纖維混凝土結(jié)構(gòu) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. [9] 張大興，張佐光 .CF/GF、 CF/KF 混雜纖維復(fù)合材料混雜效應(yīng)實(shí)驗(yàn)與分析 [N].新型碳材料 ,1997,(9)： 46～ 51. [10] 宋煥成，張佐光 .混雜纖維復(fù)合材料 [M].北京航空航天大學(xué)出版社， 1989. [11] 李早元 ,郭小陽(yáng)等 .提高油井水泥環(huán)力學(xué)形變能力的途徑及其作用機(jī)理研究 [J].石油鉆探技術(shù) ,2020,32（ 3）： 44～46. [12] N. Moroni, and F. Vallorani, et al. Achieving LongTerm Isolation for Thin Gas Zones in the Adriatic Sea Region, SPE 92913, April 2020. [13] S. Myers and N. El Shaari, et al. A New Method to Evaluate Cement Systems Design Requirements for Cyclic Steam Wells. SPE 93909. April 2020. [14] 鐘啟剛等 .提高水泥環(huán)韌性的實(shí)驗(yàn)研究 [M].地震工程與工程震動(dòng) ,1997,4： 123～ 129. [15] K. Ravi and M. Bosma, et al. Safe and Economic Gas Wells through Cement Design for Life of the Well. SPE 75700, 多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 21 May 2020. [16] 趙彤，謝劍，戴自強(qiáng) .碳纖維布提高鋼筋混凝土受剪承載力試驗(yàn)研究 [J].建筑結(jié)構(gòu)， 2020， 30（ 7） :21～ 25. [17] 張?jiān)孪?，薛元德?FRP 約束混凝土的基本力學(xué)性能 [J].玻璃鋼、復(fù)合材料， 1999， （ 6） :21～ 27. [18] 趙彤，謝劍，戴自強(qiáng)，碳纖維布約束混凝土應(yīng)力一應(yīng)變 全曲線(xiàn)的試驗(yàn)研究 [C].建筑結(jié)構(gòu)， 2020 年，第 7 期，40～ 43. [19] 楊勇新，岳清瑞，胡云昌 .碳纖維布與混凝土粘結(jié)性能的實(shí)驗(yàn)研究 [J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) ， 2020, (3):36～ 44. [20]陳大鈞 ,廖剛 .四川深井塑性水泥體系研究與應(yīng)用 [J].天然氣工業(yè) ,2020,（ 3）： 36～ 38. [21]李早元 ,郭小陽(yáng) ,楊遠(yuǎn)光 .提高油井水泥石力學(xué)形變能力的途徑及其作用機(jī)理研究 [J].石油鉆探技術(shù) ,2020,32（ 3）：44～ 46. 致 謝 經(jīng)過(guò)一個(gè)多月多的努力，終于順利完成課題研究和論文的撰寫(xiě)。 （ 3） 結(jié)合我國(guó)油氣固井方面的特定需求，應(yīng)研制合適的纖維相互混雜以達(dá)到固井的要求，以進(jìn)一步提高混雜優(yōu)勢(shì)。今后對(duì)于 HFRP 在水泥石的應(yīng)用研究主要研究方法仍是針對(duì)一特定體系進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究和理論處理，得出設(shè)計(jì)與控制特定應(yīng)用范圍內(nèi)的混雜復(fù)合材料性能的定量方法。從 HFRP 的配方來(lái)看， SF 的加量在 3%比較合適， CF 的加量在 2%～ 3%可以達(dá)到好的增韌效果 ， 確定了 CS07 和 CS08 適于油氣固井作業(yè)增韌 。 結(jié)論 通過(guò)前段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究、理論分析以及工程實(shí)踐，我們達(dá)到了一定的目標(biāo)，并取得了階段性的成果。 另外，纖維材料在油井水泥中應(yīng)用最大的缺點(diǎn)就是混拌及泵送問(wèn)題，若要充分發(fā)揮纖維材料在油井水泥石中的拉筋及搭橋作用就必須保證纖維材料適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)徑比，纖維材料長(zhǎng)度過(guò)短難以達(dá)到增韌目的，必須要求 HFRP 的流動(dòng)性要好，如果長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng) 又 難以混和均勻，下灰時(shí)易堵死出灰口，攪拌時(shí)難以攪拌均勻，泵送也較為困難；因此，纖維增韌劑材料開(kāi)發(fā) 及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用應(yīng)保證油井水泥的混拌及泵送問(wèn)題，否則難以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)推廣應(yīng)用 [22]。 纖維材料之所以能使得強(qiáng)度、韌性提高，其主要原因是纖維有效地阻滯了基體裂紋擴(kuò)展。在水泥漿中加入一定比例的長(zhǎng)短纖維，可利用纖維對(duì)負(fù)荷的傳遞，減小水泥石內(nèi)部缺陷的應(yīng)力 集中，增加水泥石的彈性和抗沖擊能力 [20， 21]。 增韌機(jī)理分析 水泥石是構(gòu)成井下水泥環(huán)的主要材料，屬于有先天微觀缺陷的脆性材料，并存在固有的弱點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度低（ 為抗壓強(qiáng)度的 1/7～ 1/12） ；抗破裂性能差 （ 極限延伸率為 0. 02%～ %） ；抗沖擊強(qiáng)度低 （ 斷裂功為 20～ 80J/m2）[19]。由它們的配合比來(lái)看， SF 的加量在 3%比較合適， CF 的加量在 2%～ 3%可以達(dá)到好的增韌效果。可見(jiàn)加入的纖維有使得水泥石的韌性增加，并且遭受外力破壞時(shí)不會(huì)出現(xiàn)崩落等現(xiàn)象，保持了結(jié)構(gòu)的完整性。 （ 4） 破壞形式 從圖 可以看出分別加入鋼纖維和碳纖維的水泥石在測(cè)取抗壓強(qiáng)度后它的破壞形式，可以觀察到加入 CF后水泥石的斷面很齊整，沒(méi)有出現(xiàn)斷面分層現(xiàn)象；加入鋼纖維的水泥石的斷面可以看到斷口處還有少量鋼纖維被拔出，整個(gè)基體仍然處于連接狀態(tài)。 （ a）脆性破壞 b)脆性和纖維拔出 (c)不規(guī)則破壞 圖 SF在水泥石中的分布 圖 (a)脆性破壞 (b)脆性和纖維拔出 (c)不規(guī)則破壞 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 18 圖 是在體式顯微鏡下碳纖維在水泥石中的分布情況，可以看出單一的碳纖維在水泥石中分布得比較均勻，在測(cè)取抗折強(qiáng)度后水泥石的斷面圖上用肉眼都可看見(jiàn)有 CF 的分布。這種阻裂作用既存在于水泥基體的 未硬化的塑性階段，也存 在于水泥基體的硬化階段。在荷載的作用下，即使水泥基體發(fā)生開(kāi)裂，纖維可以橫跨裂縫承受拉應(yīng)力，并使得水泥基體具有一定的延性（一般稱(chēng)為 “假延性 ”），這也意味著水泥石可以獲得一定的韌性。如果加入的纖維分散不均勻，將使得水泥石中缺少纖維處 或結(jié)團(tuán)處，不僅起不到增韌作用，還會(huì)引起局部強(qiáng)度減弱，因此，我們要保證纖維在水泥漿中分散均勻 [18]?？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?？梢?jiàn)在加入 SF 和 CF 后，由于各種外加劑的添加，使得它的流動(dòng) 度很 好，這為它在實(shí)際工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。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。在縱向拉伸下， FRP 發(fā)生的破壞模式有如下三種 ： 多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 17 ① 脆性破壞：拉伸時(shí)在最薄弱點(diǎn)的維 （ 受力較大或有缺陷的纖維 ） 開(kāi)始斷裂，如果在纖維與基體粘結(jié)很強(qiáng)且基體性脆的情況下，則斷裂立即傳到鄰近纖維及整個(gè)截面，呈脆性斷裂 （ 圖 ） ； ② 脆性和纖維拔出：在一般情況下破壞端頭應(yīng)變發(fā)生變化，由于纖維基體傳遞剪應(yīng)力，應(yīng)力重新分布導(dǎo)致相鄰纖維應(yīng)力增大；斷裂纖維本身除附近失效的一圖定長(zhǎng)度外，纖維仍能承載，隨著荷載增大，斷裂纖維相繼增多，當(dāng)界面具有中等粘結(jié)強(qiáng)度 時(shí)，界面微損傷擴(kuò)展，能量耗散，界面逐漸被破壞，有纖維拔出 （ 圖 ） ； ③ 不規(guī)則破壞：如果界面粘結(jié)強(qiáng)度低，能量耗散在界面上，形成分層，基體剪切破壞，造成纖維斷裂在不同位置的不規(guī)則破壞 （ 圖） 。其中由于器械的缺乏，有一定的機(jī)械誤差存在。目前對(duì)于HFRP 在混凝土結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域上的應(yīng)用研究主要研究方法應(yīng)是針對(duì)一特定體系進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，模型設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究和理論處理，得出設(shè)計(jì)與控制特定應(yīng)用范圍內(nèi)的混雜復(fù)合材料性能的定量方法。 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)。 3） 抗折強(qiáng)度 表 HFRP 的抗折強(qiáng)度 編號(hào) 測(cè)得數(shù)據(jù)（ kN） 1 2 3 Rf平均值 （ kN） 抗折強(qiáng)度 Rf （ MPa） 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 16 CS01 CS02 CS03 CS04 CS05 CS06 CS07 CS08 CS09 CS10 如表 所示在測(cè)試抗折性能的時(shí)候， CS0 CS07 和 CS10 的抗折強(qiáng)度較高，造成這種現(xiàn)象的原因是由于它們配合比（表 ）的不同所導(dǎo)致 .主要是由于 SF 和 CF 加量的不同，在它們之間所產(chǎn)生的混雜效應(yīng)也不同。 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)。然后在得到數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和對(duì)比，評(píng)析各種配比下性能的差異，如表 所表示的是不同編號(hào)下， SF、 CF 和各種外加劑的加量。 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)。由以上的數(shù)據(jù)和圖表可以看出加入鋼纖維后其對(duì)抗折和抗壓均有所提高，其中在抗壓強(qiáng)度方面效果比較明顯。 （ 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。在抗折和抗壓性能測(cè)試的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)崩裂，維持了整個(gè)水泥石基體的完整性。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]。加入鋼纖維后進(jìn)行的抗折實(shí)驗(yàn)中的斷裂時(shí)屬于拔出斷裂，想要使水泥基體斷裂便需要更大的力，因此增強(qiáng)了水泥石基體的力學(xué)性能。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