【正文】 “S” 標(biāo)記，例如 S03。并且由于養(yǎng) 護(hù)溫度的不同，鋼纖維增韌的水泥基體的力學(xué)學(xué)性能也會(huì)發(fā)生改變。 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。鋼纖維在拌和后進(jìn)行振動(dòng)的 圖 鋼纖維 多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 13 時(shí)候，會(huì)使得鋼纖維下沉，為了使鋼纖維更均勻的分布必須縮短振動(dòng)的時(shí)間 [16]。 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。 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。 （ 3）外加劑 Landy906L 型分散劑、 Landy8906L 型的降失水劑和 Landy906L 型消泡劑。 （ 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。 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)。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。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 。 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(shuō)明 CF 的加量為 3%時(shí)，水泥石的抗折和抗壓強(qiáng)度最高。 （ 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。 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(jiàn)，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。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。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(lái)攪拌，攪拌后 CF 分散較為均勻。 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。 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。 ② 水泥 水灰比（ W/C）為 。m～ 1750181。但這種纖維太昂貴，難于用于世紀(jì)工程中推廣。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(shù)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]。 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。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(kāi)始下降。 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。 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。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。該值與水泥 漿體積（ 250mL）之比，即為水泥漿 的析水率 （ %）。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)。因?yàn)闇囟壬咧?，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。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 （ 3）流變性的測(cè)定 將待測(cè)定水泥漿倒入樣品杯后放置在儀器的樣品杯托架上。 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 。 將配好的水泥漿倒入密度計(jì)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(cè)量。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。 （ 2）密度測(cè)定 水泥漿單位體積的質(zhì)量稱為水泥漿的密度。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。 水泥漿常規(guī)性能測(cè)試 根據(jù) API SPEC10 配制常規(guī)密度水泥漿后， 分別在 50℃ ～ 90℃ 下測(cè)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(duì)比奠定基礎(chǔ)。 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 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 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