【正文】 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 水泥漿理化學(xué)性能 G 級(jí)油井水泥系是由美國(guó)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 。 ② 纖維類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。 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(yàn)，考察不同纖維材料加量變化對(duì)水泥石增韌的效果，并對(duì)比 HFRP 與單一 CFRP 和單一 SFRP 增韌效果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)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）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。 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。 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。這種 HFRP 的性質(zhì)不是單一纖維復(fù)合材料的代數(shù)和。 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。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%。 （ 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。而加固抗彎構(gòu)件測(cè)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?？梢娎w維束斷裂是一個(gè)陸續(xù)發(fā)生、各個(gè)擊破的過(guò)程。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。表 列出了 碳 纖維詳細(xì)拉伸力學(xué)性能。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 實(shí)驗(yàn)原理 （ 1）單一 FRP 的特點(diǎn) 從查閱的相關(guān)資料來(lái)看，從材料上來(lái)講中外研究還停留在單一纖維材料加固的方法研究上。 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)。 如上所述， HFRP 加固的成本較單一 CF 加固明顯降低。 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。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(duì)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]。 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]。 近年來(lái)，國(guó)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。 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。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(guó)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(wú)石棉纖維增強(qiáng)水泥制品的研制和開發(fā)，無(wú)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]。 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。 目 錄 .......................................................................... II 1 緒論 ........................................................................... 1 研究背景及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................................. 1 研究的目的與意義 ..................................................................... 1 實(shí)驗(yàn)原理 ............................................................................. 2 實(shí)驗(yàn)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(cè)試 ................................................................... 5 3 纖維增韌實(shí)驗(yàn)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(yàn)研究 ......................................................... 15 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)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(wú)機(jī)脆性材料的發(fā)展可以追溯到一千多年前。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。 摘要 針對(duì)現(xiàn)今單一纖維復(fù)合材料 (FRP)對(duì)水泥石的增韌效果不夠好的問(wèn)題，本文嘗試混雜纖維復(fù)合材料 (HFRP)對(duì)水泥石增韌的研究。 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)。 文中分別就纖維水泥石的各項(xiàng)性能進(jìn)行了具體的試驗(yàn)分析，對(duì)比了素水泥基體、單一纖水泥基體以及復(fù)合纖維之間的性能差異，體現(xiàn)了復(fù)合纖維水泥石性能上的優(yōu)越性，并從纖維的增強(qiáng)機(jī)理方面進(jìn)行了理論分析，得出了以下試驗(yàn)結(jié)論：纖維水泥在固井中的可行性；纖維水泥石的性能要明顯優(yōu)于素水泥石 ，其中碳纖維的加量在 3%左右使對(duì)水泥石的增韌效果較好，鋼纖維的加量在2%～ 4%的時(shí)候抗折強(qiáng)度較高，并且在一定范圍內(nèi)水泥石的抗壓強(qiáng)度隨著鋼纖維的加量的增加而遞增 ；纖維的混雜效應(yīng)起到了很好的作用，復(fù)合纖維水泥石的性能要優(yōu)于單一纖維水 泥石 ，其中CS07和 CS08配方綜合性能最好， 主要表現(xiàn)在 抗折和抗壓強(qiáng)度較高 并維持了整個(gè)水泥石的完整 II 目 錄 摘要 ............................................................................ I ABSTRACT ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。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裂