【正文】 dy906L 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。而影響纖維分散的均 勻性的因素有很多，主要影響因素有：鋼纖維的體積率、長徑比和品種、水灰比、攪拌和振搗方式。鋼纖維在拌和后進(jìn)行振動的 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 時候，會使得鋼纖維下沉，為了使鋼纖維更均勻的分布必須縮短振動的時間 [16]。為了使鋼纖維分布均勻，應(yīng)該先將鋼纖維與水泥漿干混然后再攪拌器進(jìn)行混合。 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。主要是因為它的養(yǎng)護(hù)與普通的純水泥漿的養(yǎng)護(hù)相同，用 1604040cm 三聯(lián)模軟聯(lián)成型后在恒溫水浴箱里面養(yǎng)護(hù)。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)性能也會發(fā)生改變。 物理力學(xué)性能 （ 1）抗折強度 本實驗使用 DKZ5000 型電動抗折試驗機來測試抗折強度，其斷裂模式為拔出斷裂。鋼纖維水泥基的抗壓強度根據(jù)公式 來計算，在本實驗中通常以 “S” 標(biāo)記，例如 S03。 表 加入 SF 后的抗折強度 編號 測得數(shù)據(jù)（ kN） 1 2 3 Rf平均值 （ kN） 抗折強度 Rf （ MPa） S01 S02 S03 S04 S05 S06 7 7 由表 和圖 不難看出水泥石的力學(xué)性能與 SF 的加量有一定關(guān)系，加得太少或者太多都會對水泥石的抗折強度均有一定影響，其中在加量為 2%～ 4%時抗折強度比較高。加入鋼纖維后進(jìn)行的抗折實驗中的斷裂時屬于拔出斷裂，想要使水泥基體斷裂便需要更大的力，因此增強了水泥石基體的力學(xué)性能。 （ 2）抗壓強度 表 加入 SF 后的抗壓強度 編號 測得數(shù)據(jù)（ kN） 1 2 3 Fc平均值（ kN） 抗壓強度 Rc（ MPa） S01 S02 圖 鋼纖維體積率與分散系數(shù)的關(guān)系 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 S03 S04 S05 S06 從大量鋼纖維增韌的資料來看，鋼纖維對提高抗壓強度不是很明顯，但受壓韌性卻大幅度提高。它在受壓被破壞的時候，沒有明顯的碎塊或者崩落，仍然保持著整體性 [16]。 由圖 可以看出隨著加量百分比的增加抗壓強度呈現(xiàn)上升的趨勢，是因為加入鋼纖維后，它對整個水泥石基體起到了一個支撐的作用。在抗折和抗壓性能測試的時候不會出現(xiàn)崩裂，維持了整個水泥石基體的完整性。 （ 3）析水率 表 加入鋼纖維后水泥漿的析水率 編號 析水量（ mL） 析水率 （ %） S01 S02 S03 S04 S05 S06 3 2 3 3 % % % % % % 從表 可以看出，加入鋼纖維后水泥漿的平均的析水率為 %，而未加鋼纖維之前水泥漿的析水率一般為 %，由此可見加入鋼纖維后其對水泥漿的析水并無大的影響，即不影響水泥漿穩(wěn)定性。 （ 4）流動度 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，在測試其流動度的時候發(fā)現(xiàn)與原水泥漿的 19 ㎝相比略有下降。 小結(jié) 國內(nèi)外的實驗研究發(fā) 現(xiàn)，在水泥漿中加入鋼纖維，可以使得水泥石基體獲得很好的增強、增韌和阻裂的作用，可顯著的改善其脆性的性質(zhì)。由以上的數(shù)據(jù)和圖表可以看出加入鋼纖維后其對抗折和抗壓均有所提高，其中在抗壓強度方面效果比較明顯。 目前在國內(nèi)鋼纖維還是多用于建筑方面，在油氣固井方面的應(yīng)用還很欠缺，主要是考慮到鋼纖維的分布均勻，以及它自身的特性的問題，但是鋼纖維在我國生產(chǎn)量比較大，造價相對來說比較低廉，這便需要我們需求可以與多元纖維復(fù)和增韌水泥漿的制備及性能研究 15 其相配合的纖維搭配，起到好的增韌效果。 復(fù)合纖維（ HFRP）增韌試驗研究 由上節(jié)論述可見，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。為確定適于水泥基體結(jié)構(gòu)加固使用的 HFRP，首先選擇適當(dāng)?shù)?SF 和 CF，測取 HFRP 的流動度、析水率、及其抗折和抗壓強度，了解在各種配合比下相應(yīng)的力學(xué)性能的改變。然后在得到數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和對比，評析各種配比下性能的差異，如表 所表示的是不同編號下， SF、 CF 和各種外加劑的加量。 表 HFRP 的配合比 編號 SF CF Landy906L Landy806L 微硅 甲基纖維素 Landy19L CS01 CS02 CS03 CS04 CS05 CS06 CS07 CS08 CS09 CS10 1% 1% 1% 1% 2% 2% 3% 3% 4% 4% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 1% 1% 1% 1% 2% 2% 2% 1% 2% 2% % % % % % % / / / / % % % % % % % % % % 如表 中所示，考慮到加入甲基纖維素會使得水泥漿中氣泡過，嘗試在 CS07～ CS10 組 不加入甲基纖維素，改用天然的微硅粉來調(diào)節(jié)纖維的分散問題，并對比兩者的不同。 1） 流動度 在加入 SF 和 CF 后用阿茲圓錐測得的流動度平均在 18cm，可見在加入纖維后它的流動度并沒有下降，這為在具體施工工作中的具體實行，奠定了基礎(chǔ)。 2） 析水率 表 HFRP 的析水率 編號 析水量（ mL） 析水率 （ %） CS01 CS02 CS03 CS04 CS05 CS06 CS07 CS08 CS09 CS10 3 3 3 3 3 3 3 % % % % % % % % % % 它的析水率平均在 %與純的水泥漿的析水率的 %十分相近，由于混雜纖維的加入使得纖維的分布的均勻性，以及和易性對析水率也有一定的影響，纖維分布 得愈好，則其析 水率愈低。 3） 抗折強度 表 HFRP 的抗折強度 編號 測得數(shù)據(jù)（ kN） 1 2 3 Rf平均值 （ kN） 抗折強度 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 所示在測試抗折性能的時候， CS0 CS07 和 CS10 的抗折強度較高，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。 4） 抗壓強度 表 HFRP 的抗壓強度 編號 測得數(shù)據(jù)（ kN） 1 2 3 Fc平均值（ kN） 抗壓強度 Rc （ MPa） CS01 CS02 CS03 CS04 CS05 CS06 CS07 CS08 CS09 CS10 從表 可以看出， CS0 CS08 和 CS10 的抗壓強度比較高，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的根本在于 SF 和 CF 加量的多少，與表 的原因相同，由此我們可以發(fā)現(xiàn) CS07 和 CS10 兩個配方的綜合性能比較好。 試驗結(jié)果對比與分析 HFRP 的性能、工作機理和破壞過程比單一 FRP 復(fù)雜，與組分、界面、長徑比、養(yǎng)護(hù)溫度及隨機缺陷等因素密切相關(guān)。由于問題的復(fù) 雜性，迄今尚無普遍意義的實用的 HFRP 力學(xué)模型和相應(yīng)的混雜效應(yīng)理論 [19]。目前對于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)是針對一特定體系進(jìn)行概念設(shè)計，模型設(shè)計、實驗研究和理論處理，得出設(shè)計與控制特定應(yīng)用范圍內(nèi)的混雜復(fù)合材料性能的定量方法。 在本實驗中，由于實驗條件與實驗時間的限制我采用的是對它的抗折強度和抗壓強度，以及析水率和流動度的大校變化來對其力學(xué)性能的好壞進(jìn)行判斷。其中由于器械的缺乏，有一定的機械誤差存在。 復(fù)合纖維與單一纖維增韌效果 根據(jù)復(fù)合材料領(lǐng)域的研究結(jié)可知 ，當(dāng)纖維體積含量 11%時的情況下， FRP 的縱向拉伸性能取決于纖維強度。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：拉伸時在最薄弱點的維 （ 受力較大或有缺陷的纖維 ） 開始斷裂，如果在纖維與基體粘結(jié)很強且基體性脆的情況下，則斷裂立即傳到鄰近纖維及整個截面，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)強度 時，界面微損傷擴展，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） 。 試驗中觀察 FRP 的破壞形式，單一 CFRP的破壞主要為第二種脆性和纖維拉出破壞，而HFRP 的破壞還伴隨著分層破壞。因為 SF 的加入使得它對在水泥漿中的 CF 可以起到一個保護(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。 （ 1） 流動度 加入兩種纖維后的 HFRP 后其流 動度平均在 18 ㎝，這與單一纖維和純水泥漿的流動度相差不大?？梢娫诩尤?SF 和 CF 后，由于各種外加劑的添加，使得它的流動 度很 好，這為它在實際工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 （ 2） 析水率 由表 看出 HFRP 的析水率為 %，預(yù)制的純水泥漿的流動度 %，以及單一 CF 為 %、單一 SF析水率為 %?？梢?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。 （ 3） 纖維在水泥漿中的分散 在水泥漿中加入的纖維應(yīng)該分散均勻，才能對水泥石起到增韌作用。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)團處，不僅起不到增韌作用，還會引起局部強度減弱，因此，我們要保證纖維在水泥漿中分散均勻 [18]。 圖 顯示的是 SF 加量為 2%的時候它在水泥石中的分布情況，由圖可以看出鋼纖維加入后在水泥漿中的分散比較均勻，在進(jìn)行抗折實驗后的斷面均呈現(xiàn)出纖維拔出斷裂。在荷載的作用下，即使水泥基體發(fā)生開