多元纤维复和增韧水泥浆的制备及性能研究参考.docVIP

摘要 针对现今单一纤维复合材料(FRP)对水泥石的增韧效果不够好的问题，本文尝试混杂纤维复合材料(HFRP)对水泥石增韧的研究。 在综合分析HFRP材料的工作机理和性能的基础上，决定以用碳纤维（CF）和国产普通钢纤维(SF)混杂配制适于水泥石增韧的HFRP作为第一段研究任务。首先进行了单一纤维对水泥石的增韧效果的研究，然后是混杂纤维对水泥石的增韧，最后从力学性能等方面进行了对比和分析，判断两者的优劣性，并尝试给出几个增韧效果好的配合比。 文中分别就纤维水泥石的各项性能进行了具体的试验分析，对比了素水泥基体、单一纤水泥基体以及复合纤维之间的性能差异，体现了复合纤维水泥石性能上的优越性，并从纤维的增强机理方面进行了理论分析，得出了以下试验结论：纤维水泥在固井中的可行性；纤维水泥石的性能要明显优于素水泥石；纤维的混杂效应起到了很好的作用，复合纤维水泥石的性能要优于单一纤维水泥石目 录I Abstract 错误！未定义书签。 目 录 II 1绪论 1 1.1研究背景及国内外研究现状 1 1.2 研究的目的与意义 1 1.3 实验原理 2 1.4 实验内容 3 1.5 技术路线 4 2 水泥浆理化学性能 4 2.1 原材料和设备 4 2.2 水泥浆常规性能测试 5 3 纤维增韧实验研究及增韧机理 9 3.1单一碳纤维增韧 9 3.1.1 原材料与配合比 9 3.1.2 物理力学性能 10 3.1.3 小结 11 3.2 单一钢纤维增韧 12 3.2.1 原材料与配合比 12 3.2.2 物理力学性能 13 3.2.3 小结 14 3.3 复合纤维（HFRP）增韧试验研究 15 3.4 试验结果对比与分析 16 3.4.1 复合纤维与单一纤维增韧效果 16 3.4.2 增韧机理分析 19 4 结论及展望 20 4.1结论 20 4.2 今后工作展望 20 参考文献 20 致 谢 21 1绪论 纤维增强无机脆性材料的发展可以追溯到一千多年前。例如，古埃及人用掺有稻草的粘土制作日光下自然干燥的砖块，他们由生活实践中探索发现，纤维加入无机胶结构中有助于降低其脆性并减少开裂。 20世纪50年代后期至60年代初，前苏联皮留科维奇探索用无碱玻璃纤维增强石膏矾土水泥砂浆，但因为玻璃纤维受到水泥水化物的侵蚀最终失去增强效果而未能获得成功。1963年，美国Romualdi首次发表了“纤维阻碍机理”，促进钢纤维增强混凝土的开发。鉴于石棉网中所含有的微细纤维有害人体，从80年代开始，若干发达国家相继限制了或者停止了石棉网纤维增强水泥的应用，从而推广了无石棉纤维增强水泥制品的研制和开发，无石棉纤维增强水泥制品的主要品种除了GRC）以外，还要木浆纤维增强水泥、木浆纤维增强硅酸钙以及聚乙烯醇纤维增强水泥等品种[1]。70年代后期中国建筑材料科学研究院研制成了含氧化锆与氧化钛的抗碱玻璃纤维以及低碱度的硫铝酸盐水泥，在此基础上开发了“双保险”GRC路线，使得GRC的长期耐久性得到明显的提高[2]。 20世纪60年代以来纤维增强水泥及复合材料也在油气井固井工作中取得了广泛的应用，对改善工作质量和提高长久耐久性发挥了很好的作用，在水泥浆体系中加入纤维材料，其主要目的在于提高水泥石的强度和韧性。而纤维在水泥浆中的分散程度不同，形成的水泥石的强度不同，纤维分散越均匀，其水泥石的强度就越大，水泥石的寿命就越长，水泥石所获得的性能也越好。近年来，国内外已开始纤维水泥浆体系的堵漏研究，利用纤维在缝隙和孔喉的搭接可有效阻挡水泥浆向地层的漏失。但长期以来，关于纤维水泥浆体系的研究仍集中在纤维的选材、纤维的长短两个方面，往往忽略了纤维材料与水泥基质的胶结这一问题，如果纤维只是杂乱无章地分布在水泥基质内，这对纤维水泥浆的防漏堵漏有较好的效果，对凝固后水泥石抗折强度、抗冲击强度都有一定的提高，但当水泥石在拉断时，纤维部分在水泥石基体内被拉出，只有较少量是被拉断，纤维在水泥基体内的作用没有被充分发挥出来，只有在纤维与水泥基体有效胶结，充分粘合在一起才能充分体现纤维对水泥石的力学改性作用。 1.2 研究的目的与意义 在已有的FRP加固技术研究和HFRP）的研究为基础，以提高加固效率为目的，提出以SF）和CF）混杂增韧的设想，提高水泥浆的韧性，又能显著降低成本，能够在油气固井防漏失方面大规模使用。HFRP具有单一FRP所没有的复杂特性，现在创新的工作机理与结构特性与单一FRP的水泥基体结构有所区别，所以对增韧水泥基体结构的研究是有必要和有意义的。 如上所述，HFRP加固的成本较单一CF加固明显降低。而且目前我国CF的大规模开发应用还很大程度上依赖着进口产品，而SF作为我国的主要传统产业已经相对成熟，所以发展HFRP有利于充分利用本国资源，振兴民族产业。 另外目前研究应用表明FRP）即加固中