表面改性硅灰石纤维增强油井水泥力学性能

为改善油井水泥脆性大、韧性差的缺陷并提高硅灰石纤维在水泥基材料中的作用效果,采用溶胶-凝胶法对硅灰石纤维进行纳米SiO_(2)表面改性处理,来增强纤维与水泥基界面的结合能力。通过扫描电子显微镜(SEM)、X线光电子能谱仪(XPS)、红外光谱仪(FTIR)等测试改性硅灰石纤维的性能,结果表明:纳米SiO_(2)成功在硅灰石纤维表面沉积且两者之间存在化学键合。将改性后的硅灰石纤维掺入水泥中测试相关性能,结果表明:改性硅灰石纤维水泥在相同养护条件下表现出优异的力学强度,养护时间14 d、掺量为7%时,改性硅灰石纤维水泥石的抗压强度和抗拉强度较空白样分别提高了35.44%和37.21%,比使用同等掺量未改性硅灰石纤维的水泥石分别提高了9.74%和9.11%,增强效果明显;改性后的硅灰石纤维降低了水泥基复合材料的孔隙率,提高了基体密实度;其在水泥中被水化产物紧密包裹,纤维与水泥石基体之间的界面结合效果更好。

复合纤维增强高温油井水泥石的力学性能研究

针对油井水泥石在高温下强度降低的问题,研究可耐高温的复合硅灰石纤维对其高温力学性能的增强效果。结果表明,不同长径比的硅灰石纤维对水泥石力学性能的影响不同,超长硅灰石纤维与超细硅灰石纤维按2:1比例复配而成的DRZ-1S效果较好,能够显著提高水泥石的抗压强度、抗拉强度和单轴应力—应变。加入质量分数为5%的DRZ-1S后,水泥石的力学性能得到明显提升;DRZ-1S加量5%时,水泥石在200℃下的3 d抗压强度、抗拉强度较空白水泥石分别提高52.9%和51.5%。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对加入DRZ-1S前后的水泥石微观形貌进行对比分析后,得出结论,复合纤维DRZ-1S的加入改善了水泥石的孔隙分布,阻挡了裂纹发育,在受到外力荷载时,能有效使水泥石增强增韧。