摘要: 為了使混凝土油罐能在戰(zhàn)略石油儲備中發(fā)揮作用, 開展了低溫環(huán)境下汽油對混凝土滲透特性的試驗研究。在低溫壓力容器內(nèi), 分別對摻粉煤灰摻合料和高效減水劑、引氣劑、UEA 膨脹劑等外加劑混凝土進(jìn)行低溫抗?jié)B汽油試驗。結(jié)果表明, 汽油對混凝土的滲透性很強(qiáng), 添加以上各種摻合料和外加劑, 無助于改善混凝土的抗?jié)B汽油特性; 地下混凝土油罐儲備汽油, 須采用特殊防滲措施。
關(guān)鍵詞: 混凝土; 抗?jié)B性; 低溫; 汽油
中圖分類號: TU528.32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號: 1001- 2206 ( 2008) 01- 0001- 04
0 引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 能源消耗量不斷增大, 我國對石油的依賴度迅速增加, 戰(zhàn)略石油儲備正式啟動。地下混凝土儲油罐儲油量大、占地少,具有很好的安全性、穩(wěn)定性和耐久性, 符合我國國情, 可以滿足戰(zhàn)略石油儲備的要求。要使地下混凝土儲油罐成功應(yīng)用, 混凝土抗?jié)B油的研究必不可少。
此外, 為了提高應(yīng)對突發(fā)事件的能力, 成品油戰(zhàn)略儲油是完全必要的。因此, 本次實驗選用的滲透介質(zhì)為97 號汽油。又由于混凝土罐在低溫環(huán)境下儲油, 有必要做不同低溫溫度下的研究。分別從混凝土等級、溫度、添加各種外加劑( 高效減水劑、引氣劑、UEA 減水劑) 和摻合料( 粉煤灰)等因素方面進(jìn)行研究, 為建立地下混凝土儲油罐防滲結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。
1 試驗方法及儀器
1.1 試驗方法
本試驗方法為低溫滲透法, 即用環(huán)氧樹脂[1]( 已測定固化后滿足密封要求) 將圓柱形試件的環(huán)向面和一個端面密封, 僅留一面作為進(jìn)油面[2], 將密封好的試件浸于盛有油的壓力容器中密封, 整體放到低溫箱內(nèi), 用鋼瓶氮氣對密封容器中的油加壓,使油向混凝土試件中滲透, 試驗完畢將試件沿中心線劈裂, 測定混凝土在恒定油壓下的滲透高度[3]。
1.2 試驗儀器簡介
GDW- 010 高低溫箱, 工作溫度- 40 ～80 ℃;氣液混合二類壓力容器[4], 其內(nèi)部容積0.063 m3, 可同時測試12 個D100 mm ×100 mm 圓柱形試件,設(shè)計壓力為0 ～2.5 MPa, 頂部用D8 mm 不銹鋼導(dǎo)管導(dǎo)出, 設(shè)計壓力4 MPa, 接外部高壓氣體, 壓強(qiáng)用氮氣瓶上減壓閥控制。如圖1 所示。
2 試驗原理及可行性分析
2.1 試驗原理
此試驗原理遵從達(dá)西定律[5], 根據(jù)達(dá)西定律, 液體通過孔隙材料的流量Q 與滲透面積A 成正比,與液體壓力比降D/H 成反比。
即:
式中Q———液體通過孔隙材料的流量/( cm3/s) ;
A———滲透面積/cm2;
D———滲透距離/cm;
H———壓力水頭/cm;
μ———液體的黏度;
K———滲透系數(shù), 衡量多孔固體中流體流動速率的一個參數(shù), 它是反映多孔材料本身特性的物理量/( cm/s) 。
2.2 試驗可行性分析
本試驗原理同GBJ 82- 1985; 試驗測試恒定時間、恒定壓強(qiáng)下滲透高度, 與GBJ 82- 1985 測試法一致; 試驗選用D100 mm ×100 mm 圓柱形試件, 與國標(biāo)上底D175 mm、下底D185 mm、高150 mm 的試件結(jié)果有很好的相關(guān)性, 其相關(guān)系數(shù)為0.972 9 ～0.991 3[2]; 本試驗的試件環(huán)向面與一個底面密封, 阻止了空氣的進(jìn)出, 國標(biāo)方法試件是一個敞開的通道, 兩者空氣阻力的影響非常微小, 可以忽略不計[2]。
3 混凝土配合比及試驗
3.1 試驗材料及方案
本試驗澆筑的混凝土試塊都采用商品混凝土,其原材料用P.O.42.5 級普通硅酸鹽水泥; 粗集料為涿州市聯(lián)合石料廠提供的5 ～25 mm 連續(xù)級配碎石, 含泥量0.3%, 含泥塊量0.2%; 細(xì)集料為涿州市聯(lián)合石料廠提供的中砂, 細(xì)度模數(shù)2.4, Ⅱ區(qū)級配區(qū)域, 含泥量0.9%, 含泥塊量0.2%。外加劑有方興緩凝高效減水劑、引氣劑、HH- 6 高效減水劑、UEA 膨脹劑[6], 摻合料有Ⅰ級F 類粉煤灰, 混凝土試塊詳細(xì)配比見表1。每組6 個試塊, 尺寸為D100 mm×100 mm 圓柱形試件。
3.2 最佳試驗時間和壓強(qiáng)的探索
圓柱形試件的試驗恒定壓強(qiáng)、時間值未知, 對此, 試驗開始前做了探索試驗, 尋找最佳試驗時間和壓強(qiáng)值。探索試驗均在常溫下進(jìn)行, 選用C1 批試件, 探索試驗結(jié)果見表2。
由表2, 試驗壓強(qiáng)0.4 MPa, 滲透時間2 h 后幾乎全部滲透, 又由于油罐罐底有0.3 MPa 左右的壓強(qiáng), 試驗壓強(qiáng)不能太低; 試驗時, 試件在預(yù)冷之后從低溫箱中取出, 在常溫環(huán)境下組裝壓力容器,此過程中試件溫度不可避免地要有回溫, 要把試驗溫度誤差盡量減小, 試驗時間就不能太短。綜合考慮以上因素, 最終試驗壓強(qiáng)取0.2 MPa, 滲透時間取2 h。
3.3 試驗
試驗前一天將試件擦凈, 用環(huán)氧樹脂將試件環(huán)向面和一個端面( 澆注時上底面) 密封, 放到通風(fēng)處晾干; 試驗時先將低溫箱溫度降到試驗溫度, 再將密封好的試件及汽油放到低溫箱中預(yù)冷2 h, 然
后將試件拿出放到密封容器中, 注入汽油, 快速組裝好密封容器, 放到低溫箱中; 待低溫箱溫度再次降到試驗溫度, 預(yù)冷20 min 后開始加壓, 恒壓0.2MPa, 滲透2 h 后取出試件沿中軸線壓裂, 描出滲透路徑, 每半塊測8 個點取平均值, 再將半塊混凝土均值, 取平均值為每塊的滲透高度。
4 試驗結(jié)果分析
試驗結(jié)果分別見表3、圖2、圖3 和圖4。
( 1) 由圖2 可知, 在- 20 ℃溫度下, 隨著時間增加, 混凝土滲透高度增加, 在2 h 滲透高度達(dá)到6.5 cm 時, 其滲透速度毫無減慢趨勢。
( 2) 由圖3 可知, 在- 10 ℃到- 30 ℃低溫環(huán)境下, 汽油對混凝土滲透性依然很強(qiáng)。隨溫度的降低。汽油流動性降低, 混凝土內(nèi)部水慢慢結(jié)冰, 孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化, 抗?jié)B性增強(qiáng), 其滲透高度有降低趨勢; 在- 20 ℃到- 30 ℃降低的速率比- 10 ℃到- 20 ℃降低的速率要快, 整體高度降低20%左右, 相對
較低。由此可知, 在一定低溫范圍內(nèi), 溫度變化對混凝土抗?jié)B汽油性影響不大。此圖中- 30 ℃時有兩個點比- 20 ℃時稍高, 同批澆注混凝土, 其骨料大小、均勻性、振搗等都影響試塊質(zhì)量, 從而對滲透有一定影響[7]。
( 3) 由圖3 可知, 隨混凝土等級提高, 其抗?jié)B汽油性增強(qiáng)。
( 4) 由圖4 可知, 汽油對添加減水劑、粉煤灰的常規(guī)混凝土滲透性較強(qiáng); 在常規(guī)混凝土中添加引氣劑、膨脹劑, 其滲透高度沒有降低, 還有上升趨勢; 粉煤灰微細(xì)顆粒均勻分布在水泥漿中, 可填充空隙, 改善混凝土孔隙結(jié)構(gòu)[8]; 減水劑、引氣劑引入大量均勻、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡, 阻斷混凝土中毛細(xì)孔通道[9]; 膨脹劑能有效堵塞孔隙和毛細(xì)管通路, 使水泥石結(jié)構(gòu)更加致密[10], 這些改變對混凝土抗汽油滲透性并無太大影響。目前, 國內(nèi)外還沒有汽油對混凝土滲透性能的研究, 其滲透的機(jī)理及高滲透的原因有待進(jìn)一步探討。
5 結(jié)論
試驗表明, 混凝土的抗?jié)B汽油能力很弱, 混凝土強(qiáng)度等級、孔隙結(jié)構(gòu)、溫度變化等因素對其抗?jié)B能力影響甚微, 建議地中式混凝土罐存儲汽油時應(yīng)采用特殊防滲措施, 以解決汽油滲透問題。
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