摘要: 为了使混凝土油罐能在战略石油储备中发挥作用, 开展了低温环境下汽油对混凝土渗透特性的试验研究。在低温压力容器内, 分别对掺粉煤灰掺合料和高效减水剂、引气剂、UEA 膨胀剂等外加剂混凝土进行低温抗渗汽油试验。结果表明, 汽油对混凝土的渗透性很强, 添加以上各种掺合料和外加剂, 无助于改善混凝土的抗渗汽油特性; 地下混凝土油罐储备汽油, 须采用特殊防渗措施。
关键词: 混凝土; 抗渗性; 低温; 汽油
中图分类号: TU528.32 文献标识码: A 文章编号: 1001- 2206 ( 2008) 01- 0001- 04
0 引言
随着我国经济的快速发展, 能源消耗量不断增大, 我国对石油的依赖度迅速增加, 战略石油储备正式启动。地下混凝土储油罐储油量大、占地少,具有很好的安全性、稳定性和耐久性, 符合我国国情, 可以满足战略石油储备的要求。要使地下混凝土储油罐成功应用, 混凝土抗渗油的研究必不可少。
此外, 为了提高应对突发事件的能力, 成品油战略储油是完全必要的。因此, 本次实验选用的渗透介质为97 号汽油。又由于混凝土罐在低温环境下储油, 有必要做不同低温温度下的研究。分别从混凝土等级、温度、添加各种外加剂( 高效减水剂、引气剂、UEA 减水剂) 和掺合料( 粉煤灰)等因素方面进行研究, 为建立地下混凝土储油罐防渗结构提供依据。
1 试验方法及仪器
1.1 试验方法
本试验方法为低温渗透法, 即用环氧树脂[1]( 已测定固化后满足密封要求) 将圆柱形试件的环向面和一个端面密封, 仅留一面作为进油面[2], 将密封好的试件浸于盛有油的压力容器中密封, 整体放到低温箱内, 用钢瓶氮气对密封容器中的油加压,使油向混凝土试件中渗透, 试验完毕将试件沿中心线劈裂, 测定混凝土在恒定油压下的渗透高度[3]。
1.2 试验仪器简介
GDW- 010 高低温箱, 工作温度- 40 ～80 ℃;气液混合二类压力容器[4], 其内部容积0.063 m3, 可同时测试12 个D100 mm ×100 mm 圆柱形试件,设计压力为0 ～2.5 MPa, 顶部用D8 mm 不锈钢导管导出, 设计压力4 MPa, 接外部高压气体, 压强用氮气瓶上减压阀控制。如图1 所示。
2 试验原理及可行性分析
2.1 试验原理
此试验原理遵从达西定律[5], 根据达西定律, 液体通过孔隙材料的流量Q 与渗透面积A 成正比,与液体压力比降D/H 成反比。
即:
式中Q———液体通过孔隙材料的流量/( cm3/s) ;
A———渗透面积/cm2;
D———渗透距离/cm;
H———压力水头/cm;
μ———液体的黏度;
K———渗透系数, 衡量多孔固体中流体流动速率的一个参数, 它是反映多孔材料本身特性的物理量/( cm/s) 。
2.2 试验可行性分析
本试验原理同GBJ 82- 1985; 试验测试恒定时间、恒定压强下渗透高度, 与GBJ 82- 1985 测试法一致; 试验选用D100 mm ×100 mm 圆柱形试件, 与国标上底D175 mm、下底D185 mm、高150 mm 的试件结果有很好的相关性, 其相关系数为0.972 9 ～0.991 3[2]; 本试验的试件环向面与一个底面密封, 阻止了空气的进出, 国标方法试件是一个敞开的通道, 两者空气阻力的影响非常微小, 可以忽略不计[2]。
3 混凝土配合比及试验
3.1 试验材料及方案
本试验浇筑的混凝土试块都采用商品混凝土,其原材料用P.O.42.5 级普通硅酸盐水泥; 粗集料为涿州市联合石料厂提供的5 ～25 mm 连续级配碎石, 含泥量0.3%, 含泥块量0.2%; 细集料为涿州市联合石料厂提供的中砂, 细度模数2.4, Ⅱ区级配区域, 含泥量0.9%, 含泥块量0.2%。外加剂有方兴缓凝高效减水剂、引气剂、HH- 6 高效减水剂、UEA 膨胀剂[6], 掺合料有Ⅰ级F 类粉煤灰, 混凝土试块详细配比见表1。每组6 个试块, 尺寸为D100 mm×100 mm 圆柱形试件。
3.2 最佳试验时间和压强的探索
圆柱形试件的试验恒定压强、时间值未知, 对此, 试验开始前做了探索试验, 寻找最佳试验时间和压强值。探索试验均在常温下进行, 选用C1 批试件, 探索试验结果见表2。
由表2, 试验压强0.4 MPa, 渗透时间2 h 后几乎全部渗透, 又由于油罐罐底有0.3 MPa 左右的压强, 试验压强不能太低; 试验时, 试件在预冷之后从低温箱中取出, 在常温环境下组装压力容器,此过程中试件温度不可避免地要有回温, 要把试验温度误差尽量减小, 试验时间就不能太短。综合考虑以上因素, 最终试验压强取0.2 MPa, 渗透时间取2 h。
3.3 试验
试验前一天将试件擦净, 用环氧树脂将试件环向面和一个端面( 浇注时上底面) 密封, 放到通风处晾干; 试验时先将低温箱温度降到试验温度, 再将密封好的试件及汽油放到低温箱中预冷2 h, 然
后将试件拿出放到密封容器中, 注入汽油, 快速组装好密封容器, 放到低温箱中; 待低温箱温度再次降到试验温度, 预冷20 min 后开始加压, 恒压0.2MPa, 渗透2 h 后取出试件沿中轴线压裂, 描出渗透路径, 每半块测8 个点取平均值, 再将半块混凝土均值, 取平均值为每块的渗透高度。
4 试验结果分析
试验结果分别见表3、图2、图3 和图4。
( 1) 由图2 可知, 在- 20 ℃温度下, 随着时间增加, 混凝土渗透高度增加, 在2 h 渗透高度达到6.5 cm 时, 其渗透速度毫无减慢趋势。
( 2) 由图3 可知, 在- 10 ℃到- 30 ℃低温环境下, 汽油对混凝土渗透性依然很强。随温度的降低。汽油流动性降低, 混凝土内部水慢慢结冰, 孔结构发生变化, 抗渗性增强, 其渗透高度有降低趋势; 在- 20 ℃到- 30 ℃降低的速率比- 10 ℃到- 20 ℃降低的速率要快, 整体高度降低20%左右, 相对
较低。由此可知, 在一定低温范围内, 温度变化对混凝土抗渗汽油性影响不大。此图中- 30 ℃时有两个点比- 20 ℃时稍高, 同批浇注混凝土, 其骨料大小、均匀性、振捣等都影响试块质量, 从而对渗透有一定影响[7]。
( 3) 由图3 可知, 随混凝土等级提高, 其抗渗汽油性增强。
( 4) 由图4 可知, 汽油对添加减水剂、粉煤灰的常规混凝土渗透性较强; 在常规混凝土中添加引气剂、膨胀剂, 其渗透高度没有降低, 还有上升趋势; 粉煤灰微细颗粒均匀分布在水泥浆中, 可填充空隙, 改善混凝土孔隙结构[8]; 减水剂、引气剂引入大量均匀、稳定而封闭的微小气泡, 阻断混凝土中毛细孔通道[9]; 膨胀剂能有效堵塞孔隙和毛细管通路, 使水泥石结构更加致密[10], 这些改变对混凝土抗汽油渗透性并无太大影响。目前, 国内外还没有汽油对混凝土渗透性能的研究, 其渗透的机理及高渗透的原因有待进一步探讨。
5 结论
试验表明, 混凝土的抗渗汽油能力很弱, 混凝土强度等级、孔隙结构、温度变化等因素对其抗渗能力影响甚微, 建议地中式混凝土罐存储汽油时应采用特殊防渗措施, 以解决汽油渗透问题。
参考文献:
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