原油对C30混凝土粘结强度的影响

刘斯凤，史翠平，王子文

（1.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 201804；2.天津市水利基建管理处，天津 300204）

原油对C30混凝土粘结强度的影响

刘斯凤1，史翠平1，王子文2

（1.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 201804；2.天津市水利基建管理处，天津 300204）

研究了在清水和原油浸泡条件下，浸泡时间、基底以及粘结面粗糙度对C30混凝土粘结强度的影响。结果表明：水养和油浸2种条件下，C30混凝土与2种基底的粘结强度均随着浸泡时间的延长而提高；相同浸泡时间时，C30混凝土与岩石基底的粘结强度较其与砂浆块的粘结强度提高15%以上；相同浸泡时间间隔内，原油浸泡条件下混凝土的粘结强度提高幅度小于水养条件下的提高幅度；14 d至28 d时，C30混凝土与岩石基底的粘结强度已停止增长，与砂浆基底的粘结强度增长也有所减缓。油浸14 d条件下，C30混凝土的粘结强度随着粘结面粗糙度的增加而逐渐下降，并非正相关。

原油；C30混凝土；粘结强度

各种油品对混凝土性能的劣化都有不同程度的影响。原油对混凝土性能影响的研究源于欧洲，最早发现油品对混凝土的破坏现象始于发电厂的涡轮发电机机油渗漏使混凝土表面腐蚀，钢筋外露。Hesham Diab[1]研究了原油浸泡6个月后低强和高强混凝土抗压强度的变化，结果发现，低、高强混凝土的抗压强度分别降低了17%和11%。Ajagbe等[2]研究被原油污染过的骨料对混凝土性能的影响后发现，混凝土的强度受骨料周围原油浓度的影响，浓度越大，混凝土强度下降越多，掺入5.0%的油污染骨料使得混凝土强度降低50%。水泥输油管研究协作组[3]对自应力混凝土在80℃原油中的性能进行了研究，结果表明，浸油后，自应力混凝土的强度比同龄期未浸油的混凝土强度低。

在储油洞库中，混凝土经常用于对裂隙岩体进行支护，以加固岩体、并改善其渗透性。研究原油对混凝土与基底粘结性能的影响，在保证储油洞库混凝土安全性方面显得尤为重要。

1 实验

1.1 原材料

水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，上海奉贤海螺水泥有限公司提供，物理性能见表1，化学成分见表2；Ⅱ级粉煤灰、S95级矿粉：上海宝田新型建筑材料有限公司提供，化学成分见表2；聚羧酸减水剂：上海麦斯特外加剂厂提供，固含量25%；细骨料：天然河砂，细度模数2.7；粗骨料：玄武岩碎石，粒径5～15 mm，连续级配。

表1 水泥的物理性能

表2 水泥、粉煤灰和矿粉的主要化学成分%

1.2 试验方法

1.2.1 配合比设计

根据JGJ 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》规定，设计了C30混凝土的配合比如表3所示。新拌混凝土坍落度为225 mm，28 d实测抗压强度为38.7 MPa。

表3 C30混凝土的配合比kg/m3

1.2.2 粘结面预处理及粗糙度测试方法

本文选择片麻花岗岩（岩石基底）和M5.0的砂浆块（砂浆基底）作为基底，尺寸均为100 mm×100 mm×50 mm。试件制作前对粘结面进行处理，即用清水将粘结面冲洗干净，放入水中浸泡24 h，取出晾干，使其表面无明水，采用灌砂法测试其粗糙度。

1.2.3 试件制作及养护制度

参照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》制作混凝土试件，将基底置于100 mm×100 mm×100 mm的钢模底部，在其上方浇筑C30混凝土，24 h后拆模，先放入清水中养护7 d后，再分成2份，1份放入原油中浸泡，另1份继续放入清水中养护，从此时开始计算浸泡时间。分别在浸泡7 d、14 d、28 d时取出，清除表面原油，测试其粘结强度。

1.2.4 粘结性能测试方法

根据GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》，采用劈裂法测试混凝土与基底的粘结强度。

2 实验结果与讨论

2.1 浸泡时间对混凝土粘结性能的影响（见表4）

表4 浸泡时间对C30混凝土粘结强度的影响

从表4可以看出，2种养护条件下，混凝土与基底间的粘结强度均随着浸泡时间的延长而提高，但油浸条件下粘结强度的增长速度较慢。对于与砂浆基底的粘结强度而言，水中养护7 d至14 d，粘结强度增长20%以上，14 d至28 d时，粘结强度增长16%；而油浸条件下，粘结强度增长略缓慢，7 d至14 d时，粘结强度增长8%，14 d至28 d时，粘结强度增长12%。而对于与岩石基底的粘结强度而言，水中养护7 d至14 d，粘结强度增长17%，继续清水养护14 d至28 d，粘结强度增长13%；在油浸条件下，7 d至14 d粘结强度增长15%，继续在原油中浸泡至28 d，粘结强度基本不变。

对比2种养护条件下，原油浸泡使得混凝土的粘结强度降低，主要原因为混凝土是多孔材料，其粗骨料之间、粗细骨料之间、细骨料之间、水泥石与骨料之间的界面区域都有微细孔隙存在。油通过毛细管作用很容易渗透到孔隙中直至整个混凝土。而且，这些油与水相相比在固体表面具有更强的润湿性，同时具有很大的毛细管吸力[4-5]。原油浸入混凝土中，会占据这些微细缺陷，给裂缝壁以很大的楔开力，从而使混凝土强度降低[6-7]。而且，随着浸泡时间的延长，油浸条件下混凝土的粘结强度增长速率越来越小。

2.2 基底对混凝土粘结强度的影响

由表4可以看出，C30混凝土与岩石基底的粘结强度均高于其与砂浆基底的粘结强度。水养条件下，C30混凝土与岩石基底的粘结强度高出其与砂浆基底的粘结强度10%～17%；而油浸条件下，C30混凝土与岩石基底的粘结强度高出其与砂浆基底的粘结强度17%～29%。原因是相比砂浆基底而言，岩石基底的密实性较好，渗透性较小，原油不易渗入或渗入速度较慢，而砂浆基底内部存在大量孔隙，毛细吸力更大，原油进入内部的速度相对较快，因此其粘结强度低于其与岩石基底的粘结强度[4-5]。

水中养护14 d条件下，C30混凝土与基底的劈裂破坏界面见图1。

由图1可见，试件的破坏均发生在粘结面或其附近较小的区域内，破坏面基本保持了粘结面的原貌，这说明粘结面为试件的薄弱环节。

图1 C30混凝土与基底的劈裂破坏界面

2.3 粘结面粗糙度对混凝土粘结强度的影响

采用灌砂法对岩石基底粘结面粗糙度进行了测试[8]，水养、油浸14 d条件下，C30混凝土粘结强度与粘结面粗糙度的关系见表5，水泥浆体的XRD图谱见图2。

表5 C30混凝土的粘结强度与粘结面粗糙度的关系

图2 水养、油浸14 d时水泥浆体的XRD图谱

从表5可以看出，水中养护14 d条件下，粘结强度随着粘结面粗糙度增大而提高；原油中浸泡14 d条件下，粘结强度随着粘结面粗糙度的增大而降低。原因是混凝土浸入原油中，原油由吸附在混凝土表面逐渐浸入到混凝土内部直至粘结界面处，阻碍水分进入混凝土内部，导致混凝土中水泥水化程度降低。经计算图2中Ca（OH）2的特征峰的峰面积可知，油浸条件下Ca（OH）2特征峰的峰面积是水养条件下的85%，即油浸条件下水泥水化程度低于水养条件下的水泥水化程度，进而引起粘结强度降低。混凝土内部结构疏松，原油渗透量较大，在骨料和水泥石以及混凝土与基底间等接触面间产生润滑现象，使接触面由原来的干性摩擦变为粘性摩擦，减弱了相互间的粘结作用，使部分微体结构之间的粘接力受到破坏，导致混凝土的粘结强度降低。而且粗糙度越大，粘结界面表面积越大，这种破坏现象越明显[4]。从而导致出现粘结强度与粗糙度呈现非正相关的现象。

3 结论

以C30高性能混凝土为研究对象，分别在清水、原油2种条件下浸泡，研究混凝土的粘结强度与养护条件、浸泡时间、基底以及粘结面粗糙度之间的关系。

（1）水养和油浸2种条件下，混凝土与基底间的粘结强度均随着浸泡时间的延长而提高，但油浸条件下粘结强度的增长速度较慢。

（2）混凝土与岩石基底间的粘结强度比其与砂浆基底间的粘结强度平均提高15%以上。

（3）水中养护14 d条件下，粘结强度随着粘结面粗糙度增大而提高；原油中浸泡14 d条件下，粘结强度随着粘结面粗糙度的增大而降低。

[1]HeshamDiab.Compressivestrengthperformanceoflow-and high-strength concrete soaked in mineral oil[J].Construction and Building Materials，2012，33（7）：25-31.

[2]Wasiu O Ajagbe，Olusola S Omokehinde，Gabriel A Alade，et al. Effect of crude oil impacted sand on compressive strength of concrete[J].Construction and Building Materials，2012，26（1）：9-12.

[3]水泥输油管研究协作组.自应力混凝土在80℃原油中的性能[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2007（1）：12-17.

[4]张誉，顾祥林.矿物油脂对混凝土结构侵蚀的试验研究[J].工业建筑，1993（2）：21-25.

[5]苗永志，钟世云.改性环氧树脂在油污染混凝土表面的粘结性能[J].上海建材，2007（1）：18-19.

[6]Attom M，Hawileh R，Naser M.Investigation on concrete compressive strength mixed with sand contaminated by crude oil products[J].Construction and Building Materials，2013，47（10）：99-103.

[7]龚家森.石油产品对混凝土强度的影响[J].石油施工技术，1982（2）：41-43.

[8]罗白云，熊光晶，李庚英，等.减缩剂改性新老混凝土修补界面层的细观结构与粘结强度[J].硅酸盐通报，2004（6）：110-116.

Effect of crude oil on the bond strength of C30 concrete

LIU Sifeng1，SHI Cuiping1，WANG Ziwen2
（1.Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials，Ministry of Education，Tongji University，Shanghai 201804，China；2.Tianjin Water Conservancy Construction Management Center，Tianjin 300204，China）

In the water and crude oil condition，the effects of curing age，substrate and surface roughness on the bond strength of concrete were studied.The results showed that:in the water and oil condition，the bond strength of concretes increased with the increase of curing age.At the same age，the bond strength between C30 concrete and rock basement was higher than the bond strength with the mortar by 15%approximately.Under the same curing age interval，the increase of the bond strength in the oil condition was less than the increase in the water condition.When cured 14 d to 28 d，the bond strength of concrete C30 with rock substrate appeared to have stopped increasing and the increase of bond strength with mortar substrate had also slowed down.In the oil condition，the bond strength of 14 d and test results of roughness showed that the bond strength of C30 concrete gradually decreased with the increase of interfacial roughness and it was not a positive correlation.

crude oil，C30 concrete，bond strength

TU528

A

1001-702X（2016）12-0043-03

2016-03-29；

2016-06-04

刘斯凤，女，1970年生，湖北荆州人，博士，副教授。