劉斯鳳，史翠平，王子文

（1.同濟大學(xué)先進土木工程材料教育部重點實驗室，上海 201804；2.天津市水利基建管理處，天津 300204）

原油對C30混凝土粘結(jié)強度的影響

劉斯鳳1，史翠平1，王子文2

（1.同濟大學(xué)先進土木工程材料教育部重點實驗室，上海 201804；2.天津市水利基建管理處，天津 300204）

研究了在清水和原油浸泡條件下，浸泡時間、基底以及粘結(jié)面粗糙度對C30混凝土粘結(jié)強度的影響。結(jié)果表明：水養(yǎng)和油浸2種條件下，C30混凝土與2種基底的粘結(jié)強度均隨著浸泡時間的延長而提高；相同浸泡時間時，C30混凝土與巖石基底的粘結(jié)強度較其與砂漿塊的粘結(jié)強度提高15%以上；相同浸泡時間間隔內(nèi)，原油浸泡條件下混凝土的粘結(jié)強度提高幅度小于水養(yǎng)條件下的提高幅度；14 d至28 d時，C30混凝土與巖石基底的粘結(jié)強度已停止增長，與砂漿基底的粘結(jié)強度增長也有所減緩。油浸14 d條件下，C30混凝土的粘結(jié)強度隨著粘結(jié)面粗糙度的增加而逐漸下降，并非正相關(guān)。

原油；C30混凝土；粘結(jié)強度

各種油品對混凝土性能的劣化都有不同程度的影響。原油對混凝土性能影響的研究源于歐洲，最早發(fā)現(xiàn)油品對混凝土的破壞現(xiàn)象始于發(fā)電廠的渦輪發(fā)電機機油滲漏使混凝土表面腐蝕，鋼筋外露。Hesham Diab[1]研究了原油浸泡6個月后低強和高強混凝土抗壓強度的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低、高強混凝土的抗壓強度分別降低了17%和11%。Ajagbe等[2]研究被原油污染過的骨料對混凝土性能的影響后發(fā)現(xiàn)，混凝土的強度受骨料周圍原油濃度的影響，濃度越大，混凝土強度下降越多，摻入5.0%的油污染骨料使得混凝土強度降低50%。水泥輸油管研究協(xié)作組[3]對自應(yīng)力混凝土在80℃原油中的性能進行了研究，結(jié)果表明，浸油后，自應(yīng)力混凝土的強度比同齡期未浸油的混凝土強度低。

在儲油洞庫中，混凝土經(jīng)常用于對裂隙巖體進行支護，以加固巖體、并改善其滲透性。研究原油對混凝土與基底粘結(jié)性能的影響，在保證儲油洞庫混凝土安全性方面顯得尤為重要。

1 實驗

1.1 原材料

水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥，上海奉賢海螺水泥有限公司提供，物理性能見表1，化學(xué)成分見表2；Ⅱ級粉煤灰、S95級礦粉：上海寶田新型建筑材料有限公司提供，化學(xué)成分見表2；聚羧酸減水劑：上海麥斯特外加劑廠提供，固含量25%；細骨料：天然河砂，細度模數(shù)2.7；粗骨料：玄武巖碎石，粒徑5～15 mm，連續(xù)級配。

表1 水泥的物理性能

表2 水泥、粉煤灰和礦粉的主要化學(xué)成分%

1.2 試驗方法

1.2.1 配合比設(shè)計

根據(jù)JGJ 55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》規(guī)定，設(shè)計了C30混凝土的配合比如表3所示。新拌混凝土坍落度為225 mm，28 d實測抗壓強度為38.7 MPa。

表3 C30混凝土的配合比kg/m3

1.2.2 粘結(jié)面預(yù)處理及粗糙度測試方法

本文選擇片麻花崗巖（巖石基底）和M5.0的砂漿塊（砂漿基底）作為基底，尺寸均為100 mm×100 mm×50 mm。試件制作前對粘結(jié)面進行處理，即用清水將粘結(jié)面沖洗干凈，放入水中浸泡24 h，取出晾干，使其表面無明水，采用灌砂法測試其粗糙度。

1.2.3 試件制作及養(yǎng)護制度

參照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》制作混凝土試件，將基底置于100 mm×100 mm×100 mm的鋼模底部，在其上方澆筑C30混凝土，24 h后拆模，先放入清水中養(yǎng)護7 d后，再分成2份，1份放入原油中浸泡，另1份繼續(xù)放入清水中養(yǎng)護，從此時開始計算浸泡時間。分別在浸泡7 d、14 d、28 d時取出，清除表面原油，測試其粘結(jié)強度。

1.2.4 粘結(jié)性能測試方法

根據(jù)GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》，采用劈裂法測試混凝土與基底的粘結(jié)強度。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 浸泡時間對混凝土粘結(jié)性能的影響（見表4）

表4 浸泡時間對C30混凝土粘結(jié)強度的影響

從表4可以看出，2種養(yǎng)護條件下，混凝土與基底間的粘結(jié)強度均隨著浸泡時間的延長而提高，但油浸條件下粘結(jié)強度的增長速度較慢。對于與砂漿基底的粘結(jié)強度而言，水中養(yǎng)護7 d至14 d，粘結(jié)強度增長20%以上，14 d至28 d時，粘結(jié)強度增長16%；而油浸條件下，粘結(jié)強度增長略緩慢，7 d至14 d時，粘結(jié)強度增長8%，14 d至28 d時，粘結(jié)強度增長12%。而對于與巖石基底的粘結(jié)強度而言，水中養(yǎng)護7 d至14 d，粘結(jié)強度增長17%，繼續(xù)清水養(yǎng)護14 d至28 d，粘結(jié)強度增長13%；在油浸條件下，7 d至14 d粘結(jié)強度增長15%，繼續(xù)在原油中浸泡至28 d，粘結(jié)強度基本不變。

對比2種養(yǎng)護條件下，原油浸泡使得混凝土的粘結(jié)強度降低，主要原因為混凝土是多孔材料，其粗骨料之間、粗細骨料之間、細骨料之間、水泥石與骨料之間的界面區(qū)域都有微細孔隙存在。油通過毛細管作用很容易滲透到孔隙中直至整個混凝土。而且，這些油與水相相比在固體表面具有更強的潤濕性，同時具有很大的毛細管吸力[4-5]。原油浸入混凝土中，會占據(jù)這些微細缺陷，給裂縫壁以很大的楔開力，從而使混凝土強度降低[6-7]。而且，隨著浸泡時間的延長，油浸條件下混凝土的粘結(jié)強度增長速率越來越小。

2.2 基底對混凝土粘結(jié)強度的影響

由表4可以看出，C30混凝土與巖石基底的粘結(jié)強度均高于其與砂漿基底的粘結(jié)強度。水養(yǎng)條件下，C30混凝土與巖石基底的粘結(jié)強度高出其與砂漿基底的粘結(jié)強度10%～17%；而油浸條件下，C30混凝土與巖石基底的粘結(jié)強度高出其與砂漿基底的粘結(jié)強度17%～29%。原因是相比砂漿基底而言，巖石基底的密實性較好，滲透性較小，原油不易滲入或滲入速度較慢，而砂漿基底內(nèi)部存在大量孔隙，毛細吸力更大，原油進入內(nèi)部的速度相對較快，因此其粘結(jié)強度低于其與巖石基底的粘結(jié)強度[4-5]。

水中養(yǎng)護14 d條件下，C30混凝土與基底的劈裂破壞界面見圖1。

由圖1可見，試件的破壞均發(fā)生在粘結(jié)面或其附近較小的區(qū)域內(nèi)，破壞面基本保持了粘結(jié)面的原貌，這說明粘結(jié)面為試件的薄弱環(huán)節(jié)。

圖1 C30混凝土與基底的劈裂破壞界面

2.3 粘結(jié)面粗糙度對混凝土粘結(jié)強度的影響

采用灌砂法對巖石基底粘結(jié)面粗糙度進行了測試[8]，水養(yǎng)、油浸14 d條件下，C30混凝土粘結(jié)強度與粘結(jié)面粗糙度的關(guān)系見表5，水泥漿體的XRD圖譜見圖2。

表5 C30混凝土的粘結(jié)強度與粘結(jié)面粗糙度的關(guān)系

圖2 水養(yǎng)、油浸14 d時水泥漿體的XRD圖譜

從表5可以看出，水中養(yǎng)護14 d條件下，粘結(jié)強度隨著粘結(jié)面粗糙度增大而提高；原油中浸泡14 d條件下，粘結(jié)強度隨著粘結(jié)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漸浸入到混凝土內(nèi)部直至粘結(jié)界面處，阻礙水分進入混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致混凝土中水泥水化程度降低。經(jīng)計算圖2中Ca（OH）2的特征峰的峰面積可知，油浸條件下Ca（OH）2特征峰的峰面積是水養(yǎng)條件下的85%，即油浸條件下水泥水化程度低于水養(yǎng)條件下的水泥水化程度，進而引起粘結(jié)強度降低?；炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，原油滲透量較大，在骨料和水泥石以及混凝土與基底間等接觸面間產(chǎn)生潤滑現(xiàn)象，使接觸面由原來的干性摩擦變?yōu)檎承阅Σ?，減弱了相互間的粘結(jié)作用，使部分微體結(jié)構(gòu)之間的粘接力受到破壞，導(dǎo)致混凝土的粘結(jié)強度降低。而且粗糙度越大，粘結(jié)界面表面積越大，這種破壞現(xiàn)象越明顯[4]。從而導(dǎo)致出現(xiàn)粘結(jié)強度與粗糙度呈現(xiàn)非正相關(guān)的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

以C30高性能混凝土為研究對象，分別在清水、原油2種條件下浸泡，研究混凝土的粘結(jié)強度與養(yǎng)護條件、浸泡時間、基底以及粘結(jié)面粗糙度之間的關(guān)系。

（1）水養(yǎng)和油浸2種條件下，混凝土與基底間的粘結(jié)強度均隨著浸泡時間的延長而提高，但油浸條件下粘結(jié)強度的增長速度較慢。

（2）混凝土與巖石基底間的粘結(jié)強度比其與砂漿基底間的粘結(jié)強度平均提高15%以上。

（3）水中養(yǎng)護14 d條件下，粘結(jié)強度隨著粘結(jié)面粗糙度增大而提高；原油中浸泡14 d條件下，粘結(jié)強度隨著粘結(jié)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]水泥輸油管研究協(xié)作組.自應(yīng)力混凝土在80℃原油中的性能[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2007（1）：12-17.

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[8]羅白云，熊光晶，李庚英，等.減縮劑改性新老混凝土修補界面層的細觀結(jié)構(gòu)與粘結(jié)強度[J].硅酸鹽通報，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

劉斯鳳，女，1970年生，湖北荊州人，博士，副教授。