Влияние нефтепродуктов на прочность бетона
Известно, что бетон под воздействием минеральных масел значительно снижает прочность [1—3]. Механизм этого явления следующий. Поверхностно-активные вещества, содержащиеся почти во всех минеральных маслах, попадая в микродефекты бетона, вызывают адсорбционное понижение его Прочности и, кроме того, оказывают расклинивающее воздействие. что в свою очередь также снижает прочность бетона. Установлено, что чем больше внутренних микродефектов пористого тела занято поверхностно- активными веществами, тем сильнее их воздействие.
Начиная с 1960 г. изучалось влияние (нефтепродуктов на физико-механические свойства бетона и железобетона. При этом исследовали 10 марок минеральных масел, топливный мазут, дизельное топливо, керосин и бензин. В экспериментах использовали портландцементные бетоны различного состава, на разных видах цементов с широким диапазонам водоцементных отношений, на разных заполнителях.
Бетонные образцы пропитывали в открытых ваннах (в случае тяжелых нефтепродуктов) или в герметически закрытых емкостях (при работе с бензином, керосином и дизельным топливом) и выдерживали в них в течение нескольких лет. Нефтепродукты при этом обновляли каждый 0,5—1 год (в некоторых емкостях нефтепродукты не меняли).
Образцы испытывали на прочность перед пропиткой, затем половину оставшихся образцов подвергали пропитке и выдерживали длительное время, остальные оставляли в качестве контрольных. Испытания на прочность контрольных и пропитанных образцов. проводили сначала через каждые 0,5 года, а затем через год,
В результате установлено, что легкие нефтепродукты (бензин и керосин) прочность бетона в течение : лет не снизили. Дизельное топливо за то же время снизило прочность бетона значительно. Минеральные масла (за исключением вазелинового) сильно меньшили прочность бетона. На рис. 1 оказано снижение прочности бетоиов остапа 1:2:4 с различными водоцементными отношениями при выдерживании их в индустриальном масле. При изготовлении образцов использован портландцемент Белгородского завода с пределом прочности 608 кгс/см2. В качестве заполнителя служил щебень с наибольшей крупностью 10 мм, мелкий заполнитель — песок.
После формования образцы находишь в течение 4 мес в камере нормально-влажностного хранения. Затем их подсушивали и помещали в нефтепрокты а также оставляли в качестве контрольных. Испытаниям подвергали также и образцы.
Как видно из рнс. 1, прочность бетона при выдерживании его и масле индустриальном 20 снижалась медленно, но в конечно,м «тоге потеря прочности составила 70% (первоначальной. В начальные сроки после пропитки прочность бетона уменьшалась (Потеря прочности наблюдалась только через I —1,5 года при выдерживании образцов в масле. Затем снижение прочности продолжалось, и через несколько лет прочность стабилизировалась. При этом у бетонов с высокими водоцементнымн отношениями обнаружено большее снижение (прочности.
Все марки минеральных масел (за исключением вазелинового) уменьшали прочность практически одинаково. Снижения прочности бетонных образцов, выдержанных в течение 6 лет в вазелиновом масле, те наблюдалось.
При проведении анализа всех использованных в экспериментах нефтепродуктов на содержание поверхностно-активных теществ (смол и присадок) установлено, что бензин, керосин и вазелиновое масло смол не содержат. В дизельном топливе обнаружено содержание незначительного количества смол, а в минеральных маслах содержание их доходило до 2%. Следовательно, прочность бетона уменьшалась только в тех нефтепродуктах которые имели в своем составе смолы, являющиеся поверхностно-активными веществами, способными снижать твердость и прочность пористых материалов [4].
Петрографические, рентгеноструктурные, электронно-микроскопические и термографические исследования бетонов, длительное время выдержанных в нефтепродуктах, наличия новообразований не показали [5. Следовательно, снижение прочности бетонов под (воздействием некоторых видов нефтепродуктов воздействием их на составляющие бетона, а процессами физико-химической механики (адсорбционным понижением прочности бетона поверхностно-активными веществами и их действием). Медленное снижение прочности бетона, длительное время выдержанного в минеральных маслах, можно объяснить тем, что смолы, постепенно накапливаясь в микродефектах, уменьшают его прочность. Когда все микродефскты заполнены поверхностно-активными веществами (смолами), прочность бетона стабилизируется. При пропитке бетона маслом (без длительного выдерживания образцов в емкостях) снижения прочности не отмечалось. Так, часть образцов полностью пропитали минеральными маслами в течение 0,5 года, а затем 6 лет хранили в комнатных условиях. Периодическими, испытаниями этих образцов установлено, что прочность не изменилась. Это явление объясняется тем, что при разовой пропитке бетона маслом смол в бетон попадает незначительное количество м оно не в состоянии заметно снизить прочность.
При воздействии на бетон отработанных минеральных масел происходит химическое взаимодействие между слабыми кислотами, содержащимися в них, и цементным камнем. Б данном случае бетонные образцы полностью разрушились через 1,5 года [15).
В подтверждение того, что именно смолы вызывают снижение прочности бетонов, проделали следующий эксперимент. Бетонные образцы помещали в металлические кожухи так, что они служили фильтрами для минерального масла
Было также установлено, что наиболее отрицательно минеральные масла влияют на контактную зону растворной части бетона с крупным заполнителем, а также на контактную зону цементного камня и мелкого заполнителя, поэтому для изготовления бетонов, на которые в процессе эксплуатации возможно попадайте минеральных масел, рекомендуется применять составы с повышенным содержанием цемента.
Большое снижение прочности бетона с высокими водоцементиьгми отношениями при воздействии минеральных масел, по-видимому, можно объяснить тем, что такие бетоны имеют большое количество микродефектов по сравнению с бетонами такого же состава, но с низкими В/Ц. В связи со оказанным были проведены следующие исследования.
Кроме этого, проводили испытания пн растяжение при изгибе, испытания призм и шосьмерок на растяжение. Полученные данные показали, что длительное воздействие минеральных масел снижает прочность бетона примерно одинаково.
Для экстренного определения прочности промасленного бетона предлагается следующая формула:
Приведенную формулу можно применять в течение 7—8 лет после пропитки. В более продолжительны?. сроки воздействия масел на бетон прочность его ориентировочно следует считать равной 1/3 первоначальной. Использование формулы рекомендуется при обильном попадании масел на бетон и железобетон (постоянное просачивание масел через конструкции, скопление их на перекрытиях, частые проливы и т. п.).
При периодическом попадании масел на конструкции (1—у раза в год) прочность промасленного бетона следует подсчитывать по формуле
Она справедлива При воздействии масел в течение 25—30 лет. В более продолжительные сроки прочность рекомендуется принимать равной з первоначальной.
При однократной пропитке бетона маслами или при очень редком попадании нх на бетон (раз в 5—10 лет) можно считать, что Прочность практически не снижается.
В выводах зависимостей (I) и (2) сделаны следующие допущения: снижение прочности бетона принято прямолинейным (на рис. 1 пунктирная линия); процесс снижения прочности бетона прекращается через 7 лет воздействия на него масел; прочность бетона при этом составляет от первоначальной.
При воздействии на пропитанный маслом бетон динамических воздействий с частотой я=100...1000 циклов в 1 мин и с различными коэффициентами асимметрии разрушение образцов наступает на I—3 порядка быстрее по сравнению с образцами.
Выводы
Снижение прочности бетонов некоторыми видами нефтепродуктов происходит в результате содержания в них поверхностно-активных веществ — смол и присадок.
Нефтепродукты, не содержащие смол и присадок (бензин, керосин, вазелиновое масло), прочности бетона не снижают.
Все минеральные масла (за исключением вазелинового) уменьшают прочность бетона практически одинаково.
При наиболее неблагоприятных условиях (структура бетона с большим содержанием микродефекчои, высокие водоцомептные отношения бетона, обильное попадание на пего минеральных ма- еед) снижение прочности бетона может достигнуть. 70% первоначальной.