بخشی از مقاله
بررسی مقاومت و نفوذ پذیری بتن برای مخازن نفتی
چکیده
با توجه به اینکه مخازن نفتی در کشور ما با فولاد ساخته می شوند و این مخازن از سازه های استراتژیک محسوب می گردند باید از ایمنی بالایی در مقابل حملات و انفجارها و آتش سوزی احتمالی برخوردار باشند. بدین منظور توصیه می شود همانگونه که در تمام دنیا ( بعنوان مثال عربستان و روسیه ) مخازن نفتی از بتن ساخته می شوند، در کشور ما نیز ساخت مخازن نفتی بتنی آغاز گردد تا ایمنی و عمر مفید بالاتر و هزینه پایین تر ، قابلیت ساخت مخازن مدفون در خاک و امکان افزایش مقاومت بتن بدون کاهش انعطاف پذیری سازه ای ( برخلاف فولاد ) حاصل گردد .
در گذشته اثر نفت خام بر بتن تا حدودی مطالعه شده است .بتن مورد استفاده در مخازن نفتی ، بایدقابلیت نفوذ پذیری کم و دوام کافی در مقابل مواد نفتی و آبهای شور همراه آن و یا آب دریا را دارا باشد. برای حصول به این منظور ، از میکروسیلیس بعنوان جایگزین بخشی از سیمان استفاده گردید.
نتایج آزمایشات مقاومت فشاری و نفوذ پذیری بر روی نمونه های شاهد و میکروسیلیسی با نسبتهای آب به سیمان ٥/٠ و ٤/٠ که تعدادی در نفت و تعدادی در آب عمل آوری شده اند در این مقاله ارائه می شود. پیشنهاداتی نیز جهت ساخت مخازن نفتی بتنی عنوان می گردد.
کلید واﮊه ها : مخازن نفتی بتنی، اثر نفت خام بر بتن، میکروسیلیس، بتن با نفوذ پذیری کم، مقاومت فشاری.
١ – مقدمه
نفت خام و فرآورده های آن از کالاهای استراتژیک و حیاتی برای اغلب کشورهای جهان محسوب می گردد. ذخیره سازی این فرآورده ها در زنجیره تولید و انتقال و ارسال آن به پالایشگاهها، بنادر و فرودگاهها برای مقاصد لشکری وکشوری ضرورت دارد. استفاده از مخازن فلزی به طور گسترده در ایران و سایر نقاط جهان رایج می باشد، لیکن پیشرفت روز افزون تکنولوﮊی ساخت سازه های بتنی ومزیتهای غیر قابل انکار اینگونه سازه ها، ضرورت مطالعه و بررسی امکان پذیری احداث مخازن بتنی را اجتناب ناپذیر می نماید]١.[
بر اساس تحقیقات انجام شده قبلی، فرآورده های نفتی وقتی که بدون افزودنیهای چرب نفت یا سایر مواد اسیدی بالقوّه هستند معمولاﹰ بر بتنی که تقریبا به مقاومت نهایی خود رسیده است ، زیان آور نیستند.
ولی با وجود ا ین برخی از آنها تغییر رنگ نامطلوبی در بتن بوجود می آورند]٢.[
بر اساس یک تحقیق مشابه، بتنی که مستقیما در معرض نفت خام قرار گیرد بایستی حداقل از رده C50 باشد]٣.[
هدف از این تحقیق بررسی اثر میکروسیلیس بر مقاومت فشاری و نفوذپذیری بتن در معرض نفت بمنظور دستیابی به بتن مناسب برای ساخت مخازن نفتی بتنی بدون استفاده از روکش برای آن می باشد.
١-١- مقاومت فشاری
از آنجا که با افزایش مقاومت فشاری بتن، نفوذ پذیری آن کاهش و لذا دوام بتن افزایش می یابد، استفاده از بتنی با مقاومت بالا در ساخت مخازن نفتی بتنی توصیه می گردد. بهمین منظور در این مقاله به بحث و بررسی اثرات میکروسیلیس بر مقاومت درازمدت بتن می پردازیم. از طرفی چون پس از گذشت مدت زمانی از اجرای بتن، نفت خام درون مخزن ریخته می شود لذا اثرمجاورت بتن با نفت خام بر مقاومت بتن (بمنظور دستیابی به مقاومت مشخصه لحاظ شده در طراحی ) را باید بررسی نمود .
بر اساس تحقیقات قبلی مشاهده می شود که قراردادن بتن در معرض نفت خام منجر به کاهش مقاومت فشاری بتن می گردد که در برخی موارد میزان این کاهش به ٣٠ درصد می رسد. افت مقاومت فشاری با بالارفتن سن بتن ، دمای بیشتر نفت هنگام ذخیره سازی و با افزایش میزان جذب نفت خام توسط بتن ، افزایش می یابد. لیکن هنگامی که میزان جذب نفت خام ثابت بماند، مقاومت فشاری بتن ثابت می ماند]٤.[
اثر میزان نفت جذب شده بر مقاومت فشاری بتن در شکل (١) دیده می شود. همانگونه که مشاهده می شود با افزایش میزان نفت جذب شده به بتن، مقاومت فشاری کاهش می یابد.
درتحقیق دیگری که انجام شده دیده می شود که نمونه های درون نفت مقاومت فشاری به میزان ١٥~٨ درصد کمتر کسب کردند( جدول ١ ](٥.[
١-٢- تراکم و نفوذ ناپذیری بتن
بمنظور نیل به پایایی بیشتر در مقابل خوردگی ناشی از نفوذ کلر و سولفات و غیره (که در آب نمک همراه نفت خام وجود دارد ) به بتن و آسیبهای احتمالی به آرماتورها بر اثر مجاورت احتمالی مخازن با آب دریا و همچنین جلوگیری از چکه کردن نفت از مخازن، بایستی از بتنی با نفوذپذیری کم استفاده نمود. هر چه میزان تراکم بتن بیشتر باشد ، میزان نفوذ پذیری آن کمتر و لذا پایایی آن بیشتر خواهد شد .
بر اساس تحقیقات قبلی با افزایش سن بتن، میزان نفوذ پذیری کاهش می یابد. با گذشت زمان نفت بیشتری درون بتن جریان می یابد]٥.[
میزان نفوذ پذیری بتنهای سکوهای نفتی در حال بهره برداری در دریای شمال بر اساس استاندارد ISO/DIS 7031 اندازه گیری و میزان نفوذ آب بین ١٥~١٠ میلیمتر تعیین گردید. یک سری آزمایش دیگر روی سکویی که از بتن رده C50 ساخته شده بود، صورت پذیرفت. عیار سیمان و نسبت آب به سیمان اندکی کمتر از ٤/٠ بود. پس از ٨ سال مغزه گرفته شد و بتن در معرض فشار هیدرواستاتیک m)٤٠٠Mpa ( ٤ قرار گرفت. میزان نفوذ پذیری کمتر از m/s ١٣١٠ بود که این عدد از مقادیر آزمایش شده حین ساخت بتن سکو کمتر بود. حداکثر میزان نفوذ پذیری که برای بتنهای فراساحلی در نروﮊ مورد قبول است، m/s ١٢١٠ می باشد. این نفوذ پذیری کم ،بنحو موثری از نفوذ آب،اکسیژن، کلرایدها و دیگر موادی که می توانند دوام بتن را تحت تاثیر قرار دهند، جلوگیری می نماید]٦.[
٢ – اثر میکروسیلیس بر مشخصات بتن
میکروسیلیس یکی از مواد مناسب برای جایگزینی مقداری از سیمان مورد استفاده در بتن می باشد که بدلیل اثرات مختلف فیزیکی و شیمیایی سبب بهبود خواص بتن می گردد.کارایی و زمان گیرش بتن حاوی میکروسیلیس کمتر شده و جداشدگی دانه ها نیز کاهش می یابد.آب انداختگی کمتر و جمع شدگی بیشتر می شود. از طرفی رنگ بتن تیره تر می شود. با استفاده از میکرو سیلیس مقاومت فشاری و سایشی بتن افزایش یافته و نفوذ پذیری آن بشدت کاهش می یابد که این امر موجب افزایش پایایی بتن می گردد.
همانگونه که عنوان شد با استفاده از میکروسیلیس می توان جلوی خوردگی را به نحو مطلوبی گرفت که این عمل بدلیل کاهش نفوذ پذیری بتن می باشد .معمولاﹰ میزان ٥/٧~٧ درصد میکروسیلیس بعنوان جایگزین سیمان توصیه می گردد.همچنین در مورد سازه های دریایی و زیردریایی استفاده از میکروسیلیس، فراوان به چشم می خورد که بعنوان مثال می توان به سکوی Gulfaks C در دریای شمال اشاره نمود. نمونه های فراوان شمعها و سکوها و اسکله ها و غیره ساخته شده از بتن حاوی میکروسیلیس گواه عملکرد مناسب اینگونه بتن هاست]٦.[
٣- مواد و مصالح
مصالح مورد استفاده در این تحقیق عبارت بودند از:
١. درشت دانه شکسته آهکی مطابق با دانه بندی استاندارد ] BS 882٧[ با حداکثر اندازه ٢٠ میلیمتر،چگالی ٦٨/٢ و درصد جذب آب ٤٥/٠%.
٢. قبل از ساخت نمونه ها، درشت دانه کاملا شسته شد تا سطح آن عاری از مواد مضرّ گردد.
٣. ریزدانه آهکی مطابق دانه بندی مجاز BS 882 با مدول نرمی ٨/٢ و چگالی ٥٧/٢ و درصد جذب آب ٨/٢%.
٤. سیمان تیپ II (کارخانه سیمان تهران) مطابق استاندارد ] ASTM C150٨.[
٥. میکروسیلیس با چگالی ٣/٢ بصورت پودر.
٦. آب مصرفی در ساخت نمونه ها آب آشامیدنی بود. ٧. فوق روان کننده با نام تجاری . MELCRETE
٤-روش ساخت، عمل آوری و آماده سازی نمونه ها
برای ساخت کلیه نمونه های بتنی از طرح اختلاط بتن بر اساس یادداشت ] Road Note 4٩[
استفاده شد(مطابق جدول ٢).
هنگام ساخت نمونه ها، با افزودن فوق روان کننده اسلامپ بتن به١٠~٧ سانتیمتر رسید.
نیمی از نمونه های مقاومت فشاری درون آب عمل آوری شدند و نیمه دیگر پس از ٧ روز عمل آوری در آب، درون نفت خام محتوی ١٠ درصد آب نمک قرار گرفتند.
کلیه نمونه های استوانه ای نفوذ پذیری درون آب عمل آوری شدند.
کلیه نمونه ها ٢٤ ساعت قبل از انجام آزمایش از محیط عمل آوری خارج شدند.
٥- روش و برنامه انجام آزمایشها
٥-١- آزمایش تعیین مقاومت فشاری
٣ نمونه مکعبی cm١٠cm×١٠ برای هر سن در دو نوع شاهد و میکروسیلیسی با دو نسبت آب به سیمان ٥/٠و٤/٠ ساخته شدند.آزمایش در سنین ٧،٢٨،٩٠و١٨٠ روز بر روی نمونه ها انجام شد.
٥-٢- آزمایش تعیین نفوذپذیری
٢ نمونه استوانه ای در دو نوع شاهد و میکروسیلیسی و با دو نسبت آب به سیمان ٥/٠ و ٤/٠ ساخته شدند. نمونه ها پس از ٢٨ روز عمل آوری در آب تحت آزمایش قرار گرفتند.
٥-٢-١- روش انجام آزمایش نفوذپذیری با گاز اکسیژن دستگاه انجام آزمایش شامل یک سری سلول تحت فشار با یک سیستم هیدرولیکی که دارای قابلیّت قرار دادن سلولهای تحت فشار می باشد، است. هر سلول شامل یک نمونه استوانهای به قطر cm١٠ و بارتفاع cm١٠ است که گاز می تواند در جهت طولی از آن عبور کند. یک پمپ، هوا را با فشار ٨ بار به نمونه ها اعمال می کند. هنگامی که نرخ خروج گاز به مقدار ثابتی رسید( معمولاﹰ طی چند دقیقه)،ضریب نفوذ پذیری بتن از رابطه دارسی بر حسب m/s محاسبه می گردد.
٦ -نتیجه انجام آزمایشها
٦-١- آزمایش مقاومت فشاری
در شکلهای (٢) و (٣) تاثیر قرار دادن نمونه ها درون نفت خام پس از ٧ روز عمل آوری درون آب مشاهده می شود. ملاحظه می شود که بطور متوسط مقاومت نمونه های قرار گرفته در نفت خام در سن ٢٨ روز حدود ١٥ درصد کاهش یافته است.
