LNG儲罐外罐施工期間的溫度應力及裂縫分布

大型LNG儲罐由內罐和外罐組成，內罐采用9%鎳鋼建造，外罐采用預應力混凝土建造，中間采用膨脹珍珠巖作為隔熱層口門(mén)。LNG儲罐作為儲存液化氣的壓力容器，對外罐混凝土的裂縫具有嚴格限制，目前國內有不少的LNG儲罐外罐在施工期間因過(guò)大的溫度應力而導致混凝土開(kāi)裂。雖然早齡期混凝土裂縫在預應力鋼絞線(xiàn)張拉后可能會(huì )全部或者部分閉合，但在某些工況下，閉合的裂縫有可能再次張開(kāi)；由于大型LNG儲罐一般建在沿海城市，裂縫會(huì )破壞鋼筋的混凝土保護層，加快對鋼筋的腐蝕，嚴重影響儲罐的及使用壽命。因此，對LNG儲罐混凝土外罐的溫度應力及裂縫分析意義重大。裂縫產(chǎn)生的主要原因是：混凝土在硬化過(guò)程中，水泥水化熱使混凝土產(chǎn)生溫度變形，而其變形受到內外約束，產(chǎn)生熱應力，隨著(zhù)混凝土剛度的不斷增加，熱應力可能超過(guò)混凝土的抗拉強度，導致混凝土開(kāi)裂。

目前，對LNG儲罐混凝土外罐的主要集中在靜力分析、分析及預應力筋優(yōu)化設計方面，也有學(xué)者分析了混凝土材料的超低溫力學(xué)性能及超低溫對預應力混凝土外罐的影響，分析了LNG儲罐混凝土外罐的早期溫度場(chǎng)、應力場(chǎng)以及裂縫分布情況。

各施工層混凝土內部經(jīng)歷了升溫、降溫、趨于穩定3個(gè)階段，升溫速率明顯大于降溫速率，這種溫度速率變化不一致以及材料參數隨齡期的變化是產(chǎn)生溫度應力的主要原因；由于前9個(gè)混凝土的澆筑層高度都為4m，分析的位置也相同，所以其溫度時(shí)程變化曲線(xiàn)相似；第10澆筑層溫度曲線(xiàn)出現了2個(gè)波峰，其原因是第10澆筑層高度只有1.6m；第11澆筑層因環(huán)梁較厚而產(chǎn)生的溫度峰值大于其他澆筑層，且其達到峰值的時(shí)間相對延遲。

在外界恒溫條件下，混凝土內部溫度在其澆筑約1d后達到峰值，之后開(kāi)始緩慢降溫，在其澆筑約10d后趨于穩定?；炷烈桩a(chǎn)生深層裂縫；混凝土內部與表面溫差為25℃，混凝土表面具有開(kāi)裂的危險；頂部混凝土塊內部溫度受上層新澆筑混凝土的影響比較大。在溫度下降階段有20~30℃的溫度波動(dòng)，數值分析表明，新澆筑混凝土對下層混凝土的影響約為1.2m。

在LNG儲罐外罐施工期間，離地板。0~6m范圍內的外罐因其變形受到地板的約束而產(chǎn)生較大的溫度應力，而在后期預應力鋼絞線(xiàn)張拉階段，預應力的作用會(huì )使外罐底部產(chǎn)生較大的拉應力，溫度應力與張拉應力疊加，將進(jìn)一步增大第1澆筑層混凝土開(kāi)裂的風(fēng)險。因此，在施工期間應采取措施控制第1澆筑層的溫差，加強第1澆筑層的養護，在設計時(shí)還應充分考慮水化熱引起的溫度應力，增加第1澆筑層的配筋。

在外罐施工期間，混凝土先受壓后受拉，在混凝土澆筑68h后，混凝土由受壓狀態(tài)轉變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)，在混凝土澆筑120h后，第1澆筑層底部某點(diǎn)所受拉應力超過(guò)了混凝土的抗拉強度，底部混凝土開(kāi)始產(chǎn)生溫度裂縫。

結論

1)在LNG儲罐外罐混凝土澆筑過(guò)程中，各澆筑層溫度變化曲線(xiàn)相似，混凝土先升溫后降溫，升溫速率明顯大于降溫速率，溫度峰值在混凝土澆筑約Ia后出現。

2)在LNG儲罐外罐施工期間，外罐因水泥水化熱而產(chǎn)生較大的溫度應力，混凝土先受壓后受拉，在混凝土澆筑完成約5d時(shí)，第1澆筑層底部所受的拉應力超過(guò)了混凝土的抗拉強度，混凝土開(kāi)始產(chǎn)生溫度裂縫。

3)在溫度荷載作用下，因罐底約束作用，外罐離地面。0~6m內產(chǎn)生的溫度應力較大；第1澆筑層將產(chǎn)生溫度裂縫，第2，9澆筑層混凝土具有開(kāi)裂的危險。因此，在施工期間應采取措施控制第1，2，9澆筑層的溫差，并加強養護。