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。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大的溫度應力而導致混凝土開裂。雖然早齡期混凝土裂縫在預應力鋼絞線張拉后可能會全部或者部分閉合，但在某些工況下，閉合的裂縫有可能再次張開；由于大型LNG儲罐一般建在沿海城市，裂縫會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。裂縫產生的主要原因是：混凝土在硬化過程中，水泥水化熱使混凝土產生溫度變形，而其變形受到內外約束，產生熱應力，隨著混凝土剛度的不斷增加，熱應力可能超過混凝土的抗拉強度，導致混凝土開裂。

目前，對LNG儲罐混凝土外罐的主要集中在靜力分析、分析及預應力筋優化設計方面，也有學者分析了混凝土材料的超低溫力學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、應力場以及裂縫分布情況。

各施工層混凝土內部經歷了升溫、降溫、趨于穩定3個階段，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生溫度應力的主要原因；由于前9個混凝土的澆筑層高度都為4m，分析的位置也相同，所以其溫度時程變化曲線相似；第10澆筑層溫度曲線出現了2個波峰，其原因是第10澆筑層高度只有1.6m；第11澆筑層因環梁較厚而產生的溫度峰值大于其他澆筑層，且其達到峰值的時間相對延遲。

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，之后開始緩慢降溫，在其澆筑約10d后趨于穩定?；炷烈桩a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，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生較大的溫度應力，而在后期預應力鋼絞線張拉階段，預應力的作用會使外罐底部產生較大的拉應力，溫度應力與張拉應力疊加，將進一步增大第1澆筑層混凝土開裂的風險。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，混凝土由受壓狀態轉變為受拉狀態，在混凝土澆筑120h后，第1澆筑層底部某點所受拉應力超過了混凝土的抗拉強度，底部混凝土開始產生溫度裂縫。

結論

1)在LNG儲罐外罐混凝土澆筑過程中，各澆筑層溫度變化曲線相似，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，第1澆筑層底部所受的拉應力超過了混凝土的抗拉強度，混凝土開始產生溫度裂縫。

3)在溫度荷載作用下，因罐底約束作用，外罐離地面。0~6m內產生的溫度應力較大；第1澆筑層將產生溫度裂縫，第2，9澆筑層混凝土具有開裂的危險。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。