LNG储罐外罐施工期间的温度应力及裂缝分布

大型LNG储罐由内罐和外罐组成，内罐采用9%镍钢建造，外罐采用预应力混凝土建造，中间采用膨胀珍珠岩作为隔热层口门。LNG储罐作为储存液化气的压力容器，对外罐混凝土的裂缝具有严格限制，目前国内有不少的LNG储罐外罐在施工期间因过大的温度应力而导致混凝土开裂。虽然早龄期混凝土裂缝在预应力钢绞线张拉后可能会全部或者部分闭合，但在某些工况下，闭合的裂缝有可能再次张开；由于大型LNG储罐一般建在沿海城市，裂缝会破坏钢筋的混凝土保护层，加快对钢筋的腐蚀，严重影响储罐的及使用寿命。因此，对LNG储罐混凝土外罐的温度应力及裂缝分析意义重大。裂缝产生的主要原因是：混凝土在硬化过程中，水泥水化热使混凝土产生温度变形，而其变形受到内外约束，产生热应力，随着混凝土刚度的不断增加，热应力可能超过混凝土的抗拉强度，导致混凝土开裂。

目前，对LNG储罐混凝土外罐的主要集中在静力分析、分析及预应力筋优化设计方面，也有学者分析了混凝土材料的超低温力学性能及超低温对预应力混凝土外罐的影响，分析了LNG储罐混凝土外罐的早期温度场、应力场以及裂缝分布情况。

各施工层混凝土内部经历了升温、降温、趋于稳定3个阶段，升温速率明显大于降温速率，这种温度速率变化不一致以及材料参数随龄期的变化是产生温度应力的主要原因；由于前9个混凝土的浇筑层高度都为4m，分析的位置也相同，所以其温度时程变化曲线相似；第10浇筑层温度曲线出现了2个波峰，其原因是第10浇筑层高度只有1.6m；第11浇筑层因环梁较厚而产生的温度峰值大于其他浇筑层，且其达到峰值的时间相对延迟。

在外界恒温条件下，混凝土内部温度在其浇筑约1d后达到峰值，之后开始缓慢降温，在其浇筑约10d后趋于稳定。混凝土易产生深层裂缝；混凝土内部与表面温差为25℃，混凝土表面具有开裂的危险；顶部混凝土块内部温度受上层新浇筑混凝土的影响比较大。在温度下降阶段有20~30℃的温度波动，数值分析表明，新浇筑混凝土对下层混凝土的影响约为1.2m。

在LNG储罐外罐施工期间，离地板。0~6m范围内的外罐因其变形受到地板的约束而产生较大的温度应力，而在后期预应力钢绞线张拉阶段，预应力的作用会使外罐底部产生较大的拉应力，温度应力与张拉应力叠加，将进一步增大第1浇筑层混凝土开裂的风险。因此，在施工期间应采取措施控制第1浇筑层的温差，加强第1浇筑层的养护，在设计时还应充分考虑水化热引起的温度应力，增加第1浇筑层的配筋。

在外罐施工期间，混凝土先受压后受拉，在混凝土浇筑68h后，混凝土由受压状态转变为受拉状态，在混凝土浇筑120h后，第1浇筑层底部某点所受拉应力超过了混凝土的抗拉强度，底部混凝土开始产生温度裂缝。

结论

1)在LNG储罐外罐混凝土浇筑过程中，各浇筑层温度变化曲线相似，混凝土先升温后降温，升温速率明显大于降温速率，温度峰值在混凝土浇筑约Ia后出现。

2)在LNG储罐外罐施工期间，外罐因水泥水化热而产生较大的温度应力，混凝土先受压后受拉，在混凝土浇筑完成约5d时，第1浇筑层底部所受的拉应力超过了混凝土的抗拉强度，混凝土开始产生温度裂缝。

3)在温度荷载作用下，因罐底约束作用，外罐离地面。0~6m内产生的温度应力较大；第1浇筑层将产生温度裂缝，第2，9浇筑层混凝土具有开裂的危险。因此，在施工期间应采取措施控制第1，2，9浇筑层的温差，并加强养护。