LNG储罐混凝土外罐裂缝产生的主要原因及控制措施

欧阳宇雄

【摘 要】依据《大体积混凝土施工规范》GB50496—2009规范规定，目前国内LNG储罐混凝土外罐属大体积混凝土。外罐混凝土施工前必须认真考虑混凝土裂缝控制，以保证LNG储罐安全储存、冷冻低温液化天然气。

【关键词】大体积混凝土、温度应力、温度裂缝、温度监控。 1、LNG储罐工程介绍

某LNG储罐混凝土外罐工程包括：基础部分由桩基、基础承台（底板）组成，上部主体结构由预应力混凝土外围护墙（外罐罐壁）、环梁和穹顶组成。笔者从事的某LNG储罐工程建设，LNG储罐基础承台半径R=43700mm、承台厚1200mm，混凝土用量约7200m3，混凝土强度等级为 C40。混凝土外围护墙外径41.8米，内径41米，厚0.8米，混凝土用量约8300m3，混凝土强度等级为 C50。

2、大体积混凝土裂缝产生的主要原因 混凝土是由水泥、砂、石子等多种非匀质材料组成，具有较高的抗压强度、良好的耐久性及抗拉强度低、抗变形能力差、易开裂的特点。

一般大体积混凝土的裂缝产生的原因主要有：

⑴由温度、收缩、不均匀沉降、膨胀等变形变化产生应力引起裂缝。

⑵混凝土配合比引起的裂缝。

⑶风速引起的裂缝。

大体积混凝土的裂缝多由变形变化引起的，即结构要求变形当变形受到约束得不到满足时引起应力，当该应力超过混凝土抗拉强度时就引起裂缝。为此裂缝的产生既与变形大小有关，又与约束的强弱有关。结构产生变形变化时，不同结构之间和结构内部各质点之间都会产生约束。

一般大体积混凝土承受的温差和收缩主要是均匀温差和均匀收缩，故外约束应力占主要地位，因此我们要重点研究由结构变形和外约束引起的应力。大体积混凝土由于截面大、水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因。

3、裂缝的种类及其危害

大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度一般分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种。贯穿裂缝切断了结构断面，破壞结构整体性、稳定性和耐久性等，危害严重。深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定的危害性。表面裂缝虽然不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱且易产生应力集中，能促使裂缝进一步扩大。

根据LNG储罐混凝土外罐各部分使用用途及我国的混凝土设计规范要求，本工程设计文件对各部位混凝土裂缝宽度要求：承台和穹顶0.2mm，外罐围护墙0.1mm。如果裂缝对结构的正常使用有潜在的危害，施工单位应修补混凝土，如有必要需由专业公司注射修补，并采用能与表面状态、潮湿程度、裂缝尺寸等情况相适应的产品。

4、LNG储罐混凝土裂缝控制措施

针对混凝土裂缝产生的主要原因，本工程在控制混凝土裂缝主要采取以下措施：

⑴混凝土配合比的优化。施工单位应负责设计混凝土配合比，以保证混凝土具有较好的质量，尤其是初期对配合比所做的一系列质量鉴定试验。施工单位应通过采用所购买的原材料进行试配，从而选择出合适的配合比。水泥、砂、石子等材料应采用“先进，先出”的原则并按制造商的说明存放。为减少或限制混凝土开裂，混凝土配合比设计时除减水剂、缓凝剂等外加剂外，本工程外罐的承台与穹顶混凝土中掺加高延展高强度复合阻裂纤维，掺量为 0.9kg/m 3 ，长度规格 16～19mm。

⑵原材料方面：①水泥。选用中低热的水泥品种。混凝土升温的热源是水泥水化热，选用中低热的水泥品种可减少水化热，使混凝土升温减少。为此本工程大体积混凝土选用普通硅酸盐水泥，其3d的水化热不宜大于233kJ/kg，7d的水化热不宜大于268kJ/kg。②掺加减水剂。减水剂对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥，从而降低了水化热。同时可明显延迟水化热释放的速度，放热峰也较不掺者推迟。这样不但可减小温度应力且可使初凝和终凝的时间相应延缓5～8h，大大减少了在大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。③骨料。粗、细骨料的各项指标应严格按《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006 的要求执行。粗骨料的最大粒径 25mm，细骨料不得使用海砂。细骨料宜采用中砂，其细度模数宜为2.3-3.0，含泥量不大于3%；粗骨料宜选用粒径5-255mm的连续级配，含泥量不天有不大于1%。④拌合用水。混凝土搅拌用水应严格按《混凝土用水标准》JGJ 63-2006 的要求执行，不得使用海水配制混凝土。混凝土搅拌用水的 PH 值不应小于6，也不应大于8。任何情况下海水都不能用于和混凝土有关的工作（搅拌、养护等）。清洗粗骨料的水不能再用于与施工有关的混凝土生产、准备、浇注和养护。混凝土搅拌和养护用水应无污染物，尤其是那些能引起混凝土中氯化物或硫酸盐含量提高的污染物，并对无机污染物的浓度提出要求。

⑶优化混凝土浇筑施工方案。根据本工程实际情况，施工单位分别编写了基础承台、外罐罐壁和穹顶等专项施工方案，以指导现场施工。如基础承台、穹顶混凝土采用分区段、跳仓法施工。对下雨、停电等影响混凝土浇筑施工的特殊情况，制订了相应的应急处理方案，尽量保证混凝土连续浇筑。对混凝土可能发生泌水现象也制订了处理措施。

⑷混凝土浇筑施工控制。为保证LNG储罐混凝土质量，减少混凝土运输距离，施工单位采用现场搅拌站的方式生产混凝土。为了避免混凝土浇筑施工时发生离析现象，下料导管离混凝土浇筑面的高度不得超过2米，并采用插入式振捣棒做好混凝土的振捣。监理单位做好现场旁站监理，对施工单位在施工中出现的影响混凝土浇筑的各种因素及时要求施工单位整改，并对整改结果进行验收，以保证混凝土施工质量。

⑸混凝土温度监测及养护。混凝土浇筑完成后，施工单位要做好以下工作：一是及时对混凝土进行养护。如对承台采取二层土工布、一层塑料薄膜覆盖蓄水保温的方式进行养护，保温蓄水深度一般10mm～30mm左右，根据测温数据调整蓄水深度控制温度。二是利用埋设在混凝土的测温仪，在测点混凝土终凝后开始，对混凝土表面、中心、底部3处部位定时监测温度，把混凝土内外温差控制在25℃以内。随时监视大体积混凝土内部的温度变化，对照理论计算值如有异常及时采取技术措施。温度监测连续7天或温度达到稳定为止。

5、结束语

通过以上裂缝控制措施，某LNG储罐混凝土外罐的裂缝得到了很好的控制，未出现影响工程结构的深层裂缝和贯穿裂缝，表面裂缝控制与同行业同类工程比也有明显的效果。为以后同类工程施工具有借鉴作用。

参考文献：

[1] 《大体积混凝土施工规范》GB50496—2009

[2] 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010