LNG储罐承台大体积混凝土裂缝防控

王杰夫，叶荣春，陈念来

中石油京唐液化天然气有限公司，北京 101100

LNG储罐承台大体积混凝土裂缝防控

王杰夫，叶荣春，陈念来

中石油京唐液化天然气有限公司，北京 101100

唐山16万m3LNG储罐承台混凝土属于大体积混凝土，该种混凝土施工的技术难点是防止混凝土由于施工方法不当，干燥、温差而导致的开裂。论述了优化混凝土区块浇筑施工、优化混凝土配合比、严格控制原材料等的裂缝源头控制措施，阐述了事前准备、施工流程控制、技术控制、温差控制等的裂缝过程控制措施，介绍了本项目的保温计算方法及保温效果。最后指出，由于严格加强施工过程的监管，本项目施工的储罐承台混凝土裂缝得到了有效的控制，检测统计表明，采用本方法施工的4座储罐承台均未出现超过规范要求的0.3 mm及以上宽度的裂缝。

LNG储罐承台；大体积混凝土；裂缝；防控

唐山LNG储罐承台由360根直径1 200 mm的桩底后注浆混凝土灌注桩及隔振橡胶垫支撑。承台直径87 400 mm，底板面积6 000 m2，中心部位混凝土厚900 mm，边缘厚1 200 mm，混凝土为C50，工程量5 892 m3，属于大体积混凝土结构，易出现裂缝，质量要求高。混凝土属脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1/10左右，拉伸变形能力很小。大体积混凝土开裂是由干燥、温差引起的应力收缩以及施工方法不当导致的，其施工主要技术难点是如何采取有效措施，防止混凝土表面裂缝的产生。

1 裂缝的源头控制

对于大体积混凝土结构裂缝，应以预防为主，根据国内外施工经验，首先就要做好裂缝的源头控制工作。工程实践中从以下方面入手。

1.1 优化混凝土施工阶段

根据以往的经验，混凝土结构形式对温度应力和裂缝的产生具有重要影响。浇筑区块越大，温度应力也越大，也越易产生裂缝。

在唐山LNG储罐承台施工阶段设计中，为了预防混凝土产生裂缝，将承台分成8个区块，按时间间隔要求依次进行浇筑和采用大斜坡分层连续浇筑（1∶8），每次浇筑理论用时15 h，见图1。

1.2 优化混凝土配合比

优化配合比的思路是：利用混凝土的后期强度，采用60 d龄期强度来设计配合比，达到降低水泥用量、增加矿物掺合料用量、大幅降低水化热的目的，同时使混凝土又具有良好的和易性、可泵性。

选用的承台基础C50R60混凝土配合比为：水泥∶砂∶石子∶水∶外加剂∶矿粉 =1∶2.64∶3.51∶0.48∶0.03∶0.50，配制的混凝土坍落度为（200±30）mm，扩展度（550±50）mm。其中水泥为唐山冀东P.O42.5水泥，砂为绥中六股河中砂，石子为唐山丰润粒径5～20 mm碎石，水为自来水，外加剂为北京瑞帝斯FAC，矿粉为曹妃甸盾石S95。混凝土配合比按照JGJ 55-2000《普通混凝土配合比设计规程》进行设计。

依据配合比进行最佳投料顺序和拌合时间的试验。按试验部门签发的配合比配料，不得擅自更改。首次投用的配合比应开盘鉴定，其工艺性能应满足设计配合比要求，至少应留一组标养试件作为验证配合比的依据。

1.3 严格控制原材料

（1）水泥。选择抗裂性能好，兼顾低热和高强要求的低热矿渣水泥。水泥组分、化学成分、水化热符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》、GB/T 176-2008《水泥化学分析方法》、GB/T12959-2008《水泥水化热测定方法》规定。经中冶建筑研究总院工程检测中心试验证明，P.O 42.5普通硅酸盐水泥满足规范要求。

（2）掺合料。掺合料能降低混凝土的绝热温升，提高抗裂能力[1]。高炉矿渣微粉是一种新型掺合料，可等量取代水泥，对混凝土的强度、脆性、徐变、弹性模量、体积稳定性、耐久性和泵送性有很好的改性作用。S95级矿渣粉符合GB/T 18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》要求，细度小，比面积适宜，早强快硬，水泥强度与混凝土强度相关性好，抗冻，耐磨，耐侵蚀，具有良好的活性，掺入减水剂可配制出高强低水化热混凝土。

（3）外加剂。减水剂具有减水和增塑作用，在坍落度及强度不变的条件下，可减少单位用水量，节约水泥，延缓凝结时间、水泥水化热释放速度，降低绝热温升[1-2]。外加剂的品种、掺量，按先试验后使用原则进行使用，外加剂符合GB 8076-2008《混凝土外加剂》规定。将掺量为2%的外加剂均匀溶解在水中，测定比重、浓度，而后定量加入混凝土中拌合。本工程外加剂采用北京瑞帝斯聚羧酸减水剂。

（4）粗骨料。骨料应质地坚硬、清洁、级配良好、空隙率较小、热胀系数小。依据JGJ 52-2006《混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规定进行检测。经检测，粗骨料为5～20 mm连续粒级，针片状含量≤10%，含泥量≤0.25%，泥块含量＜0.6%。

（5）细骨料。采用绥中六股河天然中砂，符合JGJ 52-2006《混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规定。砂细度模数2.4～3.0，含泥量≤0.1%，泥块含量＜0.5%。

（6）水。混凝土搅拌用水，符合JGJ 63-2006《混凝土搅拌用水标准》规定，经试验确定。

2 裂缝的过程控制

2.1 技术控制

做好表面隔热保护能推迟大体积混凝土干缩的发生，有利于其强度增长。为发挥混凝土松弛对应力的抵消作用，避免混凝土硬化初期骤然产生过大的应力，应减慢降温速率。一是通过减少表面的热扩散，降低内外温差值，自我约束应力；二是降低降温速率，延长散热时间，预防和控制温度裂纹；三是养护过程需保持良好的温度和防风条件，使其在适宜的温度和湿度环境下养护。

（1）降低入模温度。搅拌用水要用冷水机组或加冰块以降低水温，对砂石料采用防雨布遮阳降温，在水泥、矿粉筒仓外部安装遮阳布以降低粉料温度，刚出厂的热水泥不得使用，需在料仓内存放15 d以上，选择合适的施工时间，避开高温时段。

（2）避免阳光暴晒。混凝土浇筑后、养护前应避免阳光暴晒；混凝土凝结后及时覆盖塑料薄膜、土工布保温，避免温度、湿度的急剧变化及外力的扰动。

（3）浇筑后若不及时覆盖、浇水养护，表面水分迅速蒸发，极易产生裂缝。特别是气温高、相对湿度低，风速大时更要注意。需连续养护14 d，其表面始终保持湿润和适宜的温度[3]。

（4）落实挡风措施。用防雨布紧密包围承台底部，防止冷空气的袭击，防止表面降温过大导致裂缝的产生，减少承台中心与下表面的温度梯度。

（5）确保时间间隔。分区浇筑时，相邻区域须在72 h后施工，以等待其收缩变形稳定。

（6）当混凝土开始降温时，在其表面覆盖保温材料（棉被和塑料薄膜），保持表面混凝土温度，减小混凝土内表温差。即使在夏季，大体积混凝土降温阶段也要进行保温养护。

2.2 温差控制

大体积混凝土施工时，由水泥水化放热引起的混凝土内部剧烈温升以及内外温差易导致混凝土产生温度裂缝，因此保证大体积混凝土硬化质量的关键是防止或减少温度裂缝，为此，需掌控其内外温度变化，落实保温措施[1]。温控指标以欧标为基准，见表1。

表1 大体积混凝土温控指标

（1）现场布置2台EX4/Cu50型测温仪，浇筑前预埋测温点，每块施工区域2个，记录混凝土温度变化值。

（2）每点设5个传感器，分别测混凝土底、中、上部、表面温度及大气温度。浇筑过程中、完成后均需测温度变化，记录至少7 d内每0.5 h的温度。电子测温仪自动记录数据，需在承台上搭设防雨、防风沙棚。

（3）专人负责测温和养护，根据采集的测温和天气预报资料进行数据分析，通过对基础内外温差和基础降温速率的测定及比较，采取必要措施。如降温速率过快应加大保护层覆盖厚度。当降温梯度超过2℃/d时应加强养护保温，升、降温阶段严禁随意揭开养护材料。

（4）当混凝土内部温度与大气温度差值恒小于25℃，且大气温度不低于+5℃时，经技术部门同意后方可逐步拆除保温。

（5）在测温保温阶段，要加强巡检。特别是大风天气，发现塑料掀起等异常情况及时组织人员处理。

（6）对于大体积混凝土施工，养护和浇筑同样重要，保湿是前提，控制降温速度是关键，监测是保障。

3 保温计算及保温效果

（1）保温厚度计算：

式中：δ为保温材料厚度，m；h为混凝土结构的实际厚度，m；λi为保温材料导热系数，W/（m·K）；Tb为混凝土浇筑体表面温度，℃；Tq为混凝土达到最高温度 （浇筑后 3～4 d） 时的大气平均温度，℃；λ0为混凝土导热系数，W/（m·K）；Tmax为混凝土的最高温度，℃；Kb为传热系数修正值，取1.3～2.0。

本项目h取1.2 m，λi取0.03 W（m·K），λ0取2.33 W/（m·K），通过承台模拟试验得到实测值Tmax为47.3℃，通过承台模拟试验得到混凝土表层下50～100 mm处温度的实测值Tb为37.3℃，实测Tq为18℃，Kb取1.3。则本项目所需保温材料的厚度（在易透风保温材料上，上下各铺一层不透风材料）为：

δ=0.5×1.20×0.03×（37.3-18） ×1.3/（2.33×（47.3-37.3））=0.02（m）

（2）保温效果。本项目施工过程中，采用一层塑料薄膜，加一层棉被，上面再加一层塑薄膜的保温措施，有效地保住了混凝土表面的潮湿和温度，既有利于表层混凝土强度的增长，又使降温阶段不致出现干燥收缩。

4 结束语

由于严格加强施工过程的监管，做好事前、事中控制，唐山LNG项目16万m3LNG储罐承台混凝土裂缝得到有效的控制。经检测统计，1#～4#储罐承台均未出现超过规范要求的0.3 mm及以上宽度的裂缝。

[1]陈勇，王继奎，唐在权.浅谈“大体积及超长钢筋混凝土结构裂缝”控制措施[J].建筑安全，2002（9）：44-45.

[2]侯景鹏，熊杰，袁勇.大体积商品混凝土温度控制与现场监测[J].混凝土，2004（5）：56-58.

[3]王军，吴方国，赵成泉.钢筋混凝土构件常见裂缝的控制及实例[J].建筑技术开发，2001（12）：57-57.

Crack prevention and controlofmass concrete pile cap ofL NGstorage tank

WANG Jiefu，YE Rongchun，CHEN Nianlai
PetroChina Jingtang LNG Co.Ltd.，Beijing 101100，China

The construction difficulty of the mass concrete pile caps of 160 000 m3LNG storage tanks in Tangshan is to prevent concrete cracks caused by improper construction method，temperature difference and less moisture.This paper introduces the source control measures such as optimization of mix ratio and strict control of raw materials，and control measures during construction such as construction procedure control，technicalcontroland temperature difference control，also the thermal insulation method and practical effect.Because of strict construction supervision，the four concrete pile caps of the four LNG storage tanks have not appear cracks of greater than 0.3 mm in width.

pile cap of LNG storage tank；mass concrete；crack；prevention and control

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.015

王杰夫（1960-），男，辽宁锦州人，高级工程师，1984年毕业于辽宁石油化工大学炼油化工机械专业，现从事LNG项目的施工及工程质量管理工作。Email：wangjiefu@petrochina.com.cn

2017-01-18