LNG儲罐承臺大體積混凝土裂縫防控

王杰夫，葉榮春，陳念來

中石油京唐液化天然氣有限公司，北京 101100

LNG儲罐承臺大體積混凝土裂縫防控

王杰夫，葉榮春，陳念來

中石油京唐液化天然氣有限公司，北京 101100

唐山16萬m3LNG儲罐承臺混凝土屬于大體積混凝土，該種混凝土施工的技術(shù)難點(diǎn)是防止混凝土由于施工方法不當(dāng)，干燥、溫差而導(dǎo)致的開裂。論述了優(yōu)化混凝土區(qū)塊澆筑施工、優(yōu)化混凝土配合比、嚴(yán)格控制原材料等的裂縫源頭控制措施，闡述了事前準(zhǔn)備、施工流程控制、技術(shù)控制、溫差控制等的裂縫過程控制措施，介紹了本項(xiàng)目的保溫計算方法及保溫效果。最后指出，由于嚴(yán)格加強(qiáng)施工過程的監(jiān)管，本項(xiàng)目施工的儲罐承臺混凝土裂縫得到了有效的控制，檢測統(tǒng)計表明，采用本方法施工的4座儲罐承臺均未出現(xiàn)超過規(guī)范要求的0.3 mm及以上寬度的裂縫。

LNG儲罐承臺；大體積混凝土；裂縫；防控

唐山LNG儲罐承臺由360根直徑1 200 mm的樁底后注漿混凝土灌注樁及隔振橡膠墊支撐。承臺直徑87 400 mm，底板面積6 000 m2，中心部位混凝土厚900 mm，邊緣厚1 200 mm，混凝土為C50，工程量5 892 m3，屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，易出現(xiàn)裂縫，質(zhì)量要求高。混凝土屬脆性材料，抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/10左右，拉伸變形能力很小。大體積混凝土開裂是由干燥、溫差引起的應(yīng)力收縮以及施工方法不當(dāng)導(dǎo)致的，其施工主要技術(shù)難點(diǎn)是如何采取有效措施，防止混凝土表面裂縫的產(chǎn)生。

1 裂縫的源頭控制

對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，根據(jù)國內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)，首先就要做好裂縫的源頭控制工作。工程實(shí)踐中從以下方面入手。

1.1 優(yōu)化混凝土施工階段

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，混凝土結(jié)構(gòu)形式對溫度應(yīng)力和裂縫的產(chǎn)生具有重要影響。澆筑區(qū)塊越大，溫度應(yīng)力也越大，也越易產(chǎn)生裂縫。

在唐山LNG儲罐承臺施工階段設(shè)計中，為了預(yù)防混凝土產(chǎn)生裂縫，將承臺分成8個區(qū)塊，按時間間隔要求依次進(jìn)行澆筑和采用大斜坡分層連續(xù)澆筑（1∶8），每次澆筑理論用時15 h，見圖1。

1.2 優(yōu)化混凝土配合比

優(yōu)化配合比的思路是：利用混凝土的后期強(qiáng)度，采用60 d齡期強(qiáng)度來設(shè)計配合比，達(dá)到降低水泥用量、增加礦物摻合料用量、大幅降低水化熱的目的，同時使混凝土又具有良好的和易性、可泵性。

選用的承臺基礎(chǔ)C50R60混凝土配合比為：水泥∶砂∶石子∶水∶外加劑∶礦粉 =1∶2.64∶3.51∶0.48∶0.03∶0.50，配制的混凝土坍落度為（200±30）mm，擴(kuò)展度（550±50）mm。其中水泥為唐山冀東P.O42.5水泥，砂為綏中六股河中砂，石子為唐山豐潤粒徑5～20 mm碎石，水為自來水，外加劑為北京瑞帝斯FAC，礦粉為曹妃甸盾石S95?；炷僚浜媳劝凑認(rèn)GJ 55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計。

依據(jù)配合比進(jìn)行最佳投料順序和拌合時間的試驗(yàn)。按試驗(yàn)部門簽發(fā)的配合比配料，不得擅自更改。首次投用的配合比應(yīng)開盤鑒定，其工藝性能應(yīng)滿足設(shè)計配合比要求，至少應(yīng)留一組標(biāo)養(yǎng)試件作為驗(yàn)證配合比的依據(jù)。

1.3 嚴(yán)格控制原材料

（1）水泥。選擇抗裂性能好，兼顧低熱和高強(qiáng)要求的低熱礦渣水泥。水泥組分、化學(xué)成分、水化熱符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》、GB/T 176-2008《水泥化學(xué)分析方法》、GB/T12959-2008《水泥水化熱測定方法》規(guī)定。經(jīng)中冶建筑研究總院工程檢測中心試驗(yàn)證明，P.O 42.5普通硅酸鹽水泥滿足規(guī)范要求。

（2）摻合料。摻合料能降低混凝土的絕熱溫升，提高抗裂能力[1]。高爐礦渣微粉是一種新型摻合料，可等量取代水泥，對混凝土的強(qiáng)度、脆性、徐變、彈性模量、體積穩(wěn)定性、耐久性和泵送性有很好的改性作用。S95級礦渣粉符合GB/T 18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》要求，細(xì)度小，比面積適宜，早強(qiáng)快硬，水泥強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度相關(guān)性好，抗凍，耐磨，耐侵蝕，具有良好的活性，摻入減水劑可配制出高強(qiáng)低水化熱混凝土。

（3）外加劑。減水劑具有減水和增塑作用，在坍落度及強(qiáng)度不變的條件下，可減少單位用水量，節(jié)約水泥，延緩凝結(jié)時間、水泥水化熱釋放速度，降低絕熱溫升[1-2]。外加劑的品種、摻量，按先試驗(yàn)后使用原則進(jìn)行使用，外加劑符合GB 8076-2008《混凝土外加劑》規(guī)定。將摻量為2%的外加劑均勻溶解在水中，測定比重、濃度，而后定量加入混凝土中拌合。本工程外加劑采用北京瑞帝斯聚羧酸減水劑。

（4）粗骨料。骨料應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、級配良好、空隙率較小、熱脹系數(shù)小。依據(jù)JGJ 52-2006《混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定進(jìn)行檢測。經(jīng)檢測，粗骨料為5～20 mm連續(xù)粒級，針片狀含量≤10%，含泥量≤0.25%，泥塊含量＜0.6%。

（5）細(xì)骨料。采用綏中六股河天然中砂，符合JGJ 52-2006《混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定。砂細(xì)度模數(shù)2.4～3.0，含泥量≤0.1%，泥塊含量＜0.5%。

（6）水?；炷翑嚢栌盟?，符合JGJ 63-2006《混凝土攪拌用水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，經(jīng)試驗(yàn)確定。

2 裂縫的過程控制

2.1 技術(shù)控制

做好表面隔熱保護(hù)能推遲大體積混凝土干縮的發(fā)生，有利于其強(qiáng)度增長。為發(fā)揮混凝土松弛對應(yīng)力的抵消作用，避免混凝土硬化初期驟然產(chǎn)生過大的應(yīng)力，應(yīng)減慢降溫速率。一是通過減少表面的熱擴(kuò)散，降低內(nèi)外溫差值，自我約束應(yīng)力；二是降低降溫速率，延長散熱時間，預(yù)防和控制溫度裂紋；三是養(yǎng)護(hù)過程需保持良好的溫度和防風(fēng)條件，使其在適宜的溫度和濕度環(huán)境下養(yǎng)護(hù)。

（1）降低入模溫度。攪拌用水要用冷水機(jī)組或加冰塊以降低水溫，對砂石料采用防雨布遮陽降溫，在水泥、礦粉筒倉外部安裝遮陽布以降低粉料溫度，剛出廠的熱水泥不得使用，需在料倉內(nèi)存放15 d以上，選擇合適的施工時間，避開高溫時段。

（2）避免陽光暴曬。混凝土澆筑后、養(yǎng)護(hù)前應(yīng)避免陽光暴曬；混凝土凝結(jié)后及時覆蓋塑料薄膜、土工布保溫，避免溫度、濕度的急劇變化及外力的擾動。

（3）澆筑后若不及時覆蓋、澆水養(yǎng)護(hù)，表面水分迅速蒸發(fā)，極易產(chǎn)生裂縫。特別是氣溫高、相對濕度低，風(fēng)速大時更要注意。需連續(xù)養(yǎng)護(hù)14 d，其表面始終保持濕潤和適宜的溫度[3]。

（4）落實(shí)擋風(fēng)措施。用防雨布緊密包圍承臺底部，防止冷空氣的襲擊，防止表面降溫過大導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，減少承臺中心與下表面的溫度梯度。

（5）確保時間間隔。分區(qū)澆筑時，相鄰區(qū)域須在72 h后施工，以等待其收縮變形穩(wěn)定。

（6）當(dāng)混凝土開始降溫時，在其表面覆蓋保溫材料（棉被和塑料薄膜），保持表面混凝土溫度，減小混凝土內(nèi)表溫差。即使在夏季，大體積混凝土降溫階段也要進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

2.2 溫差控制

大體積混凝土施工時，由水泥水化放熱引起的混凝土內(nèi)部劇烈溫升以及內(nèi)外溫差易導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，因此保證大體積混凝土硬化質(zhì)量的關(guān)鍵是防止或減少溫度裂縫，為此，需掌控其內(nèi)外溫度變化，落實(shí)保溫措施[1]。溫控指標(biāo)以歐標(biāo)為基準(zhǔn)，見表1。

表1 大體積混凝土溫控指標(biāo)

（1）現(xiàn)場布置2臺EX4/Cu50型測溫儀，澆筑前預(yù)埋測溫點(diǎn)，每塊施工區(qū)域2個，記錄混凝土溫度變化值。

（2）每點(diǎn)設(shè)5個傳感器，分別測混凝土底、中、上部、表面溫度及大氣溫度。澆筑過程中、完成后均需測溫度變化，記錄至少7 d內(nèi)每0.5 h的溫度。電子測溫儀自動記錄數(shù)據(jù)，需在承臺上搭設(shè)防雨、防風(fēng)沙棚。

（3）專人負(fù)責(zé)測溫和養(yǎng)護(hù)，根據(jù)采集的測溫和天氣預(yù)報資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過對基礎(chǔ)內(nèi)外溫差和基礎(chǔ)降溫速率的測定及比較，采取必要措施。如降溫速率過快應(yīng)加大保護(hù)層覆蓋厚度。當(dāng)降溫梯度超過2℃/d時應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)保溫，升、降溫階段嚴(yán)禁隨意揭開養(yǎng)護(hù)材料。

（4）當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度與大氣溫度差值恒小于25℃，且大氣溫度不低于+5℃時，經(jīng)技術(shù)部門同意后方可逐步拆除保溫。

（5）在測溫保溫階段，要加強(qiáng)巡檢。特別是大風(fēng)天氣，發(fā)現(xiàn)塑料掀起等異常情況及時組織人員處理。

（6）對于大體積混凝土施工，養(yǎng)護(hù)和澆筑同樣重要，保濕是前提，控制降溫速度是關(guān)鍵，監(jiān)測是保障。

3 保溫計算及保溫效果

（1）保溫厚度計算：

式中：δ為保溫材料厚度，m；h為混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際厚度，m；λi為保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；Tb為混凝土澆筑體表面溫度，℃；Tq為混凝土達(dá)到最高溫度 （澆筑后 3～4 d） 時的大氣平均溫度，℃；λ0為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；Tmax為混凝土的最高溫度，℃；Kb為傳熱系數(shù)修正值，取1.3～2.0。

本項(xiàng)目h取1.2 m，λi取0.03 W（m·K），λ0取2.33 W/（m·K），通過承臺模擬試驗(yàn)得到實(shí)測值Tmax為47.3℃，通過承臺模擬試驗(yàn)得到混凝土表層下50～100 mm處溫度的實(shí)測值Tb為37.3℃，實(shí)測Tq為18℃，Kb取1.3。則本項(xiàng)目所需保溫材料的厚度（在易透風(fēng)保溫材料上，上下各鋪一層不透風(fēng)材料）為：

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

（2）保溫效果。本項(xiàng)目施工過程中，采用一層塑料薄膜，加一層棉被，上面再加一層塑薄膜的保溫措施，有效地保住了混凝土表面的潮濕和溫度，既有利于表層混凝土強(qiáng)度的增長，又使降溫階段不致出現(xiàn)干燥收縮。

4 結(jié)束語

由于嚴(yán)格加強(qiáng)施工過程的監(jiān)管，做好事前、事中控制，唐山LNG項(xiàng)目16萬m3LNG儲罐承臺混凝土裂縫得到有效的控制。經(jīng)檢測統(tǒng)計，1#～4#儲罐承臺均未出現(xiàn)超過規(guī)范要求的0.3 mm及以上寬度的裂縫。

[1]陳勇，王繼奎，唐在權(quán).淺談“大體積及超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫”控制措施[J].建筑安全，2002（9）：44-45.

[2]侯景鵬，熊杰，袁勇.大體積商品混凝土溫度控制與現(xiàn)場監(jiān)測[J].混凝土，2004（5）：56-58.

[3]王軍，吳方國，趙成泉.鋼筋混凝土構(gòu)件常見裂縫的控制及實(shí)例[J].建筑技術(shù)開發(fā)，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，遼寧錦州人，高級工程師，1984年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)煉油化工機(jī)械專業(yè)，現(xiàn)從事LNG項(xiàng)目的施工及工程質(zhì)量管理工作。Email：wangjiefu@petrochina.com.cn

2017-01-18