大型液化天然气储罐超低温抗渗流混凝土的配合比设计.pdf
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1、大型液化天然气储罐超低温抗渗流 混凝土的配合比设计 M i x De s i g n o f Ul t r a l o w Te mp e r a t u r e a n d An t i S e e p a g e Co n c r e t e f o r La r g e LNG S t o r a g e Ta n k 张 渭荣 束 廉 阶 张致海 上海电力建筑工程公司 上海2 0 0 4 3 7 摘 要: 液化天然气储罐对抗冻性能具有较高要求。阐述了专配混凝土力学性能、化学性能、工作性能 、稳定性能和裂 缝控制,通过工程实例证明,配制的超低温抗渗流混凝土充分考虑了各项影响因素,保证了工
2、程质量。 关键词 : 钢筋混凝土结构L N G液化天然气 负温度 抗冻混凝土 耐久性能 中图分类号: T U 7 5 5 1 文献标识码 B 【 文章编号】1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 4 4 5 0 3 1 L N G储罐的结构 L N G ( 液化天然气 , 仅为天然气体积 的 l 6 2 5左右 ) 因为 有利于储存和运输, 故常应用于大型管道运输工程 中。 而为 了气源的接受及储存( 运输可采用管道远距离输送或采用 槽罐车及船运的方式 ) ,工程施工中必须建造些储罐 , 如 正在建设 中的江苏如东和唐 山曹妃甸 1 6 0 0 0 0 m 。 储罐
3、 等 工程 。 储罐( 又称安全壳 ) 既是 L N G或核反应堆厂房的围护结 构 ,又是重 要的安 全屏 障。液化 天然气 储罐 为耐低 温 ( - 1 6 5 o C ) 及常温压 力( 2 3 k P a ) 的压 力容器, 自承形式外壳 为预应力混凝土筒。混凝土 内壁有 S A 5 1 6 钢板 ,内罐采用 9 N i 钢制作。 1 6 0 0 0 0 m s 储罐钢筋 混凝 土外壳采用后张拉法预应 力, 包括桩基、 承台底板 、 筒身及穹顶等组成。承 台底板厚 1 2 m O 9 m ,支承处离 自然地 面 1 5 m ,筒高约 4 0 m , 西 8 0 m , 钢筋混凝土筒壁 内
4、衬为厚 6 m m的钢板。钢筒与混 凝土简体之间有厚 1 2 m的填充珍珠岩衬垫 ,钢筒底部保 温有泡沫玻璃砧垫 , 顶部安有珍珠岩加以隔绝( 图 1 ) 。 根据设计要求 ,储罐混凝土必须具有耐受一定时间内 的负温度抗冻性 能,以预估混凝土在危急情况下筒壁形成 液化天然气渗流造成 的混凝土内外温差、迅速收缩形成混 凝土裂缝 ,混凝土冻融崩 解损失强度而造成储罐 内大 量 L N G 液体外泄漏的可能性 ,并可根据实际采取必要的处理 措施。为此, 本文将作进一步的介绍。 作者简介: 张渭荣( 1 9 5 7 - ) , 男, 大专, 工程师。 作者地址 : 上 海市松花 江路 2 6 0 0号
5、 ( 2 O o 4 3 7 ) 。 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 3 1 6 图 1 上海洋 山深水港 1 6 00 0 0ma L N G储 罐 2 混凝土抗冻性能标准 , 目前 , 现行 国标和行业标准、 耐久性混凝土设计规范和 施工规范对我国环境温度地区划分、 抗冻指标 、 施 工要求和 试验标准及方法均有相关要求。但我国现行的设计规范是 在常规环境温度条件下制定的,尚没有超低温抗渗流方面 的设计工况和规范条文。 3 混凝土耐久性的抗冻配合比设计 3 1 抗冻混凝土简介 抗冻混凝土是针对混凝土耐久性特性 的一个方面 , 在 严寒地 区进行冻融试验而产生的。所谓混凝土耐久性的要 求
6、, 简括起来是“ 四个性能、 一个控制 ” , 即混凝土的力学性 能、 化学性能、 工作性能、 适用性能和对裂缝的控制。 普通混 凝土与高性能混凝土有其共同性 , 亦有特殊性 , 而抗冻混凝 土作为高性能混凝土,更加注意混凝土的抗冻融的物理力 学性能。 3 2抗冻混凝土的原材料选择及规定 3 2 1 原材料选择 宜选用标准稠度低、强度等级不低于 P 0 4 2 5 的中热 l u u r r 第3 4 卷第 5 期 j 4 4 5 硅酸盐水泥 、 普通硅酸盐水泥 , 不宜采用矿渣硅酸盐水泥、 火山灰质硅酸盐水泥 : 细骨料宜选用级配良好、 细度模数在 2 5 3 1的中砂 ; 粗骨料宜选 用质
7、地坚硬 、 级配 良好 、 针 片 状少、 空隙率小的碎石 , 其岩石抗压强度宜大于 1 0 0 M P a , 岩 石的抗压强度与混凝土的抗压强度之比不宜低于 1 5 , 或碎 石压碎指标不大于 1 0 ;采用减水率高的泵送剂和引气剂 组成复合型高效外加剂 , 其减水率不宜小于 2 0 ; 矿物微细 粉宜采用硅粉 、 粉煤灰 、 磨细矿渣粉、 天然沸石粉 、 复合微细 粉等, 矿物微细粉等量取代水泥的最大用量宜符合 : ( a )硅粉不大于 1 0 , 粉煤灰不大于 3 0 , 磨细矿渣粉 不大于 4 0 ,天然沸石粉不大于 1 0 ,偏高岭土粉不大于 1 5 , 复合微细粉不大于 4 0
8、; ( b )当粉煤灰 级灰以上超量取代水泥时 , 按 1 0 0 k g 粉煤灰取代 6 O k g水泥计 , 且超量值不宜大于 2 5 。 3 2 2抗 冻性控 制要 求 对有抗冻要求的混凝土 ,宜按其所处环境进行分类, 并按类对混凝土含气量、 最低强度等级 、 最大水胶 比、 最小 胶结材用量和耐久性指标进行规定。 3 2 3 含气量的影响 因素 ( 1 )引气剂的品种和掺量 混凝土拌合物中的含气量包括搅拌施工 中带入的大气 泡和引气剂引入的小气泡。 前者约占 1 ( 体积分数, 后同) , 由于孔径大 , 对抗冻性无贡献 , 应通过延长搅拌时间和振捣 排 出, 并采用优质引气 剂来提高
9、混凝土含气量。 有抗冻要求 的混凝土, 其含气量一般在 3 6 。 在混凝土中掺入硅粉 , 能明显改善气泡结构 , 减小气泡 半径和平均间距。不掺硅粉时 , 气泡平均 间距为 0 3 6 m m, 抗冻标号为 1 0 0 次 : 加入 1 0 ( 质量分数 ) 硅灰后, 气泡平均 间距减至 0 2 8 m m , 抗冻标号提高到 3 0 0 次以上。 ( 2) 水胶比影响 试验证明, 随着水胶 比的减小 , 胶结材料用量增大 , 单 位胶结材料所附着的引气剂数量减小, 混凝土黏度增大 , 造 成包裹空气的能力相应减小。因此 , 在定范围内, 当引气 剂掺量不变时, 水胶比越大 , 混凝土含气量
10、也越大。 ( 3 )砂率影响 混凝土砂率过小, 混凝土和易性差, 导致气泡稳定性极 差 , 含气量很低 ; 随着砂率的提高, 混凝土和易性改善 , 含气 量也随之增加; 但砂率过高 , 含气量不会有明显提高。一般 适宜砂率为 4 1 4 3 。 ( 4 ) 粉煤灰质量和掺量 粉煤灰含碳量增加及掺量的增加 ,都会造成混凝土含 气量急剧变小。 这是因为粉煤灰属微细集料 , 尤其含量碳量 高的粉煤灰 , 能强烈吸附引气剂, 导致实际用于引气的剂量 急剧减小。因此 , 在配制抗冻混凝土时 , 必须控制的粉煤灰 的质量和掺量 , 双掺时粉煤灰掺量宜 2 O名左右。 ( 5 ) 微矿粉质量和掺量 微矿粉表
11、面积为 6 0 0 m 2 k g ,水泥表面积为 4 0 0 m Z k g , 其活性水泥之 比为 0 9 , 般最大单掺量为 4 0 。 ( 6 ) 粗集料级配和最大粒径 有含气量的混凝土不宜采用大粒径的粗集料 ,而且单 粒骨料混凝土含气量比连续级配混凝土含气量低。 ( 7 )砂子细度模数 采用细度模数 2 5 3 1 的中砂配制的混凝土含气量高 而稳定 , 细砂 、 粗砂都会导致混凝土含气量减小。这是因为 细、 粗砂都会使混凝土和易性变差而导致含气量的减小。 ( 8 ) 混凝土搅拌温度和静停时间 随着混凝土搅拌温度的升高 ,混中气泡直径加大 , 气 泡膜壁减薄 , 稳定性下降 , 造成
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