液化天然气下混凝土基本受力性能

随我国能源贮备战略实施和清洁能源天然气需求剧增，促使液化天然气接收站和其大型贮气罐等设施近年开始规划和大量地兴建。其混凝土结构将遭受液化天然气温度作用。国外对混凝土超低温性能进行了一些研究，但因其复杂尚处于起步阶段；国内研究则主要集中于环境低温，其值多不低于－30℃，而液化天然气温度约为－162℃，其作用结果明显不同。同时，混凝土组成材料性能具有明显地方性，不能简单地直接套用国外研究数据。这类设施贮气量都巨大，又天然气极易燃易爆，一旦出事故其后果无疑极其严重。故开展混凝土超低温受力性能研究必要且迫切。基于已有的研究结果和实际遭受液化天然气混凝土结构情况，确定研究范围和因素，以试验为主辅以有限元计算方法，研究各种主要因素作用下混凝土超低温的强度和变形变化规律，建立适用于液化天然气温度作用混凝土受压本构关系。这对于液化天然气接收站和其大型贮气罐等混凝土结构设计及安全具有特别重要的技术经济意义。

随我国能源贮备战略实施和清洁能源天然气需求剧增，促使液化天然气接收站和其大型贮气罐等设施开始规划和大量地兴建。其混凝土结构将遭受液化天然气温度作用。国外对混凝土超低温性能进行了一些研究，但因其复杂尚处于起步阶段；国内研究则主要集中于自然环境低温。故对其研究必要且迫切。基于已有的研究结果和实际遭受液化天然气作用混凝土结构情况确定研究范围和因素，以试验为主辅以有限元计算方法对其进行探讨。共进行了637个混凝土试件的试验，考察的因素包括作用的温度（20℃、-20℃、-40℃、-60℃、-80℃、-100℃、-120℃、-140℃、-160℃、-180℃和-196℃等）、混凝土强度等级（C40、C50和C60）、含水率（7种含水率工况，区间在1%~6%）和应力水平（0.2、0.4和0.6）等。结果表明，所有试件由常温降至预定的低温时，其外观均未发现与常温相比有明显可见的变化。试件加载过程中均有裂缝开展的响声，并随作用的温度降低破坏声越来越响和清脆。不同低温作用下的破坏形态相近，也与常温类似。但破坏面粗骨料基本均被劈裂。混凝土立方体受压强度和受拉强度随温度降低基本呈逐渐增大趋势。含水率的增加将使其强度增幅提高，但高强度等级相对增幅要小于低强度等级；混凝土低温轴心受压强度变化规律则有所不同，它经历强度稍有衰减、强度快速增长和强度缓慢增长3个阶段，且变化的温度区间和幅度与混凝土的强度等级和含水率密切相关，含水率的增加和强度等级提高都使混凝土强度相对增幅加大，可见强度等级的影响与立方体受压不同，而先期应力水平的影响可忽略；混凝土低温弹性模量随温度降低几乎呈线性增大趋势，因含水率的增加提高了混凝土的低温硬化指标，使其增幅明显，但强度等级的提高使其相对增幅反而降低；混凝土低温膨胀变形随温度降低开始快速降低之后呈缓慢下降趋势，含水率的增大和强度等级提高将使混凝土低温膨胀变形降低；混凝土的低温应力-应变曲线峰值应力变化规律基本同轴心受压强度，峰值应变随温度降低开始增加迅速、随后变缓，随温度的降低上升段硬化明显、下降段更加陡峭，这些变化特性还取决于其强度等级和含水率。基于试验和有限元计算分析，还给出了各种主要因素作用下混凝土超低温变化规律计算模型，并建立适用于液化天然气温度作用混凝土受压本构关系。这对于液化天然气接收站和其大型贮气罐等低温环境混凝土结构设计及安全具有特别重要的技术经济意义。