超低温环境混凝土研究与应用综述

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发布时间：2021-09-07

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超低温环境混凝土研究与应用综述
张楠，，李景芳’，张志明，谢利红，张涛’，廖娟’，戢文占’，蒋正武。
(1．中国建筑股份有限公司技术中心，北京101 300；2．中国建筑第二工程局有限公司北京100054
3．同济大学先进土木工程材料教育部重点试验室，上海200092)
摘要：应用于液化天然气(LNG)低温储藏的混凝土在超低温环境下的性能与常温状态时的性能存在较大差异。基于此原因，本综述
总结了国内外超低温环境下和低温冻融后的混凝土各种性能研究，论述了混凝土在超低温环境下和低温冻融后性能变化机理，并指出含
水量和环境温度对混凝土在超低温下的性能至关重要。阐述并指出了目前超低温环境混凝土的应用进展和急需解决的问题。
关键词：超低温；混凝土；力学性能；热变形；冻融
中图分类号： TU528．O1 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)12—0027—03
State-·of--art review on research and application of concrete at very low temperature
ZHANGNan ，LIJing-fang ，ZHANGZhi-ming2,XIELi-hongz,ZHANG Trio ，LIAOJuan ，盯Wen-zhan ，JIANGZheng-wu
(1．TechnicalCemerChina StateConstructionEngrg．Corp，Ltd．，Beijing 101300，China；
2．China Construction Second Engineering Bureau Ltd．，Beijing 100054，China；
3．KeyLaboratoryofAdvancedCivilEngineeringMaterialsofMinistryofEducation，TongjiUniversity，Shanghai 200092，China)
Abstract： Many properties of concrete used in storing liquefied natural gas at very low temperature were diferent from at normal temperature．
Based on this，the properties of concrete at very low temperature and after freezing—thawing were summarized．It was discussed to the mechanism
ofproperty changes at the both situations and proposed that moisture content and environment temperature were cmciN to concrete performance at
very low temperature．Application progress ofconcrete at very low temperature an d many problems to be solved were mentioned．
Keywords： very low temperature；concrete；mechanicalproperty；therm ~ deform ation；freezing—thawing
0 引言
超低温环境混凝土目前主要用于液化天然气储藏塔外部
保护层，其作用是在内部钢密封层受到地震或其他原因出现泄
漏时缓存液化天然气，防止液化天然气泄漏到外界环境造成财
产和人员损失。此外，也有少量储藏塔将其作为内层与液化天然
气直接接触。因此，为了避免在缓存内部层泄漏出的液化天
然气时失效，保护层应满足处于液化天然气环境温度(一1 68℃)
下性能稳定。而混凝土在超低温环境的力学性能、热变形性能和
冻融性能等与常温状态下的性能有很大差异。
本综述对国内外超低温环境下和超低温冻融后的混凝土
各种性能进行总结，论述混凝土在超低温环境下和超低温冻融
后性能变化机理，阐述超低温环境}昆凝土的应用前景，指出目
前混凝土在超低温环境应用中急需解决的问题。
1 混凝土在超低温环境下的性能
迄今为止，国内外学者主要针对混凝土在超低温环境下的
强度、弹性模量、热变形等宏观性能进行了研究，下面将对不同
研究者所得结论做简单综述。
1．1 强度
大多数研究者口发现，水泥基材料处于低温环境的强度会
明显提高，随着水含量增加和温度的降低而增加，如图1。对于
收稿日期：2012-06-08
干燥混凝土，由冷却所致的强度变化较为微小【7]。饱和混凝土在
0--100℃范围内，甚至在一170℃时抗压强度都在增加，并且增
加量△￡几乎与其室温时强度无关[81。这主要是由于冰的形成
中断了毛细孔和集料孔的连续性，从而降低了潜在的脆弱区域
和应力集中区。此外，随着温度下降，冰强度也会增加，提高了
混凝土强度。在潮湿状态下，混凝土低温抗压强度一般可达室温的
2-3倍，但加气混凝土和轻骨料?昆凝土在低温环境下的强度增长比
常规混凝土低。有研究者通过对强度增加量△￡(MPa)、湿度
和温度数据进行拟合，提出了三者之间的关系式，即：A￡=
一IT·m]／12(适合0--120℃)。但也有研究者【3]认为低温混凝土强
度只与温度呈线性关系，而不同湿度对应不同的线性关系。
1．2 弹性模量
混凝土在超低温下的弹性模量随温度降低而不断提高㈣。含
水量越大，增长率越大，但不如抗压强度增长率显著，在一190℃
时饱水混凝土的弹性模量是常温下的1．75倍。在同一温度下，
气干混凝土的弹性模量是常温下的1．65倍[71。
1．3 热应变
混凝土在超低温环境下的抗压抗折强度等力学性能随温
度降低不断提高，但热变形在超低温环境下却有着复杂变化。
对于干燥混凝土，热应变随降温一回温呈线性收缩和线性膨胀趋
势H。对于湿混凝土，随温度的不断下降先发生热应变收缩，在
某个温度点开始膨胀，随着进一步降温，热应变再次发生收缩。