《液化天然氣作用下混凝土凍融循環性能》是依託清華大學，由時旭東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：液化天然氣作用下混凝土凍融循環性能
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：時旭東
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國清潔能源需求劇增促使液化天然氣接收站和其大型貯氣罐等設施近年開始大規模地興建。其混凝土結構將遭受常溫至液化天然氣溫度（約-165℃）間各種可能升降溫循環作用，而混凝土孔隙中水的冰點溫度隨孔徑減小而降低，也即不同超低溫下混凝土都存在凍融循環作用。國內外對其性能研究基本集中於自然環境作用下即溫度多不低於-30℃，並僅探討其凍融循環強度。而預應力混凝土結構受力性能與混凝土變形有很大關係。這類設施貯氣量極大、又天然氣易燃易爆，一旦發生事故後果極其嚴重。故開展混凝土超低溫凍融循環性能研究必要且迫切。基於已有的研究結果和實際遭受液化天然氣混凝土結構情況確定其研究範圍和因素，採取試驗為主輔以有限元計算方法探討各種主要因素作用下混凝土超低溫凍融循環的強度和變形變化規律，建立適用於液化天然氣作用混凝土凍融循環本構關係。這對於液化天然氣混凝土接收站和其大型貯氣罐類混凝土結構設計具有特別重要的技術經濟意義。
結題摘要
隨我國能源貯備戰略實施和清潔能源天然氣需求劇增，促使液化天然氣接收站及其大型儲存罐等設施大量地興建。其預應力混凝土結構將遭受常溫至液化天然氣溫度間各種可能升降溫循環的凍融作用，預應力的有效預壓效果不僅與遭受超低溫凍融作用混凝土的強度有關，對其變形性能也極為敏感。故對其研究必要且迫切。基於已有的研究結果和實際遭受液化天然氣作用混凝土結構情況確定研究範圍和因素，以試驗為主輔以有限元計算方法對其進行探討。共進行了802個混凝土試件的試驗，考察的主要影響因素包括混凝土的強度等級（C40、C50和C60）和含水率（0.0%~5.5%）以及超低溫凍融循環作用的溫度區間（上限溫度20℃~-30℃、下限溫度-40℃~-190℃）和凍融次數（0次~58次）等。結果表明，混凝土的強度等級和含水率以及超低溫凍融循環作用的溫度區間和凍融次數均未影響其巨觀表象，其破壞形態也均相似、基本上呈對頂錐狀，但強度等級和含水率較高的試件下限溫度時破壞呈明顯的脆性特徵、且隨作用的溫度區間下限溫度降低更加顯著，而上限溫度時則與之相反。所探討的影響因素均對混凝土超低溫凍融循環作用的強度、彈性模量、峰值應變以及應力-應變關係等性能產生明顯的影響，且存在明顯的相互耦合影響作用，表現出的變化規律極其複雜、也不盡相同，並且上下限溫度時呈現出明顯不同的受力特性。各種影響因素下混凝土的單次凍融循環作用損傷指標和累積凍融循環作用損傷指標也存在明顯的差異和複雜的變化規律。超低溫凍融作用不同於自然環境溫度凍融，較少的凍融次數混凝土便顯示出性能的惡化，混凝土的強度等級和含水率較高以及溫度區間的下限溫度較低時將更加明顯。基於試驗結果輔以有限元計算分析還回歸出大量的混凝土超低溫凍融循環作用性能計算表達式。這些研究結果對於液化天然氣接收站和其大型貯氣罐等超低溫環境混凝土結構設計以及已建的這類設施安全性能評估都具有特別重要的技術經濟意義。
