前言

中华人民共和国国家标准

低温环境混凝土应用技术规范

Technical code for application of concrete under cryogenic circumstance

GB 51081-2015

主编部门：中国工程建设标准化协会化工分会

批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部

施行日期：2015年9月1日

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

第727号

住房城乡建设部关于发布国家标准《低温环境混凝土应用技术规范》的公告

   现批准《低温环境混凝土应用技术规范》为国家标准，编号为GB 51081-2015，自2015年9月1日起实施。其中，第4.1.2、4.1.3、7.1.2条为强制性条文，必须严格执行。

   本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部

2015年1月21日

前言

   本规范是根据住房城乡建设部《关于印发<2011年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标[2011]17号)的要求，由中国石油和化工勘察设计协会和中国寰球工程公司会同有关单位共同编制完成。

   本规范在编制过程中，编制组开展了大量试验研究，经过广泛调查研究，认真总结实践经验，参考相关国内外标准、规范，并在广泛征求意见的基础上，最后经审查定稿。

   本规范共分8章和1个附录，主要技术内容包括：总则、术语和符号、基本规定、设计参数、材料、配合比设计、施工、检验与验收等。

   本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。

   本规范由住房城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由中国工程建设标准化协会化工分会负责日常管理，由中国寰球工程公司负责具体技术内容的解释。在执行过程中，请各有关单位结合工程实际，总结经验，积累资料，将有关意见和建议反馈至中国寰球工程公司(地址：北京市朝阳区来广营高科技产业园创达二路1号，邮政编码：100012，电子邮件：zhengjianhua@hqcec.com)，以便今后修订时参考。

   本规范主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人：

   主编单位：中国石油和化工勘察设计协会

             中国寰球工程公司

   参编单位：清华大学

             中国核工业华兴建设有限公司

             中国建筑第二工程局有限公司

             上海电力建筑工程公司

   主要起草人：郑建华  时旭东  李金光  张卫兵  张志明 刘哲  姚国明  张素枝  富克  张天申 陈向阳  姜会浩  王立伟  程艳芬  李林凯 高玉祥  张巧芬  高玉芬  宋延杰  扈国强 黄洪军  李小座 许伟 董建华  吴树勤

   主要审查人：熊威  顾祥林  朱卫中  束廉阶  丁乙 管颉  邱道军  王志彤  章健  张维秀 贾桂敬  赵冬梅  汪宁扬

▼ 展开条文说明
中华人民共和国国家标准
低温环境混凝土应用技术规范
GB51081-2015
条文说明
制订说明
《低温环境混凝土应用技术规范》GB51081-2015，经住房城乡建设部2015年1月21日以第727号公告批准发布。
本规范制订过程中，编制组进行了充分的调查和大量的试验研究，总结了国内外低温工程建设的实践经验，同时参考了国外先进技术法规、技术标准，通过低温混凝土性能试验取得了混凝土在低温环境下的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量、应力应变关系、线膨胀变形等重要技术参数。
为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定，《低温环境混凝土应用技术规范》编制组按章、节、条顺序编制了本规范的条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明，还着重对强制性条文的强制性理由做了解释。但是，本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考。

1总则

1  总    则

1.0.1  为了规范低温环境混凝土的工程应用，保证工程质量，做到技术先进、安全可靠、经济合理，制定本规范。

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1.0.1低温环境混凝土主要用于低温工程项目，如液化天然气接收站和天然气液化工厂等清洁能源项目，因此低温环境混凝土的工程应用更应符合国家方针政策，做到绿色低碳、节能环保，可持续发展。

1.0.2  本规范适用于工业建筑混凝土结构工程中低温环境混凝土的设计、施工、质量检验和验收。

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1.0.2在工业建筑中，涉及低温环境温度的工业结构正逐渐增多，如储存液氧、液氮(工作温度为—197℃)、液化天然气LNG(工作温度为—165℃)、乙烯LEG(工作温度为—104℃)、石油液化气LPG(工作温度为—47℃)等大型预应力混凝土储罐结构，目前在建的LNG储罐单罐罐容已达20万m³，储罐直径近90m、高50m。现行的国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2010仅涉及正常的环境温度，而上述低温工程项目建设，迫切需要对低温环境下混凝土的材料性能进行规范，以满足实际工业生产的需要。

1.0.3  低温环境混凝土的应用除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语和符号

2.1 术语

2  术语和符号

2.1  术    语

2.1.1  低温环境    cryogenic circumstance

   温度介于—40℃～—197℃时的工作环境或状态。

2.1.2  常温环境    normal circumstance

   温度介于—40℃～60℃时的工作环境或状态。

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2.1.2此处的术语“常温环境”用来区别本规范的术语“低温环境”，仅适用于本规范的应用，不同于其他规范的术语定义。

2.1.3  低温环境混凝土    concrete under cryogenic circum-stance

   适用于低温环境下的混凝土。

2.1.4  入模温度  temperature of mixture placing to form

   混凝土拌和物浇筑入模时的温度。

2.2 符号

2.2 符 号

2.2.1 材料性能

fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值(N／mm2)；

fCTck——低温环境混凝土轴心抗压强度标准值(N／mm2)；

fCTc——低温环境混凝土轴心抗压强度设计值(N／mm2)；

fCTtk——低温环境混凝土轴心抗拉强度标准值(N／mm2)；

fCTt——低温环境混凝土轴心抗拉强度设计值(N／mm2)；

Ec——常温环境混凝土的弹性模量(N／mm2)；

ECTc——低温环境混凝土的弹性模量(N／mm2)；

GCTc——低温环境混凝土的剪切模量(N／mm2)；

fCTcm——低温环境混凝土抗压强度的平均值(N／mm2)；

fCTtm——低温环境混凝土抗拉强度的平均值(N／mm2)；

αCTc——低温环境混凝土的热膨胀系数(1／℃)；

λCTc——低温环境混凝土的导热系数[W／(m·℃)]；

cCTc——低温环境混凝土的比热容[J／(kg·℃)]；

vCTc——低温环境混凝土的泊松比；

ρw——混凝土含水率(％)。

2.2.2 计算系数及其他

βCTc——低温环境混凝土低温硬化指标；

δCTc——低温环境混凝土强度的变异系数；

dCTc——低温环境混凝土单轴受压损伤演化参数；

αc,a——常温环境混凝土单轴受压应力-应变关系曲线上升段的参数值；

αc,d——常温环境混凝土单轴受压应力-应变关系曲线下降段的参数值；

αt,d——常温环境混凝土单轴受拉应力-应变曲线下降段的参数值；

αCTc,a——低温环境混凝土单轴受压应力-应变关系曲线上升段的参数值；

αCTc,d——低温环境混凝土单轴受压应力-应变关系曲线下降段的参数值；

αCTt,d——低温环境混凝土单轴受拉应力-应变曲线下降段的参数值；

T——作用的温度值(℃)。

3基本规定

3  基本规定

3.0.1  低温环境混凝土的设计参数除应满足本规范的规定外，尚应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定。

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3.0.1常温环境下的设计参数应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的要求取值，低温环境下的取值按本规范的要求取值。

3.0.2  低温环境混凝土的强度等级应为C40～C60，且按本规范的要求进行材料选用、配合比设计、制作和质量检验。

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3.0.2低温环境下混凝土强度受影响的因素比常温环境多，有些因素的影响也更显著和复杂，故有必要根据工程实际应用情况对低温环境混凝土强度受影响的范围加以限定。今后根据低温环境混凝土工程应用情况和有关这方面试验研究成果的不断积累，再将低温环境混凝土强度限定的受影响范围适当地调整。
(1)已有的混凝土低温性能试验结果表明，混凝土低温性能与其组成材料、配合比和制作情况有关，实际工程中混凝土低温环境下表现出的受力性能也与其质量检验标准有关。为此，本规范在相应章节中专门给出了低温环境混凝土的组成材料选用、配合比设计和制作，以及质量检验的相关条款。故本条将其作为低温环境混凝土强度应适用的条件。
(2)不同强度等级混凝土的强度受低温环境影响差异较大，尤其在强度等级较低(低于C30)时差异更明显。目前实际工程中使用的低温环境混凝土的强度等级多在C40～C60区间，且现有的低温环境混凝土性能试验数据也集中在这一区间内。故将低温环境混凝土强度等级限定在C40～C60区间。

3.0.3  低温环境混凝土的施工应编制专项施工技术方案。

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3.0.3完整的专项施工技术方案能够充分研究确定各个环节及相互联系的控制技术，有利于做好充分准备，保证混凝土工程的顺利实施，在施工前需要制定一个全面的施工计划，严格按照施工计划对施工过程加以管理，同时根据施工现场及施工部位的复杂程度确定技术要求，进而保证混凝土工程质量。专项施工技术方案包括混凝土生产与施工质量控制、安全施工措施，内容包括：施工进度计划、材料计划、材料选择、配比设计、混凝土施工机械设备一览表、总平面图、动力配备，混凝土生产与施工质量控制、安全施工措施以及混凝土搅拌、运输、浇筑、养护工艺工法等具体措施。

3.0.4  低温环境混凝土的入模温度宜为5℃～30℃。

▼ 展开条文说明
3.0.4由于低温环境混凝土主要用于大型LNG储罐、乙烯储罐等低温工业特种结构，这类结构在实际施工过程中容易产生较多的裂缝，基于减少裂缝的目的，对入模温度进行较为严格的控制。

3.0.5  在低温环境混凝土养护期内，混凝土浇筑物的温度分布梯度不应超过35℃／m，且里表温差不宜超过20℃。

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3.0.5该条是根据欧洲规范和相关的实际工程实践进行确定的。

3.0.6  低温环境混凝土结构应根据设计要求在现场进行模拟施工试验。

▼ 展开条文说明
3.0.6模拟施工试验能有效地检验施工方案的可行性，为实际工程的实施提供施工参数。

3.0.7  低温环境混凝土属于大体积混凝土时，尚应符合现行国家标准《大体积混凝土施工规范》GB 50496的有关规定。

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3.0.7大型LNG储罐、乙烯储罐等结构尺寸往往比较大，尤其是LNG预应力混凝土储罐的底板，一方面，底板直径很大，另一方面，由于业主要求、荷载条件、地质条件、地震烈度和使用要求等的不同，底板的厚度往往超过1m，因此本规范规定低温环境混凝土属于大体积混凝土时，应满足现行国家标准《大体积混凝土施工规范》GB50496的要求。

3.0.8  低温环境混凝土的耐久性除应满足本规范的要求外，尚应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB／T 50476的有关规定。

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3.0.8大型液化天然气接收站、乙烯接收站等项目通常储存通过大型低温船舶运输进口的液化天然气、乙烯等，气化后通过管网送往国内最终用户，因此项目往往建设在船运便利的海边。海边的盐雾、土中的氯离子、硫酸根离子等腐蚀很严重，而大型LNG储罐、乙烯储罐等对耐久性的要求很高，故本规范规定低温混凝土应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB／T50476的要求。

4设计参数

4.1 强度指标

4  设计参数

4.1  强度指标

4.1.1  低温环境混凝土强度等级，应按其在常温环境下的立方体抗压强度标准值确定。

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4.1.1常温环境下立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件，在28d或设计规定龄期以标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度值。
低温环境混凝土除适用于—40℃～—197℃的低温环境外，其性能还必须满足常温环境下的各种要求，故低温环境混凝土强度等级按常温环境混凝土强度等级取，即由其常温环境下立方体抗压强度标准值确定。
由于低温环境混凝土一般均掺有矿粉、粉煤灰等矿物掺和料，确定常温环境下混凝土立方体抗压强度标准值的试验龄期不局限于28d，可由设计根据实际情况适当延长。

4.1.2  低温环境混凝土的轴心抗压强度标准值应按表4.1.2-1采用，低温环境混凝土的轴心抗拉强度标准值应按表4.1.2-2采用。

表4.1.2-1  低温环境混凝土轴心抗压强度标准值fCTck(N／mm2)

表4.1.2-2  低温环境混凝土轴心抗拉强度标准值fCTtk(N／mm2)

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4.1.2试验表明，低温环境下混凝土抗压强度和抗拉强度普遍比常温环境的高，并随温度降低而提高，但其离散性和脆性也随温度降低而增大。低温环境混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度标准值根据大量的试验结果并考虑这些因素的影响经计算确定。本规范表4.1.2-1和表4.1.2-2中未给出的作用温度对应的混凝土强度标准值可按线性插值方法取值。
低温环境下混凝土抗压强度和抗拉强度的取值不仅与混凝土结构设计相关，而且还由其确定低温环境混凝土的硬化问题，从而涉及低温环境混凝土的弹性模量、应力-应变曲线以及热工参数，即低温环境混凝土结构内力计算和承载力设计都与之有关，同时在低温环境混凝土结构质量验收时，也要以此作为验收依据。低温环境混凝土的强度指标决定其质量及其相应结构的安全，放松强度指标的要求可能会导致结构破坏，引起储存的低温液化气泄漏，造成重大安全事故。严重的会导致爆炸、重大人事伤亡事故等，故将本条列为强制性条文，必须严格执行。

4.1.3  低温环境混凝土的轴心抗压强度设计值应按表4.1.3-1采用，低温环境混凝土的轴心抗拉强度设计值应按表4.1.3-2采用。

表4.1.3-1  低温环境混凝土轴心抗压强度设计值fCTc(N／mm2)

表4.1.3-2  低温环境混凝土的轴心抗拉强度设计值fCTt(N／mm2)

▼ 展开条文说明
4.1.3低温环境混凝土的轴心抗压强度设计值和轴心抗拉强度设计值由其标准值除低温环境混凝土材料分项系数γ^CT_c确定。低温环境混凝土材料分项系数取为1.40。
低温环境混凝土的强度指标决定其质量及其相应结构的安全，放松强度指标的要求可能会导致结构破坏，引起储存的低温液化气泄漏，造成重大安全事故。严重的会导致爆炸、重大人事伤亡事故等，故将本条列为强制性条文，必须严格执行。