張茂忠

(甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅金昌 737000)

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循環(huán)水冷卻塔安全性鑒定與加固方法的探討

張茂忠

(甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅金昌 737000)

國(guó)內(nèi)中小聯(lián)堿廠多始建于上世紀(jì)六十年代到八十年代，主體建筑物長(zhǎng)達(dá)四十年之久，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)條件和標(biāo)準(zhǔn)不足，加上后期擴(kuò)大產(chǎn)能，建筑物承受荷載增大，建筑物的使用壽命和安全性引起專家廣泛關(guān)注。舊建筑物、構(gòu)筑物安全性補(bǔ)救需要依靠科學(xué)的檢測(cè)方法和先進(jìn)的加固技術(shù)。本文結(jié)合合成氨系統(tǒng)循環(huán)水雙曲線冷卻塔安全性鑒定過程，對(duì)冷卻塔安全性加固方法進(jìn)行了探討。

循環(huán)水冷卻塔；安全性；鑒定；加固；補(bǔ)救

自1965年英國(guó)渡橋電廠三座冷卻塔在陣風(fēng)下倒塌以后，引起了世界各國(guó)對(duì)冷卻塔安全性研究的重視。隨著時(shí)間的推移，由于自然損傷、施工質(zhì)量等原因，導(dǎo)致冷卻塔安全性降低。因此對(duì)冷卻塔的檢測(cè)和加固十分必要。 對(duì)鋼筋混凝土冷卻塔進(jìn)行檢測(cè)鑒定和加固是為了提高鋼筋混凝土冷卻塔的安全性，減少事故發(fā)生，消除事故隱患，讓冷卻塔的使用壽命更加長(zhǎng)久。

1 工程簡(jiǎn)介

甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司合成氨系統(tǒng)循環(huán)水雙曲線冷卻塔建于1965年。冷卻塔高50 m ,主體為鋼筋混凝土人字柱支撐的雙曲線形筒體結(jié)構(gòu)。筒壁厚度由400～200 mm 沿高度變化,基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土環(huán)形基礎(chǔ) ，坐落在原狀土卵石層上。地基承載力特征值fak=320 kPa。2014年4月在對(duì)公司已有建筑物、構(gòu)筑物的安全性、可靠性普查中，發(fā)現(xiàn)冷卻塔塔壁及人字柱表層混凝土疏松、脫落、鋼筋外露、銹蝕情況十分嚴(yán)重。遂對(duì)該構(gòu)筑物進(jìn)行了可靠性鑒定。確定雙曲線冷卻塔可靠性，主要鑒定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如下：

建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn) GB50023-2009

工程測(cè)量規(guī)范 GB50026-2007

構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50191-2012

構(gòu)筑物抗震鑒定規(guī)范 GB50117-2014

工業(yè)建筑可靠性鑒定 GB50144-2008

混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) GB/T50152-2012

2 鋼筋混凝土冷卻塔的檢測(cè)鑒定

2.1 冷卻塔檢測(cè)的內(nèi)容

根據(jù)混凝土冷卻塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在檢測(cè)時(shí)主要按照以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：

1)對(duì)冷卻塔目前運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)查；

2)資料室翻閱圖紙和工程資料；

3)檢測(cè)地基、基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)；

4)對(duì)冷卻塔是否變形、沉降進(jìn)行檢測(cè)；

5)觀察、檢測(cè)冷卻塔是否出現(xiàn)了裂縫；

6)對(duì)混凝土的保護(hù)層進(jìn)行檢測(cè)；

7)檢查冷卻塔的鋼筋露筋、銹蝕和斷裂的情況；

8)測(cè)量混凝土碳化程度和腐蝕層的厚度；

9)對(duì)其他的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，比如圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.2 冷卻塔檢測(cè)后的結(jié)構(gòu)概況

1)對(duì)冷卻塔人字柱和下環(huán)梁的檢測(cè)

根據(jù)實(shí)際檢測(cè)的情況看，由于常年經(jīng)歷凍融循環(huán)，靠近塔筒內(nèi)側(cè)的下環(huán)梁鋼筋保護(hù)層有開裂且脫落的情況，部分開裂處有泛白現(xiàn)象，且暴露出下排鋼筋。而進(jìn)行碳化檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其碳化深度已到22～34 mm之間，因此，鋼筋鈍化膜遭到破壞，降低了鋼筋抗腐蝕能力。 因下環(huán)梁角部部位破壞太多，受到空氣中氧的雙向擴(kuò)散，從而導(dǎo)致生銹腐蝕的速度越來越快。在檢測(cè)過程中同時(shí)還發(fā)現(xiàn)塔筒下環(huán)梁內(nèi)側(cè)角部的鋼筋腐蝕更嚴(yán)重，產(chǎn)生了許多裂縫，并有鋼筋已開始崩開，這主要是因?yàn)楣拷钿P蝕斷裂所致。

2)檢測(cè)淋水構(gòu)件梁和柱

淋水構(gòu)件梁因?yàn)槭艿剿母g，構(gòu)件混凝土的毛細(xì)孔內(nèi)一直都有水的存在，所以很難接觸到外界空氣，因此碳化程度相對(duì)來說較小，淋水構(gòu)件梁也只是構(gòu)件端頭有混凝土掉落的情況。

3)檢測(cè)鋼筋混凝土冷卻塔的內(nèi)壁和外壁

由于塔筒內(nèi)壁一直保持濕潤(rùn)，所以碳化程度不高。但外壁因受到雨淋和內(nèi)部水流循環(huán)的影響，產(chǎn)生了十分嚴(yán)重的溶蝕性混土腐蝕。因冷卻塔周圍有排煙系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生一定量的二氧化碳和二氧化硫等酸性濃度氣體，對(duì)冷卻塔存在酸性腐蝕，所以冷卻塔損壞程度最大的破壞就是人字柱和塔筒外壁。用鉆芯法對(duì)混凝土取芯時(shí)發(fā)現(xiàn)芯樣沿著筒壁水平方向逐漸進(jìn)行破壞的現(xiàn)象，而且可以看到斷面處有泛白的狀況，出現(xiàn)軟水腐蝕現(xiàn)象，所謂軟水腐蝕是因?yàn)樗嘣谶M(jìn)行水化時(shí)，產(chǎn)生了大量的氫氧化鈣，滲透性較大的混凝土在軟水的作用下，氫氧化鈣不斷流失，水泥石空隙增多，相對(duì)酥松了不少，同時(shí)降低了水泥石堿度。水泥化物要在一定的堿度條件下才能生存，因此，氫氧化鈣的不斷溢出讓其他水化物也開始分解，從而破壞了水泥石。隨著氫氧化鈣的流失，混凝土抗壓強(qiáng)度開始下降。

根據(jù)上述檢測(cè)得出結(jié)論：混凝土的強(qiáng)度等級(jí)C20，人字柱混凝土強(qiáng)度等級(jí) C25，冷卻塔鑒定等級(jí)為C。按照規(guī)范要求必須停止使用，并且采用相關(guān)措施進(jìn)行處理。

3 冷卻塔腐蝕原因分析

3.1 建筑物自身原因

因?yàn)榛炷猎牧腺|(zhì)量差、配比計(jì)量的準(zhǔn)確性低、技術(shù)條件差，強(qiáng)度等級(jí)不夠，僅依靠混凝土自身防腐并未對(duì)其表面進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)導(dǎo)致冷卻塔腐蝕嚴(yán)重。

3.2 環(huán)境因素

1)自然環(huán)境對(duì)冷卻塔腐蝕的影響。冷卻塔暴露在外界，常年受到風(fēng)吹、日曬、雨淋，減少了混凝土保護(hù)層厚度，鋼筋產(chǎn)生銹蝕；而鋼筋銹蝕膨脹造成混凝土開裂、鋼筋外露，加劇了腐蝕。這樣惡性循環(huán)，使結(jié)構(gòu)安全受到了威脅。

2)生產(chǎn)環(huán)境對(duì)冷卻塔腐蝕的影響。冷卻塔處理的循環(huán)水溫度高而且含堿，因此混凝土受到了堿液、堿粉塵等堿性介質(zhì)的物理腐蝕和化學(xué)腐蝕。物理腐蝕表現(xiàn)在潮濕環(huán)境下，堿和二氧化碳生成了碳酸鹽晶，起到了膨脹作用；化學(xué)腐蝕表現(xiàn)在高溫條件下，堿和二氧化硅以及氧化鋁生成了可溶性鹽類，起到了溶蝕作用。

4 加固和防腐措施

4.1 混凝土冷卻塔加固設(shè)計(jì)思路

對(duì)冷卻塔結(jié)構(gòu)受力大的地方和容易受到腐蝕的地方重點(diǎn)進(jìn)行加固和防護(hù)；對(duì)于一般部位只需要做常規(guī)防護(hù)。

4.2 加固、防腐方案

基礎(chǔ)部位，先將周圍土體挖開，清除表面浮塵，刷環(huán)氧瀝青兩遍進(jìn)行防護(hù)處理。加固梁、柱，實(shí)施外包鋼法，將混凝土構(gòu)件表面上已經(jīng)碳化和腐蝕表層利用壓縮空氣將浮灰吹凈，用環(huán)氧砂漿找平。梁、柱角部位外包一層角鋼，綴板連接角鋼，用環(huán)氧玻璃鋼對(duì)表面進(jìn)行防腐。

5 結(jié) 論

合成氨系統(tǒng)循環(huán)水雙曲線混凝土冷卻塔由于處理水量大，運(yùn)行能耗低，耐腐蝕強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，受到許多化工企業(yè)的歡迎，但是對(duì)于服役期較長(zhǎng)的冷卻塔，要定期對(duì)建筑物的整體安全性以及腐蝕損壞情況進(jìn)行科學(xué)評(píng)估和分析。對(duì)于鋼筋混凝土冷卻塔的檢測(cè)、鑒定要科學(xué)合理，確保冷卻塔的安全隱患及時(shí)消除，安全運(yùn)行。

[1] 劉忠林,白玉峰.鋼筋混凝土T型梁橋檢測(cè)與加固淺析[J].黑龍江科技信息,2012(23)

[2] 朱文靜.鋼筋檢測(cè)技術(shù)淺析[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2011(6)

[3] 王鵬.鋼筋混凝土常用檢測(cè)方法淺析[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013(16)

[4] 劉志明,鄭永來.冷卻塔結(jié)構(gòu)檢測(cè)與安全性分析[J].結(jié)構(gòu)工程師,2010(4)

TQ086.1

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1005-8370(2016)03-19-02

2016-04-19

張茂忠(1965—)，工程師，本科。就職于甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 總工程師辦公室。