循環水冷卻塔安全性鑒定與加固方法的探討

張茂忠

(甘肅金昌化學工業集團有限責任公司，甘肅金昌 737000)

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循環水冷卻塔安全性鑒定與加固方法的探討

張茂忠

(甘肅金昌化學工業集團有限責任公司，甘肅金昌 737000)

國內中小聯堿廠多始建于上世紀六十年代到八十年代，主體建筑物長達四十年之久，由于當時設計條件和標準不足，加上后期擴大產能，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注。舊建筑物、構筑物安全性補救需要依靠科學的檢測方法和先進的加固技術。本文結合合成氨系統循環水雙曲線冷卻塔安全性鑒定過程，對冷卻塔安全性加固方法進行了探討。

循環水冷卻塔；安全性；鑒定；加固；補救

自1965年英國渡橋電廠三座冷卻塔在陣風下倒塌以后，引起了世界各國對冷卻塔安全性研究的重視。隨著時間的推移，由于自然損傷、施工質量等原因，導致冷卻塔安全性降低。因此對冷卻塔的檢測和加固十分必要。 對鋼筋混凝土冷卻塔進行檢測鑒定和加固是為了提高鋼筋混凝土冷卻塔的安全性，減少事故發生，消除事故隱患，讓冷卻塔的使用壽命更加長久。

1 工程簡介

甘肅金昌化學工業集團有限公司合成氨系統循環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構。筒壁厚度由400～200 mm 沿高度變化,基礎采用鋼筋混凝土環形基礎 ，坐落在原狀土卵石層上。地基承載力特征值fak=320 kPa。2014年4月在對公司已有建筑物、構筑物的安全性、可靠性普查中，發現冷卻塔塔壁及人字柱表層混凝土疏松、脫落、鋼筋外露、銹蝕情況十分嚴重。遂對該構筑物進行了可靠性鑒定。確定雙曲線冷卻塔可靠性，主要鑒定的國家標準如下：

建筑抗震鑒定標準 GB50023-2009

工程測量規范 GB50026-2007

構筑物抗震設計規范 GB50191-2012

構筑物抗震鑒定規范 GB50117-2014

工業建筑可靠性鑒定 GB50144-2008

混凝土結構試驗方法標準 GB/T50152-2012

2 鋼筋混凝土冷卻塔的檢測鑒定

2.1 冷卻塔檢測的內容

根據混凝土冷卻塔的結構特點，在檢測時主要按照以下幾個步驟進行：

1)對冷卻塔目前運行狀況進行調查；

2)資料室翻閱圖紙和工程資料；

3)檢測地基、基礎和主體結構；

4)對冷卻塔是否變形、沉降進行檢測；

5)觀察、檢測冷卻塔是否出現了裂縫；

6)對混凝土的保護層進行檢測；

7)檢查冷卻塔的鋼筋露筋、銹蝕和斷裂的情況；

8)測量混凝土碳化程度和腐蝕層的厚度；

9)對其他的結構進行檢測，比如圍護結構。

2.2 冷卻塔檢測后的結構概況

1)對冷卻塔人字柱和下環梁的檢測

根據實際檢測的情況看，由于常年經歷凍融循環，靠近塔筒內側的下環梁鋼筋保護層有開裂且脫落的情況，部分開裂處有泛白現象，且暴露出下排鋼筋。而進行碳化檢測時，發現其碳化深度已到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。 因下環梁角部部位破壞太多，受到空氣中氧的雙向擴散，從而導致生銹腐蝕的速度越來越快。在檢測過程中同時還發現塔筒下環梁內側角部的鋼筋腐蝕更嚴重，產生了許多裂縫，并有鋼筋已開始崩開，這主要是因為箍筋銹蝕斷裂所致。

2)檢測淋水構件梁和柱

淋水構件梁因為受到水的腐蝕，構件混凝土的毛細孔內一直都有水的存在，所以很難接觸到外界空氣，因此碳化程度相對來說較小，淋水構件梁也只是構件端頭有混凝土掉落的情況。

3)檢測鋼筋混凝土冷卻塔的內壁和外壁

由于塔筒內壁一直保持濕潤，所以碳化程度不高。但外壁因受到雨淋和內部水流循環的影響，產生了十分嚴重的溶蝕性混土腐蝕。因冷卻塔周圍有排煙系統，會產生一定量的二氧化碳和二氧化硫等酸性濃度氣體，對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。用鉆芯法對混凝土取芯時發現芯樣沿著筒壁水平方向逐漸進行破壞的現象，而且可以看到斷面處有泛白的狀況，出現軟水腐蝕現象，所謂軟水腐蝕是因為水泥在進行水化時，產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，相對酥松了不少，同時降低了水泥石堿度。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，混凝土抗壓強度開始下降。

根據上述檢測得出結論：混凝土的強度等級C20，人字柱混凝土強度等級 C25，冷卻塔鑒定等級為C。按照規范要求必須停止使用，并且采用相關措施進行處理。

3 冷卻塔腐蝕原因分析

3.1 建筑物自身原因

因為混凝土原材料質量差、配比計量的準確性低、技術條件差，強度等級不夠，僅依靠混凝土自身防腐并未對其表面進行防護設計導致冷卻塔腐蝕嚴重。

3.2 環境因素

1)自然環境對冷卻塔腐蝕的影響。冷卻塔暴露在外界，常年受到風吹、日曬、雨淋，減少了混凝土保護層厚度，鋼筋產生銹蝕；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，使結構安全受到了威脅。

2)生產環境對冷卻塔腐蝕的影響。冷卻塔處理的循環水溫度高而且含堿，因此混凝土受到了堿液、堿粉塵等堿性介質的物理腐蝕和化學腐蝕。物理腐蝕表現在潮濕環境下，堿和二氧化碳生成了碳酸鹽晶，起到了膨脹作用；化學腐蝕表現在高溫條件下，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計思路

對冷卻塔結構受力大的地方和容易受到腐蝕的地方重點進行加固和防護；對于一般部位只需要做常規防護。

4.2 加固、防腐方案

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

5 結 論

合成氨系統循環水雙曲線混凝土冷卻塔由于處理水量大，運行能耗低，耐腐蝕強等優點，受到許多化工企業的歡迎，但是對于服役期較長的冷卻塔，要定期對建筑物的整體安全性以及腐蝕損壞情況進行科學評估和分析。對于鋼筋混凝土冷卻塔的檢測、鑒定要科學合理，確保冷卻塔的安全隱患及時消除，安全運行。

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

[2] 朱文靜.鋼筋檢測技術淺析[J].科技創業家,2011(6)

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

[4] 劉志明,鄭永來.冷卻塔結構檢測與安全性分析[J].結構工程師,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工業集團有限責任公司， 總工程師辦公室。