冷卻塔下部混凝土表面脫落原因分析及處理建議

殷廣慶

（中海油石化工程有限公司， 山東 濟南 250014）

0 引言

接XX集團第三電廠電話通知，冷卻塔下部混凝土表面出現大面積脫落。應業主要求，2011年3月5日到達現場。并于當日下午會同XX集團第三電廠和冷卻塔施工方的有關領導，及施工監理等相關人員，共同對第三電廠冷卻塔進行了檢查，現將檢查情況和原因分析及處理建議匯報如下：

1 冷卻塔下部混凝土表面脫落情況

（1）最外圈部分淋水柱表面部分出現脫皮、石子外露，有一根柱水面以上至牛腿根部均有脫落，外側脫落嚴重，部分箍筋外漏，內側相對較輕，南北方向對比，南側脫落嚴重，北側相對較輕。混凝土脫落厚度一般為10mm～20mm，最大厚度不超過30mm。水下部分未發現有混凝土脫落現象，且除最外圈淋水柱以外，其它柱均未發現有混凝土脫落現象。

（2）極個別梁外側有混凝土局部脫落現象，但面積不大，脫落厚度很小。梁底及梁內側未發現。

（3）吸風口（人字柱處）上環梁內側挑檐混凝土表面大面積脫落，脫落厚度較大，觀感出現混凝土渣、松散，損傷嚴重。

（4）內壁挑檐以上3～4模板高度范圍內，約有一半面積的表面出現麻面、脫皮、凸凹不平，但厚度一般較淺，嚴重處石子外漏。

（5）最外圈Bs水槽臨近筒壁一側，發現有一處端部約1米長范圍內上口出現混凝土脫落，且臨近筒壁一側較重，內側逐漸減輕。

（6）根據監理人員介紹，經現場回彈測試混凝土強度還能達到設計要求。

現場部分實拍照片如下：

圖1 外側淋水柱表面大面積脫落，內側柱基本完好

圖2 人字柱上環梁內側挑檐混凝土大面積脫落

圖3 筒壁內側根部混凝土表面局部脫落較嚴重

另外，檢查中還發現筒壁內側有多處銹漬痕跡，主要是施工埋設的鐵件和綁扎鋼筋鐵絲外漏，在微咸水水蒸氣作用下銹蝕產生。

2 原因分析

從上述檢查情況來看，混凝土表面脫落部位集中發生在冷卻塔下部冷風入口處，而且是冷卻塔內部長期浸水或與水蒸氣長期接觸的部位。混凝土表面損傷的形態和發生的時間也完全符合凍融破壞的特征。初步分析判斷造成此次混凝土表面脫落的直接原因系凍融破壞造成。

通過對該冷卻塔的使用情況和類似工程案例資料分析對比，造成此次凍融破壞的主要原因分析如下：

2.1 工程案例：

就目前掌握的資料，類似這樣短期內造成冷卻塔凍融破壞的工程案例在我國僅有一例：

東北某電廠冬季試車，由于長時間低負荷運轉且多次開停車整改調試，造成冷卻塔凍融破壞，特別是淋水構件破壞嚴重，淋水柱發生斷裂。

2.2 主要原因分析：

冷卻塔淋水面積系按照夏季最高氣溫時滿負荷運轉所需的冷卻水換熱量計算確定。在冬季氣溫較低時，我國北方寒冷地區和嚴寒地區，在設計額定工況運轉時，通過對吸風口的圍擋，適當控制進風口的通風面積，控制回水溫度和冷卻塔結冰現象，也能夠滿足安全運行的要求[1]。但前提是運行狀態一定要穩定，否則必須隨著運行負荷的變化及時調整冷卻塔進風口的通風面積。避免反復凍融或者結冰過厚造成凍融破壞或淋水構件因荷重過大而破壞。寒冷地區和嚴寒地區應盡量避免冬季氣溫在冰點以下時冷卻水換熱量過小的情況發生，否則在氣溫過低時凍害難以避免。

此次發生混凝土表面大面積脫落的冷卻塔，從啟用至今已經過了2009、2010兩個冬季。這期間運行狀況基本未達到設計額定運行工況，一直是低負荷運行，且運行工況波動頻繁。09年冬季過后，僅在冷卻塔北側內壁局部發現少量點狀脫落，基本沒有發生目測可以發現的凍融破壞。我們認為造成此次混凝土表面大面積脫落的主要原因有以下幾個方面：

2.2.1 整個冬季長時間低負荷運行，遠未達到額定運行工況且波動頻繁，造成冷卻水換熱量過小。2010年冬季氣溫過低，反復凍融形成凍害。

2.2.2 2009年冬季運行工況與2010年基本相同，但凍害程度遠低于2010年冬季。證明僅是冬季長時間低負荷運行，山東地區（屬寒冷地區，而非嚴寒地區）冬季氣溫無明顯異常時，通常不會發生大的凍害。2010年冬季遇到幾十年未遇的冷冬，冬季氣溫異常偏低。這也是此次凍害形成的又一重要原因。

2.2.3 09年冬季的非正常運行工況雖然基本沒有發生目測可以發現的凍融破壞，但是已經造成了輕微的凍融損失。

前兩條是主要原因，加上第3條的積累，造成了這次混凝土表面大面積脫落集中暴發。這是發生本次凍融破壞的主要原因。另據了解得知，本工程混凝土表面采用的防腐蝕涂層非設計規定的冷卻塔專用高效防潮防水防腐涂料，而是采用了普通的非防水型涂料，也是造成本次混凝土表面大面積脫落的另一重要原因。

3 安全危害分析

3.1 淋水柱：

由于柱表面混凝土脫落，造成混凝土柱截面積減小，加上表面混凝土脫落后的裸露凹凸面混凝土在凍融作用下的強度損失，淋水柱的強度損失較大，已經對冷卻塔淋水結構的安全形成較大威脅，必須立即進行加固處理[2]。

3.2 挑檐：

挑檐本身不是重要承重構件，挑檐的損傷不會對塔筒結構的安全造成大的影響。但是由于挑檐損傷嚴重，已經影響了涼水塔正常使用。

3.3 塔筒內壁：

塔筒內壁損傷面積較大，但深度不大，且都在塔筒下部筒壁較厚處。由于塔筒本身剛度較大，雖然對塔筒強度形成一定的損失，但目前對塔筒安全威脅不大。

4 處理方案建議

針對損害情況，建議分別采取下述方案進行處理：

4.1 淋水柱

對于表面混凝土脫落的淋水柱，建議采取全柱（水池頂面至牛腿根部）外包水泥基無收縮灌漿料，包裹厚度30～50mm。

施工時應注意的問題：

4.1.1 施工前應將水池內水全部排空晾干；

4.1.2 柱表面松動的混凝土剔除并沖刷或清理干凈；

4.1.3 外漏鋼筋表面銹蝕清理干凈；

4.1.4 灌漿料應澆灌密實，不得有空鼓、氣泡，表面應平整光潔。

4.1.5 頂端應做成向外傾斜45度的光滑斜面，嚴禁形成積水。

4.2 其它（包括梁側、塔筒內壁、挑檐、水槽表面等）

其它表面混凝土脫落的部位，建議采取高強聚合物砂漿抹面。高強聚合物砂漿摻加多種高分子聚合物改性劑、膠粉及抗裂纖維，應具有良好的施工和易性、粘接性、抗滲性、抗剝落性、抗凍融性、抗碳化性、抗裂性、鋼筋阻銹性能并具有高強度等性能[3]。高強聚合物砂漿基本性能應滿足或優于下表的規定：

表1 基本性能指標

4.2.1 施工時應注意的問題：

1） 確定修補區域，其修補處理范圍應比實際破損范圍向外擴大100mm，切割或剔鑿出混凝土修補區域的垂直邊緣，其深度≥5mm（此深度按選定產品的要求確定）以免修補區域邊緣薄片化。

2） 將修補區域內混凝土基層表面浮塵、油污清理干凈，并剔除疏松部分。

3） 清理修補區域內裸露鋼筋表面的銹質和雜物。

4） 將清理好的修補區域內混凝土基層用混凝土界面處理劑進行界面處理。

5） 用氣泵或水將處理過的修補區域內混凝土基層表面清掃干凈，進行下道工序時不得有明水存留。

6） 嚴格按照產品要求進行攪拌、施工、養護。保證施工質量。

4.2.2 在上述兩項工作完成后，建議對塔筒內壁、上下環梁內側及上環梁下側和下環梁上側、水池內表面、淋水構件外漏表面均重新涂刷冷卻塔專用高效防潮防水防腐涂料。

1）涂料要求：涂膜應具有優良附著力和粘結強度，優異的耐水、耐化學藥品性，優良的三防性能，漆膜致密性好，優異的耐酸堿鹽性能，抗—40℃長期凍害。建議采用環氧、聚氨酯聚合物組成的高效防腐涂料或玻璃鱗片涂料[4]。干膜總厚度至少應大于200μm。

2）施工時應注意的問題：

涂刷前應對涂刷面進行全面檢查清理，所有混凝土基層有破損處和銹漬污染處均應清除干凈并抹平。

在選定涂料正式訂購前，應對涂料底漆進行試刷。可選取原有涂層完整的部位，用待定涂料底漆進行試刷，驗證待定涂料與原有涂層無任何不良反應，并且結合牢固后方可批量采購施工[5]。

5 結論

本文以實際案例分析了導致冷卻塔下部混凝土表面脫落的原因，并針對性的提出了解決方案，指出了修復施工過程應注意的問題。另外，筆者建議在日后的新建項目中，應考慮針對凍融、凍害等氣候溫度影響制定完善施工方案，涂料方面應以防潮防水防腐為主，避免后期使用中需要多次修復的情況出現。