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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合成氨工藝循環(huán)水冷卻塔安全性加固方法探討

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）

摘要：隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，四十前建設(shè)的工業(yè)項(xiàng)目，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)條件和標(biāo)準(zhǔn)不足，加上現(xiàn)在都擴(kuò)大產(chǎn)能，建筑物承受荷載增大，建筑物壽命引起專家廣泛關(guān)注。因此，在舊建筑物、構(gòu)筑物安全性補(bǔ)救時(shí)要依靠科學(xué)的檢測方法和先進(jìn)的加固技術(shù)。本文針對甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司合成氨工藝循環(huán)水雙曲線冷卻塔工程安全性補(bǔ)救的過程，對合成氨工藝循環(huán)水冷卻塔安全性加固方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：冷卻塔；安全；補(bǔ)救

自1965年英國渡橋電廠三座冷卻塔在陣風(fēng)下倒塌以后，引起了世界各國對冷卻塔安全性研究的重視。隨著時(shí)間的變化，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。因此對冷卻塔的檢測和加固十分必要。對鋼筋混凝土冷卻塔進(jìn)行檢測鑒定和加固是為了提高鋼筋混凝土冷卻塔量的安全度，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久。

1　工程簡介

甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司合成氨工藝循環(huán)水雙曲線冷卻塔建于1965年。冷卻塔高度50m,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400～200mm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=320kPa。2014年4月在對公司已有建筑物、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。

主要鑒定的國家標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)GB50023-2009。

2）工程測量規(guī)范GB50026-2007。

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

4）構(gòu)筑物抗震鑒定規(guī)范GB50117-2014。

5）工業(yè)建筑可靠性鑒定GB50144-2008。

6）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鑒定

2.1冷卻塔檢測的內(nèi)容

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

1）對冷卻塔目前運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)查。

2）資料室翻閱圖紙和工程資料

3）檢測地基、基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)。

4）對冷卻塔是否變形、沉降進(jìn)行檢測。

5）觀察、檢測冷卻塔是否出現(xiàn)了裂縫。

6）對混凝土的保護(hù)層進(jìn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，比如圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.2冷卻塔檢測后的結(jié)構(gòu)概況

1）對冷卻塔人字柱和下環(huán)梁的檢測。根據(jù)實(shí)際檢測的情況看，由于經(jīng)常經(jīng)歷凍融循環(huán)，因此靠近塔筒內(nèi)側(cè)的下環(huán)梁鋼筋保護(hù)層已經(jīng)有開裂且脫落的情況，若是仔細(xì)看還有泛白的現(xiàn)象，且暴露出下排的鋼筋。而進(jìn)行碳化檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)其碳化深度已經(jīng)到了22~34mm之間，因此，鋼筋鈍化膜遭到了破壞，降低了鋼筋抗腐蝕的能力。因?yàn)橄颅h(huán)梁角部部位破壞太多，受到了氧氣的雙向擴(kuò)散，從而導(dǎo)致生銹腐蝕的速度越來越快。在檢測過程中還發(fā)現(xiàn)塔筒下環(huán)梁內(nèi)側(cè)角部的鋼筋腐蝕更加嚴(yán)重，已經(jīng)產(chǎn)生了許多裂縫，更嚴(yán)重的是有些鋼筋已經(jīng)開始崩開，而這些情況的發(fā)生主要是因?yàn)楣拷钿P蝕斷裂。

2）檢測淋水構(gòu)件梁和柱。淋水構(gòu)件梁因?yàn)槭艿剿母g，而構(gòu)建混凝土的毛細(xì)孔內(nèi)一直都有水，所以很難接觸到外面的空氣，因此碳化程度相對來說較小，淋水構(gòu)件梁也只是構(gòu)件端頭有混凝土掉落的情況。

3）檢測鋼筋混凝土冷卻塔的內(nèi)壁和外壁。由于塔筒內(nèi)壁一直都保持著濕潤，所以碳化程度也不高，但是外壁則十分的嚴(yán)重，因?yàn)槭艿接旰蛢?nèi)部水流循環(huán)的影響，產(chǎn)生了溶蝕性混土腐蝕。因?yàn)榇死鋮s塔周圍有排煙系統(tǒng)，會產(chǎn)生二氧化碳和二氧化硫等一些酸性濃度較高的氣體，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(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)這種現(xiàn)象是因?yàn)檐浰g，所謂軟水腐水、蒸餾水等。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，這樣一來，讓水泥石的空隙增多，也相對酥松了不少，也降低了水泥石的堿度。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。

因?yàn)闅溲趸}的流失，混凝土的抗壓強(qiáng)度也開始下降。根據(jù)上述的檢測結(jié)論以及有關(guān)規(guī)定、程序等，可以得出以下結(jié)論：此混凝土的強(qiáng)度等級是C20，人字柱混凝土強(qiáng)度的等級是C25。因?yàn)橛行╉?xiàng)目不符合國家的規(guī)范或者低于國家的規(guī)范，因此冷卻塔的鑒定等級為C。對于不符合國家規(guī)范的要停止使用，并且采用相關(guān)措施進(jìn)行處理。

3　冷卻塔腐蝕原因

3.1建筑物自身的原因

因?yàn)榛炷猎牧系馁|(zhì)量差、配比計(jì)量的準(zhǔn)確性低、攪拌混凝土的質(zhì)量差，且在進(jìn)行施工時(shí)，因?yàn)椴扇〉姆绞藉e(cuò)誤，保護(hù)層的厚度不夠，無法達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的要求，再加上只依靠混凝土自身的防腐蝕并未對其表面進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)等情況都會導(dǎo)致冷卻塔腐蝕。

3.2環(huán)境原因

1）自然環(huán)境對冷卻塔腐蝕的影響。因?yàn)槔鋮s塔暴露在外界，所以經(jīng)常受到風(fēng)吹、日曬、雨淋等，從而減少了混凝土保護(hù)層的厚度，鋼筋因此就會銹蝕。再加上鋼筋因?yàn)殇P蝕而膨脹造成了混凝土開裂，從而鋼筋外露，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)境對冷卻塔腐蝕的影響。自然冷卻的生產(chǎn)循環(huán)用水是通過冷卻塔進(jìn)行的，但是此水溫度高而且含有堿性，因此混凝土受到了堿液、堿粉塵等性介質(zhì)的腐蝕和化學(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；而化學(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。

3.3管理因素

甘肅金昌化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司總工師辦公室、裝備能源部、安全環(huán)保部等部門應(yīng)該定期檢查處于惡劣條件下的建筑物，對于存在安全隱患的建筑物應(yīng)該及時(shí)檢修，從而避免構(gòu)件腐蝕加劇。

4　加固和防腐措施

4.1混凝土冷卻塔加固設(shè)計(jì)思路

對冷卻塔結(jié)構(gòu)受力大的地方和容易受到腐蝕的地方應(yīng)該重點(diǎn)進(jìn)行加固和防護(hù)；對于其他一般部位只需要做常規(guī)防護(hù)即可；在進(jìn)行加固和防護(hù)時(shí)，要依靠科學(xué)技術(shù)和簡易操作方法。

4.2加固、防腐方案

對于基礎(chǔ)部位，先將周圍的土體挖開，然后清除表面的浮塵，進(jìn)行防護(hù)處理時(shí)，要刷環(huán)氧瀝青兩遍。加固梁、柱時(shí)，實(shí)施外包鋼法，具體做法就是將混凝土構(gòu)件表面上已經(jīng)碳化和腐蝕的一層利用壓縮空氣將浮灰吹凈，然后用環(huán)氧砂漿找平。梁、柱角部可以在外面包一層角鋼，用綴板連接角鋼，用環(huán)氧玻璃鋼對表面進(jìn)行防腐。

根據(jù)鑒定結(jié)果作了防腐與加固設(shè)計(jì)方案，并于2014年下半年付諸實(shí)施完成,通過加固防腐，冷卻塔依舊高高聳立，強(qiáng)度和功能也能夠得到恢復(fù)，取得了滿意效果。

5　結(jié)論

合成氨工藝循環(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，但是對于服役期較長的冷卻塔，要定期對建筑物的整安全性以及腐蝕損壞情況進(jìn)行科學(xué)評估和分析。對于鋼筋混凝土冷卻塔的檢測定要科學(xué)合理，確保冷卻塔的安全隱患及時(shí)消除。在實(shí)踐當(dāng)中要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改方法，讓冷卻塔的使用壽命更加長久。

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