王中偉，孫君建，趙立春，鄭大維，李響，喬萬軍，繆紅波，武正華

（1.國家電投東北電力有限公司，遼寧省 沈陽市 110181；2.遼寧清河發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧省 鐵嶺市 112003；3.遼寧東方發(fā)電有限公司，遼寧省 撫順市 113007；4.國網(wǎng)遼寧電科院，遼寧省 沈陽市 110181；5.河南達(dá)亨電力實業(yè)有限公司，河南省 鄭州市 450000；6.北京固斯特國際化工有限公司，北京市 朝陽區(qū) 100123）

0 引言

電廠煙囪主要有單筒式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪和套筒式煙囪2類，是電廠長期安全、平穩(wěn)運行的重要組成部分，而防腐蝕是保證煙囪能夠長周期安全運行的關(guān)鍵[1]。為了解決濕法脫硫運行后，煙囪防腐蝕的耐久性問題，業(yè)內(nèi)嘗試了各種各樣的防腐體系和方案，包括涂料、貼面、結(jié)構(gòu)改造等等，從而積累了豐富的經(jīng)驗和教訓(xùn)[2]。本文通過對混凝土結(jié)構(gòu)煙囪所面臨腐蝕問題的探討，分析了目前國內(nèi)常用的幾類防腐材料及體系的優(yōu)缺點；對于已經(jīng)做過防腐保護(hù)，脫硫運行后出現(xiàn)滲漏水的煙囪，重新進(jìn)行防腐維修時，由于被保護(hù)對象的特性，在酸性介質(zhì)的作用下，已經(jīng)發(fā)生了改變，在這種情況下，如何保證防腐層與煙囪結(jié)構(gòu)可靠黏結(jié)，就成為行業(yè)內(nèi)的一個新課題。為此，本文較詳細(xì)地分析了徳國固斯特混凝土煙囪防腐體系成功使用的機(jī)理及其特點。

1 影響混凝土結(jié)構(gòu)煙囪防腐質(zhì)量的因素

1.1 脫硫煙氣的特點

增加機(jī)組調(diào)節(jié)的靈活性可以提高新能源的消納水平，提高火電機(jī)組靈活性的同時，應(yīng)盡可能地保持環(huán)保指標(biāo)和運行特性[3-4]。隨著國家環(huán)保政策力度的不斷加大，燃煤鍋爐必須加裝脫硫裝置。在我國，濕法脫硫應(yīng)用較為廣泛。目前，針對脫硫技術(shù)已經(jīng)有了大量的研究[5-7]。本文著重討論濕法脫硫后，煙囪的防腐保護(hù)問題。

在脫硫系統(tǒng)改造后，煙囪所排放的煙氣溫度在(50±5)℃左右，煙氣含水量很大。由于煙氣溫度較脫硫改造前大大降低，濕煙氣在煙囪內(nèi)壁產(chǎn)生較強的結(jié)露現(xiàn)象，凝露水隨筒壁向下流淌至煙囪的積灰平臺，從漏斗排除。此外，隨著煙溫降低，煙囪自拔力降低，煙筒內(nèi)的煙氣運行壓力升高，在不同的時間段，筒內(nèi)可能處于正壓運行工況，加劇了冷凝水的增加。這些凝露水的pH值約為1.5~2.5[1-2]。

脫硫運行時，煙囪內(nèi)的煙氣有以下特點：

1）煙氣濕度大，處于飽和狀態(tài)；

2）煙氣溫度低，脫硫后的煙氣溫度在(50±5)℃左右，在煙囪內(nèi)極易產(chǎn)生冷凝。據(jù)統(tǒng)計[8]，300 MW機(jī)組每小時產(chǎn)生的冷凝液量為2~4 t，而600 MW機(jī)組每小時冷凝液量高達(dá)8~10 t；

3）煙囪內(nèi)產(chǎn)生的凝露水為低濃度稀硫酸液，其腐蝕性較高濃度酸液更強；

4）溫度在 40~80 ℃時，酸液對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性特別強。以鋼材為例，40~80 ℃時的腐蝕速率比其他溫度時高出約3~8倍；

5）在有些電廠，由于燃煤的原因，煙囪內(nèi)還存在一定量的氫氟酸，腐蝕性更復(fù)雜，只要相應(yīng)溫度情況出現(xiàn)，其腐蝕性在很短時間就會對鈦鋼復(fù)合板造成不可逆破壞；

6）煙囪內(nèi)的腐蝕性液體和水汽在煙氣壓力和濕度的共同作用下，極易滲透到煙囪結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使煙囪結(jié)構(gòu)遭受腐蝕，嚴(yán)重地影響了結(jié)構(gòu)的耐久性[9]。

1.2 煙囪結(jié)構(gòu)材料自身因素

鋼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪內(nèi)筒壁通常砌有耐酸磚或耐溫磚。過去十多年的工程實踐證明：由于耐酸磚或耐溫磚的強度差、吸水率高，并不適合在其上直接做防腐保護(hù)層；特別是經(jīng)過脫硫運行的煙囪，根本無法在其上做防腐保護(hù)。故在煙囪防腐改造時，通常需要將耐酸磚或耐溫磚拆除，將防腐材料直接做在混凝土基面上。此時，工程中往往忽略了鋼筋混凝土自身的固有特性：

1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在固化硬化過程中，呈現(xiàn)出非均質(zhì)特性。會出現(xiàn)很多的孔隙、裂縫和氣穴，使得水及溶解于水中的腐蝕性介質(zhì)液體通過毛細(xì)作用滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部；

2）煙囪是高度高、厚度小的大型混凝土結(jié)構(gòu)，通常達(dá)一兩百米以上，受本身荷載、風(fēng)載、溫差等因素的影響，本來就容易形成宏觀裂縫；加之煙囪在建造時，若稍對混凝土施工質(zhì)量控制不好，表面就可能存在蜂窩、麻面、施工縫及結(jié)構(gòu)裂縫等缺陷；這些因素導(dǎo)致了外部雨水和內(nèi)部冷凝水及腐蝕介質(zhì)液體向混凝土結(jié)構(gòu)的滲透。右圖為某電廠煙囪的漏水情況。煙囪內(nèi)的酸性液體，經(jīng)過混凝土的堿性中和，以至于在煙囪外壁已生長出植物，見圖1；

圖1 混凝土煙囪漏水Fig. 1 Concrete chimney leaking

3）混凝土本身是堿性物質(zhì)(一般而言，pH值≥12.5)。在這樣的堿性環(huán)境中，混凝土中的鋼筋，受其表面形成的、致密的鈍化膜保護(hù)，處于穩(wěn)定狀態(tài)；混凝土在受到酸性介質(zhì)的侵蝕后，如SO2、CO2、酸雨、氯離子、硫酸根離子等等，經(jīng)過酸堿反應(yīng)，脫離堿性狀態(tài)，慢慢向中性過渡，鋼筋的鈍化膜受到破壞，在電化學(xué)作用下，形成銹脹，進(jìn)入了一個惡性循環(huán)過程；

4）就混凝土保護(hù)而言，上述因素以及混凝土的返堿特性，界面處的堿類及鹽類介質(zhì)，與涂刷其表面的有機(jī)材料發(fā)生皂化反應(yīng)，導(dǎo)致了有機(jī)類防腐材料與混凝土的黏結(jié)問題，容易脫落。

1.3 鹽類物質(zhì)的結(jié)晶破壞對防腐質(zhì)量的影響

對于已經(jīng)過濕法脫硫運行過的煙囪的再次防腐維修改造，必須考慮鹽類物質(zhì)結(jié)晶破壞。由于煙囪內(nèi)冷凝形成的酸液已滲入到混凝土中，與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)生成各種鹽類物質(zhì)，使得混凝土的表層結(jié)構(gòu)，較嚴(yán)重的已達(dá)到十幾厘米以上，演變成了鹽類物質(zhì)的集合，毛細(xì)孔、裂縫周邊的堿性環(huán)境已被嚴(yán)重地鹽化[10]。

鹽類物質(zhì)處于頻繁的干濕交替環(huán)境中，毛細(xì)孔隙中的水溶液蒸發(fā)超過飽和濃度生成結(jié)晶，結(jié)晶壓造成混凝土開裂，當(dāng)硫酸鹽在煙囪中會逐漸積累至濃度(以硫酸根離子的含量表示)達(dá)到2‰時，就會造成混凝土的腐蝕破壞。

硫酸鹽侵蝕混凝土可分為2個過程：

1）水中的硫酸根離子擴(kuò)散進(jìn)入混凝土孔隙中，其速率決定于防腐層和混凝土的抗?jié)B性；

2）硫酸根離子與混凝土中的物質(zhì)反應(yīng)：一是與混凝土中的水化鋁酸鈣起反應(yīng)，形成硫鋁酸鈣即鈣礬石，鈣礬石結(jié)晶生長并吸附水而造成體積膨脹，導(dǎo)致膨脹壓力，使混凝土開裂；二是與混凝土中 Ca(OH)2結(jié)合形成 CaSO4?2H2O(石膏)，石膏的形成導(dǎo)致強度降低，接著膨脹、開裂，將水泥石轉(zhuǎn)變?yōu)楹隣?、無膠結(jié)力的物質(zhì)。圖2為煙囪內(nèi)筒壁上混凝土的鹽結(jié)晶現(xiàn)象。

可見，在對煙囪進(jìn)行防腐改造時，如不對煙囪混凝土結(jié)構(gòu)中的鹽類物質(zhì)進(jìn)行處理，其產(chǎn)生的結(jié)晶破壞不僅會造成結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重腐蝕，而且任何直接做在含鹽類物質(zhì)的基面上的防腐材料，其與基面黏結(jié)力將受到嚴(yán)重影響，涂層極易鼓包脫落，甚至有的防腐材料自身也會被鹽類物質(zhì)侵蝕[11]。

圖2 混凝土結(jié)構(gòu)析出的鹽類介質(zhì)結(jié)晶Fig. 2 Crystallization of salt media precipitated from concrete structures

1.4 煙囪基面的缺陷修復(fù)對防腐質(zhì)量的影響

煙囪內(nèi)筒表面由于各種原因所造成的蜂窩麻面、模板錯臺、施工縫、鋼筋裸露、表面裂縫、結(jié)構(gòu)裂縫等缺陷，以及被腐蝕產(chǎn)生的缺陷等，在防腐施工前必須采用合適的材料及工藝進(jìn)行修復(fù)。目前市場上大多采用聚合物砂漿進(jìn)行修補，而這些材料的吸水率和收縮率很高，與煙囪基體的兼容性差，修補后與混凝土之間仍然是兩層皮，而且由于沒有解決煙囪基體內(nèi)鹽的問題，防腐層的長久黏結(jié)始終困擾著用戶，見圖3。

圖3 修補砂漿分層脫落Fig. 3 Repair mortar layering and falling off

1.5 氣候環(huán)境對防腐質(zhì)量的影響

1.5.1 凍融的影響

凍融是指在低溫環(huán)境下(如冬季雨雪天氣等)，受濕的混凝土在低溫作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的水結(jié)冰，使體積膨脹 9%，造成內(nèi)部損傷?；炷羶鋈谘h(huán)產(chǎn)生的破壞作用主要有凍脹開裂和表面剝蝕2個方面，在反復(fù)凍融作用下會產(chǎn)生開裂甚至剝落，導(dǎo)致混凝土骨料裸露，使得腐蝕介質(zhì)更容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部。

寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)出現(xiàn)的反復(fù)凍融循環(huán)，使危害擴(kuò)大和積累，孔縫不斷增多，并擴(kuò)展和連通，使混凝土的彈性模量、抗壓強度、抗拉強度等力學(xué)性能嚴(yán)重下降，危害混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性[12]。

1.5.2 水介質(zhì)的滲透影響

水介質(zhì)對煙囪混凝土的滲透造成的后果主要包括：

1）由于水滲透進(jìn)混凝土內(nèi)部，使得溶入水中的各種腐蝕介質(zhì)在水的共同作用下，更易直接與混凝土和鋼筋發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生腐蝕；

2）滲入混凝土中的水在一定環(huán)境的作用下，會對混凝土產(chǎn)生損傷，如上述的凍融，特別是我國的北方地區(qū)；

3）水能夠從煙囪的外表面滲透進(jìn)混凝土內(nèi)部，對煙囪內(nèi)表面形成蒸汽壓和水壓，從而對煙囪內(nèi)表面的防腐涂層產(chǎn)生破壞。

圖4所示為各種外來因素對混凝土影響的綜合結(jié)果[13]。

圖4 各種外來因素對混凝土影響的綜合結(jié)果Fig. 4 Comprehensive results of the influence of external factors on concrete

2 鋼筋混凝土煙囪防腐蝕材料及體系需要解決的問題

鋼筋混凝土煙囪的防腐壽命要達(dá)到設(shè)計要求，則必需系統(tǒng)地解決如下問題：

1）防腐特性。防腐體系自身須具備優(yōu)異的耐腐蝕性能：防腐材料本身必須具有持續(xù)抵抗煙囪工況中所存在的各種化學(xué)介質(zhì)腐蝕的特性。就過去多年的實踐，幾乎沒有產(chǎn)品不能滿足這項要求；

2）鹽類介質(zhì)及泛堿密封特性。經(jīng)過脫硫運行的混凝土煙囪，如果再次發(fā)生滲漏現(xiàn)象，表明混凝土已經(jīng)鹽化，至少部分地鹽化，對于腐蝕比較嚴(yán)重的情況，可能涉及到混凝土結(jié)構(gòu)的加固問題。對于腐蝕還處于結(jié)構(gòu)表層的情況，就要求防腐體系必須具備能夠密封鹽類介質(zhì)從混凝土中析出以及能夠密封泛堿的特性。否則，防腐層將在界面處被鹽類介質(zhì)及泛堿破壞。許多高分子類型的材料，從開始施工到固化結(jié)束這個階段，涂層就被破壞了，這一點很容易被忽略。

此外，防腐體系中還必須具有針對煙囪混凝土基體的表面缺陷(如蜂窩麻面、模板錯臺、施工縫、裂縫等)進(jìn)行修復(fù)的材料，該修復(fù)材料不僅應(yīng)具備抗鹽、抗?jié)B、耐腐蝕等特性，還必須能與被腐蝕后的混凝土成為一體，為后序防腐層的黏結(jié)提供一個平整堅實的基面。

3）迎水面及背水面抗?jié)B特性。防腐體系必須具備防水抗?jié)B性能：煙囪內(nèi)的腐蝕介質(zhì)以水為載體滲入混凝土中，對混凝土進(jìn)行腐蝕，所以防腐涂層必須具備防水抗?jié)B性能，以隔離和阻止腐蝕介質(zhì)向鋼筋混凝土的侵蝕；同時，防腐涂層必須具備背水面防水抗?jié)B性能：由于從外壁進(jìn)入混凝土內(nèi)部的水會在界面層處，對內(nèi)壁涂層產(chǎn)生壓力，以至于使得涂層鼓包、開裂和脫落，所以背水面抗?jié)B防水性能對于防腐的耐久性也很重要。

4）黏結(jié)特性及機(jī)理。防腐涂層與鋼筋混凝土之間要有很好的黏結(jié)力。實踐證明：防腐涂層與混凝土結(jié)構(gòu)僅靠物理黏結(jié)，要完成長久的防腐保護(hù)任務(wù)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。真正意義上的黏結(jié)，要從機(jī)理上，從混凝土結(jié)構(gòu)自身特性入手，借助理化反應(yīng)，使得保護(hù)體系與混凝土結(jié)構(gòu)成為一個整體；

5）耐磨特性。防腐涂層還需要具備抗水沖刷和耐磨性能，特別是煙囪的出口部位。

3 目前混凝土結(jié)構(gòu)煙囪常用的防腐材料及其存在的問題

綜上，解決混凝土結(jié)構(gòu)煙囪的防腐問題的關(guān)鍵在于：防腐層除了具備基本的防腐蝕及抗?jié)B性能外，還必須面對混凝土煙囪內(nèi)部結(jié)構(gòu)含鹽類介質(zhì)這一現(xiàn)實。正是基于這個現(xiàn)實，脫硫運行后，因漏水導(dǎo)致的對煙囪重新進(jìn)行防腐維修，防腐涂層與煙囪結(jié)構(gòu)的可靠黏結(jié)問題，成為行業(yè)內(nèi)的一個新的課題，而這個課題目前還沒有引起廣泛的關(guān)注和普遍的重視。

目前國內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)煙囪的防腐蝕，存在不少誤區(qū)，多數(shù)方案都是以防腐材料的防腐性能作為重點，未考慮到混凝土結(jié)構(gòu)煙囪本身的特點、包括鹽化，對防腐層耐久黏結(jié)的負(fù)面影響。

現(xiàn)今市場上常見的煙囪防腐方案主要有兩大類：第1類是防腐層依附在煙囪基體上的，如雜化類涂料、改性橡膠類涂料、黏貼玻璃磚等等。這類防腐方案多為有機(jī)材料或無機(jī)改性有機(jī)材料；第2類是防腐層是獨立于煙囪，如玻璃鋼、復(fù)合鈦板，業(yè)內(nèi)稱之為“內(nèi)筒式防腐”。

從多年來的使用情況來看，各類方案都不同程度存在著一些先天性的缺陷和問題，難以解決，從而導(dǎo)致失敗的案例很多[14-16]。

3.1 有機(jī)涂料類防腐體系

目前市場上的有機(jī)涂料或改性涂料的防腐方案主要有：雜化類涂料、改性橡膠類涂料、黏貼玻璃磚類、玻璃鱗片涂料等，其中以雜化類涂料、改性橡膠類涂料和黏貼玻璃磚這 3類材料使用較多。

有機(jī)類涂料在混凝土結(jié)構(gòu)煙囪防腐使用中存在的一些先天性的缺陷，使得有機(jī)類涂層在混凝土結(jié)構(gòu)煙囪防腐中，少有長壽命的成功案例，其存在的共性問題主要是：

1）混凝土表面容易返堿，造成有機(jī)防腐材料與之兼容性差，結(jié)合力難以保證，容易脫落。

2）為解決返堿問題，在防腐材料施工前，都采用封閉底漆對煙囪內(nèi)表面進(jìn)行預(yù)處理，其目的在于為后續(xù)的防腐層提供可靠的黏結(jié)。但封閉底漆是無法封閉所有的孔洞和裂縫，即使在最理想的情況下，也只是橋接在了氣孔和裂縫上(通常連橋接都難以做到)，這些裂縫和氣孔會對后序的防腐層造成很大的危害。

3）對混凝土基層含水率要求高(一般要求小于6%)，基層必須徹底干燥，這對于已經(jīng)使用多年的舊煙囪防腐維修改造工程是根本無法達(dá)到此要求的。

4）不具備背水面防水抗?jié)B性能，進(jìn)入混凝土內(nèi)部的水會對混凝土內(nèi)壁有機(jī)類涂層產(chǎn)生鼓包、開裂和脫落的壓力。

5）對于煙囪防腐改造工程，該類防腐體系無法袪除煙囪基體內(nèi)已存在的鹽，由于鹽的結(jié)晶破壞，將會使得防腐層在施工后不久即出現(xiàn)黏結(jié)問題，造成防腐層鼓包，甚至開裂脫落。

6）有機(jī)材料的耐老化性能和耐高溫性能差。當(dāng)溫度變生較大變化或長時間處于高溫時，材料性能呈直線下降。

除以上有機(jī)涂料的共性問題外，還因防腐材料的基材不同，且存在著其他影響防腐質(zhì)量的特性：

1）雜化涂料類。

采用聚酯或樹脂，加入玻璃纖維或碳纖維，有的還加入不銹鋼鱗片。該類材料具有很高的強度，耐磨性也很好，由于參入大量纖維，增加了涂層的抗拉強度，提高涂層抗裂性能。但該類材料的抗?jié)B透性能卻因加入了大量的纖維等物質(zhì)而大大降低，因而會出現(xiàn)鼓包問題。

此外，由于對于混凝土煙囪的基體表面強度遠(yuǎn)低于雜化涂料本身的強度，涂層收縮時會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)同溫變應(yīng)力疊加時就會造成涂層和基面的剝離。

2）改性橡膠類涂料。

該類材料的低溫耐酸性能較好，具有優(yōu)良的抗脹強度、柔韌性、耐磨性等，但其不耐高溫，高溫時耐酸性能差，長期高溫易老化，防腐層會變硬、變脆，特別是在煙囪這種工況特別復(fù)雜的環(huán)境下使用，其壽命很短。

3）黏貼玻璃磚類。

業(yè)內(nèi)也將此類方案歸為有機(jī)涂料類方案，同樣具有有機(jī)涂料材料的共有特性問題。這類防腐體系的核心是防水抗?jié)B，即防止酸水接觸到煙囪混凝土或內(nèi)襯，從而避免煙囪被腐蝕破壞。這套體系的抗?jié)B功能主要由黏結(jié)劑(膠)來承擔(dān)，但膠為有機(jī)材料(通常為改性瀝青或橡膠類材料)，耐高溫性能差(在高溫下會流淌，市場上價格最高的膠黏劑，其耐熱溫度也不能超過 93 ℃)，所以為保護(hù)膠的使用壽命，再在其上黏貼玻璃磚來進(jìn)行隔熱保護(hù)。在應(yīng)用于運行工況極為復(fù)雜惡劣的煙囪中，想靠玻璃磚來完全阻隔高溫是無法實現(xiàn)的，且玻璃磚之間還有縫隙存在，熱量還在傳遞，老化還將通過玻璃磚之間的膠縫往內(nèi)持續(xù)延伸。

以上混凝土結(jié)構(gòu)的煙囪防腐方案，都是需將防腐材料施工或黏貼在煙囪基體上。因此，在防腐施工前還必須對基層進(jìn)行修補處理。這些方案的提供者自身沒有配套的基層處理和修復(fù)材料，大多在市場上采購聚合物砂漿對基層進(jìn)行修補處理，因聚合物砂漿與煙囪基層本身就存在黏結(jié)問題，在防腐工作開始之初就給之后的防腐質(zhì)量埋下了隱患。

3.2 內(nèi)筒式防腐體系

內(nèi)筒式防腐體系的防腐層不依附于煙囪基體上，獨立于煙囪混凝土筒壁，因此對于煙囪的基體要求較低。主要有金屬類防腐層、玻璃鋼內(nèi)筒。

1）金屬類防腐。

目前國內(nèi)和國際上，在煙囪防腐方面，金屬類的主要有：掛貼鈦板、鈦-鋼復(fù)合板、鎳基合金 C-276等，目前國內(nèi)常用的金屬類防腐是鈦-鋼復(fù)合板。

鈦-鋼復(fù)合板目前在國內(nèi)新建工程中使用較為普遍，基本未發(fā)現(xiàn)大的腐蝕問題，問題主要集中在焊縫處酸液反滲，局部腐蝕現(xiàn)象。國內(nèi)也有部分鈦-鋼復(fù)合板煙囪因氫氟酸而造成大面積腐蝕的情況。

鈦-鋼復(fù)合板的造價高，施工控制要求嚴(yán)格，特別是焊接要求極高。其施工周期也是所有防腐方案中最長，因而在維修改造工程中應(yīng)用受限。

2）玻璃鋼。

玻璃鋼(FRP)是由高強度的玻璃纖維和樹脂復(fù)合而成的兼具結(jié)構(gòu)性和功能性的新型復(fù)合材料，玻璃纖維提供FRP 的強度和剛性，樹脂提供FRP 的耐化學(xué)性和韌性。FRP 具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。但FRP的最高使用溫度不應(yīng)超過120 ℃，當(dāng)超過這一溫度時，F(xiàn)RP中的碳(C)、氫(H)會分解蒸發(fā)，即發(fā)生氧化分解反應(yīng)(有機(jī)成分揮發(fā)掉)，造成玻璃鋼的強度下降。

此外，玻璃鋼在制造安裝過程中，材料中的溶解劑會大量揮發(fā)，產(chǎn)生有毒氣體，不僅對人體有害，還易燃易爆，在國內(nèi)已發(fā)生過多起火災(zāi)事故。

內(nèi)筒式防腐由于也存在著各種各樣的劣勢，且施工工期長，工藝復(fù)雜，在舊煙囪防腐改造中的應(yīng)用受到了很大限制。

4 固斯特混凝土結(jié)構(gòu)煙囪腐蝕問題的解決方案

4.1 固斯特解決混凝土結(jié)構(gòu)煙囪腐蝕問題的思路

針對市場上各防腐體系的問題，德國固斯特建筑化工(集團(tuán))股份公司選擇解決混凝土結(jié)構(gòu)煙囪腐蝕問題的思路是“表里兼治”：

1）具有改善被腐蝕了的混凝土結(jié)構(gòu)的理化特性的功能，能有效密封鹽類物質(zhì)及泛堿通道，把被腐蝕了的混凝土對混凝土結(jié)構(gòu)本身、對外來防腐體系的負(fù)面影響降低到最小。

2）能夠耐腐蝕的材料很多，但再好的材料如果鼓包、脫落了，就毫無用處。所以首先必須選擇能夠與混凝土兼容，能夠形成整體、結(jié)合力好、不易鼓包脫落、耐沖刷耐磨的材料，這樣才能起到長效防腐的作用。

3）材料必須同時具備防水和防腐性能，除了必須具備以上各種耐腐蝕性能外，還需要同時具備迎水面和背水面防水抗?jié)B性能，防止水和腐蝕介質(zhì)滲入混凝土和鋼筋中。

4）對于已被腐蝕的混凝土煙囪，需要有與混凝土性能接近，且能與混凝土成為一體的專用修復(fù)砂漿材料，對煙囪結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固修復(fù)。

4.2 固斯特混凝土結(jié)構(gòu)煙囪防腐涂層的機(jī)理與特點

固斯特針對混凝土結(jié)構(gòu)煙囪所采用的滲透型無機(jī)聚合物防腐體系，由基面抗鹽、修復(fù)補強和防腐底涂、面涂構(gòu)成。該防腐體系首先采用固斯特Polysil?TG 500防腐抗鹽劑對煙囪基面進(jìn)行深度抗鹽補強處理，并使用固斯特NC纖維增強型修復(fù)砂漿對煙囪基體的物理缺陷進(jìn)行修復(fù)，把已被腐蝕的混凝土煙囪基面改造成健康的基面；然后采用固斯特PSM聚合物硅酸鹽防腐材料(底涂層)和固斯特 BG 2S+聚合物硅酸鹽防腐材料(面涂層)對改造后的基面進(jìn)行防腐保護(hù)[17]。

Polysil? TG 500是以聚合物硅酸鹽為主要成分的透明液體，產(chǎn)品中最大粒子的直徑為20 nm，密度為1.03 g/cm3，斷裂延長率大于500%。材料具有極強的滲透作用，在約120 g/m2用量的條件下，它可滲透到基底的2 cm深處。該材料能顯著降低礦物質(zhì)基材的吸水特性，加固和保護(hù)礦物質(zhì)基材，通過阻止鹽水的聚集，解決了鹽溶解后再結(jié)晶時因膨脹對基材結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的危害。

NC是一種對礦物質(zhì)基面實施維護(hù)維修的高品質(zhì)砂漿，可以替代混凝土使用。產(chǎn)品經(jīng)過纖維增強處理，具有優(yōu)秀的抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕、抗機(jī)械沖擊的特性。它通過與混凝土內(nèi)的某些成分進(jìn)行溫和反應(yīng)，最終與混凝土基面成為一體。

PSM是基于聚合物及硅酸鹽，不含水泥的特殊礦物材料，具有極好的耐酸特性。固化后，固斯特PSM涂層具有良好的抗壓、抗折，及良好的韌性和耐磨性，能抵抗pH值在0~10間的化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。涂層與基面的黏結(jié)不受使用環(huán)境介質(zhì)變化、特別是溫度變化的影響。

BG 2S+是以聚合物和硅酸鹽為主要成分的液態(tài)產(chǎn)品，呈透明狀，密度為 1.1g/cm3。材料除自身的抗腐特性外，涂刷于礦物材料表面上，能顯著減小結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，有效阻止液體向結(jié)構(gòu)體的滲入。固斯特 Polysil? 2S+能從外向里滲透大約2 cm以上，通過反應(yīng)，可有效提高結(jié)構(gòu)及涂層的力學(xué)特性和抗?jié)B性。

固斯特 PSM 滲透型無機(jī)聚合物防腐體系的防腐蝕機(jī)理和特點是：

1）解決了鹽的腐蝕問題?；炷两Y(jié)構(gòu)煙囪的基體通過Polysil? TG 500的抗鹽處理，其表面將不在產(chǎn)生鹽結(jié)晶現(xiàn)象，徹底避免了因鹽的結(jié)晶破壞而使得防腐層出現(xiàn)黏結(jié)問題。

2）解決了涂層與煙囪基體之間的結(jié)合力問題。首先采用TG 500對基面進(jìn)行深度抗鹽處理，解決了因煙囪基體內(nèi)鹽的破壞而造成涂層與煙囪基體之間的黏結(jié)問題；其次防腐底層PSM和防腐面層 BG 2S+所具有的滲透功能，使得整個防腐層像“釘子”一樣釘入煙囪基體中，與煙囪基體形成一個整體。

3）解決與混凝土之間的兼容性問題。防腐體系中的所有材料均以無機(jī)材料為主，具有與混凝土基體類似的理化性能及相同的熱膨脹系數(shù)，因此防腐層與混凝土基體不存在兼容性問題。

4）材料本身具備優(yōu)異的耐腐蝕性能：防腐層成膜后可持久抵抗pH值至0的化學(xué)介質(zhì)腐蝕，可應(yīng)用于強酸腐蝕環(huán)境。

5）涂層具備防水抗?jié)B性能。由于防腐體系中材料的滲透功能，使得混凝土表面孔隙內(nèi)的游離鈣離子形成穩(wěn)定化合物結(jié)晶體，混凝土孔隙變小成了微孔，且PSM防腐層成膜后自身可隔絕任何水、水汽、腐蝕介質(zhì)等的滲透侵蝕，再加上面涂層 BG 2S+的密封毛細(xì)孔的作用，使得整個防腐層體系具備優(yōu)異的防水抗抗?jié)B性能

6）防止了混凝土凍融。由于材料的滲透結(jié)晶作用，混凝土孔隙變成1~10 nm微孔，降低了孔內(nèi)的冰點，最低可降低到-78 ℃，防止了孔內(nèi)水的結(jié)冰，防止凍融的發(fā)生。

7）具有耐高溫及耐溫變特性：長久工作溫度可達(dá)250 ℃以上，且溫度的變化對防腐層無影響。

8）環(huán)保、安全：防腐體系中材料均為無機(jī)材料，不含溶解劑，無任何揮性物質(zhì)產(chǎn)生，材料自身不燃，且施工時對人體無任何傷害，且無需任何特殊的防火措施。

9）優(yōu)異的施工性能。材料施工簡便，不受環(huán)境溫度和濕度的影響，施工質(zhì)量易得到保證。

5 結(jié)論

混凝土結(jié)構(gòu)煙囪脫硫防腐設(shè)計，必須對被腐蝕了的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底的治理和改造，使得改造后的混凝土結(jié)構(gòu)能對外來保護(hù)層提供一個“舒適的”黏結(jié)環(huán)境，以真正持久地解決濕法脫硫煙囪的防腐問題。德國固斯特的混凝土煙囪防腐方法值得借鑒。