周 楠

(中冶集團(tuán)建筑研究總院，北京 100082)

0 引言

我國是世界焦炭生產(chǎn)大國，焦炭產(chǎn)量占世界焦炭總產(chǎn)量比重較高[1]。焦化廠一般由三大部分組成，分別為煉焦車間、回收車間和焦油加工車間。焦化工序包括備煤、裝煤、煤的高溫干餾、推焦、熄焦、破碎篩分、荒焦?fàn)t煤氣凈化、化學(xué)品回收(包括焦油、粗苯的精加工、脫硫)及其廢水處理等多步環(huán)節(jié)[2]。整個(gè)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生包含諸如CO2，SO2，NOx，H2S的廢氣[3]，而這些腐蝕性氣體會(huì)隨著時(shí)間的推移，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成較為嚴(yán)重的耐久性破壞。因此，有必要對(duì)焦化廠的大氣環(huán)境及其混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性損傷現(xiàn)狀進(jìn)行分析總結(jié)。

本文以某鋼鐵集團(tuán)燒結(jié)廠焦?fàn)t和煤精分廠回收作業(yè)區(qū)為例，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，采集了溫度、相對(duì)濕度、腐蝕氣體濃度(CO2,SO2,NO2,H2S)數(shù)據(jù)，分析了焦?fàn)t、硫銨大樓等主要混凝土建構(gòu)筑物所處局部環(huán)境特點(diǎn)，收集了各混凝土建構(gòu)筑物耐久性損傷情況，通過對(duì)比局部環(huán)境數(shù)據(jù)和損傷情況總結(jié)了焦化廠混凝土耐久性破壞嚴(yán)重程度及相應(yīng)的破壞形式，并對(duì)工業(yè)建筑混凝土耐久性檢測(cè)與評(píng)定工作提出了幾點(diǎn)建議。

1 焦化廠現(xiàn)狀概述

煉焦作為煉鋼全流程最為重要的配套環(huán)節(jié)之一，其環(huán)境特點(diǎn)主要為高溫、腐蝕氣體種類多、濃度高，加上焦化廠大多數(shù)混凝土建構(gòu)筑物處于露天狀況，會(huì)受到偏酸性的雨水沖刷等外部因素影響。在整個(gè)煉焦過程中，又以焦?fàn)t和化學(xué)產(chǎn)品回收片區(qū)的局部環(huán)境狀況最為惡劣，相應(yīng)的耐久性損傷情況最為嚴(yán)重。以某鋼鐵集團(tuán)7.36 m焦?fàn)t(2號(hào)焦?fàn)t)為例，其建于2007年，端臺(tái)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，中部為框剪結(jié)構(gòu)和焦?fàn)t燃燒設(shè)備，平面整體呈矩形，其現(xiàn)狀如圖1所示。煤精分廠三回收作業(yè)區(qū)，其平面布置如圖2所示。

2 焦化廠環(huán)境狀況分析

課題組于2020年12月份對(duì)某鋼鐵集團(tuán)焦化廠進(jìn)行了短期的環(huán)境監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：溫度、相對(duì)濕度、腐蝕氣體濃度(CO2,SO2,NO2,H2S)。其中溫度和相對(duì)濕度采用溫濕度記錄儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)視現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件連續(xù)監(jiān)測(cè)5 d～7 d，以消除不必要的誤差。腐蝕氣體濃度采用便攜式高精度氣體檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)點(diǎn)附近位置取多次測(cè)量值平均數(shù)。由于測(cè)點(diǎn)眾多，且具有一定重合性，所以選取部分具有代表性的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行作圖分析。

2.1 溫度分析

圖3為某鋼鐵集團(tuán)2號(hào)焦?fàn)t12月份某日部分測(cè)點(diǎn)溫度變化。圖4為該鋼鐵集團(tuán)三回收作業(yè)區(qū)12月份某日部分測(cè)點(diǎn)溫度變化。測(cè)點(diǎn)位置及相關(guān)信息統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 部分測(cè)點(diǎn)位置及溫度信息

根據(jù)以上溫度數(shù)據(jù)，對(duì)于焦?fàn)t，其溫度變化大致可分為三類：以底部一層為代表的低于常溫平緩波動(dòng)，以二層中部為代表的常溫平緩波動(dòng)和以爐頂為代表的高溫劇烈波動(dòng)。同一時(shí)刻爐頂局部環(huán)境溫度最高，爐底外圍剪力墻最低。同時(shí)，由于焦?fàn)t測(cè)點(diǎn)為露天狀態(tài)，受當(dāng)日一般大氣溫度影響較大。

對(duì)于煤精分廠回收作業(yè)區(qū)，各測(cè)點(diǎn)溫度波動(dòng)較小，大致可分為低于常溫波動(dòng)、常溫波動(dòng)和高于常溫波動(dòng)。生產(chǎn)過程、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)對(duì)測(cè)點(diǎn)溫度產(chǎn)生一定的影響。

2.2 相對(duì)濕度分析

在對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí)，采集了對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的相對(duì)濕度數(shù)據(jù)。圖5為某鋼鐵集團(tuán)2號(hào)焦?fàn)t對(duì)應(yīng)時(shí)刻對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度變化，圖6為該鋼鐵集團(tuán)三回收作業(yè)區(qū)對(duì)應(yīng)時(shí)刻對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度變化。相關(guān)信息統(tǒng)計(jì)于表2。

表2 部分測(cè)點(diǎn)位置及相對(duì)濕度信息

由圖5，圖6及表2可知，測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度變化趨勢(shì)與對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)大體相反，符合理想情況。同時(shí)，相對(duì)濕度變化幅度明顯高于溫度變化，溫度較高的焦?fàn)t爐頂?shù)臐穸炔▌?dòng)極其劇烈。

2.3 腐蝕氣體濃度分析

表3為某鋼鐵集團(tuán)2號(hào)焦?fàn)t和煤精分廠三回收作業(yè)區(qū)部分對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的腐蝕性氣體濃度情況，數(shù)據(jù)包括CO2，SO2,NO2,H2S四大類。通過表3中數(shù)據(jù)可以看出：測(cè)點(diǎn)位置不同，工藝流程不同，其各腐蝕性氣體的濃度也有很大差異。各測(cè)點(diǎn)SO2,H2S的濃度差值顯著高于CO2,NO2濃度差值。對(duì)于焦?fàn)t，爐頂腐蝕性氣體濃度最高，其余部位的濃度相差不大；對(duì)于煤精三分廠回收作業(yè)區(qū)，硫銨大樓的腐蝕性氣體濃度明顯高于其他部位，其中又以硫銨大樓三樓離心機(jī)層的濃度最高。

表3 部分測(cè)點(diǎn)腐蝕氣體濃度 mg/m3

3 耐久性外觀損傷檢測(cè)與分析

高溫、高腐蝕性氣體濃度等惡劣的局部環(huán)境，必然會(huì)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性造成較大的影響。課題組于12月份對(duì)某鋼鐵集團(tuán)2號(hào)焦?fàn)t和三回收作業(yè)區(qū)的硫銨大樓進(jìn)行了詳細(xì)的耐久性外觀損傷檢測(cè)。圖7～圖10為部分混凝土柱、剪力墻、梁板系統(tǒng)的耐久性損傷現(xiàn)狀。

可以看出，焦?fàn)t和硫銨大樓的混凝土構(gòu)件出現(xiàn)了耐久性損傷，而損傷形式和程度由于局部環(huán)境的差異，又有明顯不同。文獻(xiàn)[4]也指出對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性破壞起關(guān)鍵性作用的是局部環(huán)境狀態(tài)。對(duì)其耐久性損傷的相關(guān)信息進(jìn)行分析并統(tǒng)計(jì)，如表4所示。

表4 部分混凝土構(gòu)件損傷現(xiàn)狀信息統(tǒng)計(jì)

由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的混凝土耐久性損傷現(xiàn)狀可知，對(duì)于焦?fàn)t，影響其耐久性損傷的因素主要為腐蝕性氣體含量，以及露天雨水反復(fù)沖刷?？拷鼱t體的建構(gòu)筑物還會(huì)受到高溫的影響，溫度越高，二氧化碳在混凝土中的擴(kuò)散速度越快，碳化反應(yīng)速率也加快[5]。爐體兩端的框架柱體、梁板以及爐底下部的外圍剪力墻均會(huì)出現(xiàn)不同程度的耐久性損傷，主要表現(xiàn)為露筋銹蝕，混凝土保護(hù)層開裂甚至脫落。

對(duì)于以硫銨大樓為代表的回收作業(yè)區(qū)，影響其耐久性損傷的因素主要為以SO2和H2S為代表的腐蝕性氣體含量，梁板柱均會(huì)出現(xiàn)表層起皮、露筋銹蝕等損傷。其劣化程度與酸性氣體濃度的分布有直接關(guān)系，對(duì)處于酸性氣體濃度較高的部位，混凝土柱膨脹腐蝕現(xiàn)象較明顯，結(jié)構(gòu)耐久性損傷也較嚴(yán)重[6]。

4 結(jié)語

1)焦化廠作為煉鋼全流程中的重要一環(huán)，其局部環(huán)境具有自身的特點(diǎn)。影響其混凝土耐久性損傷形式和嚴(yán)重程度的主要因素主要包括溫度、相對(duì)濕度和以SO2為代表的腐蝕氣體濃度。

2)由于局部環(huán)境的差別，各混凝土構(gòu)件的耐久性損傷形式也明顯不同。高爐主要為露筋銹蝕，混凝土保護(hù)層開裂甚至脫落；以硫銨大樓為代表的三回收作業(yè)區(qū)主要為表層起皮、酥松，露筋銹蝕。

3)對(duì)于今后有關(guān)焦化廠的耐久性檢測(cè)鑒定工作，工作人員應(yīng)對(duì)個(gè)別區(qū)域著重關(guān)注，例如焦?fàn)t的框架柱、板以及爐底外圍剪力墻，硫銨大樓的流化床、離心機(jī)和結(jié)晶槽等工段的混凝土構(gòu)件。