楊百紅 初建祥
(內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)
聚丙烯腈纖維在冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
楊百紅 初建祥
(內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)
通過(guò)分析某電廠冷卻塔纖維混凝土的配比及相關(guān)試驗(yàn)情況,探討了聚丙烯腈纖維在混凝土中的高性能化作用機(jī)理,指出在混凝土中摻入聚丙烯腈纖維,達(dá)到了提高冷卻塔混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的效果。
冷卻塔,人字柱,聚丙烯腈纖維,混凝土,耐久性
濕式冷卻塔是燃煤發(fā)電廠的重要構(gòu)筑物,主要用于循環(huán)冷卻水的降溫。冷卻塔一般體型高大,呈雙曲線型,室外露天布置。冷卻塔塔筒主要承受風(fēng)荷載、地震力以及分布不均的溫度荷載,內(nèi)部布置有淋水裝置架構(gòu)。循環(huán)冷卻水用管道輸送至塔內(nèi)豎井,經(jīng)配水管槽均勻分成細(xì)流從高位噴淋而下,冷空氣從下部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入,與噴淋水進(jìn)行熱交換后,從塔頂散發(fā),所以冷卻塔的運(yùn)行環(huán)境非常惡劣,《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)塔筒、人字柱、水池混凝土的抗裂、抗凍、抗?jié)B均提出了較高的要求[1]。本文介紹了聚丙烯腈纖維在冷卻塔混凝土構(gòu)件中的應(yīng)用,從提高冷卻塔混凝土構(gòu)件耐久性的角度,分析了聚丙烯腈纖維對(duì)冷卻塔混凝土高性能化作用及其機(jī)理。
某電廠共設(shè)兩座淋水面積為4 500 m2的逆流式自然通風(fēng)冷卻塔。冷卻塔結(jié)構(gòu)部分由環(huán)板型基礎(chǔ)水池、人字柱、塔筒、內(nèi)部淋水裝置架構(gòu)組成,均為混凝土結(jié)構(gòu)。
塔筒為雙曲線形殼體結(jié)構(gòu)。冷卻塔高105 m,進(jìn)風(fēng)口高度7.8 m。塔的底部直徑85.628 m,喉部直徑48.0 m,頂部直徑50.99 m。殼體最小厚度160 mm,最大厚度700 mm,塔筒內(nèi)表面刷防潮涂料。冷卻塔人字支柱44對(duì),截面d=600 mm,支柱下部固定在環(huán)板基礎(chǔ)上。
冷卻塔的構(gòu)件在運(yùn)行期間基本長(zhǎng)期處在水汽的環(huán)境中,循環(huán)冷卻水經(jīng)過(guò)逐漸蒸發(fā)后,氯離子濃度逐漸增大,會(huì)增加對(duì)混凝土內(nèi)的鋼筋的銹蝕。支撐塔筒人字柱表面長(zhǎng)期有水流過(guò),到冬季則大量的結(jié)冰??紤]到冷卻塔結(jié)構(gòu)的重要性,冷卻塔構(gòu)件在混凝土滿足強(qiáng)度要求的同時(shí),更要重視其耐久性,本工程設(shè)計(jì)時(shí)也對(duì)混凝土的密實(shí)性,抗?jié)B能力,抗凍能力,抗環(huán)境水侵蝕能力都提出了專(zhuān)門(mén)的要求,各部分構(gòu)件混凝土性能指標(biāo)如下:通風(fēng)筒,人字柱:C35,抗凍F200,抗?jié)BW8;環(huán)板基礎(chǔ),人字柱支墩,水池壁:C30,抗凍F200,抗?jié)BW6。
對(duì)結(jié)構(gòu)材料做了如下要求:1)水灰比不大于0.5,水泥用量以300 kg/m3~350 kg/m3為宜。混凝土的具體級(jí)配:水灰比、水泥用量、加氣劑品種及用量等必須通過(guò)試驗(yàn)確定。2)冷卻塔工程采用普通硅酸鹽水泥,其鋁酸三鈣含量應(yīng)低于8%,水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5 MPa,混凝土中不得摻用氯鹽。3)混凝土骨料應(yīng)選用堅(jiān)硬潔凈的碎石或卵石,其最大粒徑不得大于結(jié)構(gòu)最小斷面的1/4,混凝土用砂以中砂為宜,其含泥量不得超過(guò)規(guī)范要求,不允許使用細(xì)砂。
另外,為了減輕混凝土的塑性龜裂,提高抗?jié)B性能,在水池池壁和人字柱的混凝土中均加入聚丙烯腈纖維,纖維的摻量為0.9 kg/m3,纖維的性能符合CECS 38—2004纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[2]的材料要求。
為了保證工程質(zhì)量,本工程所選材料嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制。其中,聚丙烯腈纖維長(zhǎng)度6 mm,纖度1.5 dtex。表1,表2分別給出了冷卻塔水池壁、人字柱混凝土配合比情況以及纖維混凝土的抗壓、抗?jié)B、抗裂試驗(yàn)的結(jié)果。
表1 冷卻塔水池壁、人字柱混凝土配合比表
表2 試驗(yàn)結(jié)果
工程建成后進(jìn)行了技術(shù)檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果表明,與以往的混凝土結(jié)構(gòu)相比較,此次冷卻塔的混凝土結(jié)構(gòu)的性能得到了較大的改善,混凝土的表面收縮裂縫明顯減少,常見(jiàn)的龜裂等現(xiàn)象幾乎未出現(xiàn);冷卻塔構(gòu)件加入聚丙烯腈纖維后,明顯抑制了早期裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展,為提高工程質(zhì)量起到良好的作用。
對(duì)于纖維提高混凝土的抗裂性能、抗?jié)B性能、抗凍性能等方
面的研究,上海同濟(jì)大學(xué)、國(guó)家混凝土制品研究中心等國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室都曾做過(guò)系統(tǒng)的研究[3,4],圖1,圖2即從定量的角度給出了纖維混凝土抗裂、抗?jié)B、抗凍方面的高性能作用。
混凝土是一種非均質(zhì)脆性材料,主要由水、水泥和粗細(xì)骨料攪拌而成,由于材料特性的限制,其抗壓強(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度低,所以在外部環(huán)境的影響和內(nèi)部復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下,極易產(chǎn)生微裂縫影響其性能的發(fā)揮。在混凝土中摻入一定量的聚丙烯腈纖維后,通過(guò)攪拌使聚丙烯腈纖維均勻分布于混凝土的各處,而且聚丙烯腈纖維為各方向亂性分布,像一個(gè)三維的加筋網(wǎng)格作用在混凝土的內(nèi)部,使混凝土的各項(xiàng)受拉性能都得到加強(qiáng)?;炷猎谑┕嚢钑r(shí),受重力的影響會(huì)產(chǎn)生骨料的離析和泌水現(xiàn)象,影響了混凝土的均勻性從而使混凝土的性能大受影響。摻入聚丙烯腈纖維后,由于纖維的拉結(jié)作用,部分阻止了骨料和水分的移動(dòng),能有效緩解混凝土骨料的離析和泌水,這對(duì)提高混凝土的均勻性和減少由此產(chǎn)生的裂縫也是很有利的。綜上所述,聚丙烯腈纖維能有效減少混凝土的裂縫,從而對(duì)混凝土的抗?jié)B、抗凍的性能產(chǎn)生了較大的提高。另外,聚丙烯腈纖維不會(huì)與混凝土中的成分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),與混凝土的作用完全是物理性的,所以它不會(huì)影響混凝土原有的強(qiáng)度和其他性能,不會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生有害的作用。
冷卻塔的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件長(zhǎng)期處于惡劣運(yùn)行環(huán)境中,根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),如果混凝土的耐久性指標(biāo)得不到保證,在運(yùn)行幾年后很容易出現(xiàn)混凝土裂縫擴(kuò)大、逐漸剝落、露出鋼筋等嚴(yán)重后果,影響電廠運(yùn)行。本工程在冷卻塔的主要構(gòu)件混凝土中摻入了聚丙烯腈纖維,通過(guò)檢測(cè),聚丙烯腈纖維對(duì)減少混凝土裂縫提高混凝土的抗?jié)B、抗凍能力具有良好的作用,從而有效地改善了混凝土的耐久性能。而且混凝土摻入聚丙烯腈纖維施工過(guò)程簡(jiǎn)單方便,后期纖維對(duì)混凝土的其他性能無(wú)不良影響。所以在冷卻塔的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中摻入聚丙烯腈纖維是提高其混凝土性能的良好途徑。
[1] DL/T 5339—2006,火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2] CECS 38—2004,纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].
[3] 馮 煒,姚 武.聚丙烯腈纖維水泥基復(fù)合材料抗凍融性能研究[A].第十屆全國(guó)纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].2004:329-335.
[4] 姚 武,馮 煒.聚丙烯腈纖維高強(qiáng)混凝土抗凍融性能研究[J].低溫建筑技術(shù),2003(4):1-4.
Application of polypropylene fiber in cooling tower structure design
Yang Baihong Chu Jianxiang
(MongoliaPowerSurveyDesignInstituteCo.,Ltd,Huhhot010020,China)
Through analyzing fiber concrete mixing proportion and relevant testing conditions of cooling tower of the power plant, the paper explores high-performance mechanism of polypropylene fiber in concrete, and points out that: mixing polypropylene fiber in concrete achieves the effect of improving cooling tower concrete structure durability.
cooling tower, herringbone column, polypropylene fiber, concrete, durability
1009-6825(2017)01-0049-02
2016-10-30
楊百紅(1978- ),女,高級(jí)經(jīng)濟(jì)師; 初建祥(1973- ),男,高級(jí)工程師
TU528.572
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