主廠房壓型鋼板屋面調(diào)研及技術(shù)改造

徐永貴 王鳳珍 康建強(qiáng)

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001)

1 壓型鋼板在電力工程中的應(yīng)用

進(jìn)入20世紀(jì)80年代，改革開(kāi)放初期新技術(shù)、新材料的引進(jìn)和開(kāi)發(fā)也為電力工程的設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)的平臺(tái)。山西作為重要的能源基地，電力建設(shè)處于全國(guó)同行業(yè)的前列，在20世紀(jì)80年代期間先后有大同第二發(fā)電廠(6×200 MW)、神頭電廠三期擴(kuò)建工程(4×200 MW),漳澤電廠二期擴(kuò)建工程(4×210 MW)等大型火力發(fā)電廠建成投運(yùn)。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)中對(duì)新技術(shù)、新材料的應(yīng)用是在綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)先的前提下予以考慮，這與現(xiàn)階段對(duì)壓型鋼板的應(yīng)用是完全不同的設(shè)計(jì)概念。

山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院早在1974年就開(kāi)始探索壓型鋼板在電廠建設(shè)中應(yīng)用的可行性，并會(huì)同冶金部建筑研究總院進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，在神頭三期工程汽機(jī)房屋面、鍋爐頂蓋、主控樓屋面、輸煤棧橋屋面等結(jié)構(gòu)中將壓型鋼板作為承重構(gòu)件使用；此后，又把“壓型鋼板—混凝土”組合樓板作為專(zhuān)題研究，實(shí)現(xiàn)了在漳澤電廠二期工程汽機(jī)加熱器平臺(tái)、鍋爐平臺(tái)、汽機(jī)房屋面、鍋爐頂蓋中的推廣使用。

國(guó)內(nèi)早期組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)設(shè)計(jì)單位與科研單位合作經(jīng)有限的試驗(yàn)歸納出的經(jīng)驗(yàn)公式并參考國(guó)外的有關(guān)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行的，這在當(dāng)時(shí)無(wú)疑是一種大膽的嘗試。漳澤電廠二期工程汽機(jī)加熱器平臺(tái)、鍋爐平臺(tái)采用壓型鋼板—混凝土組合板，鋼梁—壓型鋼板—混凝土組合梁；神頭三期工程汽機(jī)房屋面、鍋爐頂蓋、主控樓屋面、輸煤棧橋屋面和漳澤電廠二期擴(kuò)建工程汽機(jī)房屋面、鍋爐頂蓋、爐前屋面封閉中將壓型鋼板作為承重構(gòu)件使用。由于受當(dāng)時(shí)材料性能和施工技術(shù)以及運(yùn)行維護(hù)等因素的影響，從2000年起陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有壓型鋼板腐蝕嚴(yán)重、變形過(guò)大、屋面漏水等問(wèn)題，有的已嚴(yán)重影響到機(jī)組安全運(yùn)行而不得不進(jìn)行改造。

目前，壓型鋼板在火電廠主廠房屋面(一般為汽機(jī)房屋面)的應(yīng)用主要有以下幾種情況:一種是以壓型鋼板做底模，上澆鋼筋混凝土板，通過(guò)設(shè)置剪力件，形成鋼梁—現(xiàn)澆鋼筋混凝土板組合結(jié)構(gòu)。這類(lèi)結(jié)構(gòu)對(duì)壓型鋼板材料的要求不高，一般選用普通U200鍍鋅壓型鋼板，厚度1.2 mm，如內(nèi)蒙古包頭第二熱電廠2×300 MW空冷供熱機(jī)組擴(kuò)建等工程采用此方案，該方案可有效保障屋面結(jié)構(gòu)的耐久性滿足規(guī)范要求的使用年限，但不足是屋面結(jié)構(gòu)自重偏大，作為承重構(gòu)件的檁條及鋼屋架耗鋼量大，經(jīng)濟(jì)性能差；一種是采用壓型鋼板夾芯板，對(duì)壓型鋼板及其連接件性能有特定要求的輕型屋面結(jié)構(gòu)，2000年以來(lái)大量采用鋼屋架+檁條承重系統(tǒng)的工程普遍采用此方案，并在設(shè)計(jì)中為提高屋面結(jié)構(gòu)的耐久性提出對(duì)材料性能指標(biāo)的嚴(yán)格要求。

現(xiàn)階段，壓型鋼板已被廣泛應(yīng)用于大、中型火力發(fā)電廠中，并在構(gòu)造上有配套的國(guó)標(biāo)圖集《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造》。作為一種日趨普及并不斷改進(jìn)和發(fā)展的建筑材料，壓型鋼板必將會(huì)在我國(guó)電力建設(shè)中發(fā)揮重要的作用。

2 工程應(yīng)用實(shí)例調(diào)研

由于篇幅所限，本文僅以漳澤電廠二期工程(4×210 MW)為例展開(kāi)敘述。

2.1 屋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

漳澤電廠二期施工圖設(shè)計(jì)始于1987年。壓型鋼板這種新型的建筑材料在汽機(jī)房屋面、汽機(jī)加熱器平臺(tái)、鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)、鍋爐爐頂屋面、爐前、爐后屋面以及鍋爐緊身封閉的墻面中得到應(yīng)用。

目前出現(xiàn)銹蝕的屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)型式為:1 mm～1.2 mm厚的單層壓型鋼板搭放在鋼梁或鋼檁條上，屋面保溫材料為水泥珍珠巖，其上為水泥找平層和二氈三油防水層，壓型鋼板的原板為防腐能力較強(qiáng)的合金化鍍鋅板。

在當(dāng)時(shí)的條件下，為了能夠提高防腐的標(biāo)準(zhǔn)，盡可能地延長(zhǎng)壓型鋼板的使用壽命，設(shè)計(jì)選用了較先進(jìn)的防腐材料，即化工部涂料研究所研制的MAPP底漆和醇酸改性氯化橡膠面漆。對(duì)壓型鋼板的要求為兩道底漆和兩道面漆。同時(shí)對(duì)維護(hù)提出了一定的要求，需每隔一年要認(rèn)真檢查一次，每隔5年～7年復(fù)涂一次面漆。

2.2 屋面結(jié)構(gòu)的施工安裝與使用維護(hù)

據(jù)了解當(dāng)時(shí)的施工管理與驗(yàn)收等均存在不足，質(zhì)量檢查不夠嚴(yán)格，也沒(méi)有監(jiān)理等重要的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。如壓型鋼板的開(kāi)孔與切割斷面和焊口處防腐漆面損傷后的處理，補(bǔ)足防腐部分的要求很高，而實(shí)際施工中卻十分粗糙；設(shè)計(jì)要求壓型鋼板的防腐工作應(yīng)該在地面完成，這樣既可以保證涂漆的完整和均勻性，又可以保證油漆的涂刷質(zhì)量。但是為了滿足進(jìn)度，施工中卻將一部分鋼板采用了先安裝就位，然后才涂漆的施工程序，使這些板面的搭接部分刷不上漆，壓型鋼板直接裸露在較差的環(huán)境下，缺少了一道重要的防腐屏障，使鋼材的銹蝕速度加快，留下了隱患。此外，屋面防水體系的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量對(duì)照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也是一項(xiàng)薄弱環(huán)節(jié)。

在運(yùn)行使用期間，汽機(jī)房屋面、鍋爐爐頂及送風(fēng)機(jī)屋頂是處在高溫和具有一定濕度的環(huán)境下，由于屋面處于較高的部位，一般運(yùn)行人員不易發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的銹蝕，設(shè)計(jì)要求對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐維護(hù)，一般也不容易引起重視。

3 屋面壓型鋼板的腐蝕問(wèn)題與分析

從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地調(diào)研看，漳澤二期工程已被腐蝕的壓型鋼板的嚴(yán)重程度依次為送風(fēng)機(jī)屋面，鍋爐爐前屋面，鍋爐爐頂屋面以及汽機(jī)房屋面。以送風(fēng)機(jī)房屋頂?shù)母g情況看，已到了非常危險(xiǎn)的狀況，超過(guò)了危房鑒定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大限值，如板面涂漆龜裂、起皮；銹蝕滲透嚴(yán)重，銹蝕截面遠(yuǎn)超過(guò)允許的10%，板的變形值從目測(cè)看達(dá)20 cm～30 cm，也遠(yuǎn)超規(guī)范限值。

分析現(xiàn)場(chǎng)大面積屋面壓型鋼板腐蝕變形的原因，我們認(rèn)為主要有以下幾個(gè)方面:

1)廠房的壓型板屋面到了使用年限。漳澤二期工程已運(yùn)行近30年，當(dāng)今成熟的壓型板防腐標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)外表涂層的不同，一般耐腐年限在15年～20年，有的甚至更高，而當(dāng)時(shí)壓型鋼板基料為普通A3鋼，尚無(wú)鍍鋁鋅工藝，我們認(rèn)為目前的廠房壓型板屋面已達(dá)到了使用壽命期。

2)由于壓型鋼板是當(dāng)時(shí)的一項(xiàng)新技術(shù)，施工經(jīng)驗(yàn)缺乏，特別是對(duì)鋼板的防腐涂漆工序控制不嚴(yán)，使得原本就不厚的壓型鋼板的防腐壽命大為折減。

3)廠房的環(huán)境要遠(yuǎn)差于標(biāo)準(zhǔn)的工作環(huán)境，廠房?jī)?nèi)的溫度、濕度、內(nèi)部粉塵污染都是加速壓型板腐蝕的重要原因，特別是送風(fēng)機(jī)房在高溫條件下運(yùn)行，氧化腐蝕比較嚴(yán)重。

4)運(yùn)行期間的維護(hù)條件困難。按設(shè)計(jì)要求壓型板屋面必須經(jīng)常性的檢查，對(duì)屋面排水系統(tǒng)是否通暢，是否有積水和積塵進(jìn)行清理，是否需進(jìn)行復(fù)涂的防腐處理等，一般很難引起重視，導(dǎo)致屋面維護(hù)、防腐工作很難正常的進(jìn)行。

5)屋面防水層和坡度的影響。廠房采用的屋面防水卷材的選型及防水措施是按當(dāng)時(shí)屋面防水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的，材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)落后，排水坡度偏小，原廠房屋面防水做法與現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)要求上存在很大差距。

4 技術(shù)改造的初步探討

通過(guò)上述工程實(shí)例不難發(fā)現(xiàn)，以壓型鋼板作為承重構(gòu)件的屋面在機(jī)組運(yùn)行中一旦疏于維護(hù)，作為屋面承重構(gòu)件主體的壓型鋼板在高溫、潮濕環(huán)境中容易產(chǎn)生銹蝕以及由于銹蝕導(dǎo)致的強(qiáng)度和剛度的降低，甚至是直觀可見(jiàn)的顯著變形。我們認(rèn)為采取補(bǔ)強(qiáng)加固以及復(fù)涂防護(hù)等措施都不是長(zhǎng)久之計(jì)，很難保障屋面結(jié)構(gòu)的安全、耐久性，只有采取屋面結(jié)構(gòu)體系的更換翻新，才能真正達(dá)到消除隱患的目的，在具體的實(shí)施過(guò)程中，要考慮到電廠運(yùn)行環(huán)境的特殊性，采取合理可行的技術(shù)方案，將改造工程對(duì)電廠正常運(yùn)行的影響降到最小程度。建議采取如下主要措施:

1)根據(jù)壓型鋼板的銹蝕嚴(yán)重程度，分階段、分部位對(duì)已銹蝕的屋面進(jìn)行更換。如漳澤電廠二期工程，根據(jù)現(xiàn)狀，基本順序可依次按鍋爐送風(fēng)機(jī)屋面、鍋爐爐前屋面、鍋爐爐頂屋面、汽機(jī)房屋面。

2)為了確保在屋面更新的施工過(guò)程中，能夠安全文明施工，避免已銹蝕的廢板和保溫材料散落到廠房?jī)?nèi)，應(yīng)制定切實(shí)可行的施工安全防護(hù)措施。

3)充分考慮原結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)承載能力，基本原則是施工階段和新?lián)Q屋面的結(jié)構(gòu)荷重不得超過(guò)原設(shè)計(jì)荷載。盡可能的遵循現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范的規(guī)定。

4)新更換的屋面構(gòu)造形式以及板型、保溫、防水材料和排水坡度等既要結(jié)合原有的結(jié)構(gòu)體系，又要充分考慮經(jīng)濟(jì)合理、安裝方便、耐久適用。

以漳澤電廠二期工程在送風(fēng)機(jī)房頂壓型鋼板承重屋面部分改造的設(shè)計(jì)方案為例，可供同類(lèi)工程參考:

1)送風(fēng)機(jī)房頂改造是按1號(hào)～4號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)，按業(yè)主計(jì)劃，先對(duì)3號(hào),4號(hào)送風(fēng)機(jī)房頂進(jìn)行改造。改造后屋面自重經(jīng)復(fù)核應(yīng)不得超過(guò)80 kg/m2。

2)在拆除原屋面壓型鋼板及其上部保溫防水材料前，應(yīng)在原屋面的正下方承重結(jié)構(gòu)鋼梁下懸掛安全網(wǎng)和施工布，保障所拆除部分材料不散落到下部而影響工藝設(shè)備正常運(yùn)行。

3)鑒于目前壓型鋼板種類(lèi)繁多，不同規(guī)格和類(lèi)型的壓型鋼板在施工工藝和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方面差別較大，所以，設(shè)計(jì)中僅提出具體的設(shè)計(jì)原則和要求，待業(yè)主確定廠家后再進(jìn)行配合設(shè)計(jì)，廠家的方案需經(jīng)設(shè)計(jì)院認(rèn)可。

4)為了保障屋面結(jié)構(gòu)的耐久性，需對(duì)檁條和壓型鋼板的性能和指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格要求，具體為:

a.依據(jù)原屋面結(jié)構(gòu)布置情況，應(yīng)采用不低于150高的高強(qiáng)冷彎薄壁檁條，間距按1 500～2 000現(xiàn)場(chǎng)布置;檁條屈服強(qiáng)度要求達(dá)到450 MPa，雙面熱浸鍍鋅量需保證275 g/m2。

b.通過(guò)在鋼梁上固定連接件來(lái)調(diào)節(jié)檁條的高差以滿足不小于3%的屋面排水坡度。

c.屋面板建議采用雙層鍍鋁鋅鋼板中間夾玻璃絲保溫棉;鍍鋁鋅合金為:55%鋁，43.5%鋅，1.5%硅鍍層。上下層面板的屈服強(qiáng)度要求達(dá)到550 MPa，雙面鍍鋁鋅量需保證150 g/m2。

d.自防水上層面板與檁條建議采用暗扣式連接方式，來(lái)保證暴露在大氣環(huán)境中的外層壓型鋼板連接可靠、密實(shí)、光潔、平整，無(wú)任何局部連接缺陷。

e.要求上層屋面板0.53 mm，保溫層采用100～厚超細(xì)玻璃保溫棉單側(cè)加貼氯箔，下層屋面吊頂板0.4 mm。

f.本設(shè)計(jì)所采用屋面改造方案具有輕質(zhì)高強(qiáng)、安全使用年限在30年以上。

[1] GBJ 17—88,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50017—2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50010—2011,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].