趙志超
(兗礦新疆煤化工有限公司,新疆 烏魯木齊 830011)
兗礦新疆煤化工有限公司位于新疆烏魯木齊市甘泉堡經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū),約東經(jīng)87°46′55″,北緯44°13′08″,屬典型的大陸性溫帶亞干旱氣候區(qū),多年平均氣溫為5.7℃,極端最高氣溫為43.54℃(1973 年8 月1),極端最低氣溫為-42.2℃(1976 年12 月26 日)最大凍土深度為2.02m,標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.85m。
冷卻塔寬17.6m,長(zhǎng)164m,建筑面積2286m2;2010 年開工建設(shè),已使用10 年,屋面大面積出現(xiàn)開裂、剝落,梁、柱楞角出現(xiàn)開裂、剝落、缺損,多出漏筋,給安全生產(chǎn)埋下隱患。
抗凍性是混凝土的一項(xiàng)重要指標(biāo),凍融是混凝土受到干濕變化、溫度變化、凍融變化等物理作業(yè)而遭到破壞,是高寒地區(qū)混凝土構(gòu)件常見病害;其原因與混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)、混凝土強(qiáng)度、水飽和程度、受凍融齡期等諸多因素有關(guān),其中最主要的因素是孔隙結(jié)構(gòu),而混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)是由混凝土的水灰比、施工養(yǎng)護(hù)方法、添加劑等因素決定的。
在混凝土硬化過程中,多余的游離水會(huì)逐漸蒸發(fā)出來,多余游離水蒸發(fā)后,會(huì)留下大量開口毛細(xì)孔隙,這些毛細(xì)孔隙,相互連通,形成體系。一般來說,在相同良好成型條件下,水灰比大,內(nèi)部空隙多,密實(shí)度小,吸水性、滲透性大,強(qiáng)度低,混凝土的抗凍性就較差?;炷羶鋈诔R娫蛑饕幸韵露€(gè)方面:
混凝土終凝后在其內(nèi)部存在許多孔隙,這些孔隙中一般充有水;干燥環(huán)境下構(gòu)件混凝土不會(huì)發(fā)生凍融破壞,飽水狀態(tài)極易發(fā)生;冷卻塔構(gòu)件混凝土因其所處環(huán)境往往處于飽水狀態(tài);寒冷季節(jié)孔隙內(nèi)的水結(jié)冰,體積增大,孔壁承壓破壞開裂;溫度升高,冰融化,孔隙中會(huì)滲入更多的水;溫度降低,孔隙中的水再次結(jié)冰,孔隙脹裂擴(kuò)張,這種現(xiàn)象稱之為凍融循環(huán)。
干濕交替,寒來暑往,凍融循環(huán);冰漲壓力和滲透壓力聯(lián)合作用,使混凝土產(chǎn)生疲勞應(yīng)力,孔壁破壞開裂,相互連通,成為裂縫,反復(fù)多次,損傷積累擴(kuò)大,強(qiáng)度降低,甚至喪失,由表及里,松動(dòng)剝蝕。
在超低排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前,燃煤鍋爐排放氣體中含有較多二氧化硫,在大氣中二氧化硫會(huì)進(jìn)一步氧化成三氧化硫,三氧化硫與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)生成硫酸鈣,體積膨脹;而硫酸鈣還會(huì)與混凝土中鋁鹽繼續(xù)反應(yīng)生成硫鋁酸鈣,體積二次膨脹,膨脹應(yīng)力使混凝土疏松開裂。混凝土碳化也是一種化學(xué)侵蝕,這種化學(xué)侵蝕是由于空氣中的二氧化碳滲入到混凝土內(nèi)部,與其堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鹽,致使其堿性降低,當(dāng)碳化深度超過保護(hù)層厚度時(shí),混凝土喪失對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。鍋爐、空分等裝置排出的氣體,使冷卻塔周圍空氣中的二氧化碳濃度顯著升高,高濃度二氧化碳長(zhǎng)期侵蝕,導(dǎo)致冷卻塔屋面、墻、梁、柱等構(gòu)件混凝土加速碳化。
化學(xué)侵蝕和混凝土碳化(見圖1),破壞了鋼筋原有鈍化膜,鋼筋銹蝕,體積膨脹,保護(hù)層開裂,順筋裂縫形成,繼而疏松剝落。
圖1 化學(xué)侵蝕和混凝土碳化示意圖
(1)嚴(yán)把材料關(guān)。確保耐久性,根據(jù)混凝土構(gòu)件所處環(huán)境和結(jié)構(gòu)類型等條件科學(xué)選用水泥品種、粗細(xì)集料和外加劑。
硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥與復(fù)合水泥相比,水泥活性高,拌制混凝土用水量少,因此硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥混凝土比復(fù)合水泥混凝土抗凍性要好,應(yīng)優(yōu)先選擇硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。集料本身的抗凍性和集料的吸水率,是集料影響混凝土抗凍性的主要因素,一般卵石和碎石皆可滿足混凝土抗凍要求,堅(jiān)固性差的集料,如風(fēng)化巖石等,對(duì)混凝土抗凍性影響較大,應(yīng)避免選用。提高混凝土抗凍性的外加劑主要有三種,減水劑、引氣劑和減水型引氣劑。減水劑可減少混凝土拌和水用量,有效降低水灰比,從而減少混凝土孔隙率,增加密實(shí)度和強(qiáng)度,提高混凝土抗凍性;引氣劑可使混凝土凝固后內(nèi)部包含大量分布均勻的封閉微氣孔,這些微氣孔,彼此分離,互不連通,不會(huì)形成透水孔道,可大大改善混凝土的抗凍性。
拌制混凝土?xí)r適量參入纖維,能有效阻止或延緩其裂縫發(fā)展,提高混凝土密實(shí)度、抗?jié)B性、抗折性能和強(qiáng)度,在混凝土受凍膨脹時(shí)起到拉伸作用。混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰也可改善其內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu),提高其密實(shí)度,從而增強(qiáng)混凝土的抗凍性。拌和水、養(yǎng)護(hù)用水應(yīng)使用潔凈淡水,不得使用海水、高鹽水等不合格水。
(2)嚴(yán)把配制關(guān)?;炷林饕心z凝材料、水、石子和砂四種材料組成,配合比設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是由實(shí)驗(yàn)確定四種材料之間的三個(gè)比例參數(shù),即水膠比、砂率、單位用水量;混凝土混合比應(yīng)遵循以下四個(gè)原則,即強(qiáng)度適宜原則、良好工作性原則、固定低用水量原則、良好保水性原則。在保證混凝土流動(dòng)性情況下盡可能降低水灰比。
(3)嚴(yán)把施工關(guān)。施工前認(rèn)真閱讀施工圖,按照設(shè)計(jì)要求、施工規(guī)范編制施工方案,進(jìn)行技術(shù)交底,每道工序經(jīng)驗(yàn)收合格并履行簽字手續(xù)后,方可進(jìn)行下道工序施工。混凝土澆筑應(yīng)分層連續(xù)澆筑,不得隨意留置施工縫,為防止混凝土離析,下落高度不得超過2m;混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,插入式振搗器應(yīng)快插慢拔,均勻排列,逐點(diǎn)移動(dòng),振搗密實(shí),不得遺漏?;炷翝仓瓿珊螅瑧?yīng)在12 小時(shí)內(nèi)覆蓋澆水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)持續(xù)時(shí)間不少于二周,每日澆水次數(shù)以保持混凝土濕潤狀態(tài)為佳。
(4)對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理,進(jìn)行二次抹面或粉刷防滲涂料,有效隔離酸性氣體和水。
(1)屋面凍融治理措施:清除松動(dòng)混凝土至密實(shí)處,清水沖洗干凈,砂漿找平,TS 防水層,保溫層找坡,-40℃SBS 改良性瀝青防水層,如圖2 所示。
圖2 屋面凍融治理措施
(2)梁、柱凍融治理措施:清除松動(dòng)混凝土至密實(shí)處,清水沖洗干凈,環(huán)氧膠泥修補(bǔ)破損處,滿刮環(huán)氧稀膠泥膩?zhàn)觾杀?,刷環(huán)氧樹脂底漆兩遍,刷環(huán)氧酶瀝青漆兩遍。
(3)其他構(gòu)件治理措施:內(nèi)壁滿刷環(huán)氧酶瀝青漆兩遍,外壁滿刷氯磺化涂料兩遍。
兗礦新疆煤化工有限公司冷卻塔經(jīng)以上方法處理,使混凝土結(jié)構(gòu)與水、酸性氣體有效隔絕,運(yùn)行效果良好,經(jīng)歷一個(gè)冬季,未發(fā)現(xiàn)凍融現(xiàn)象。綜上所述,高寒地區(qū)混凝土凍融成因比較復(fù)雜,即與其自身特性有關(guān),也受外部環(huán)境因素干擾,其成因和防治措施還有待于進(jìn)一步分析研究。