某石油精煉廠(chǎng)-DCC脫硫塔安全性檢測(cè)鑒定評(píng)估

陳力瑩，員作義

（陜西省建筑科學(xué)研究院有限公司，陜西 西安 710082）

1 工程概況

某石油精煉廠(chǎng)內(nèi)DCC脫硫塔建造年代為2011年，總高度為60 m，下部30 m主體材料為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部30 m主體材料為FRP纖維復(fù)合增強(qiáng)材料。下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)直徑7.2 m，內(nèi)徑6.6 m，壁厚300 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，環(huán)壁鋼筋保護(hù)層厚度為30 mm，基礎(chǔ)部分混凝土強(qiáng)度為C30。外墻面采用噴（刷）外墻涂料，6 mm厚1：2.5水泥砂漿粉面，水刷帶出小麻面，12 mm厚1：3水泥砂漿打底，刷界面處理劑一道。

該構(gòu)筑物在使用過(guò)程中硫銨溶液長(zhǎng)期泄漏，致使塔體鋼筋混凝土受到不同程度的腐蝕，為保證該構(gòu)筑物后續(xù)安全使用，受建設(shè)單位委托，特對(duì)該DCC脫硫塔進(jìn)行全方位檢測(cè)鑒定，并針對(duì)存在安全隱患提出加固處理建議。

2 檢測(cè)結(jié)果

2.1 基本現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50144-2019）第9.2.1條規(guī)定，工業(yè)構(gòu)筑物現(xiàn)狀的調(diào)查和檢測(cè)，主要包括地基基礎(chǔ)、筒壁及支承結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施三個(gè)部分?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)照片如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)照片

（1）地基基礎(chǔ)：通過(guò)對(duì)構(gòu)筑物地基基礎(chǔ)的現(xiàn)狀勘察可知：該構(gòu)筑物底部周邊硬化地面無(wú)明顯開(kāi)裂、積水跡象，上部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)暫未發(fā)現(xiàn)與地基基礎(chǔ)相關(guān)的損傷。

（2）筒壁及支承結(jié)構(gòu)：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，該構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)形式較為合理，呈圓形布置；鋼筋混凝土筒壁采用噴（刷）外墻涂料作為防護(hù)層，筒壁內(nèi)側(cè)采用PP聚丙烯板材作為防護(hù)層。目前狀態(tài)下，筒壁開(kāi)孔附近長(zhǎng)期外露硫酸銨溶液，筒壁外側(cè)附著大量硫酸銨結(jié)晶體，且外墻涂料已基本喪失防腐作用，內(nèi)壁PP聚丙烯板材表面局部泛白，殘留硫酸銨等化學(xué)物質(zhì)；鋼筋混凝土筒壁與FRP纖維復(fù)合增強(qiáng)材料筒壁交界位置處發(fā)現(xiàn)鋼筋銹脹，致使混凝土保護(hù)層剝落、鋼筋外露，將筒壁其余位置外側(cè)涂料鑿除后，發(fā)現(xiàn)混凝土現(xiàn)狀基本完好，暫未發(fā)現(xiàn)明顯開(kāi)裂、腐蝕及鋼筋外露等現(xiàn)象；內(nèi)壁采用混凝土短梁進(jìn)行支撐，短梁外表面采用PP聚丙烯板材防腐，現(xiàn)狀完好，與筒壁交接位置未發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

（3）附屬設(shè)施：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，鋼筋混凝土筒壁外側(cè)與鋼樓梯交接處連接件因硫酸銨溶液長(zhǎng)期外流，導(dǎo)致銹蝕現(xiàn)象較為明顯，同時(shí)鋼平臺(tái)與鋼樓梯等鋼結(jié)構(gòu)附屬設(shè)施存在不同程度的銹蝕現(xiàn)象。

2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的檢測(cè)與復(fù)核

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該DCC脫硫塔各段混凝土構(gòu)件鋼筋配置、外徑尺寸以及筒壁厚度情況進(jìn)行了抽樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，該DCC脫硫塔各結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸均與原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙相符，說(shuō)明該構(gòu)筑物均按照設(shè)計(jì)圖紙施工。

2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要材料性能檢測(cè)

2.3.1 混凝土碳化深度情況檢測(cè)

為了解長(zhǎng)期酸性作業(yè)條件下對(duì)構(gòu)筑物不同部位混凝土強(qiáng)度和內(nèi)部鋼筋的耐久性是否產(chǎn)生影響，需測(cè)量混凝土構(gòu)件的碳化深度，本次檢測(cè)采用電錘在受檢混凝土表面鉆取約直徑15 mm、深20 cm的孔洞，清除孔內(nèi)及周邊灰塵碎屑等，在鑿開(kāi)的砼表面滴或者噴1%的酚酞酒精溶液，用碳化深度測(cè)量尺檢測(cè)沒(méi)有變色的混凝土深度。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2和表1。結(jié)果表明，筒壁混凝土構(gòu)件的碳化深度在2.5~6.5 mm，碳化深度小于設(shè)計(jì)鋼筋保護(hù)層厚度（30 mm），對(duì)保護(hù)層厚度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的鋼筋耐久性無(wú)明顯影響，但對(duì)筒壁表面混凝土耐久性產(chǎn)生一定程度的影響。

圖2 碳化深度檢測(cè)照片

表1 混凝土碳化深度檢測(cè)結(jié)果

3.3.2 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

為了全面準(zhǔn)確反映混凝土構(gòu)件現(xiàn)有的實(shí)際強(qiáng)度，對(duì)該構(gòu)筑物的混凝土構(gòu)件依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50344-2019）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2011）的要求進(jìn)行了非破損的回彈法抽樣檢測(cè)，對(duì)該構(gòu)筑物分段選取選取12個(gè)位置，同時(shí)根據(jù)需要對(duì)受檢構(gòu)件的碳化深度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，受檢構(gòu)件由于混凝土服役時(shí)間較長(zhǎng)，碳化深度測(cè)試結(jié)果為2.5~6.5 mm。表2的檢測(cè)結(jié)果表明，該構(gòu)筑物所抽檢混凝土構(gòu)件現(xiàn)齡期修正后抗壓強(qiáng)度推定值滿(mǎn)足C30的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求。

表2 混凝土構(gòu)件現(xiàn)齡期抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

2.3.3 混凝土中氯離子含量檢測(cè)

為了解構(gòu)筑物混凝土中氯離子含量，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土中氯離子含量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T322-2013）6.2節(jié)的取樣要求對(duì)構(gòu)筑物不同分段進(jìn)行取樣檢測(cè)，每段分別在未發(fā)生銹脹開(kāi)裂的筒壁混凝土內(nèi)部（鋼筋保護(hù)層內(nèi)側(cè)）取三組各不少于200 g、等質(zhì)量的混凝土粉末，按照附錄D中酸溶性氯離子含量檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。表3的混凝土中氯離子含量檢測(cè)結(jié)果表明，該構(gòu)筑物所抽檢筒壁混凝土中氯離子含量未超過(guò)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）（2015年版）中對(duì)環(huán)境等級(jí)為二b類(lèi)混凝土材料的氯離子含量的技術(shù)要求（0.15%）。

表3 混凝土中氯離子含量檢測(cè)結(jié)果

2.3.4 鋼筋銹蝕情況檢測(cè)

為了對(duì)該構(gòu)筑物內(nèi)部鋼筋銹蝕情況進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)采用電鎬對(duì)表面混凝土進(jìn)行剔鑿，砂紙打磨鋼筋表面，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T152-2019）5.4節(jié)中公稱(chēng)直徑檢測(cè)的直接法采用游標(biāo)卡尺對(duì)鋼筋打磨前、后狀態(tài)下的鋼筋直徑進(jìn)行測(cè)量，表4的檢測(cè)結(jié)果表明，受檢構(gòu)筑物鋼筋混凝土構(gòu)件鑿除后外露鋼筋除銹打磨前和打磨后的實(shí)測(cè)直徑差值最大為0.19 mm，最小為0.01 mm。

表4 鋼筋銹蝕情況檢測(cè)結(jié)果

2.4 傾斜情況的檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用高精度全站儀測(cè)量受檢構(gòu)筑物的傾斜率，其原理和方法如下：根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2016）的要求，選擇兩個(gè)相互垂直的方向建立坐標(biāo)系，分別測(cè)出這兩個(gè)方向構(gòu)筑物頂部相對(duì)與底部的傾斜值，即可得到該構(gòu)筑物的傾斜方向和傾斜率。表5的測(cè)量結(jié)果表明，受檢構(gòu)筑物實(shí)測(cè)最大傾斜為2.8‰（南北方向），傾斜率滿(mǎn)足《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50144-2019）中b級(jí)傾斜率的規(guī)范要求。

表5 受檢構(gòu)筑物傾斜檢測(cè)結(jié)果

3 承載力驗(yàn)算

按照現(xiàn)行國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，采用SAP2000計(jì)算軟件，結(jié)合實(shí)際使用情況及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)受檢構(gòu)筑物在重力載荷、設(shè)計(jì)壓力載荷、風(fēng)載荷及溫度作用等共同作用下的配筋及軸向壓力進(jìn)行驗(yàn)算。依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范，受檢構(gòu)筑物在現(xiàn)有材料強(qiáng)度下進(jìn)行各工況作用計(jì)算，目前狀態(tài)下，受檢構(gòu)筑物在恒、活、風(fēng)荷載及溫度作用組合的各種工況下，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)圖3所示，從計(jì)算結(jié)果可以看出，受檢構(gòu)筑物的上部筒壁軸向壓應(yīng)力和配筋計(jì)算結(jié)果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50135-2019）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）（2015年版）的規(guī)范要求。

圖3 DCC脫硫塔承載力驗(yàn)算結(jié)果

4 結(jié)構(gòu)安全性評(píng)定

依據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50144-2019）中8.0.2條規(guī)定，對(duì)該受檢構(gòu)筑物地基基礎(chǔ)安全性等級(jí)和上部承重結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)承重部分安全性等級(jí)進(jìn)行評(píng)級(jí)，取其中較低等級(jí)作為受檢構(gòu)筑物的整體安全性等級(jí)，最終評(píng)定受檢構(gòu)筑物的安全性等級(jí)為三級(jí)，不符合《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50144-2019）的安全性要求，應(yīng)采取措施或有極少數(shù)構(gòu)件應(yīng)立即采取措施。

5 結(jié)語(yǔ)

目前既有構(gòu)筑物存在著很多因長(zhǎng)期使用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受損，需要經(jīng)過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)和計(jì)算分析來(lái)綜合評(píng)估該類(lèi)既有構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全性，并且根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)制定合理、有針對(duì)性的加固維修方案。檢測(cè)鑒定結(jié)果表明，該構(gòu)筑物筒壁開(kāi)孔附近長(zhǎng)期外露硫酸銨溶液，筒壁外側(cè)附著大量硫酸銨結(jié)晶體，且外墻涂料已基本喪失防腐作用，內(nèi)壁PP聚丙烯板材表面局部泛白，殘留硫酸銨等化學(xué)物質(zhì)；鋼筋混凝土筒壁與FRP纖維復(fù)合增強(qiáng)材料筒壁交界位置處發(fā)現(xiàn)混凝土銹脹，致使鋼筋外露、表層混凝土剝落；該構(gòu)筑物鋼筋混凝土筒壁外側(cè)與鋼筋樓梯交接處連接件因硫酸銨溶液長(zhǎng)期外流，導(dǎo)致銹蝕現(xiàn)象較為明顯，同時(shí)鋼平臺(tái)與鋼樓梯等鋼結(jié)構(gòu)附屬設(shè)施存在不同程度的銹蝕現(xiàn)象；根據(jù)結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算結(jié)果，受檢構(gòu)筑物的上部筒壁軸向壓應(yīng)力和配筋計(jì)算結(jié)果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，在對(duì)該受檢構(gòu)筑物筒壁銹脹區(qū)域進(jìn)行耐久性加固，鋼樓梯連接件銹蝕位置、鋼平臺(tái)與鋼樓梯等鋼結(jié)構(gòu)附屬設(shè)施等進(jìn)行加固處理，以及對(duì)外筒壁進(jìn)行重新涂裝處理后方可繼續(xù)使用。