冷卻塔防腐概述
混凝土冷卻塔防腐工作,除了在選材和施工方面要注意外,還要和提高冷卻效率和研究工作相結合。
混凝土冷卻塔在石油、化工、輕紡、醫藥、冶金和電力工業的應用最為廣泛?;炷晾鋮s塔的結構堅固,但工程造價也高,由于受到嚴重的腐蝕,使用壽命卻不長,需要進行頻繁的修補,往往給生產帶來很大的損失。
一、混凝土冷卻塔的腐蝕
混凝土冷卻塔腐蝕的原因很多,可以歸納以下幾個主要方面:
A、由于混凝土的耐久性不足,其本身被腐蝕破壞,同時也由于鋼筋的裸露、腐蝕而導致整個結構的破壞
B、混凝土本身并未腐蝕,由于外部介質的作用,導致混凝土本身化學性質改變,或引入了強激發鋼筋腐蝕的離子,使鋼筋表面喪失鈍化作用,引起鋼筋銹蝕。鋼筋的銹蝕產物一般為Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等,其體積比原金屬體積增大2~4倍,鐵銹膨脹,對混凝土保護層產生巨大的輻射壓力,其數值可達30MPa(大于混凝土的抗拉極限強度),使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫(俗稱順筋裂縫)。這些裂縫進一步成為腐蝕性介質滲入到鋼筋的通道,加速了鋼筋的腐蝕。鋼筋在順筋裂縫中的銹蝕速度比裸露情況快,混凝土表面的裂縫發展到一定程度,混凝土保護層則開始剝落,最終使構件喪失承載能力。
C、預應力混凝土結構的腐蝕除了具有普通混凝土結構腐蝕的類型外,由于高強度鋼筋和多筋在高應力條件下工作,所以可能發生應力腐蝕和鋼材的氫脆
D、日常使用過程中,煙氣中的二氧化碳會逐漸向混凝土內部擴散,并與混凝土中的氫氧化鈣發生作用,生成碳酸鹽或其他物質,從而使水泥的堿度降低,使混凝土碳化,其碳化的主要化學反應為:CO2+H2O→H2CO3,Ca(OH)2+H2CO3→+2H2O。碳化降低了混凝土的堿度,從而破壞了鋼筋表面的鈍化膜,使混凝土失去了對鋼筋的保護作用,給混凝土中的鋼筋銹蝕帶來不利的影響。同時,碳化還會加劇混凝土的收縮,這些都可導致混凝土的裂縫,加速混凝土結構的破壞。
E、硫酸根離子腐蝕。進入冷卻塔的濕煙氣中存在的SO42-接觸混凝土表層與混凝土的某些成分反應,生成物吸水膨脹產生膨脹應力,當應力達到一定程度時混凝土就產生裂縫,這種腐蝕作用在不同條件下又有兩種表現形式,即E鹽破壞和G鹽破壞。E鹽破壞即鈣礬石膨脹破壞,其生成物的體積比反應物大115倍多,呈針狀結晶,引起很大的內應力,其破壞特征為混凝土表面出現幾條較粗大的裂縫。G鹽破壞即石膏膨脹破壞,當外界中SO42-濃度達到1000mg/L,SO42-可與Ca(OH)2反應生成石膏晶體,生成的CaSO4·2H2O體積增大1124倍,導致混凝土因內應力而破壞,其破壞特征為混凝土表面雖無粗大裂縫但是遍體潰散。
F、氯離子腐蝕。一般情況下,由于混凝土為堿性物質,其液相PH值為12.5~13.5,鋼筋在這種環境中能形成鈍化膜,它不僅可以隔絕氧接觸鋼筋,而且阻止鋼筋內部形成腐蝕電流,因此對鋼筋起到保護作用。然而,進入冷卻塔的煙氣中存在氯化物(HCl),當氯離子滲透到鋼筋表面并達到一定濃度時會使得局部保護膜破壞,成了活化態?;罨匿摻畋砻嫘纬梢粋€小陽極,未活化的鋼筋表面成為陰極,在氧和水充足的條件下鋼筋開始銹蝕。鋼筋的銹脹體積一般增大215~5倍,在塔內部水份這樣充足的條件下體積膨脹甚至可達7倍,從而導致混凝土保護層開裂(即順筋裂縫)、鋼筋銹蝕,降低或破壞了鋼筋與混凝土的握裹力,鋼筋截面減小、承載能力降低,從而降低了結構的耐久性。同時氯鹽還可以和混凝土中的Ca離子反應生成易溶的CaCl2并帶有大量結晶水,形成比反應物體積大幾倍的固相化合物,造成混凝土的膨脹破壞。如果水泥中鋁酸三鈣含量高于8%,其制成的混凝土很容易受到Cl-腐蝕。
G、在混凝土受到冰凍的情況下,冷卻塔內的鋼精,由于塔壁內氣溫差懸殊,將造成鋼精冷縮不平衡,在混凝土中形成縮應力,是鋼精與混凝土中的粘接性減弱或喪失,而造成破壞。
二、混凝土冷卻塔的防護措施
以下將從選材和施工兩方面來解說如何提高混凝土冷卻塔的防腐能力。
A、通過選材提高混凝土的密度和性能原材料的選擇包括膠凝材料及骨料的選擇:膠凝材料一般可采用C3A含量不超過8%的普通硅酸鹽水泥摻入一定量的摻合料或抗硫酸鹽水泥作為膠凝材料。
國內外對水泥中摻入摻合料的膠凝材料做了大量的研究,研究表明,摻入粉煤灰、硅灰及礦渣等摻合料的混凝土抗腐蝕能力將有很大的提高。以摻硅灰為例:摻入8%硅粉的混凝土達到氯離子臨界腐蝕濃度的時間比普通混凝土延長8倍。粗料宜采用吸水率低且級配良好的石灰石、花崗巖等硬質巖石粗骨料,細骨料要求一定的細度模數。水灰比控制:
水灰比對混凝土的滲透性有決定性的影響,歐洲《CEB混凝土結構耐久性設計與施工指南》給出的水灰比與滲透性的關系,表明水灰比越低混凝土抗滲透性越好,也表明混凝土的透氣性和離子穿透性越差,抗腐蝕性能越好。外加劑的選用及混凝土質量控制:在于提高與混凝土的含氣量,避免出現干縮、溫度裂縫等施工缺陷,從而提高混凝土質量。
B、在施工過程中的有效處理方式,能提高冷卻塔的防腐功能。
1.基層處理
對于舊塔,的處理方案是:噴砂(壓力0.2~0.3MPa)除去舊冷卻塔防腐層和疏松的砼表層,水洗2~3遍(每次間隔12~24h),再用噴燈烤(二干二濕)。用噴燈烤干介質是許多廠家采用的方法,可是烤到什么程度都不清楚,的“二干二濕”法能確保將砼表層的介質除盡,不留后患。
對于新塔,務必把堿除盡。堿的危害,一般人都有常識:
新建的樓房水泥墻裙刷的漆變色、發粘、脫落,就是堿在作怪。測過澆罐一個月的砼表面,其pH值可達10~13,這樣強的堿,如不處理就防腐,不但不能獲得較好的附著力,而且還會腐蝕防腐涂層,結果是可想而知的。因此新塔防腐前必須除堿,可遺憾的是,到目前為止,國內基本上沒人注意到砼中堿的問題,總以為防腐前鋼鐵需除銹,砼表面則不需要怎么處理,即使處理,也不過是抹抹坑,除除灰。對于已被介質腐蝕了的老塔來講,防腐前不但要除去已腐蝕疏松的表層,根本問題是要除盡已滲入砼表層的介質,不留后患。
但根據的調查,一般廠家在施工時只注意了前一個問題,而忽視了或者說解決不了后一個問題。
冷卻塔防腐層的耐蝕性主要是耐介質的腐蝕性,耐溫性及抗滲性。在冷卻塔內,高溫區溫度也不過30~80°C,目前常用的防腐涂料在這個溫度下都能長期使用。在這個溫度下,循環水也不會對冷卻塔防腐層造成明顯的腐蝕。冷卻塔內主要問題是抗滲性,若冷卻塔防腐層的抗滲性不好,冷卻水就會滲到防腐層背面的砼里,導致混凝土層疏松膨脹,把防腐層從背后拱掉。
冷卻塔單刷涂料一般壽命都較短,其主要原因是涂層有很多微孔,容易滲進介質,尤其是一些成膜較薄的涂料(如氯磺化聚乙烯涂料),問題更為突出。因此,冷卻塔內防腐層必須具有優異的抗滲性。
2.配膩子
刮膩子的作用一是找平基層易于涂刷;二是增強防腐層厚度,提高抗滲透力;三是為砼和防腐層間的熱脹系數不一致提供緩沖。因為砼和防腐層的熱脹系數差別大而造成冷卻塔防腐層脫殼、開裂的現象為數不少。配的膩子不但致密性好、韌性好,而且熱脹系數介于砼與防腐層之間,能很好地起到膨脹緩沖作用。
3.環氧的增韌
環氧煤瀝青防腐漆中環氧樹脂需要增韌是眾所周知的,但要使增韌恰到好處就難了,既要考慮到硬度,又要考慮到脆性與熱膨脹系數,還要考慮到施工氣溫與基層的熱膨脹系數。這些問題單從理論上難以說清,要靠長期的經驗積累,根據具體情況選擇合適的增韌劑、固化劑以及恰當的用量。
在這里特別要強調冷卻塔防腐施工質量問題,防腐界有句行話叫“三分材料七分施工”,可見施工質量之重要。前述諸要素都受施工質量制約,目前國內鋼筋混凝塔腐蝕問題這么嚴重,主要是施工質量存在問題??催^不少廠家的鋼筋混凝塔,施工質量之低劣令人觸目驚心!如有的為了省膠泥,不刮膩子而是抹水泥,有的第二層防腐層還有肉眼可見的針孔,也有使用低劣防腐材料的,更不用說大家都未注意到的除堿問題了??傊?,目前國內塔體防腐層壽命短有技術問題,有選材問題,更有施工問題。