电厂冷却塔塔身破损原因分析

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1、冷却塔破坏原因的分析研究

考虑到如果2 # 冷却塔混凝土所产生的破坏为砂或水中硫酸盐超标引起的,那么冷却塔体混凝土中的胶凝产物中必然存在较多的硫酸盐离子或硫的含量异常,在严重破坏区和其它区混凝土中硫的含量应该有一些差异,或者,冷却塔体混凝土与正常混凝土相比,或与产生硫酸盐破坏的混凝土相比,胶凝产物中硫的含量应该有明显的差异,能谱分析可获得混凝土胶凝产物的化学成分[1～3 ] 。

因此,我们对2 # 冷却塔体上严重破坏区、一般破坏区、基本完好区的混凝土芯样、标准混凝土试样(指符合标准要求的原材料在标准条件下成型的试样) 以及在高硫酸盐水中经过长期侵蚀已产生严重破坏的试样进行电镜扫描和能谱化学成分分析,在此基础上,又采用精度较高的化学成分分析方法,以确定2 # 冷却塔体混凝土是否存在硫酸盐破坏。

2、谱分析方法及其结果

理论上讲,对于未受溶出性侵蚀或硫酸盐水侵蚀的混凝土,拌制混凝土使用的原材料中所含SO3 的总含量应该等于混凝土胶凝材料中SO3 的含量。

如果由混凝土胶凝产物中SO3 的含量推算的拌制混凝土所用原材料SO3含量的总和,大于规范允许的各材料最大SO3 含量的总和,则我们就可以认为,是冷却塔施工过程中拌制用的水或砂中的SO3 含量超过了规范的规定,由此造成了混凝土耐久性能的降低以及有可能由此产生了硫酸盐膨胀性的破坏。

否则,即可排除冷却塔施工混凝土拌制中使用的水或砂SO3 含量不合格的可能性。

按冷却塔施工过程砂子的筛分记录,小于013mm 的细砂约占1314 % ,则混凝土水泥砂浆中水泥与砂子之比为1∶1161 时,水泥与小于013mm 砂的比例为1∶01216。以水泥SO3 含量限值3 % ,砂子SO3 含量限值1 % ,计算混凝土中小于3mm 的砂浆的SO3 含量限值(表3) ,其值为2164 %(未考虑水中的SO3 含量) ,表2 中所测SO3 含量最大值基本未超过限值。

从细粉能谱结果可以看出,一般破坏区的北5 - 1 # 和北11 # 芯样,其CaO 的含量比严重破坏区的芯样东5 #和东1 # 高。

为2 # 冷却塔钻芯混凝土中砂浆(取除混凝土中大于5mm 的骨料所剩部分) 的化验结果。按照混凝土冷却塔施工规范,混凝土原材料中化学有害物主要是SO3 含量,规范规定:水泥中SO3 不得超过3 % ,砂子中可溶性SO3 不得超过1 % ,对混凝土拌合用水,规范中只提到可使用饮用水,对SO3 未作限定。最近所测得的电厂地区地下水SO3 含量为300～400mg/ L ,重量比为4/ 万。

根据规范中规定的水泥、水以及砂子中SO3 的上限和本工程混凝土的配合比,可以推算出混凝土中砂浆的SO3 含量的上限为1175 % ,实测的三个严重破坏区和两个一般破坏区的芯样砂浆中,SO3 含量均小于1175 %。即SO3 含量均未超过其含量限值。据此初步可以判断,2 # 冷却塔体混凝土冷却塔施工用原材料SO3 含量的总和未超过标准上限。

即冷却塔施工中所用水泥、砂子及水的SO3 含量是满足冷却塔施工规范要求的。

一般水泥中GaO 的含量为64 % ,SiO2 含量为21 % ,如果认为砂子的主要成分为SiO2 (占总量的80 %) ,按2 #冷却塔混凝土配合比水泥与砂子的比例(1∶1161) ,则水泥砂浆中的CaO 与SiO2 含量之比为1∶21938 ,以表4 中CaO 和SiO2 的含量,按此比例推算的各芯样砂浆的SiO2 和CaO 含量。

可以认为,一般破坏区的混凝土其CaO 和SiO2 的含量基本未受外界的影响,亦即一般破坏区混凝土不存在溶出性侵蚀。而严重破坏区的芯样,其砂浆的SiO2 和CaO 含量的推算值与实际化验值相差较大,与推算值相比,实测值SiO2 的含量高,CaO 含量低,因此,可以认为:

1、在严格按冷却塔施工配合比浇筑的情况下严重破坏区的混凝土已经受内壁水的溶出性侵蚀,CaO 含量降低;

2、冷却塔施工中水泥用量不足。这两方面均可造成混凝土强度的降低。但从冷却塔体内外壁氧化钙析出结晶情况判断,溶出性侵蚀是主要原因。

3 、冷却塔施工配合比所存在问题的分析及配合比复核

对冷却塔施工中所采用的混凝土配合比(见表6) 进行分析,并与冷却塔施工规范进行对比,发现冷却塔施工混凝土配合比中未掺引气剂,根据经验,不掺引气剂的C30 混凝土其抗冻等级一般不能满足F250 抗冻等级的设计要求;同时发现冷却塔施工配合比设计塌落度仅为30～50mm ,小于规范要求的50～70mm 塌落度,也小于冷却塔施工期(夏季) 正常情况下冷却塔施工要求的塌落度70～90mm ,进而推论出冷却塔施工中可能存在人为的违反冷却塔施工规范要求的冷却塔施工方法如通过单加水来调整混凝土塌落度的问题(经调查,甲方工程代表证实:冷却塔施工浇筑中,混凝土入仓困难,确实发现有加水增大混凝土塌落度的做法) ———这是造成混凝土强度低下、混凝土抗冻抗渗等耐久性能降低的主要原因。

为了证实2 # 冷却塔施工中所采用的混凝土配合比的抗冻标号不足的推论,在试验室,按照规范对冷却塔施工混凝土采用冷却塔施工中采用的砂石骨料和水泥(采用武山水泥525 # 普通水泥,靖远河砂和山砂,对冷却塔施工配合比进行复核,冷却塔施工配合比不管是用粗砂还是用流砂,只要对砂率作适当调整) ,按照冷却塔施工配合比成型,养护至规定龄期,进行抗压强度和快速冻融试验,测得混凝土抗压强度满足设计要求,而抗冻标号不足F150 ,远小于设计抗冻标号F250 和F300 的要求。