冷却塔防腐概述
混凝土冷却塔防腐工作,除了在选材和施工方面要注意外,还要和提高冷却效率和研究工作相结合。
混凝土冷却塔在石油、化工、轻纺、医药、冶金和电力工业的应用最为广泛。混凝土冷却塔的结构坚固,但工程造价也高,由于受到严重的腐蚀,使用寿命却不长,需要进行频繁的修补,往往给生产带来很大的损失。
一、混凝土冷却塔的腐蚀
混凝土冷却塔腐蚀的原因很多,可以归纳以下几个主要方面:
A、由于混凝土的耐久性不足,其本身被腐蚀破坏,同时也由于钢筋的裸露、腐蚀而导致整个结构的破坏
B、混凝土本身并未腐蚀,由于外部介质的作用,导致混凝土本身化学性质改变,或引入了强激发钢筋腐蚀的离子,使钢筋表面丧失钝化作用,引起钢筋锈蚀。钢筋的锈蚀产物一般为Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等,其体积比原金属体积增大2~4倍,铁锈膨胀,对混凝土保护层产生巨大的辐射压力,其数值可达30MPa(大于混凝土的抗拉极限强度),使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂缝(俗称顺筋裂缝)。这些裂缝进一步成为腐蚀性介质渗入到钢筋的通道,加速了钢筋的腐蚀。钢筋在顺筋裂缝中的锈蚀速度比裸露情况快,混凝土表面的裂缝发展到一定程度,混凝土保护层则开始剥落,最终使构件丧失承载能力。
C、预应力混凝土结构的腐蚀除了具有普通混凝土结构腐蚀的类型外,由于高强度钢筋和多筋在高应力条件下工作,所以可能发生应力腐蚀和钢材的氢脆
D、日常使用过程中,烟气中的二氧化碳会逐渐向混凝土内部扩散,并与混凝土中的氢氧化钙发生作用,生成碳酸盐或其他物质,从而使水泥的碱度降低,使混凝土碳化,其碳化的主要化学反应为:CO2+H2O→H2CO3,Ca(OH)2+H2CO3→+2H2O。碳化降低了混凝土的碱度,从而破坏了钢筋表面的钝化膜,使混凝土失去了对钢筋的保护作用,给混凝土中的钢筋锈蚀带来不利的影响。同时,碳化还会加剧混凝土的收缩,这些都可导致混凝土的裂缝,加速混凝土结构的破坏。
E、硫酸根离子腐蚀。进入冷却塔的湿烟气中存在的SO42-接触混凝土表层与混凝土的某些成分反应,生成物吸水膨胀产生膨胀应力,当应力达到一定程度时混凝土就产生裂缝,这种腐蚀作用在不同条件下又有两种表现形式,即E盐破坏和G盐破坏。E盐破坏即钙矾石膨胀破坏,其生成物的体积比反应物大115倍多,呈针状结晶,引起很大的内应力,其破坏特征为混凝土表面出现几条较粗大的裂缝。G盐破坏即石膏膨胀破坏,当外界中SO42-浓度达到1000mg/L,SO42-可与Ca(OH)2反应生成石膏晶体,生成的CaSO4·2H2O体积增大1124倍,导致混凝土因内应力而破坏,其破坏特征为混凝土表面虽无粗大裂缝但是遍体溃散。
F、氯离子腐蚀。一般情况下,由于混凝土为碱性物质,其液相PH值为12.5~13.5,钢筋在这种环境中能形成钝化膜,它不仅可以隔绝氧接触钢筋,而且阻止钢筋内部形成腐蚀电流,因此对钢筋起到保护作用。然而,进入冷却塔的烟气中存在氯化物(HCl),当氯离子渗透到钢筋表面并达到一定浓度时会使得局部保护膜破坏,成了活化态。活化的钢筋表面形成一个小阳极,未活化的钢筋表面成为阴极,在氧和水充足的条件下钢筋开始锈蚀。钢筋的锈胀体积一般增大215~5倍,在塔内部水份这样充足的条件下体积膨胀甚至可达7倍,从而导致混凝土保护层开裂(即顺筋裂缝)、钢筋锈蚀,降低或破坏了钢筋与混凝土的握裹力,钢筋截面减小、承载能力降低,从而降低了结构的耐久性。同时氯盐还可以和混凝土中的Ca离子反应生成易溶的CaCl2并带有大量结晶水,形成比反应物体积大几倍的固相化合物,造成混凝土的膨胀破坏。如果水泥中铝酸三钙含量高于8%,其制成的混凝土很容易受到Cl-腐蚀。
G、在混凝土受到冰冻的情况下,冷却塔内的钢精,由于塔壁内气温差悬殊,将造成钢精冷缩不平衡,在混凝土中形成缩应力,是钢精与混凝土中的粘接性减弱或丧失,而造成破坏。
二、混凝土冷却塔的防护措施
以下将从选材和施工两方面来解说如何提高混凝土冷却塔的防腐能力。
A、通过选材提高混凝土的密度和性能原材料的选择包括胶凝材料及骨料的选择:胶凝材料一般可采用C3A含量不超过8%的普通硅酸盐水泥掺入一定量的掺合料或抗硫酸盐水泥作为胶凝材料。
国内外对水泥中掺入掺合料的胶凝材料做了大量的研究,研究表明,掺入粉煤灰、硅灰及矿渣等掺合料的混凝土抗腐蚀能力将有很大的提高。以掺硅灰为例:掺入8%硅粉的混凝土达到氯离子临界腐蚀浓度的时间比普通混凝土延长8倍。粗料宜采用吸水率低且级配良好的石灰石、花岗岩等硬质岩石粗骨料,细骨料要求一定的细度模数。水灰比控制:
水灰比对混凝土的渗透性有决定性的影响,欧洲《CEB混凝土结构耐久性设计与施工指南》给出的水灰比与渗透性的关系,表明水灰比越低混凝土抗渗透性越好,也表明混凝土的透气性和离子穿透性越差,抗腐蚀性能越好。外加剂的选用及混凝土质量控制:在于提高与混凝土的含气量,避免出现干缩、温度裂缝等施工缺陷,从而提高混凝土质量。
B、在施工过程中的有效处理方式,能提高冷却塔的防腐功能。
1.基层处理
对于旧塔,的处理方案是:喷砂(压力0.2~0.3MPa)除去旧冷却塔防腐层和疏松的砼表层,水洗2~3遍(每次间隔12~24h),再用喷灯烤(二干二湿)。用喷灯烤干介质是许多厂家采用的方法,可是烤到什么程度都不清楚,的“二干二湿”法能确保将砼表层的介质除尽,不留后患。
对于新塔,务必把碱除尽。碱的危害,一般人都有常识:
新建的楼房水泥墙裙刷的漆变色、发粘、脱落,就是碱在作怪。测过浇罐一个月的砼表面,其pH值可达10~13,这样强的碱,如不处理就防腐,不但不能获得较好的附着力,而且还会腐蚀防腐涂层,结果是可想而知的。因此新塔防腐前必须除碱,可遗憾的是,到目前为止,国内基本上没人注意到砼中碱的问题,总以为防腐前钢铁需除锈,砼表面则不需要怎么处理,即使处理,也不过是抹抹坑,除除灰。对于已被介质腐蚀了的老塔来讲,防腐前不但要除去已腐蚀疏松的表层,根本问题是要除尽已渗入砼表层的介质,不留后患。
但根据的调查,一般厂家在施工时只注意了前一个问题,而忽视了或者说解决不了后一个问题。
冷却塔防腐层的耐蚀性主要是耐介质的腐蚀性,耐温性及抗渗性。在冷却塔内,高温区温度也不过30~80°C,目前常用的防腐涂料在这个温度下都能长期使用。在这个温度下,循环水也不会对冷却塔防腐层造成明显的腐蚀。冷却塔内主要问题是抗渗性,若冷却塔防腐层的抗渗性不好,冷却水就会渗到防腐层背面的砼里,导致混凝土层疏松膨胀,把防腐层从背后拱掉。
冷却塔单刷涂料一般寿命都较短,其主要原因是涂层有很多微孔,容易渗进介质,尤其是一些成膜较薄的涂料(如氯磺化聚乙烯涂料),问题更为突出。因此,冷却塔内防腐层必须具有优异的抗渗性。
2.配腻子
刮腻子的作用一是找平基层易于涂刷;二是增强防腐层厚度,提高抗渗透力;三是为砼和防腐层间的热胀系数不一致提供缓冲。因为砼和防腐层的热胀系数差别大而造成冷却塔防腐层脱壳、开裂的现象为数不少。配的腻子不但致密性好、韧性好,而且热胀系数介于砼与防腐层之间,能很好地起到膨胀缓冲作用。
3.环氧的增韧
环氧煤沥青防腐漆中环氧树脂需要增韧是众所周知的,但要使增韧恰到好处就难了,既要考虑到硬度,又要考虑到脆性与热膨胀系数,还要考虑到施工气温与基层的热膨胀系数。这些问题单从理论上难以说清,要靠长期的经验积累,根据具体情况选择合适的增韧剂、固化剂以及恰当的用量。
在这里特别要强调冷却塔防腐施工质量问题,防腐界有句行话叫“三分材料七分施工”,可见施工质量之重要。前述诸要素都受施工质量制约,目前国内钢筋混凝塔腐蚀问题这么严重,主要是施工质量存在问题。看过不少厂家的钢筋混凝塔,施工质量之低劣令人触目惊心!如有的为了省胶泥,不刮腻子而是抹水泥,有的第二层防腐层还有肉眼可见的针孔,也有使用低劣防腐材料的,更不用说大家都未注意到的除碱问题了。总之,目前国内塔体防腐层寿命短有技术问题,有选材问题,更有施工问题。