- 技术交流
- 为什么盐冻是寒冷地区冷却塔混凝土破坏的主要原因
| 梁龙 （北京琦正德科技有限责任公司，北京 102600 ） [摘要]：本文研究了热电厂冷却塔循环水水质对混凝土抗冻性的影响，发现循环水水质：盐溶液的特征是造成冷却塔混凝土抗冻性失效的一个重要原因；并在实际工程中得到证明。提出寒冷地区冷却塔混凝土抗盐冻设计的必要性及k8凯发天生赢家的解决方案。 [关键词] 冷却塔混凝土 单面盐冻 快冻 水质 [中图分类号] [文献标识码] [文章编号]
the necessity of research for cooling tower concrete on salt frost [abstract]:the research find circulating water of cooling tower have many salt components,and the salt solutions is the main negative effects for the frost resistance of concrete.it has been proved by project case,so we should pay attention to this area more and the article provide some ways to solve this problem. [key words] cooling tower concrete single side salt frozen fast frozen quality of water
1.前言 热电厂冷却塔混凝土的耐久性保护十分重要，它是维持整个体系正常运转的重要条件之一。寒冷地区，混凝土受到的冻融破坏几乎是所有侵蚀破坏中最主要的形式之一[1]。因此，在严寒地区，冷却塔混凝土的抗冻性设计显得尤为重要。但实际发现，虽然在设计之初就混凝土抗冻性指标都有严格的技术要求，甚至还配有防水防腐涂料！但即使是在这样的运行条件下，混凝土依然会发生较为严重的冻融破坏。有的冷却塔还未达到设计要求的使用年限，就需要大规模维修。研究发现冷却塔循环水水质是影响混凝土抗冻性的重要因素之一。 2.冷却塔循环水水质分析 通过对冻融介质——水质的分析，发现快冻法实验条件下的水质与冷却塔实际运行当中循环水水质有很大的不同：快冻实验冻融介质一般为民用自来水，而冷却塔循环水却因外加的各种化学盐类，已变为具有一定浓度的各种盐溶液的混合体。混凝土在无盐的水质条件下和有盐的水质条件下，冻融破坏的机理不同，造成的破坏程度是不一样的。 造成循环水盐行特质的原因是：电厂为减少冷却系统排污，通过提高浓缩倍率来达到节水目的。但提高浓缩倍率的同时也意味着增加了循环水体系中盐溶液的浓度。为了提高浓缩倍率而不发生结垢，必须要往水中添加阻垢剂（磷酸盐类）或者酸化（硫酸或者盐酸）处理，除此之外，冷却塔常用的水处理剂还有缓蚀剂（氯化锌等）、絮凝剂（硫酸铝等）、助凝剂（碳酸钠等）、杀菌灭藻剂（次氯酸钙等）等等，这些内部处理法，加上冷却塔循环水自身携带的，碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅、硅酸镁等，更加重了水中离子浓度。 可以说冷却塔循环水其实是各种盐类溶液的一个混合体。其盐溶液浓度是一种随着浓缩倍率变化而变化的动态体系[2]。 3.快冻法与盐冻法对混凝土造成的冻融破坏的差异性 冷却塔循环水水质实际是具有一定浓度的盐溶液的混合体，冷却塔混凝土在冬季发生的冻融破坏其实是在盐溶液状态下的冻融破坏。盐溶液的冻融介质和清水冻融介质在冻融发生时对混凝土造成破坏的差别是十分巨大的。在国标gb/t 50082-2009《普通混凝土长期性和耐久性能试验方法标准》中，就快冻法和盐冻法进行了明确说明。 依据gb-t50082-2009《普通混凝土长期性和耐久性能试验方法标准》[3]，不同的冻融介质实验条件各不相同。 从冻融破坏机理上讲，二者也存在着较大的区别。在powers提出的净水压理论学说的基础上，盐溶液条件下的混凝土，由于盐分的加入，增加了混凝土的饱水度，即在相同条件下，盐溶液浸泡下的混凝土饱和吸水率要高于非盐溶液下的混凝土，含4%、10%、和20%盐溶液混凝土的饱水度比非盐溶液条件下的混凝土的饱水度分别提高4.8%、7.7%和10.6%，吸水速度则分别提高53.5%、133.9%和309.7%。吸水率越高，混凝土中的过冷液体冻胀破坏力越大。水和4%nacl溶液的结冰压分别达到40.3mpa和36.3mpa这么高的结冰压力足以使高强度的混凝土解体破坏[3]。 研究发现，盐溶液的浓度并不是越高抗冻性越差，相反低浓度盐比高浓度盐对混凝土造成的盐冻损失更大，其最不利盐浓度为2%-6%。盐对混凝土盐冻破坏程度的影响，主要是盐与水溶液的结冰特性有关，而与盐的化学成分和侵蚀性无关。所以增加混凝土的吸水率是盐溶液条件下混凝土冻融破坏大于非盐溶液条件下的混凝土的最主要原因之一[4]。 造成盐冻大于水冻的第二个主要原因是，吸附在混凝土毛细孔中的过饱和盐分的结晶膨胀造成的压力。随着盐浓度的增加，结晶压就愈高。资料显示，硫酸盐与混凝土中水化矿物发生化学反应，生成膨胀型矿物钙矾石使固相体积增大94%，石膏使固相体积增大124%[5]。 此外因为盐的浓度的差异导致的分层结冰产生的应力差和由于盐溶液的存在导致混凝土内外温度差所产生的温度应力等等，不一而足。总之，盐溶液条件下的混凝土的耐久性失效，是多因素耦合条件下的破坏，其中又以盐冻最为特殊，是一个复杂的多因素过程。 4.辽宁省某电厂冷却塔冻融损害工程案例
该项目位于辽宁省境内，冬季负温最低达到-20℃，刚建成只运行了一个冬季，就出现严重的混凝土冻融破坏问题。即使混凝土表面涂刷了防腐面漆保护，冻害仍未能避免。冷却塔循环水检测指标见表1，图1为现场勘察混凝土损害的部分图片： 表1 冷却塔循环水检测指标
图1 现场混凝土损害的部分图片 图1可以看出，混凝土表面有明显的冻融剥蚀特点，并且析出大量的白色结晶状矿物质，保护混凝土的表面防腐蚀涂层剥落殆尽。
该冷却塔建筑结构符合以下几个环境特征：
1、循环水是一种存有氯盐、硫酸盐等各种离子环境的盐溶液体系； 2、混凝土表面频繁受到循环水浇淋 3、盐结晶环境 4、严寒地区 5、混凝土遭受频繁的冻融循环 根据对现场冷却塔循环水取样的水质分析发现，在整个循环水溶液的离子浓度数据中，其中硫酸盐含量与氯化物含量较为突出，明显高于其他离子含量。 环境作用等级归总为e级：非常严重。 2.提高混凝土抗盐冻的技术措施 在混凝土配合比设计阶段通过添加减水引气剂，矿物掺和料如硅粉，树脂纤维等可以有效提高混凝土的抗盐冻能力，而对于成品混凝土的抗盐冻和侵蚀能力的提高，多借助类似涂层的防腐蚀附加措施加以改善。 涂层的耐久性是决定其有效性的关键因素，从上图的工程案例中发现，涂层的剥落劣化使其失去了保护混凝土的功能，因此对于涂层保护混凝土的方案，至少应包括涂层涂覆条件下混凝土的抗盐冻能力。 渗透型混凝土耐久性保护剂，作为混凝土的防冻附加措施，其最大特点，在于不在混凝土表面形成薄膜，而是渗透到混凝土内部，与混凝土形成一个整体[6]，这样就避免了涂层在混凝土表面剥落的问题。类似的材料有硅烷类、渗透结晶型等多种材料类型，但就抗冻能力来讲，良莠不齐，选用之前，必须要有可靠的实验数据和相关的工程实例。
6.结论 寒冷地区冷却塔混凝土的抗冻条件是在盐溶液条件下的冻融损坏，其条件和过程较快冻实验法更为苛刻，混凝土所遭受的损害更为迅速和严重。根据盐冻破坏的特点，做好混凝土配合比设计阶段和成品混凝土的抗冻措施，可以有效抵制混凝土盐冻破坏的发生。 在混凝土配合比设计阶段，可通过添加引气剂和矿物掺合料等方式，提高混凝土抗盐冻能力。对于成品混凝土，多使用外涂的附加措施提高混凝土的抗盐冻能力。但无论是内掺法还是外涂法，单面冻融的检测指标是衡量其是否具有抗盐冻能力的一项有效措施。
| ||||||||||||||||||||||||
