電廠冷卻塔塔身破損原因分析

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1、冷卻塔破壞原因的分析研究

考慮到如果2 # 冷卻塔混凝土所產(chǎn)生的破壞為砂或水中硫酸鹽超標引起的,那么冷卻塔體混凝土中的膠凝產(chǎn)物中必然存在較多的硫酸鹽離子或硫的含量異常,在嚴重破壞區(qū)和其它區(qū)混凝土中硫的含量應該有一些差異,或者,冷卻塔體混凝土與正常混凝土相比,或與產(chǎn)生硫酸鹽破壞的混凝土相比,膠凝產(chǎn)物中硫的含量應該有明顯的差異,能譜分析可獲得混凝土膠凝產(chǎn)物的化學成分[1～3 ] 。

因此,我們對2 # 冷卻塔體上嚴重破壞區(qū)、一般破壞區(qū)、基本完好區(qū)的混凝土芯樣、標準混凝土試樣(指符合標準要求的原材料在標準條件下成型的試樣) 以及在高硫酸鹽水中經(jīng)過長期侵蝕已產(chǎn)生嚴重破壞的試樣進行電鏡掃描和能譜化學成分分析,在此基礎(chǔ)上,又采用精度較高的化學成分分析方法,以確定2 # 冷卻塔體混凝土是否存在硫酸鹽破壞。

2、譜分析方法及其結(jié)果

理論上講,對于未受溶出性侵蝕或硫酸鹽水侵蝕的混凝土,拌制混凝土使用的原材料中所含SO3 的總含量應該等于混凝土膠凝材料中SO3 的含量。

如果由混凝土膠凝產(chǎn)物中SO3 的含量推算的拌制混凝土所用原材料SO3含量的總和,大于規(guī)范允許的各材料最大SO3 含量的總和,則我們就可以認為,是冷卻塔施工過程中拌制用的水或砂中的SO3 含量超過了規(guī)范的規(guī)定,由此造成了混凝土耐久性能的降低以及有可能由此產(chǎn)生了硫酸鹽膨脹性的破壞。

否則,即可排除冷卻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。

按冷卻塔施工過程砂子的篩分記錄,小于013mm 的細砂約占1314 % ,則混凝土水泥砂漿中水泥與砂子之比為1∶1161 時,水泥與小于013mm 砂的比例為1∶01216。以水泥SO3 含量限值3 % ,砂子SO3 含量限值1 % ,計算混凝土中小于3mm 的砂漿的SO3 含量限值(表3) ,其值為2164 %(未考慮水中的SO3 含量) ,表2 中所測SO3 含量最大值基本未超過限值。

從細粉能譜結(jié)果可以看出,一般破壞區(qū)的北5 - 1 # 和北11 # 芯樣,其CaO 的含量比嚴重破壞區(qū)的芯樣東5 #和東1 # 高。

為2 # 冷卻塔鉆芯混凝土中砂漿(取除混凝土中大于5mm 的骨料所剩部分) 的化驗結(jié)果。按照混凝土冷卻塔施工規(guī)范,混凝土原材料中化學有害物主要是SO3 含量,規(guī)范規(guī)定:水泥中SO3 不得超過3 % ,砂子中可溶性SO3 不得超過1 % ,對混凝土拌合用水,規(guī)范中只提到可使用飲用水,對SO3 未作限定。最近所測得的電廠地區(qū)地下水SO3 含量為300～400mg/ L ,重量比為4/ 萬。

根據(jù)規(guī)范中規(guī)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漿的SO3 含量的上限為1175 % ,實測的三個嚴重破壞區(qū)和兩個一般破壞區(qū)的芯樣砂漿中,SO3 含量均小于1175 %。即SO3 含量均未超過其含量限值。據(jù)此初步可以判斷,2 # 冷卻塔體混凝土冷卻塔施工用原材料SO3 含量的總和未超過標準上限。

即冷卻塔施工中所用水泥、砂子及水的SO3 含量是滿足冷卻塔施工規(guī)范要求的。

一般水泥中GaO 的含量為64 % ,SiO2 含量為21 % ,如果認為砂子的主要成分為SiO2 (占總量的80 %) ,按2 #冷卻塔混凝土配合比水泥與砂子的比例(1∶1161) ,則水泥砂漿中的CaO 與SiO2 含量之比為1∶21938 ,以表4 中CaO 和SiO2 的含量,按此比例推算的各芯樣砂漿的SiO2 和CaO 含量。

可以認為,一般破壞區(qū)的混凝土其CaO 和SiO2 的含量基本未受外界的影響,亦即一般破壞區(qū)混凝土不存在溶出性侵蝕。而嚴重破壞區(qū)的芯樣,其砂漿的SiO2 和CaO 含量的推算值與實際化驗值相差較大,與推算值相比,實測值SiO2 的含量高,CaO 含量低,因此,可以認為:

1、在嚴格按冷卻塔施工配合比澆筑的情況下嚴重破壞區(qū)的混凝土已經(jīng)受內(nèi)壁水的溶出性侵蝕,CaO 含量降低;

2、冷卻塔施工中水泥用量不足。這兩方面均可造成混凝土強度的降低。但從冷卻塔體內(nèi)外壁氧化鈣析出結(jié)晶情況判斷,溶出性侵蝕是主要原因。

3 、冷卻塔施工配合比所存在問題的分析及配合比復核

對冷卻塔施工中所采用的混凝土配合比(見表6) 進行分析,并與冷卻塔施工規(guī)范進行對比,發(fā)現(xiàn)冷卻塔施工混凝土配合比中未摻引氣劑,根據(jù)經(jīng)驗,不摻引氣劑的C30 混凝土其抗凍等級一般不能滿足F250 抗凍等級的設(shè)計要求;同時發(fā)現(xiàn)冷卻塔施工配合比設(shè)計塌落度僅為30～50mm ,小于規(guī)范要求的50～70mm 塌落度,也小于冷卻塔施工期(夏季) 正常情況下冷卻塔施工要求的塌落度70～90mm ,進而推論出冷卻塔施工中可能存在人為的違反冷卻塔施工規(guī)范要求的冷卻塔施工方法如通過單加水來調(diào)整混凝土塌落度的問題(經(jīng)調(diào)查,甲方工程代表證實:冷卻塔施工澆筑中,混凝土入倉困難,確實發(fā)現(xiàn)有加水增大混凝土塌落度的做法) ———這是造成混凝土強度低下、混凝土抗凍抗?jié)B等耐久性能降低的主要原因。

為了證實2 # 冷卻塔施工中所采用的混凝土配合比的抗凍標號不足的推論,在試驗室,按照規(guī)范對冷卻塔施工混凝土采用冷卻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,靖遠河砂和山砂,對冷卻塔施工配合比進行復核,冷卻塔施工配合比不管是用粗砂還是用流砂,只要對砂率作適當調(diào)整) ,按照冷卻塔施工配合比成型,養(yǎng)護至規(guī)定齡期,進行抗壓強度和快速凍融試驗,測得混凝土抗壓強度滿足設(shè)計要求,而抗凍標號不足F150 ,遠小于設(shè)計抗凍標號F250 和F300 的要求。