冷却塔下部混凝土表面脱落原因分析及处理建议

殷广庆

（中海油石化工程有限公司， 山东 济南 250014）

0 引言

接XX集团第三电厂电话通知，冷却塔下部混凝土表面出现大面积脱落。应业主要求，2011年3月5日到达现场。并于当日下午会同XX集团第三电厂和冷却塔施工方的有关领导，及施工监理等相关人员，共同对第三电厂冷却塔进行了检查，现将检查情况和原因分析及处理建议汇报如下：

1 冷却塔下部混凝土表面脱落情况

（1）最外圈部分淋水柱表面部分出现脱皮、石子外露，有一根柱水面以上至牛腿根部均有脱落，外侧脱落严重，部分箍筋外漏，内侧相对较轻，南北方向对比，南侧脱落严重，北侧相对较轻。混凝土脱落厚度一般为10mm～20mm，最大厚度不超过30mm。水下部分未发现有混凝土脱落现象，且除最外圈淋水柱以外，其它柱均未发现有混凝土脱落现象。

（2）极个别梁外侧有混凝土局部脱落现象，但面积不大，脱落厚度很小。梁底及梁内侧未发现。

（3）吸风口（人字柱处）上环梁内侧挑檐混凝土表面大面积脱落，脱落厚度较大，观感出现混凝土渣、松散，损伤严重。

（4）内壁挑檐以上3～4模板高度范围内，约有一半面积的表面出现麻面、脱皮、凸凹不平，但厚度一般较浅，严重处石子外漏。

（5）最外圈Bs水槽临近筒壁一侧，发现有一处端部约1米长范围内上口出现混凝土脱落，且临近筒壁一侧较重，内侧逐渐减轻。

（6）根据监理人员介绍，经现场回弹测试混凝土强度还能达到设计要求。

现场部分实拍照片如下：

图1 外侧淋水柱表面大面积脱落，内侧柱基本完好

图2 人字柱上环梁内侧挑檐混凝土大面积脱落

图3 筒壁内侧根部混凝土表面局部脱落较严重

另外，检查中还发现筒壁内侧有多处锈渍痕迹，主要是施工埋设的铁件和绑扎钢筋铁丝外漏，在微咸水水蒸气作用下锈蚀产生。

2 原因分析

从上述检查情况来看，混凝土表面脱落部位集中发生在冷却塔下部冷风入口处，而且是冷却塔内部长期浸水或与水蒸气长期接触的部位。混凝土表面损伤的形态和发生的时间也完全符合冻融破坏的特征。初步分析判断造成此次混凝土表面脱落的直接原因系冻融破坏造成。

通过对该冷却塔的使用情况和类似工程案例资料分析对比，造成此次冻融破坏的主要原因分析如下：

2.1 工程案例：

就目前掌握的资料，类似这样短期内造成冷却塔冻融破坏的工程案例在我国仅有一例：

东北某电厂冬季试车，由于长时间低负荷运转且多次开停车整改调试，造成冷却塔冻融破坏，特别是淋水构件破坏严重，淋水柱发生断裂。

2.2 主要原因分析：

冷却塔淋水面积系按照夏季最高气温时满负荷运转所需的冷却水换热量计算确定。在冬季气温较低时，我国北方寒冷地区和严寒地区，在设计额定工况运转时，通过对吸风口的围挡，适当控制进风口的通风面积，控制回水温度和冷却塔结冰现象，也能够满足安全运行的要求[1]。但前提是运行状态一定要稳定，否则必须随着运行负荷的变化及时调整冷却塔进风口的通风面积。避免反复冻融或者结冰过厚造成冻融破坏或淋水构件因荷重过大而破坏。寒冷地区和严寒地区应尽量避免冬季气温在冰点以下时冷却水换热量过小的情况发生，否则在气温过低时冻害难以避免。

此次发生混凝土表面大面积脱落的冷却塔，从启用至今已经过了2009、2010两个冬季。这期间运行状况基本未达到设计额定运行工况，一直是低负荷运行，且运行工况波动频繁。09年冬季过后，仅在冷却塔北侧内壁局部发现少量点状脱落，基本没有发生目测可以发现的冻融破坏。我们认为造成此次混凝土表面大面积脱落的主要原因有以下几个方面：

2.2.1 整个冬季长时间低负荷运行，远未达到额定运行工况且波动频繁，造成冷却水换热量过小。2010年冬季气温过低，反复冻融形成冻害。

2.2.2 2009年冬季运行工况与2010年基本相同，但冻害程度远低于2010年冬季。证明仅是冬季长时间低负荷运行，山东地区（属寒冷地区，而非严寒地区）冬季气温无明显异常时，通常不会发生大的冻害。2010年冬季遇到几十年未遇的冷冬，冬季气温异常偏低。这也是此次冻害形成的又一重要原因。

2.2.3 09年冬季的非正常运行工况虽然基本没有发生目测可以发现的冻融破坏，但是已经造成了轻微的冻融损失。

前两条是主要原因，加上第3条的积累，造成了这次混凝土表面大面积脱落集中暴发。这是发生本次冻融破坏的主要原因。另据了解得知，本工程混凝土表面采用的防腐蚀涂层非设计规定的冷却塔专用高效防潮防水防腐涂料，而是采用了普通的非防水型涂料，也是造成本次混凝土表面大面积脱落的另一重要原因。

3 安全危害分析

3.1 淋水柱：

由于柱表面混凝土脱落，造成混凝土柱截面积减小，加上表面混凝土脱落后的裸露凹凸面混凝土在冻融作用下的强度损失，淋水柱的强度损失较大，已经对冷却塔淋水结构的安全形成较大威胁，必须立即进行加固处理[2]。

3.2 挑檐：

挑檐本身不是重要承重构件，挑檐的损伤不会对塔筒结构的安全造成大的影响。但是由于挑檐损伤严重，已经影响了凉水塔正常使用。

3.3 塔筒内壁：

塔筒内壁损伤面积较大，但深度不大，且都在塔筒下部筒壁较厚处。由于塔筒本身刚度较大，虽然对塔筒强度形成一定的损失，但目前对塔筒安全威胁不大。

4 处理方案建议

针对损害情况，建议分别采取下述方案进行处理：

4.1 淋水柱

对于表面混凝土脱落的淋水柱，建议采取全柱（水池顶面至牛腿根部）外包水泥基无收缩灌浆料，包裹厚度30～50mm。

施工时应注意的问题：

4.1.1 施工前应将水池内水全部排空晾干；

4.1.2 柱表面松动的混凝土剔除并冲刷或清理干净；

4.1.3 外漏钢筋表面锈蚀清理干净；

4.1.4 灌浆料应浇灌密实，不得有空鼓、气泡，表面应平整光洁。

4.1.5 顶端应做成向外倾斜45度的光滑斜面，严禁形成积水。

4.2 其它（包括梁侧、塔筒内壁、挑檐、水槽表面等）

其它表面混凝土脱落的部位，建议采取高强聚合物砂浆抹面。高强聚合物砂浆掺加多种高分子聚合物改性剂、胶粉及抗裂纤维，应具有良好的施工和易性、粘接性、抗渗性、抗剥落性、抗冻融性、抗碳化性、抗裂性、钢筋阻锈性能并具有高强度等性能[3]。高强聚合物砂浆基本性能应满足或优于下表的规定：

表1 基本性能指标

4.2.1 施工时应注意的问题：

1） 确定修补区域，其修补处理范围应比实际破损范围向外扩大100mm，切割或剔凿出混凝土修补区域的垂直边缘，其深度≥5mm（此深度按选定产品的要求确定）以免修补区域边缘薄片化。

2） 将修补区域内混凝土基层表面浮尘、油污清理干净，并剔除疏松部分。

3） 清理修补区域内裸露钢筋表面的锈质和杂物。

4） 将清理好的修补区域内混凝土基层用混凝土界面处理剂进行界面处理。

5） 用气泵或水将处理过的修补区域内混凝土基层表面清扫干净，进行下道工序时不得有明水存留。

6） 严格按照产品要求进行搅拌、施工、养护。保证施工质量。

4.2.2 在上述两项工作完成后，建议对塔筒内壁、上下环梁内侧及上环梁下侧和下环梁上侧、水池内表面、淋水构件外漏表面均重新涂刷冷却塔专用高效防潮防水防腐涂料。

1）涂料要求：涂膜应具有优良附着力和粘结强度，优异的耐水、耐化学药品性，优良的三防性能，漆膜致密性好，优异的耐酸碱盐性能，抗—40℃长期冻害。建议采用环氧、聚氨酯聚合物组成的高效防腐涂料或玻璃鳞片涂料[4]。干膜总厚度至少应大于200μm。

2）施工时应注意的问题：

涂刷前应对涂刷面进行全面检查清理，所有混凝土基层有破损处和锈渍污染处均应清除干净并抹平。

在选定涂料正式订购前，应对涂料底漆进行试刷。可选取原有涂层完整的部位，用待定涂料底漆进行试刷，验证待定涂料与原有涂层无任何不良反应，并且结合牢固后方可批量采购施工[5]。

5 结论

本文以实际案例分析了导致冷却塔下部混凝土表面脱落的原因，并针对性的提出了解决方案，指出了修复施工过程应注意的问题。另外，笔者建议在日后的新建项目中，应考虑针对冻融、冻害等气候温度影响制定完善施工方案，涂料方面应以防潮防水防腐为主，避免后期使用中需要多次修复的情况出现。