石化裝置中混凝土的腐蝕分析及加固措施

朱立新（洛陽石化工程質量監督站 河南 洛陽 471012）

一、前言

石化裝置在長期的使用過程中，用于承載大型設備的鋼筋混凝土基礎出現了不同程度的表層剝離、開裂、鋼筋外露、銹蝕的現象，對設備的安全運轉造成重大影響。某裝置區內罐的框架式基礎竣工近十年后，出現大量縱向裂紋，并且在近一年時間里，裂縫快速發展，其寬度達到1毫米以上，表面粉刷層及鋼筋保護層局部出現起鼓、脫落，透過縫隙可見部分鋼筋外露、銹蝕，嚴重威脅到設備的安全運行。該設備基礎所處的環境為含有二氧化硫的大氣。同時，設備外部有液體排出，滴落在框架上表面，并從框架外側滲出。

二、原因分析

在低強度的混凝土中，由于水泥漿含量低、水灰比大，骨料相對含量高，骨料之間存有大量孔隙，在攪拌、振搗時水會在這些骨料孔隙間流動，流動特性基本上與其他多孔物體的滲透流動相同。這些流動的水會形成通道，其直徑遠比毛細管大。

長期與水接觸的混凝土結構，混凝土中起重要支撐作用的石灰會被溶解，使液相的石灰濃度下降，在混凝土外表面，游離的石灰在水的溶解下，濃度不斷降低，由于內外濃度的差別，混凝土內部的石灰會不斷向外溶出，其結果同樣造成混凝土強度下降。外觀表現為表層混凝土變得粗糙、易剝落。

2.二氧化硫的影響

外界的二氧化硫滲入后，首先將直接降低毛細管內液體的酸堿平衡濃度，為了維持濃度平衡，固態的游離石灰溶解加以補充。當在毛細管內堿度在酸的作用下迅速下降時，附近的固態游離石灰很快耗盡，堿度繼續下降至水化產物的極限值時，硅酸鹽結晶組分會分解，由高鈣水化產物向低鈣水化產物轉化，以不斷釋放出石灰。最終，如果所有構成強度的高鈣結晶都遭到分解而形成低鈣結晶，甚至進一步分解形成毫無膠結能力的硅膠和鋁膠，形成破壞。

3.硫酸鹽的影響

硫酸鹽與硬化水泥漿中的鋁酸鹽通過反應，會在鋁酸鹽表面形成鈣礬石。而鈣礬石的形成，對混凝土內網狀結構沒有貢獻，相反，由于鋁酸鹽形成鈣礬石的過程中，體積會增大到原來的8倍，形成巨大的膨脹應力。同時，硫酸鹽還會與硅酸鹽生成鈣硅石（主要由氫氧化鈣、碳酸鈣、二氧化硅和石膏在低溫下形成），使混凝土表面產生鼓泡、脹裂和凸起，使混凝土松軟，強度降低。

4.水凍融的影響

一般認為，因為混凝土中含有充滿毛細管的自由水（它的冰點和毛細管的管徑相關，并且不可能是純水，在低濃度部分，它的冰點通常在-1攝氏度左右）。在冬季遇冷時結冰，產生體積膨脹，超過混凝土抗拉強度時，引起混凝土內毛細結構的破壞。當這種破壞不斷積累后，會形成微裂縫。在多次反復凍-融循環作用下，混凝土中的微裂縫會相互貫通，其強度會逐漸降低，混凝土表面剝落，造成破壞。這種情況在低強度的混凝土中更加明顯。

我國要求生活垃圾焚燒的排放必須滿足GB 18485—2014標準，二惡英排放值需低于0.1 ng/m3［5］，飛灰收運和處置需按危險廢物進行管理。但是，國內農村地區的小型焚燒爐很難配置完善的煙氣凈化系統，飛灰安全處置也難以實現，因此降低排放物原始污染濃度是一個必然的選擇。

5.堿溶液的影響

當混凝土表面被堿溶液浸潤，其蒸發面暴露在含有二氧化碳的大氣中時，溶液在毛細管的外端不斷蒸發，堿溶液與二氧化碳形成的堿金屬碳酸鹽濃度不斷提高，最終在該處達到過飽和，加速侵蝕作用。同時，析出的結晶鹽，會隨著溫度的變化，由帶水結晶體轉化為含水結晶體，體積會大量增加，從而形成膨脹應力，當應力超過混凝土抗拉強度時，也會形成類似水凍融產生的破壞。

6.鋼筋的銹蝕

在混凝土受到侵蝕時，混凝土的堿性會下降，而堿性是維持電化學反應不再繼續進行的必要條件。當堿性降低時，鋼筋的這層鈍化膜會遭到破壞，電化學反應會繼續進行，持續生成氧化物，最終形成大量氧化物（鐵銹）的堆積。鐵銹的體積比鐵元素大很多，這又引起了鋼筋體積的膨脹，最終會破壞混凝土，造成開裂。其裂縫通常沿鋼筋的方向延伸，從外觀看為基本平行的縱向裂縫。

三、處理方法

綜上所述，混凝土的腐蝕是一個非常復雜的問題，混凝土的腐蝕往往是各種因素綜合作用所產生的結果。結合該設備基礎實際環境情況，對該設備基礎的處理主要采取隔絕外界液體腐蝕的方法進行處理。

經過詳細測量，該基礎未發現不均勻沉降，并且周圍硬化地面情況良好，說明基礎地下部分未受腐蝕。針對柱開裂嚴重，鋼筋發生銹蝕，可以采取濕式外包鋼加固防腐。即對框架柱的裂縫進行修補，增加防腐措施，并且對因銹蝕造成鋼筋的強度損失進行彌補。具體做法如下：

1.將原鋼筋混凝土柱表面疏松層去掉，對疏松層下的裂縫可以用超細混凝土注漿料灌實。柱表面用乳膠水泥（乳膠含量不少于5%）修補平整。柱四角磨出小圓角，用鋼絲刷刷毛，用壓縮空氣吹掃干凈。

2.柱角抹5厚乳膠水泥，立即粘上角鋼，并用夾具在兩個方向上將柱四角的角鋼夾緊，夾具間距不大于500毫米。

3.焊接扁鋼。焊接時注意分段交替焊接。焊接過程應在膠漿初凝前完成。

4.鋼結構完成后抹30厚乳膠水泥保護。

該基礎經本方法加固施工后，效果良好。

四、處于裝置區內鋼筋混凝土結構設計時可采取的防腐措施

1.結構設計

在設計中解決混凝土腐蝕問題，是最根本的方法。在確定設計標準時，不能參照一般性的設計規范，應根據具體的情況，適當提高對混凝土的抗滲等級的要求，并且采用盡量減少構件中的應力水平，嚴格控制鋼筋的直徑，限制裂縫的寬度不得超過0.2毫米，在容易受到雨淋或可能積水的混凝土構件表面做成斜面，或者設置排水系統等方法。

從構造上來說，可以適當提高混凝土的標號，加大鋼筋保護層的厚度。根據《混凝土結構耐久性設計規范》要求，處于含有腐蝕性氣體的環境中，混凝土強度等級應提高一級，鋼筋保護層厚度也應相應增加。

從材料方面，根據實際情況，可采用火力發電廠電除塵產生的優質細粒粉煤灰作為添加劑，將能有效提高混凝土的耐久度。根據資料建議，粉煤灰摻合量約在20%～50%之間，具體可以通過實驗確定。

在設計中，還要考慮具體的生產工藝條件，以及出現事故時，侵蝕介質的變化情況。這是必須要加強考慮的。

2.施工控制

混凝土生產應確保高質量、高密度、永久性和耐用型混凝土。混凝土澆筑在規定的溫度范圍內進行。骨料應保持在陰暗處，也可以使用冷水消除混凝土的溫度。如有必要，在大面積澆筑時，可以使用冷卻水循環管降低溫度。在混凝土施工縫表面不應有影響混凝土或降低接縫表面粘合的碎片和任何其他物。在有液體飛濺區避免或嚴格限制使用施工縫。施工時嚴格操作程序，保證施工質量。

從施工后處理方面，可以對混凝土進行表面處理，涂覆防腐涂料或附加保護層。實際經驗表明，涂覆氯化橡膠漆類、聚氨脂漆類和樹脂涂料等，保護周期可達20年左右。附加瀝青、玻纖布瀝青、玻纖布樹脂，也有良好的效果。

結論

根據混凝土的腐蝕主要因素，結合設備基礎所處的環境情況，提出了以隔離外界腐蝕、提高強度為主的加固、防腐處理方法。對類似的混凝土設備基礎，應在設計施工中就采取必要的防腐的措施，主要包括添加粉煤灰、改善施工工藝、混凝土的表面處理等方法，避免今后出現類似的問題。

[1]劉傳明、劉咸,鋼筋混凝土的腐蝕原因與防護措施,全面腐蝕控制,2002,6.

[2]李季.水工混凝土腐蝕及防護措施,丹東海工,2009(13):39-40.

[3]羅獻彬.混凝土結構的腐蝕因素及預防辦法.中國新技術新產品,2009（7）:38.

[4]混凝土結構耐久性設計規范GB/T50476-2008.

[5]工業建筑防腐蝕設計規范GB50046-2008.