聚丙烯腈纖維在冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

楊百紅 初建祥

(內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

聚丙烯腈纖維在冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

楊百紅 初建祥

(內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

通過分析某電廠冷卻塔纖維混凝土的配比及相關(guān)試驗情況，探討了聚丙烯腈纖維在混凝土中的高性能化作用機(jī)理，指出在混凝土中摻入聚丙烯腈纖維，達(dá)到了提高冷卻塔混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的效果。

冷卻塔，人字柱，聚丙烯腈纖維，混凝土，耐久性

濕式冷卻塔是燃煤發(fā)電廠的重要構(gòu)筑物，主要用于循環(huán)冷卻水的降溫。冷卻塔一般體型高大，呈雙曲線型，室外露天布置。冷卻塔塔筒主要承受風(fēng)荷載、地震力以及分布不均的溫度荷載，內(nèi)部布置有淋水裝置架構(gòu)。循環(huán)冷卻水用管道輸送至塔內(nèi)豎井，經(jīng)配水管槽均勻分成細(xì)流從高位噴淋而下，冷空氣從下部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，與噴淋水進(jìn)行熱交換后，從塔頂散發(fā)，所以冷卻塔的運(yùn)行環(huán)境非常惡劣，《火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)范》對塔筒、人字柱、水池混凝土的抗裂、抗凍、抗?jié)B均提出了較高的要求[1]。本文介紹了聚丙烯腈纖維在冷卻塔混凝土構(gòu)件中的應(yīng)用，從提高冷卻塔混凝土構(gòu)件耐久性的角度，分析了聚丙烯腈纖維對冷卻塔混凝土高性能化作用及其機(jī)理。

1 工程簡介

某電廠共設(shè)兩座淋水面積為4 500 m2的逆流式自然通風(fēng)冷卻塔。冷卻塔結(jié)構(gòu)部分由環(huán)板型基礎(chǔ)水池、人字柱、塔筒、內(nèi)部淋水裝置架構(gòu)組成，均為混凝土結(jié)構(gòu)。

塔筒為雙曲線形殼體結(jié)構(gòu)。冷卻塔高105 m，進(jìn)風(fēng)口高度7.8 m。塔的底部直徑85.628 m，喉部直徑48.0 m，頂部直徑50.99 m。殼體最小厚度160 mm，最大厚度700 mm，塔筒內(nèi)表面刷防潮涂料。冷卻塔人字支柱44對，截面d=600 mm，支柱下部固定在環(huán)板基礎(chǔ)上。

2 設(shè)計條件與特點(diǎn)

冷卻塔的構(gòu)件在運(yùn)行期間基本長期處在水汽的環(huán)境中，循環(huán)冷卻水經(jīng)過逐漸蒸發(fā)后，氯離子濃度逐漸增大，會增加對混凝土內(nèi)的鋼筋的銹蝕。支撐塔筒人字柱表面長期有水流過，到冬季則大量的結(jié)冰。考慮到冷卻塔結(jié)構(gòu)的重要性，冷卻塔構(gòu)件在混凝土滿足強(qiáng)度要求的同時，更要重視其耐久性，本工程設(shè)計時也對混凝土的密實(shí)性,抗?jié)B能力,抗凍能力，抗環(huán)境水侵蝕能力都提出了專門的要求,各部分構(gòu)件混凝土性能指標(biāo)如下：通風(fēng)筒，人字柱：C35，抗凍F200，抗?jié)BW8；環(huán)板基礎(chǔ)，人字柱支墩，水池壁：C30，抗凍F200，抗?jié)BW6。

對結(jié)構(gòu)材料做了如下要求：1)水灰比不大于0.5，水泥用量以300 kg/m3～350 kg/m3為宜。混凝土的具體級配：水灰比、水泥用量、加氣劑品種及用量等必須通過試驗確定。2)冷卻塔工程采用普通硅酸鹽水泥，其鋁酸三鈣含量應(yīng)低于8%，水泥強(qiáng)度等級不低于42.5 MPa，混凝土中不得摻用氯鹽。3)混凝土骨料應(yīng)選用堅硬潔凈的碎石或卵石，其最大粒徑不得大于結(jié)構(gòu)最小斷面的1/4，混凝土用砂以中砂為宜，其含泥量不得超過規(guī)范要求，不允許使用細(xì)砂。

另外，為了減輕混凝土的塑性龜裂，提高抗?jié)B性能，在水池池壁和人字柱的混凝土中均加入聚丙烯腈纖維，纖維的摻量為0.9 kg/m3，纖維的性能符合CECS 38—2004纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[2]的材料要求。

3 冷卻塔纖維混凝土配合比及試驗數(shù)據(jù)

為了保證工程質(zhì)量，本工程所選材料嚴(yán)格按設(shè)計要求控制。其中，聚丙烯腈纖維長度6 mm，纖度1.5 dtex。表1，表2分別給出了冷卻塔水池壁、人字柱混凝土配合比情況以及纖維混凝土的抗壓、抗?jié)B、抗裂試驗的結(jié)果。

表1 冷卻塔水池壁、人字柱混凝土配合比表

表2 試驗結(jié)果

4 聚丙烯腈纖維提高冷卻塔混凝土性能機(jī)理分析

工程建成后進(jìn)行了技術(shù)檢測，檢測結(jié)果表明，與以往的混凝土結(jié)構(gòu)相比較，此次冷卻塔的混凝土結(jié)構(gòu)的性能得到了較大的改善，混凝土的表面收縮裂縫明顯減少，常見的龜裂等現(xiàn)象幾乎未出現(xiàn)；冷卻塔構(gòu)件加入聚丙烯腈纖維后，明顯抑制了早期裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，為提高工程質(zhì)量起到良好的作用。

對于纖維提高混凝土的抗裂性能、抗?jié)B性能、抗凍性能等方

面的研究，上海同濟(jì)大學(xué)、國家混凝土制品研究中心等國家重點(diǎn)試驗室都曾做過系統(tǒng)的研究[3,4]，圖1，圖2即從定量的角度給出了纖維混凝土抗裂、抗?jié)B、抗凍方面的高性能作用。

混凝土是一種非均質(zhì)脆性材料，主要由水、水泥和粗細(xì)骨料攪拌而成，由于材料特性的限制，其抗壓強(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度低，所以在外部環(huán)境的影響和內(nèi)部復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，極易產(chǎn)生微裂縫影響其性能的發(fā)揮。在混凝土中摻入一定量的聚丙烯腈纖維后，通過攪拌使聚丙烯腈纖維均勻分布于混凝土的各處，而且聚丙烯腈纖維為各方向亂性分布，像一個三維的加筋網(wǎng)格作用在混凝土的內(nèi)部，使混凝土的各項受拉性能都得到加強(qiáng)。混凝土在施工攪拌時，受重力的影響會產(chǎn)生骨料的離析和泌水現(xiàn)象，影響了混凝土的均勻性從而使混凝土的性能大受影響。摻入聚丙烯腈纖維后，由于纖維的拉結(jié)作用，部分阻止了骨料和水分的移動，能有效緩解混凝土骨料的離析和泌水，這對提高混凝土的均勻性和減少由此產(chǎn)生的裂縫也是很有利的。綜上所述，聚丙烯腈纖維能有效減少混凝土的裂縫，從而對混凝土的抗?jié)B、抗凍的性能產(chǎn)生了較大的提高。另外，聚丙烯腈纖維不會與混凝土中的成分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，與混凝土的作用完全是物理性的，所以它不會影響混凝土原有的強(qiáng)度和其他性能，不會對混凝土產(chǎn)生有害的作用。

5 結(jié)語

冷卻塔的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件長期處于惡劣運(yùn)行環(huán)境中，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，如果混凝土的耐久性指標(biāo)得不到保證，在運(yùn)行幾年后很容易出現(xiàn)混凝土裂縫擴(kuò)大、逐漸剝落、露出鋼筋等嚴(yán)重后果，影響電廠運(yùn)行。本工程在冷卻塔的主要構(gòu)件混凝土中摻入了聚丙烯腈纖維，通過檢測，聚丙烯腈纖維對減少混凝土裂縫提高混凝土的抗?jié)B、抗凍能力具有良好的作用，從而有效地改善了混凝土的耐久性能。而且混凝土摻入聚丙烯腈纖維施工過程簡單方便，后期纖維對混凝土的其他性能無不良影響。所以在冷卻塔的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中摻入聚丙烯腈纖維是提高其混凝土性能的良好途徑。

[1] DL/T 5339—2006，火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)范[S].

[2] CECS 38—2004，纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 馮 煒，姚 武.聚丙烯腈纖維水泥基復(fù)合材料抗凍融性能研究[A].第十屆全國纖維混凝土學(xué)術(shù)會議論文集[C].2004:329-335.

[4] 姚 武，馮 煒.聚丙烯腈纖維高強(qiáng)混凝土抗凍融性能研究[J].低溫建筑技術(shù),2003(4):1-4.

Application of polypropylene fiber in cooling tower structure design

Yang Baihong Chu Jianxiang

(MongoliaPowerSurveyDesignInstituteCo.,Ltd,Huhhot010020,China)

Through analyzing fiber concrete mixing proportion and relevant testing conditions of cooling tower of the power plant, the paper explores high-performance mechanism of polypropylene fiber in concrete, and points out that: mixing polypropylene fiber in concrete achieves the effect of improving cooling tower concrete structure durability.

cooling tower, herringbone column, polypropylene fiber, concrete, durability

1009-6825(2017)01-0049-02

2016-10-30

楊百紅(1978- )，女，高級經(jīng)濟(jì)師； 初建祥(1973- )，男，高級工程師

TU528.572

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