"烟塔合一"的冷却塔内外壁防腐处理

    自上世纪80年代以来，火电厂的冷却塔不仅只用来冷却水，而且用来排烟，就是说，传统的冷却塔被赋予了双重功能。但由此而引出的问题是PH-值大约为3.5的酸性物质对冷却塔的腐蚀，所以要进行对冷却塔内外壁防腐处理。
    自那时开始的防腐蚀措施是在结构表面贴一个防护层：使用的较多的是环氧树脂类、乙烯树脂类（Epoxidharz and Vinylesterharz）及橡胶基类材料。但由于这些防护层抗老化能力差，寿命短，经常维修造成企业大量的运行成本，故这种方案在问世不到十年的时间里，就陆续被新的冷却塔内外壁防腐方案代替了。比如世界上排名前列的德国RWE电力集团，1999年在新建200米高的冷却塔时，使用的就是一种具有抗酸腐蚀能力的水泥基矿物质类材料“抗酸水泥”。
    理想的防腐效果使得从此之后，联邦德国和欧盟国家新建的冷却塔的“贴”防腐层逐渐地被新型的防酸水泥或与钢筋混凝土具有相同理化特性的水泥基类矿物质涂料所代替。过去几年中，欧盟国家越来越多的工程实践证明了这一方案较之于前者的极大优越性。
    钢筋混凝土表面和防腐层的共同受力是通过结合面传递的，而界面粘结好坏对其共同工作起着决定性的作用；结合面的好坏直接影响防腐效果的安全性和耐久性。处于恶劣自然环境下，由于钢筋混凝土表面和防腐层的粘结力过低而导致防腐失败的例子很多，原因之一就是两者的粘结力不足以抵抗结合面处因外力作用产生的附加应力所导致的。过去几十年中，混凝土表面和防腐层的粘结问题一直解决得不好。就世界上知名的美国烟塔设计及施工公司IPX的统计表明，用有机类材料所作的的防腐层迄今为止还没有超过5年而不脱落的。
    影响界面粘结的因素很多，归纳起来有：被保护混凝土表面的处理方法（凿除技术、凿除深度、界面微裂缝处理及表面粗糙程度），防腐材料的收缩率、材料各组分用量、比例、界面剂、施工质量、养护方法及气候状况如湿度、温度情况等等，各因素之间互相牵制，从而使粘结问题变得错综复杂。大量的工程实践和理论分析结果表明：界面处理情况、防腐材料的特性、界面剂的使用等是影响混凝土表面和防腐层粘结的最主要因素。(图1)

    防腐涂层固化过程中由于混凝土和防腐层的收缩膨胀率不同，当二者出现收缩时，不一致的收缩率，导致了两个不同材质间的必然分离。此外，新钢筋混凝土收缩产生的微裂缝也是粘结强度降低的主要原因，而其它如冻融循环的影响作用要小得多。
    防腐层长期裸露在空气中，往往因湿度的变化膨胀或收缩。涂料的吸水率对防腐层空鼓、脱落的影响甚大。吸水率大表明材料材质疏松，湿热膨胀大，容易引起空鼓、脱落。由湿度引起的变形中，膨胀值是其收缩值的1/9。由于干缩速率往往是一条逆降的曲线，初期干缩迅速，时间长会逐渐减缓，这种收缩是不可逆的。而湿度变化造成的收缩是一种干湿循环的可逆过程。当收缩应力大于抗拉强度时，必然产生裂缝。(图2)

    温度变化导致混凝土表面和防腐层膨胀或收缩，不同材质有不同的温度系数和变形应力。热膨胀在界面产生温度应力，一旦温度应力大于材料的抗拉强度，将使材料发生相对位移，导致防腐层产生裂缝。部分防腐层暴露在阳光下，其表层温度有可能会大大地超过气温，甚至高出环温的一倍以上，加上日照时间变化及寒冬酷暑温差的变化，产生的温度应力较大使表面收缩裂缝，虽然温度应力产生的裂缝较为细小，但如此反复裂纹就会不断的扩大。
    为了提高粘结能力，理论上，只有当涂料完全渗透到不规则表面处，提高表面粗糙度才有利。实际中，由于不能完全渗入，故涂料与表面的接触会比相应的几何面积还小，并且在涂料和基底间留有空隙，空隙中驻留的气泡会导致水汽的聚积，最终导致附着力的损失。这种现象普遍存在，即使训练有素的德国施工队伍也无法做到涂料在不规则表面使之完全渗透。(图3)

    过去很长时间里，特别是上世纪80年代到90年代，为防止防腐层空鼓、脱落，往往采用高强度的粘结剂，误认为粘结剂强度越高粘结效果就会越好。其实不然，某些粘结剂的收缩性由于与间层及面层的湿热膨胀相差甚大，其间产生大量气泡，减少了有效粘结面积，最终导致工程使用不到两年，防腐层出现大面积空鼓和脱落。
    工程实践表明：只要涂膜稍具流动性，涂膜收缩，厚度不均匀以及三维尺寸的变化就很少会生成不可释放应力。但随着粘度和涂层强度的增加以及对底材的附着力逐渐形成会生成大量的应力，并残留于干膜中。在固定施工参数（湿膜和干膜厚度）时，凸起部分的涂层厚度比凹陷处小，导致物理性质不同。这种不均匀涂层具有很高的内部应力，在投入应用时，会进一步受到底涂溶剂的侵蚀或老化的影响，偶而会超过涂膜的应力承受能力，导致裂纹、剥落或其他涂膜完整性的降低。
    使用有机材料作为防腐层时，通常要做一个找平层。找平砂浆的配料中简单掺入石膏或石灰粉，虽和易性改善，但砂浆强度下降，抗剪切力和粘接强度也随之下降，极易空鼓开裂。
    大量试验表明，如果防腐材料的弹性模量、热膨胀系数、强度、徐变系数等物理力学性能与钢筋混凝土接近，就有利于二者的粘结。然而，这只是选择防腐材料是考虑的一个重要方面，现实工程中钢筋混凝土施工缝处漏水的情况到处都是，而施工缝的形成仅是由于混凝土没有在同一个时间浇筑而已。可见，选择与被保护结构材料的理化特性相近的防腐材料只是保证防腐层不起鼓脱落的一个必要条件。
    迄今为止，文献中还很少论及钢筋混凝土材料的自呼吸所产生的“排异反应”。在新浇筑混凝土进入稳定期以前，如果粘结于其表面的防腐层的水蒸气阻力系数较大，随着外界温度、湿度的变化，即使是施工很好的防腐层也能在较短的时间内被吹出鼓泡，导致防腐失败。
    综上所述，为了保证烟塔的安全、长周期运行，浙江恒通能源发展公司负责实施的大唐哈尔滨第一热电厂2×300MW项目就是采用德国固斯特建筑化工集团的烟塔合一结构防腐方案，主要特点为：防腐涂料与混凝土表层有良好的附着力，涂料具有良好的耐水、耐化学介质、耐冲刷、耐侯、耐老化，保光、保色性能突出，施工方便等。