煙囪內襯輕質(zhì)耐酸耐火澆注料產(chǎn)生裂縫的原因分析及對策論文
【摘要】文章針對鋼筋混凝土煙囪內襯出現的裂縫大小及分布情況，通過(guò)對材料性能和施工過(guò)程以及使用后質(zhì)量回訪(fǎng)情況的研究，對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析總結，對該材料的使用和施工進(jìn)行總結。
【關(guān)鍵詞】?jì)纫r澆注料；裂縫；析因與對策
一、工程概況
由廣西電力工程建設公司承建、中國電力咨詢(xún)公司和廣西正遠電力工程建設監理公司聯(lián)合監理的廣西合山電廠(chǎng)2×300MW改擴建工程240/7.0m鋼筋混凝土單筒式脫硫煙囪內襯采用BSJ-Y1型耐酸輕質(zhì)耐火澆注料，是當前國內首家應用在240m高度整體澆注連續施工到頂的煙囪。內襯施工從2003年3月24日開(kāi)始施工到2003年10月28日，歷時(shí)219天。施工期間，內襯曾在不同高度出現裂縫，主要是環(huán)向裂縫，特別在40～60m標高范圍較為明顯。期間，停工整改22天。針對出現的問(wèn)題，業(yè)主及監理部多次召集施工單位、廠(chǎng)家代表等召開(kāi)專(zhuān)題分析會(huì )進(jìn)行討論研究，在現場(chǎng)進(jìn)行抽樣檢驗，并按不同時(shí)間段、不同環(huán)境因素來(lái)進(jìn)行抗壓強度試驗，對材料的倉儲、攪拌、施工過(guò)程等環(huán)節進(jìn)行分析研究，探索改進(jìn)施工工藝，掌握施工過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)，使整個(gè)煙囪內襯施工得以順利完成，于2003年12月5日得到國內部分煙囪專(zhuān)家組成的驗收組的充分肯定和好評，經(jīng)檢查驗收全部合格，滿(mǎn)足設計要求，并于2005年9月15日至9月17日通過(guò)由16名領(lǐng)導和專(zhuān)家組成的“達標投產(chǎn)考核復檢組”的復檢，工程質(zhì)量全部合格，優(yōu)良率達到規程規范的要求。
合山電廠(chǎng)2×300MW改擴建工程二號機組于2004年9月15日完成168小時(shí)滿(mǎn)負荷試運轉，二號脫硫工程于2005年3月15日投運。煙囪內襯工程投入使用至今，差不多兩年時(shí)間，期間通過(guò)兩次的質(zhì)量回訪(fǎng)表明，雖然運行過(guò)程中，煙氣中SO排放量有超標現象，排煙溫度也比設計要求的高，但質(zhì)量穩定，沒(méi)有出現質(zhì)量問(wèn)題，滿(mǎn)足設計和規范要求。
二、澆注料的基本特性
根據設計圖紙要求，煙囪筒壁內襯采用東北某城市某不定型耐火材料廠(chǎng)生產(chǎn)的BSJ-Y1型耐酸輕質(zhì)耐火澆注料，該澆注料既作為耐酸亦作為耐火隔熱使用，不設隔熱層。該澆注料以輕質(zhì)骨料、粉料、粘合劑和添加劑組成，粘合劑主要成分為水玻璃。輕質(zhì)骨料結構孔隙率大，表面粗糙，粒徑約5mm，骨料和粉料吸水率和吸濕性大，按配合比攪拌后流動(dòng)性差。對運輸和倉儲要求比較高，生產(chǎn)廠(chǎng)家出廠(chǎng)時(shí)已把骨料和粉料配成混合料并用編織袋包裝好運到現場(chǎng)，臨時(shí)存放在排水措施良好、防雨防潮干燥的倉庫。
BJS-Y1型耐酸輕質(zhì)耐火澆注料經(jīng)現場(chǎng)按要求取原材料樣品送國電電力建設研究所對其性能進(jìn)行測試，檢測結果如附表。
從國電電力建設研究所對送樣材料的檢測結果可以看出，該澆注料具有體積密度小、凝固快、使用溫度高、抗壓強度隨著(zhù)溫度和酸度的提高而提高、導熱系數小、線(xiàn)膨脹系數小等特點(diǎn)。
三、施工工藝及裂縫出現
�。ㄒ唬┰O計要求
按電力規劃設計總院意見(jiàn)，筒壁內襯采用東北某市不定型耐火材料廠(chǎng)生產(chǎn)的輕質(zhì)耐酸澆注料BSJ-Y1型，該澆注料亦作為煙囪隔熱材料使用，本煙囪不另設隔熱層。為了使該澆注料與鋼筋混凝土筒體更好粘結接觸，取消鋼筋混凝土內表面涂抹的瀝青隔離層，澆注料內鋼筋涂抹環(huán)氧漆以防腐蝕。為了完全支承和拉結直接澆筑在筒壁內側的輕質(zhì)澆注料，外筒體施工時(shí)沿著(zhù)標高方向每隔10.5m設暗牛腿，其做法是預埋Ф20＠200鋼筋環(huán)向布置，同時(shí)在筒體內側表面設置Ф20＠900×900鋼筋,梅花狀布置。內襯澆注料厚度90m高程以下300mm，90m～115m為250mm,115m～155m為200mm,155m以上為150mm。
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施工工藝流程：模板安裝→350型立式強制式攪拌機拌料→混合澆注料入槽→丁字型專(zhuān)用工具振搗密實(shí)→澆注料固結后拆�！羁p處境→模板安裝。
施工時(shí)要嚴格按配合比下料，注意配料順序，掌握攪拌時(shí)間，做好天氣及環(huán)境溫度變化的施工措施，不準使用機械振搗，只能使用專(zhuān)門(mén)制作的丁字型工具進(jìn)行搗固。澆注料在搗固成型固結拆除模板后，要用2.5～3mm厚的無(wú)齒鋸切割伸縮縫，尺寸為1.5×1.5m,深度約為25mm。
�。ㄈ┝芽p的出現及發(fā)展
由于煙囪施工采用電動(dòng)提升翻模技術(shù),內襯與筒體同時(shí)施工。標高18.95m以上的澆注料在2003年5月4日開(kāi)始隨鋼筋混凝土外筒一起施工,經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的施工,2003年6月10日發(fā)現內襯40～60m標高區段內有明顯水平環(huán)向裂縫,主要分布在環(huán)形暗牛腿下400mm范圍。之后繼續施工，主要是為了觀(guān)察裂縫的發(fā)展情況。經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的觀(guān)察，發(fā)現裂縫寬度逐漸加大，長(cháng)度不斷擴展，最寬處達到50mm左右，單條最長(cháng)約15m，到2003年7月15日，裂縫基本穩定。7月16日監理部組織了承包商、材料廠(chǎng)家、業(yè)主、設計單位等有關(guān)人員對裂縫情況進(jìn)行分析，與會(huì )者認為，要分析裂縫產(chǎn)生原因，提出處理方案，繼續觀(guān)測裂縫發(fā)展情況，施工可繼續進(jìn)行。2003年8月12日，標高130.5～132.1m內襯施工拆模后,發(fā)現幾條豎向裂縫,寬度不足1mm,長(cháng)度只有500mm左右,其特點(diǎn)是在拆模后即出現,且貫通整個(gè)澆注層。
四、裂縫產(chǎn)生的原因分析
2003年8月13日和27日上午，監理部再次組織了承包商、材料生產(chǎn)廠(chǎng)家、業(yè)主、設計等相關(guān)單位人員召開(kāi)了專(zhuān)題分析會(huì )，其中27日的會(huì )議區電力質(zhì)檢中心站的專(zhuān)家也參加了。會(huì )議要求對裂縫部位按修補方案修補完成后繼續觀(guān)察一段時(shí)間。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間觀(guān)察和對所有已施工的內襯澆注料進(jìn)行檢查，沒(méi)有發(fā)現裂縫。通過(guò)兩次專(zhuān)題會(huì )的召開(kāi)，認為裂縫的產(chǎn)生要從多個(gè)方面來(lái)分析，原因不止一個(gè)，應是多方面原因綜合引起。
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施工期間剛好是炎熱的夏季，白天、晚上的溫差較大，白天上半天與下半天的溫差也較大，主要表現在上半天太陽(yáng)曬到半邊煙囪筒體，下半天曬另外半邊，這樣筒體的受熱程度不一樣，溫差引起的脹縮就不一致，但溫差應力引起的裂縫通常表現為雜亂無(wú)章，沒(méi)有規律性。
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澆注料主要由輕質(zhì)骨料、粘結劑和添加劑組成，其中粘結劑主要成分為水玻璃，而骨料吸水率和吸濕性大，澆注料凝結固化過(guò)程中的自然脫水現象，必然產(chǎn)生收縮應力，但脫模后已進(jìn)行1500×1500mm見(jiàn)方縫寬2.5～3mm深度25mm的切縫處理,而結構為園筒體,收縮應力引起的裂縫通常為豎向分布,并且應大面積出現和較細小。
�。ㄈ┉h(huán)境因素
該內襯澆注料比較多應用在石化系統,并都使用在氣候比較干燥的北方地區，結構物一般都不很高。這是首次使用在雨水較多、濕度較大的南方地區，在脫硫處理的火力發(fā)電廠(chǎng)也是剛開(kāi)始使用，同時(shí)也是首次用在240米高的煙囪上。施工和倉儲期間雨水較多，空氣濕度較大，施工環(huán)境較差，工作場(chǎng)地狹小。該材料要求施工溫度以5℃～30℃為宜，低于5℃或高于30℃時(shí)要經(jīng)過(guò)廠(chǎng)家現場(chǎng)技術(shù)員調整配合比后才能施工。夏秋季時(shí)間，大部分施工時(shí)環(huán)境溫度都在30℃上下波動(dòng)，并且溫差較大，需要經(jīng)常調整配合比。
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本煙囪內襯澆注料由于在南方和火力發(fā)電廠(chǎng)的首次應用，施工工藝不可能成熟，操作工人的技術(shù)熟練程度比較低，材料的配合比隨著(zhù)氣溫和環(huán)境的變化而經(jīng)常調整，勢必對操作工人提出更高的要求，稍不注意就會(huì )出現人為偏差。
五、對策與措施
由于該材料是一種新材料，新施工技術(shù)，國家又沒(méi)有這方面的規范標準只有企業(yè)自已的標準，連行業(yè)標準也沒(méi)有，施工只能按照材料生產(chǎn)廠(chǎng)家的施工說(shuō)明的驗收標準要求，從而大大地增加了施工管理和質(zhì)量控制的難度。裂縫出現以后只能通過(guò)多次專(zhuān)題會(huì )來(lái)分析研究解決問(wèn)題的辦法，從而有效地保證了煙囪的順利施工和工程質(zhì)量。
通過(guò)以上原因分析，解決問(wèn)題的辦法主要是從人的方面入手。對于出現較大環(huán)向裂縫的地方，可能是操作工人在攪拌時(shí)加入較多的粘結劑；對于拆模后即出現豎向裂縫可能是拆模時(shí)間過(guò)早，或
者是拆模時(shí)振動(dòng)過(guò)大以致對剛固結的澆注料擾動(dòng)較大造成。
控制人的不穩定因素是保證質(zhì)量穩定的關(guān)鍵，控制好配合比的準確性，掌握好拆除模板的時(shí)間，關(guān)注環(huán)境溫度和天氣變化，對操作人員振固時(shí)跟蹤監督到位，加強材料生產(chǎn)廠(chǎng)家的技術(shù)人員現場(chǎng)指導跟蹤的力度，從而從根本上保證了煙囪內襯澆注料在132.1m以上標高不再出現裂縫。
六、材料使用的局限性和存在隱患
BSJ-Y1型耐酸輕質(zhì)耐火澆注料雖然在石化系統被廣泛應用，并且基本在北方地區范圍使用，在火力發(fā)電廠(chǎng)項特別是在有豐富雨水和大濕度的南方地區使用，況且還是脫硫項目，技術(shù)不夠成熟，沒(méi)有可靠的經(jīng)驗數據作為支撐，也沒(méi)有相應的行業(yè)和國家標準作參考，大量的應用還存在一定的局限性。在施工中雖然采取了現場(chǎng)切割25mm深2.5～3mm寬1500×1500mm見(jiàn)方的伸縮縫處理,恰恰這樣的處理為以后使用留下很大的隱患。經(jīng)過(guò)切割處理以后，雖然該材料的線(xiàn)膨脹系數很小，在常溫300℃情況下只有0.03×10-6，但畢竟存在，切縫處在施工期間和使用時(shí)等條件下各種應力作用是否出現通縫，只有經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的使用才知道。只要有通縫就有可能對鋼筋混凝土外筒體造成腐蝕破壞，就會(huì )存在很大的隱患。
七、結語(yǔ)
目前廣西合山電廠(chǎng)2×300MW改擴建工程240/7.0m鋼筋混凝土單筒式脫硫煙囪內襯采用BSJ-Y1型耐酸輕質(zhì)耐火澆注料的成功，填補了國內單筒式脫硫煙囪使用整體式澆注料工藝方面的空白，也說(shuō)明了該澆注料專(zhuān)利技術(shù)在火力發(fā)電廠(chǎng)的成功應用，并且創(chuàng )造了國內造價(jià)最低的單筒式脫硫煙囪，今年廣西區內在建的兩個(gè)火電項目正在得到應用。這對于我國火力發(fā)電行業(yè)的脫硫煙囪內襯施工工藝的發(fā)展、內襯澆注料的選擇、降低工程造價(jià)等方面將起到積極的推動(dòng)作用。
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