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煙囪內襯輕質耐酸耐火澆注料產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，通過對材料性能和施工過程以及使用后質量回訪情況的研究，對裂縫產生的原因進行了分析總結，對該材料的使用和施工進行總結。
【關鍵詞】內襯澆注料；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、中國電力咨詢公司和廣西正遠電力工程建設監(jiān)理公司聯合監(jiān)理的廣西合山電廠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型耐酸輕質耐火澆注料，是當前國內首家應用在240m高度整體澆注連續(xù)施工到頂的煙囪。內襯施工從2003年3月24日開始施工到2003年10月28日，歷時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。針對出現的問題，業(yè)主及監(jiān)理部多次召集施工單位、廠家代表等召開專題分析會進行討論研究，在現場進行抽樣檢驗，并按不同時間段、不同環(huán)境因素來進行抗壓強度試驗，對材料的倉儲、攪拌、施工過程等環(huán)節(jié)進行分析研究，探索改進施工工藝，掌握施工過程的關鍵點，使整個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家組成的驗收組的充分肯定和好評，經檢查驗收全部合格，滿足設計要求，并于2005年9月15日至9月17日通過由16名領導和專家組成的“達標投產考核復檢組”的復檢，工程質量全部合格，優(yōu)良率達到規(guī)程規(guī)范的要求。
合山電廠2×300MW改擴建工程二號機組于2004年9月15日完成168小時滿負荷試運轉，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，差不多兩年時間，期間通過兩次的質量回訪表明，雖然運行過程中，煙氣中SO排放量有超標現象，排煙溫度也比設計要求的高，但質量穩(wěn)定，沒有出現質量問題，滿足設計和規(guī)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生產的BSJ-Y1型耐酸輕質耐火澆注料，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性差。對運輸和倉儲要求比較高，生產廠家出廠時已把骨料和粉料配成混合料并用編織袋包裝好運到現場，臨時存放在排水措施良好、防雨防潮干燥的倉庫。
BJS-Y1型耐酸輕質耐火澆注料經現場按要求取原材料樣品送國電電力建設研究所對其性能進行測試，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、抗壓強度隨著溫度和酸度的提高而提高、導熱系數小、線膨脹系數小等特點。
三、施工工藝及裂縫出現
�。ㄒ唬┰O計要求
按電力規(guī)劃設計總院意見，筒壁內襯采用東北某市不定型耐火材料廠生產的輕質耐酸澆注料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澆注料，外筒體施工時沿著標高方向每隔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→丁字型專用工具振搗密實→澆注料固結后拆�！羁p處境→模板安裝。
施工時要嚴格按配合比下料，注意配料順序，掌握攪拌時間，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，只能使用專門制作的丁字型工具進行搗固。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提升翻模技術,內襯與筒體同時施工。標高18.95m以上的澆注料在2003年5月4日開始隨鋼筋混凝土外筒一起施工,經過一個多月的施工,2003年6月10日發(fā)現內襯40～60m標高區(qū)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(xù)施工，主要是為了觀察裂縫的發(fā)展情況。經過一個多月的觀察，發(fā)現裂縫寬度逐漸加大，長度不斷擴展，最寬處達到50mm左右，單條最長約15m，到2003年7月15日，裂縫基本穩(wěn)定。7月16日監(jiān)理部組織了承包商、材料廠家、業(yè)主、設計單位等有關人員對裂縫情況進行分析，與會者認為，要分析裂縫產生原因，提出處理方案，繼續(xù)觀測裂縫發(fā)展情況，施工可繼續(xù)進行。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,長度只有500mm左右,其特點是在拆模后即出現,且貫通整個澆注層。
四、裂縫產生的原因分析
2003年8月13日和27日上午，監(jiān)理部再次組織了承包商、材料生產廠家、業(yè)主、設計等相關單位人員召開了專題分析會，其中27日的會議區(qū)電力質檢中心站的專家也參加了。會議要求對裂縫部位按修補方案修補完成后繼續(xù)觀察一段時間。經過一段時間觀察和對所有已施工的內襯澆注料進行檢查，沒有發(fā)現裂縫。通過兩次專題會的召開，認為裂縫的產生要從多個方面來分析，原因不止一個，應是多方面原因綜合引起。
（一）溫差應力
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章，沒有規(guī)律性。
（二）收縮應力
澆注料主要由輕質骨料、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，澆注料凝結固化過程中的自然脫水現象，必然產生收縮應力，但脫模后已進行1500×1500mm見方縫寬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(tǒng),并都使用在氣候比較干燥的北方地區(qū)，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(qū)，在脫硫處理的火力發(fā)電廠也是剛開始使用，同時也是首次用在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℃時要經過廠家現場技術員調整配合比后才能施工。夏秋季時間，大部分施工時環(huán)境溫度都在30℃上下波動，并且溫差較大，需要經常調整配合比。
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本煙囪內襯澆注料由于在南方和火力發(fā)電廠的首次應用，施工工藝不可能成熟，操作工人的技術熟練程度比較低，材料的配合比隨著氣溫和環(huán)境的變化而經常調整，勢必對操作工人提出更高的要求，稍不注意就會出現人為偏差。
五、對策與措施
由于該材料是一種新材料，新施工技術，國家又沒有這方面的規(guī)范標準只有企業(yè)自已的標準，連行業(yè)標準也沒有，施工只能按照材料生產廠家的施工說明的驗收標準要求，從而大大地增加了施工管理和質量控制的難度。裂縫出現以后只能通過多次專題會來分析研究解決問題的辦法，從而有效地保證了煙囪的順利施工和工程質量。
通過以上原因分析，解決問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間過早，或
者是拆模時振動過大以致對剛固結的澆注料擾動較大造成。
控制人的不穩(wěn)定因素是保證質量穩(wěn)定的關鍵，控制好配合比的準確性，掌握好拆除模板的時間，關注環(huán)境溫度和天氣變化，對操作人員振固時跟蹤監(jiān)督到位，加強材料生產廠家的技術人員現場指導跟蹤的力度，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型耐酸輕質耐火澆注料雖然在石化系統(tǒng)被廣泛應用，并且基本在北方地區(qū)范圍使用，在火力發(fā)電廠項特別是在有豐富雨水和大濕度的南方地區(qū)使用，況且還是脫硫項目，技術不夠成熟，沒有可靠的經驗數據作為支撐，也沒有相應的行業(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切割25mm深2.5～3mm寬1500×1500mm見方的伸縮縫處理,恰恰這樣的處理為以后使用留下很大的隱患。經過切割處理以后，雖然該材料的線膨脹系數很小，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等條件下各種應力作用是否出現通縫，只有經過長時間的使用才知道。只要有通縫就有可能對鋼筋混凝土外筒體造成腐蝕破壞，就會存在很大的隱患。
七、結語
目前廣西合山電廠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，也說明了該澆注料專利技術在火力發(fā)電廠的成功應用，并且創(chuàng)造了國內造價最低的單筒式脫硫煙囪，今年廣西區(qū)內在建的兩個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、降低工程造價等方面將起到積極的推動作用。
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