烟囱内衬轻质耐酸耐火浇注料产生裂缝的原因分析及对策

1烟囱内衬轻质耐酸耐火浇注料产生裂缝的原因分析及对策一、工程概况由广西电力工程建设公司承建、中国电力咨询公司和广西正远电力工程建设监理公司联合监理的广西合山电厂2×300MW改扩建工程240/7.0m钢筋混凝土单筒式脱硫烟囱内衬采用BSJ-Y1型耐酸轻质耐火浇注料，是当前国内首家应用在240m高度整体浇注连续施工到顶的烟囱。内衬施工从2003年3月24日开始施工到2003年10月28日，历时219天。施工期间，内衬曾在不同高度出现裂缝，主要是环向裂缝，特别在40～60m标高范围较为明显。期间，停工整改22天。针对出现的问题，业主及监理部多次召集施工单位、厂家代表等召开专题分析会进行讨论研究，在现场进行抽样检验，并按不同时间段、不同环境因素来进行抗压强度试验，对材料的仓储、搅拌、施工过程等环节进行分析研究，探索改进施工工艺，掌握施工过程的关键点，使整个烟囱内衬施工得以顺利完成，于2003年12月5日得到国内部分烟囱专家组成的验收组的充分肯定和好评，经检查验收全部合格，满足设计要求，并于2005年9月15日至9月17日通过由16名领导和专家组成的“达标投产考核复检组”的复检，工程2质量全部合格，优良率达到规程规范的要求。合山电厂2×300MW改扩建工程二号机组于2004年9月15日完成168小时满负荷试运转，二号脱硫工程于2005年3月15日投运。烟囱内衬工程投入使用至今，差不多两年时间，期间通过两次的质量回访表明，虽然运行过程中，烟气中SO排放量有超标现象，排烟温度也比设计要求的高，但质量稳定，没有出现质量问题，满足设计和规范要求。二、浇注料的基本特性根据设计图纸要求，烟囱筒壁内衬采用东北某城市某不定型耐火材料厂生产的BSJ-Y1型耐酸轻质耐火浇注料，该浇注料既作为耐酸亦作为耐火隔热使用，不设隔热层。该浇注料以轻质骨料、粉料、粘合剂和添加剂组成，粘合剂主要成分为水玻璃。轻质骨料结构孔隙率大，表面粗糙，粒径约5mm，骨料和粉料吸水率和吸湿性大，按配合比搅拌后流动性差。对运输和仓储要求比较高，生产厂家出厂时已把骨料和粉料配成混合料并用编织袋包装好运到现场，临时存放在排水措施良好、防雨防潮干燥的仓库。BJS-Y1型耐酸轻质耐火浇注料经现场按要求取原材料样3品送国电电力建设研究所对其性能进行测试，检测结果如附表。从国电电力建设研究所对送样材料的检测结果可以看出，该浇注料具有体积密度小、凝固快、使用温度高、抗压强度随着温度和酸度的提高而提高、导热系数小、线膨胀系数小等特点。三、施工工艺及裂缝出现（一）设计要求按电力规划设计总院意见，筒壁内衬采用东北某市不定型耐火材料厂生产的轻质耐酸浇注料BSJ-Y1型，该浇注料亦作为烟囱隔热材料使用，本烟囱不另设隔热层。为了使该浇注料与钢筋混凝土筒体更好粘结接触，取消钢筋混凝土内表面涂抹的沥青隔离层，浇注料内钢筋涂抹环氧漆以防腐蚀。为了完全支承和拉结直接浇筑在筒壁内侧的轻质浇注料，外筒体施工时沿着标高方向每隔10.5m设暗牛腿，其做法是预埋Ф20＠200钢筋环向布置，同时在筒体内侧表面设置Ф204＠900×900钢筋,梅花状布置。内衬浇注料厚度90m高程以下300mm，90m～115m为250mm,115m～155m为200mm,155m以上为150mm。（二）施工要求施工工艺流程：模板安装→350型立式强制式搅拌机拌料→混合浇注料入槽→丁字型专用工具振捣密实→浇注料固结后拆模→割缝处境→模板安装。施工时要严格按配合比下料，注意配料顺序，掌握搅拌时间，做好天气及环境温度变化的施工措施，不准使用机械振捣，只能使用专门制作的丁字型工具进行捣固。浇注料在捣固成型固结拆除模板后，要用2.5～3mm厚的无齿锯切割伸缩缝，尺寸为1.5×1.5m,深度约为25mm。（三）裂缝的出现及发展由于烟囱施工采用电动提升翻模技术,内衬与筒体同时施工。标高18.95m以上的浇注料在2003年5月4日开始随钢筋混凝土外筒一起施工,经过一个多月的施工,2003年6月10日发现内衬40～60m标高区段内有明显水平环向裂缝,主5要分布在环形暗牛腿下400mm范围。之后继续施工，主要是为了观察裂缝的发展情况。经过一个多月的观察，发现裂缝宽度逐渐加大，长度不断扩展，最宽处达到50mm左右，单条最长约15m，到2003年7月15日，裂缝基本稳定。7月16日监理部组织了承包商、材料厂家、业主、设计单位等有关人员对裂缝情况进行分析，与会者认为，要分析裂缝产生原因，提出处理方案，继续观测裂缝发展情况，施工可继续进行。2003年8月12日，标高130.5～132.1m内衬施工拆模后,发现几条竖向裂缝,宽度不足1mm,长度只有500mm左右,其特点是在拆模后即出现,且贯通整个浇注层。四、裂缝产生的原因分析2003年8月13日和27日上午，监理部再次组织了承包商、材料生产厂家、业主、设计等相关单位人员召开了专题分析会，其中27日的会议区电力质检中心站的专家也参加了。会议要求对裂缝部位按修补方案修补完成后继续观察一段时间。经过一段时间观察和对所有已施工的内衬浇注料进行检查，没有发现裂缝。通过两次专题会的召开，认为裂缝的产生要从多个方面来分析，原因不止一个，应是多方面原因综合引起。6（一）温差应力施工期间刚好是炎热的夏季，白天、晚上的温差较大，白天上半天与下半天的温差也较大，主要表现在上半天太阳晒到半边烟囱筒体，下半天晒另外半边，这样筒体的受热程度不一样，温差引起的胀缩就不一致，但温差应力引起的裂缝通常表现为杂乱无章，没有规律性。（二）收缩应力浇注料主要由轻质骨料、粘结剂和添加剂组成，其中粘结剂主要成分为水玻璃，而骨料吸水率和吸湿性大，浇注料凝结固化过程中的自然脱水现象，必然产生收缩应力，但脱模后已进行1500×1500mm见方缝宽2.5～3mm深度25mm的切缝处理,而结构为园筒体,收缩应力引起的裂缝通常为竖向分布,并且应大面积出现和较细小。（三）环境因素该内衬浇注料比较多应用在石化系统,并都使用在气候比较干燥的北方地区，结构物一般都不很高。这是首次使用在雨水较多、湿度较大的南方地区，在脱硫处理的火力发电7厂也是刚开始使用，同时也是首次用在240米高的烟囱上。施工和仓储期间雨水较多，空气湿度较大，施工环境较差，工作场地狭小。该材料要求施工温度以5℃～30℃为宜，低于5℃或高于30℃时要经过厂家现场技术员调整配合比后才能施工。夏秋季时间，大部分施工时环境温度都在30℃上下波动，并且温差较大，需要经常调整配合比。（四）人的因素本烟囱内衬浇注料由于在南方和火力发电厂的首次应用，施工工艺不可能成熟，操作工人的技术熟练程度比较低，材料的配合比随着气温和环境的变化而经常调整，势必对操作工人提出更高的要求，稍不注意就会出现人为偏差。五、对策与措施由于该材料是一种新材料，新施工技术，国家又没有这方面的规范标准只有企业自已的标准，连行业标准也没有，施工只能按照材料生产厂家的施工说明的验收标准要求，从而大大地增加了施工管理和质量控制的难度。裂缝出现以后只能通过多次专题会来分析研究解决问题的办法，从而有效地保证了烟囱的顺利施工和工程质量。8通过以上原因分析，解决问题的办法主要是从人的方面入手。对于出现较大环向裂缝的地方，可能是操作工人在搅拌时加入较多的粘结剂；对于拆模后即出现竖向裂缝可能是拆模时间过早，或者是拆模时振动过大以致对刚固结的浇注料扰动较大造成。控制人的不稳定因素是保证质量稳定的关键，控制好配合比的准确性，掌握好拆除模板的时间，关注环境温度和天气变化，对操作人员振固时跟踪监督到位，加强材料生产厂家的技术人员现场指导跟踪的力度，从而从根本上保证了烟囱内衬浇注料在132.1m以上标高不再出现裂缝。六、材料使用的局限性和存在隐患BSJ-Y1型耐酸轻质耐火浇注料虽然在石化系统被广泛应用，并且基本在北方地区范围使用，在火力发电厂项特别是在有丰富雨水和大湿度的南方地区使用，况且还是脱硫项目，技术不够成熟，没有可靠的经验数据作为支撑，也没有相应的行业和国家标准作参考，大量的应用还存在一定的局限性。在施工中虽然采取了现场切割25mm深2.5～3mm宽1500×1500mm见方的伸缩缝处理,恰恰这样的处理为以9后使用留下很大的隐患。经过切割处理以后，虽然该材料的线膨胀系数很小，在常温300℃情况下只有0.03×10-6，但毕竟存在，切缝处在施工期间和使用时等条件下各种应力作用是否出现通缝，只有经过长时间的使用才知道。只要有通缝就有可能对钢筋混凝土外筒体造成腐蚀破坏，就会存在很大的隐患。七、结语目前广西合山电厂2×300MW改扩建工程240/7.0m钢筋混凝土单筒式脱硫烟囱内衬采用BSJ-Y1型耐酸轻质耐火浇注料的成功，填补了国内单筒式脱硫烟囱使用整体式浇注料工艺方面的空白，也说明了该浇注料专利技术在火力发电厂的成功应用，并且创造了国内造价最低的单筒式脱硫烟囱，今年广西区内在建的两个火电项目正在得到应用。这对于我国火力发电行业的脱硫烟囱内衬施工工艺的发展、内衬浇注料的选择、降低工程造价等方面将起到积极的推动作用。