浅析工业炉窑拱顶锁砖留设方法

1浅析工业炉窑拱和拱顶锁砖留设方法1问题的提出工业炉窑拱和拱顶砌筑中，锁砖至关重要。现行国家规范《工业炉砌筑工程施工及验收规范》（GB50211-2004）（以下简称“本规范”）第3.2.52条“……跨度小于3m的拱和拱顶，应打入1块锁砖；跨度大于3m时，应打入3块锁砖；跨度大于6m时，应打入5块锁砖。”及第3.2.53条“锁砖砌入拱和拱顶内的深度宜为砖长的2/3~3/4，……”等条款对工业炉窑拱和拱顶锁砖留设方法作出上述一般规定。但本人根据实际施工经验，认为本规范第3.2.52条规定不严谨；第3.2.53条对锁砖砌入拱和拱顶内深度的规定值过小，在实际施工中往往不可行。2本规范第3.2.52条的局限性本规范第3.2.52条规定的锁砖留设方法仅适用于固定骨架的拱和拱顶砌筑或拱脚固定的拱和拱顶砌筑。但对可调节骨架的拱和拱顶砌筑，不必按本规范第3.2.52条规定留设，即不论拱顶跨度多大，只需在拱和拱中心位置打入一排锁砖即可，或可以不用留设锁砖，只要控制好合门砖的灰缝在规范规定范围之内进行一般砌筑即可。正如本规范第13.1.10规定“砌筑可调节骨架的拱顶时，应沿拱的中心线打入一排锁砖……”，并未遵照本规范第3.2.52条规定（根据拱跨度不同，而留设不同数量的锁砖。）。因此，本规范第3.2.52条条款表述欠严谨、周密，该条款应明确其适用范围。2对锁砖砌入拱和拱顶内深度的分析对固定骨架的拱和拱顶或拱脚固定的拱和拱顶砌筑时，打入锁砖的目的是为了让拱砖受力挤紧，让拱顶内表面脱离拱胎，拆除拱胎后，防止或减少拱2顶下沉。根据本规范第3.2.53条的条文解释“锁砖砌入拱和拱顶内的深度应适宜；砌入过深则起不到锁砖的作用，砌入太浅则会产生锁砖打不下去或把锁砖打坏。”。据此，本规范第3.2.53条规定锁砖砌入拱和拱顶内的深度为砖长的2/3~3/4（66.7%~75%），实际上这一数值规定过小，若按此规定留设锁砖，锁砖很紧，实际施工时往往会发生锁砖打不下去或把锁砖打坏的情况。为了把拱和拱顶锁离拱胎一定高度，锁砖砌入拱和拱顶内的深度，可以把拱视为刚性结构进行简单推算。如图1，假设：1）拱和拱顶中心角为α，拱半径为R，拱砖长为L；2）锁砖大小头厚度差为B；3）拱和拱顶灰缝按本规范3.2.2条规定为2；4）锁砖砌入拱和拱顶内的深度为H；锁砖露在拱和拱顶表面部分的厚度差为△h；5）锁砖数量为N；图1拱和拱顶锁砖示意图6）不考虑打锁砖时拱砖挤紧压缩量，既视其为刚性结构。则：H=（（B-△h）/B）╳L。△h为拱砖可挤压量及拱和拱顶被锁砖锁起后拱弧的增量之和。在不考虑打锁砖时拱砖压缩量的情况下，△h即为拱和拱顶被锁砖锁起后拱弧的增量。设拱和拱顶被锁砖锁起后拱弧的增量为△L，刚性拱时，△h=△L。△L=2∏α△R/360N，假定△R=1（拱在径向锁起1mm），△L=∏α/（180N）。则：H=（（B-△H）/B）╳L=（（B-α╳∏/（180N））/B）╳L-----（1）。从式（1）可以看出：锁砖砌入拱和拱顶内深度H与锁砖大小头厚度差B、B/2B/2拱（拱顶）LH锁砖RαLH锁砖3锁砖长L成正比，与△H成反比。按锁砖大小头厚度差为5mm,计算几种拱的锁砖砌入深度，结果如下表：不同中心角、跨度的拱和拱顶锁砖深度及相关数据比较表表1序号中心角℃跨度（m）砖长L（mm）锁砖数量N计算出锁砖砌入深度H（mm）按规范规定锁砖砌入深度H（mm）计算H/L100％规范规定H/L100％锁砖高出相邻砖高度（本文计算）（mm）锁砖高出相邻砖高度（按规范计算）（mm）16032301181153-172.57966.7-754977-57.52拱砖大小头厚度差为10mm（Ts-47）6032301206153-172.589.566.7-752476-57.5312054003344267-3008666.7-7556133-100412064005367267-30091.666.7-7533133-100视拱和拱顶为刚性结构时，锁砖砌入拱和拱顶内的计算深度值均与本规范所规定的锁砖砌入拱和拱顶内深度的上限相差较大（如表1所示）。因为同一中心角的拱，拱径向抬起，拱弧的增量与拱半径无关，只与拱半径的增量有关。所以，对同一中心角的拱和拱顶，跨度越大，锁砖的数量越多，锁砖砌入拱和拱顶内深度值应越大。另外，根据计算公式（1），锁砖大小头的厚度差B，也影响锁砖砌入拱和拱顶内深度，即锁砖大小头的厚度差越大，锁砖砌入拱和拱顶内深度亦越深；这也表明若锁砖砌入拱和拱顶内深度相同，则砖大小头的厚度差大的锁砖更加难打入。在实际施工打锁砖时，由于拱和拱顶的灰缝只有2mm,考虑到拱砖本身的尺寸、扭曲允许偏差，拱砖间局部地方灰缝已很小，加上打锁砖时，砖缝灰浆已凝结。因此，锁砖打入时拱砖的压缩量极为有限。所以，本规范规定的锁砖砌入拱和拱顶内深度值过小，按本规范要求留设，锁砖则打入较困难或打不下去甚至打坏。根据计算结果，考虑拱砖挤紧压缩量及本人施工经验，视拱和拱顶的拱4高和拱砖长短，锁砖高出相邻拱砖的高度宜为40-60mm。实际留锁砖时，若拱和拱顶的拱高较低或拱砖短，锁砖高出相邻拱砖的高度取值偏向上限，反之，拱和拱顶的拱高较高或拱砖长，锁砖高出相邻拱砖的高度取值偏向下限；同时不应选择拱和拱顶砌筑的主要砖型中大小头厚度差较大的拱砖作为锁砖。这样留设锁砖，施工比图2拱和拱顶锁砖留设方法示意图较可行，既能达到锁砖目的，而锁砖也不难打入。再者，随着我国耐火材料工业的发展，耐火材料性能的提高，耐火砖的残变率已大大降低，耐火泥浆的性能也已接近或高于同材质耐火砖的性能，耐火泥浆高温烧结后能很好的粘接耐火砖。同时，筑炉施工工艺技术也日臻完善。所以，拱和拱顶施工时，已不必将锁砖留得过紧，而通过使劲打击锁砖将拱砖灰缝挤得过分小以强化施工质量的做法。锁砖打得过紧，把拱砖灰缝挤得过分小，反而影响拱顶整体粘结性能，也影响炉子使用寿命。目前，在拱和拱顶砌筑中，控制好拱砖灰缝厚度、灰浆饱满度及拱的弧度是保证砌筑质量的基础。锁砖虽然很关键，但不应以此强化施工质量，采取使劲打锁砖的做法。锁砖只要将拱和拱顶锁离拱胎，起到在拱胎拆除后防止和减少拱和拱顶的下沉，就可以了。本人在攀成钢600t混铁炉拱顶施工、50m2加热炉拱顶施工，成都明达500t/d浮法玻璃窑大拱施工，四川陶瓷厂引进80m隧道窑拱顶施工等大量工程施工实践中，均按本文方法留设拱顶锁砖，施工容易，效果也比较好。而按本锁砖拱(拱顶)相邻拱砖5规范规定留设，锁砖打入十分困难或打不下去，甚至将琐砖打坏造成返工。4结束语根据以上分析，结合目前我国耐火材料质量现状，为便于施工，对拱和拱顶锁砖留设方法可提出如下切实可行的建议，供参考：1）、对可调节骨架的拱和拱顶砌筑，即不论其跨度多大，只需在拱和拱顶中心位置打入一排锁砖即可。或干脆不留锁砖，只要控制好合门砖灰缝符合本规范规定进行砌筑即可；2）、锁砖高出相邻拱砖的高度宜为40-60mm；3）、在留锁砖时，不应选择拱和拱顶砌筑的主要砖型中大小头厚度差较大的拱砖作为锁砖。综上所述，本人认为本规范第3.2.53条规定锁砖砌入拱和拱顶内深度的规定值过小，施工时，按此规定值往往不可行；而本规范第3.2.52对不同拱和拱顶结构锁砖留设方法应分别述之，不应统而论之。