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煙囪內(nèi)襯輕質(zhì)耐酸耐火澆注料產(chǎn)生裂縫的原因
煙囪內(nèi)襯輕質(zhì)耐酸耐火澆注料產(chǎn)生裂縫的原因 一、工程概況
由廣西電力工程建設(shè)公司承建、中國電力咨詢公司和廣西正遠(yuǎn)電力工程建設(shè)監(jiān)理公司聯(lián)合監(jiān)理的廣西合山電廠2×300MW改擴(kuò)建工程240/7.0m鋼筋混凝土單筒式脫硫煙囪內(nèi)襯采用BSJ-Y1型耐酸輕質(zhì)耐火澆注料,是當(dāng)前國內(nèi)首家應(yīng)用在240m高度整體澆注連續(xù)施工到頂?shù)臒焽�。�?nèi)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(nèi)襯曾在不同高度出現(xiàn)裂縫,主要是環(huán)向裂縫,特別在40~60m標(biāo)高范圍較為明顯。期間,停工整改22天。針對出現(xiàn)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(jìn)行討論研究,在現(xiàn)場進(jìn)行抽樣檢驗,并按不同時間段、不同環(huán)境因素來進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗,對材料的倉儲、攪拌、施工過程等環(huán)節(jié)進(jìn)行分析研究,探索改進(jìn)施工工藝,掌握施工過程的關(guān)鍵點(diǎn),使整個煙囪內(nèi)襯施工得以順利完成,于2003年12月5日得到國內(nèi)部分煙囪專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,滿足設(shè)計要求,并于2005年9月15日至9月17日通過由16名領(lǐng)導(dǎo)和專家組成的“達(dá)標(biāo)投產(chǎn)考核復(fù)檢組”的復(fù)檢,工程質(zhì)量全部合格,優(yōu)良率達(dá)到規(guī)程規(guī)范的要求。
合山電廠2×300MW改擴(kuò)建工程二號機(jī)組于2004年9月15日完成168小時滿負(fù)荷試運(yùn)轉(zhuǎn),二號脫硫工程于2005年3月15日投運(yùn)。煙囪內(nèi)襯工程投入使用至今,差不多兩年時間,期間通過兩次的質(zhì)量回訪表明,雖然運(yùn)行過程中,煙氣中SO排放量有超標(biāo)現(xiàn)象,排煙溫度也比設(shè)計要求的高,但質(zhì)量穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)質(zhì)量問題,滿足設(shè)計和規(guī)范要求。
二、澆注料的基本特性
根據(jù)設(shè)計圖紙要求,煙囪筒壁內(nèi)襯采用東北某城市某不定型耐火材料廠生產(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(shè)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(jié)構(gòu)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(yùn)輸和倉儲要求比較高,生產(chǎn)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(yùn)到現(xiàn)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(zhì)耐火澆注料經(jīng)現(xiàn)場按要求取原材料樣品送國電電力建設(shè)研究所對其性能進(jìn)行測試,檢測結(jié)果如附表。
從國電電力建設(shè)研究所對送樣材料的檢測結(jié)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(qiáng)度隨著溫度和酸度的提高而提高、導(dǎo)熱系數(shù)小、線膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)。
三、施工工藝及裂縫出現(xiàn)
(一)設(shè)計要求
按電力規(guī)劃設(shè)計總院意見,筒壁內(nèi)襯采用東北某市不定型耐火材料廠生產(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(shè)隔熱層。為了使該澆注料與鋼筋混凝土筒體更好粘結(jié)接觸,取消鋼筋混凝土內(nèi)表面涂抹的瀝青隔離層,澆注料內(nèi)鋼筋涂抹環(huán)氧漆以防腐蝕。為了完全支承和拉結(jié)直接澆筑在筒壁內(nèi)側(cè)的輕質(zhì)澆注料,外筒體施工時沿著標(biāo)高方向每隔10.5m設(shè)暗牛腿,其做法是預(yù)埋Ф20200鋼筋環(huán)向布置,同時在筒體內(nèi)側(cè)表面設(shè)置Ф20900×900鋼筋,梅花狀布置。內(nèi)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。
(二)施工要求
施工工藝流程:模板安裝→350型立式強(qiáng)制式攪拌機(jī)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(jié)后拆�！羁p處境→模板安裝。
施工時要嚴(yán)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(zhǔn)使用機(jī)械振搗,只能使用專門制作的丁字型工具進(jìn)行搗固。澆注料在搗固成型固結(jié)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。
(三)裂縫的出現(xiàn)及發(fā)展
由于煙囪施工采用電動提升翻模技術(shù),內(nèi)襯與筒體同時施工。標(biāo)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(jīng)過一個多月的施工,2003年6月10日發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯40~60m標(biāo)高區(qū)段內(nèi)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(jīng)過一個多月的觀察,發(fā)現(xiàn)裂縫寬度逐漸加大,長度不斷擴(kuò)展,最寬處達(dá)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(shè)計單位等有關(guān)人員對裂縫情況進(jìn)行分析,與會者認(rèn)為,要分析裂縫產(chǎn)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(jìn)行。2003年8月12日,標(biāo)高130.5~132.1m內(nèi)襯施工拆模后,發(fā)現(xiàn)幾條豎向裂縫,寬度不足1mm,長度只有500mm左右,其特點(diǎn)是在拆模后即出現(xiàn),且貫通整個澆注層。
四、裂縫產(chǎn)生的原因分析
2003年8月13日和27日上午,監(jiān)理部再次組織了承包商、材料生產(chǎn)廠家、業(yè)主、設(shè)計等相關(guān)單位人員召開了專題分析會,其中27日的會議區(qū)電力質(zhì)檢中心站的專家也參加了。會議要求對裂縫部位按修補(bǔ)方案修補(bǔ)完成后繼續(xù)觀察一段時間。經(jīng)過一段時間觀察和對所有已施工的內(nèi)襯澆注料進(jìn)行檢查,沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。通過兩次專題會的召開,認(rèn)為裂縫的產(chǎn)生要從多個方面來分析,原因不止一個,應(yīng)是多方面原因綜合引起。
(一)溫差應(yīng)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(xiàn)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(yīng)力引起的裂縫通常表現(xiàn)為雜亂無章,沒有規(guī)律性。
(二)收縮應(yīng)力
澆注料主要由輕質(zhì)骨料、粘結(jié)劑和添加劑組成,其中粘結(jié)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(jié)固化過程中的自然脫水現(xiàn)象,必然產(chǎn)生收縮應(yīng)力,但脫模后已進(jìn)行1500×1500mm見方縫寬2.5~3mm深度25mm的切縫處理,而結(jié)構(gòu)為園筒體,收縮應(yīng)力引起的裂縫通常為豎向分布,并且應(yīng)大面積出現(xiàn)和較細(xì)小。
(三)環(huán)境因素
該內(nèi)襯澆注料比較多應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jīng)過廠家現(xiàn)場技術(shù)員調(diào)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(jīng)常調(diào)整配合比。
(四)人的因素
本煙囪內(nèi)襯澆注料由于在南方和火力發(fā)電廠的首次應(yīng)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,材料的配合比隨著氣溫和環(huán)境的變化而經(jīng)常調(diào)整,勢必對操作工人提出更高的要求,稍不注意就會出現(xiàn)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),國家又沒有這方面的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)只有企業(yè)自已的標(biāo)準(zhǔn),連行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也沒有,施工只能按照材料生產(chǎn)廠家的施工說明的驗收標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)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(zhì)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(xiàn)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(jié)劑;對于拆模后即出現(xiàn)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(jié)的澆注料擾動較大造成。
控制人的不穩(wěn)定因素是保證質(zhì)量穩(wěn)定的關(guān)鍵,控制好配合比的準(zhǔn)確性,掌握好拆除模板的時間,關(guān)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(qiáng)材料生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)跟蹤的力度,從而從根本上保證了煙囪內(nèi)襯澆注料在132.1m以上標(biāo)高不再出現(xiàn)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(tǒng)被廣泛應(yīng)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(shù)不夠成熟,沒有可靠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為支撐,也沒有相應(yīng)的行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)作參考,大量的應(yīng)用還存在一定的局限性。在施工中雖然采取了現(xiàn)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(jīng)過切割處理以后,雖然該材料的線膨脹系數(shù)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(yīng)力作用是否出現(xiàn)通縫,只有經(jīng)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(jié)語
目前廣西合山電廠2×300MW改擴(kuò)建工程240/7.0m鋼筋混凝土單筒式脫硫煙囪內(nèi)襯采用BSJ-Y1型耐酸輕質(zhì)耐火澆注料的成功,填補(bǔ)了國內(nèi)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(shù)在火力發(fā)電廠的成功應(yīng)用,并且創(chuàng)造了國內(nèi)造價最低的單筒式脫硫煙囪,今年廣西區(qū)內(nèi)在建的兩個火電項目正在得到應(yīng)用。這對于我國火力發(fā)電行業(yè)的脫硫煙囪內(nèi)襯施工工藝的發(fā)展、內(nèi)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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