煙囪裂縫碳纖維加固專業(yè)技術

煙囪產(chǎn)生裂縫的原因,并提出了用碳纖維進行加固的方案,力求延長煙囪的使用壽命。

1、煙囪結構概況及工作狀態(tài)

重慶某公司60 m煙囪工程于1986年修建并投入使用,煙囪主體高60 m,地面±0?00 m標高處煙囪外徑5?52 m,距地面10 m處外徑5?02 m,煙囪筒體外緣收縮量為2?5%;整個煙囪結構分基礎部分、10 m高混凝土底座部分和50 m高磚砌筒體部分。設計圖紙顯示,該煙囪基礎為獨立混凝土基礎,外徑8?2 m,高3?0 m,C13混凝土基礎下為高約6 m的毛石混凝土墊層,地基持力層為泥巖;底座部分筒體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構,壁厚300 mm;其上部的煙囪分內(nèi)襯與外壁,外壁為MU10磚、M5混合砂漿分段砌筑,每段厚度分別為:10~30 m段490 mm,30~50 m段370 mm,50~60 m段240 mm。

砌體水平灰縫內(nèi)加設，6@252環(huán)向鋼筋,該鋼筋在每段的變截面各500 mm范圍內(nèi)予以加密,間距為2皮磚;煙囪的內(nèi)襯為MU7?5磚,1∶1∶4混合砂漿砌筑,厚度均為120 mm。1988年前后,在距離該煙囪的地面13?8 m處增加修建了一鋼筋混凝土半圓形環(huán)保觀測平臺,觀測口設在煙囪的15?0 m標高處,平臺為現(xiàn)澆混凝土懸挑板結構,支座端采用在磚筒體上鑿孔(300 mm×200 mm)澆混凝土植入磚砌體內(nèi),平臺寬0?93 m,由混凝土樓梯自煙囪邊的風機房屋頂引上。

2、煙囪裂縫檢查情況：

(1)煙囪筒身裂縫較嚴重,主要為垂直裂縫,共2條,一條在筒身的南面(正對鍋爐房)的鋼爬梯左側(cè)附近,自環(huán)境觀測平臺根部垂直向上發(fā)展,長度約20 m,起始處裂縫寬度約12 mm,最寬處在筒身中部的爬梯休息平臺右側(cè),寬度約16mm(由于筒身爬梯銹蝕嚴重,無法爬上筒身去測量裂縫寬度,此處寬度為目測),此裂縫在爬梯休息平臺以上約4 m終止;另一條垂直裂縫在筒身的西北面,裂縫自環(huán)保觀測平臺根部開始,長度約3 m,最大裂縫寬度約9 mm。這2條裂縫均深入砌體內(nèi)部,磚均斷裂。

(2)環(huán)保觀測平臺與筒身結合處沿筒身有大量裂縫,平臺根部混凝土與磚的聯(lián)結處均有裂縫現(xiàn)象,部分磚斷裂,裂縫寬度約0?1~0.6 mm。

(3)現(xiàn)場有關技術人員反映,煙囪除塵設備在1999年和2000年均經(jīng)過改造,改造后,煙塵經(jīng)噴水除塵后進入煙囪的溫度由原來的170℃~200℃降低為現(xiàn)在的80℃左右;鍋爐運轉(zhuǎn)一直較正常,燃料為普通煤,鍋爐一般在每年的長假,如春節(jié)、國慶等停產(chǎn)外,均連續(xù)工作;停產(chǎn)期間進行煙囪內(nèi)出渣,2001年1月出渣時曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)渣中有少量磚塊,估計為煙囪的內(nèi)襯磚有破壞現(xiàn)象,因不便進入煙囪內(nèi)觀測,破壞部位不詳。

(4)該煙囪底部混凝土結構完整,未發(fā)現(xiàn)裂縫等不良現(xiàn)象。

3、煙囪裂縫成因分析：

(1)溫度變化的影響。該煙囪內(nèi)部原使用溫度為200℃,改造除塵系統(tǒng)后,溫度降為80℃左右,煙囪使用環(huán)境的變化導致了溫度的改變,尤其是在煙囪由暫停使用到恢復生產(chǎn)的過程中,較大的溫差產(chǎn)生了很大的溫度應力,而溫度應力的增大,極易形成煙囪筒壁由內(nèi)至外的豎向裂縫。

(2)煙囪內(nèi)襯損傷(裂縫或局部砌筑質(zhì)量不良造成的破壞)影響。該煙囪內(nèi)襯較薄,為120 mm,且為普通粘土磚砌筑,耐腐蝕和隔熱性能較差。由于施工或使用原因,其局部的損傷使內(nèi)襯與外筒間空氣隔熱層的性能降低,導致煙氣與空氣隔熱層相通。空氣隔熱層溫度升高,增大了煙囪外筒壁的溫度差,從而產(chǎn)生較大的溫度應力,導致筒壁內(nèi)、外側(cè)產(chǎn)生或發(fā)展縱向裂縫。

(3)煙氣腐蝕的影響。內(nèi)襯筒壁的損傷,使煙氣直接與外筒壁接觸,由于從除塵塔排入煙囪的煙氣含硫量高、水蒸汽量大,這樣煙氣中的SO2氣體遇到水后便生成亞硫酸(H2SO3),極易對磚及磚內(nèi)的鋼筋造成腐蝕,同時降低筒壁材料的隔熱性能,使形成的裂縫加速發(fā)展。

(4)增設環(huán)保觀測平臺及其變形的影響。該平臺是在煙

囪使用一段時間后增加的,其技術依據(jù)不足,平臺出現(xiàn)的梯段裂縫和懸挑板與筒身間的裂縫說明平臺的變形較大,其樓梯的基礎變形與煙囪的變形不協(xié)調(diào),樓梯對筒身產(chǎn)生了附加作用影響,經(jīng)模擬計算,該作用產(chǎn)生影響的部位與煙囪出現(xiàn)裂縫的部位比較吻合。

(5)線膨脹系數(shù)不同的影響。由于混凝土線膨脹系數(shù)為1×10-5,而磚砌體的線膨脹系數(shù)僅為5×10-6,二者相差一倍,但平臺根部植入磚砌體內(nèi)的混凝土與磚砌體溫度相同,這樣,混凝土膨脹值遠大于磚砌體膨脹值,因而,環(huán)保觀測平臺與筒身結合處沿筒身有大量裂縫,部分磚斷裂。

4、煙囪加固方案：

經(jīng)過大量細致的調(diào)查和論證,采用碳纖維布作為加固的主要材料。碳纖維具有強度高、重量輕、施工便捷、施工功效高、耐高溫、耐腐蝕等特點,用其加固,可以提高結構及構件的承載力及延性,對于抗震加固尤其具有重要意義。本工程加固于2001年3月初開始施工,于3月底完成加固,工期20天,加固方案如下。由于本工程煙囪裂縫長達20 m,實施加固時先用環(huán)氧砂漿對煙囪的砌體結構部分進行灌縫處理,然后沿煙囪從頂?shù)降撞炕炷粱?標高8 m處)豎

直粘貼250 mm寬的碳纖維布,按環(huán)向均勻相隔,共6條縱向碳纖維布。其后,從底部混凝土基座、標高8 m處起往上每隔2?0 m(中心間距)粘貼1條250 mm寬的環(huán)向碳纖維布,一直粘貼到煙囪36 m處。最后,從煙囪36 m處起往上每隔3?0 m(中心間距)粘貼1條250 mm寬的環(huán)向碳纖維布,一直粘貼到煙囪頂部。煙囪加固方案見圖1。

5、煙囪施工步驟和要點：

(1)采用環(huán)氧砂漿充分注入裂縫,進行裂縫封閉處理。

(2)預先計算好需要粘貼碳纖維布的位置,在相應位置刷300 mm寬、10 mm厚的M15砂漿1層。

(3)待砂漿達到強度后,應對其進行找平處理。

(4)涂刷基底樹脂,應用滾筒刷均勻涂抹。

(5)均勻涂抹浸漬膠,粘貼碳纖維布。涂抹浸漬膠后,應在規(guī)定使用時間內(nèi),將已剪裁好的碳纖維布迅速粘貼到位。粘貼碳纖維布時,應用特制的滾筒沿碳纖維布受力方向多次滾壓擠出氣泡,以保證碳纖維布與砂漿緊密粘結。要求的搭接長度≥10 cm。

(6)表面涂浸漬膠,再拋細砂作壓面處理。

6　結語

磚煙囪裂縫加固通常采用外包鋼筋混凝土法,但該法受生產(chǎn)及氣候條件影響較大,施工難度大,工期長。也有用鋼結構或預應力筋加固的,但它們的耐腐蝕性能卻很差。煙囪于2001年3月底完成加固,工期20天。加固使用1年多來,裂縫未見擴展,加固效果良好。煙囪加固采用碳纖維法,工期短,可靠性高,難度小,加固費用與其它加固方法相當,不失為一種快捷的新方法 。