烟囱不同施工条件下如何选择合适

采用CL-80浇注料一是由于烟囱施工技术限制和投资控制要求，不能很好地配合进行烟囱滑模施工，施工工期长、投资较高;二是由于气候和工程特点，存在难以解决的返碱剥落问题。所以，采用CL-80浇注料虽然有烟囱施工成功案例，但具体到本工程却是不适宜的。而采用耐酸砖虽然结构设计上不如CL-80浇注料经济，但其在本工程中烟囱施工技术可行，同时满足施工工期要求，节省了总投资，所以本工程最终选择采用耐酸砖作为烟囱内衬。
由此可见，烟囱内衬的选择，烟囱施工条件的影响是相当重要的。
1.工程概况
某高硫焦代油锅炉改造工程的钢筋混凝土烟囱，高H=150m、烟囱上口内径D=5m，基础底部外径D=22m。根据高硫焦代油锅炉改造工程总体统筹进度计划，该烟囱施工工程计划为120个日历天(1月18日-5月18日，包括施工准备时间，但不包括±0.00以下基础的施工工期)，其中烟囱筒体施工时间为60个日历天(2月底至4月底)。
2.内衬选型
传统的该类工程烟囱常采用耐酸砖作为内衬，本工程拟采用一种新型的CL-80浇注料作内衬。CL-80浇注料的特点是容重小(为耐酸砖的1/3)，可在一定程度上减小烟囱筒壁混凝土量和基础钢筋量;导热系数低(浇注料为0112W/mk，耐酸砖为019W/mk)，不用加隔热层。总体而言，在设计上比耐酸砖经济，并且浇注料与混凝土性能相似，通过预埋钢筋与混凝土结合，整体受力性能较好。
3.内衬选型与施工条件的矛盾
从设计角度CL-80浇注料比耐酸砖更经济合理，但在具体结合施工方案讨论时，发现采用CL-80浇注料有以下两大方面问题:
1)施工技术、施工工期与内衬设计难以调和，由于施工工期要求紧，烟囱筒体施工必须从2月底开始，4月底结束，为周边建构筑物施工腾出安全施工作业面;加上CL-80浇注料材料物理、化学性能与混凝土相似，适宜浇筑，施工单位初步选择了双滑模方案，这样可以争取外筒和内衬几乎同步施工，节约时间。但是双滑模施工在技术上与CL-80浇注料的细节设计存在不可调和的矛盾，主要有:
a.同步双滑模要求内衬与筒壁间至少应有5cm左右空隙(通常使用隔热层作为分隔，见图2)，以便安装分隔材料，避免混凝土和浇注料的互渗。而CL-80浇注料内衬与烟囱筒壁间不设隔热层，浇注料通过筒壁预埋钢筋与混凝土结合，两种材料直接接触(图1)，虽然整体受力性能较好，却导致无法实现同步双滑模。
b.如果不进行同步双滑，而采用筒壁和内衬错开015m滑模的方案。由于混凝土筒壁最佳滑升时机为混凝土强度015MPa左右、坍落度在5~6cm左右，根据当地春季气候条件，预计滑升速度为平均每天215m左右，即1m/8~9h。而CL-80浇注料在24h后方可脱模，同时为避免与混凝土互渗，必须在混凝土达到一定强度后才可施工同样标高位置的浇注料，这样两者在施工时间上难以配合，筒壁浇筑一段后须等待CL-80脱模，工期将延长3倍，不适合本工程的工期要求。
c.在双滑模方案不可行的情况下，是否可采用单滑模方案，进一步探讨发现，单滑模采用CL-80浇注料仍然存在种种问题。
单滑方案即先施工完筒壁，有足够施工作业面后，再进行内衬的施工。如果采用支模施工内衬，则存在内模板体系复杂，支撑、作业困难等问题。经过进一步市场调查，发现此种浇注料在长江以北的施工案例有很多采用的是喷涂或涂抹方案。这种方案是:先进行主体结构施工，再采用机械喷涂或人工涂抹。对于烟囱这类高耸结构，采用人工涂抹除对作业平台有要求外，对人员素质的要求也较高，质量保证体系要求很高，施工速度慢。机械喷涂除有上述问题外，还将产生很大的材料损失，经济上不可行。
因而在烟囱等高耸结构中很少采用上述两种方法。
2)浇注料物理性能和化学成分与混凝土相近，混凝土在特定条件下发生的返碱问题在浇注料上也同样存在。
当地春、夏季潮湿炎热，在本案例烟囱施工期间，3月还有一段返潮天气，与北方干燥气候很不一样，届时室内由于空气不流通，湿气聚集，空气湿度达到95%左右，往往会在四壁凝结水汽，形成水滴。
碱性建筑材料施工后在室内的部分由于空气湿度大，水份不能及时排出，如果暴露在空气中，会产生一系列化学反应(如内墙水泥砂浆抹面在这样条件下常常发生返碱现象)。而暴露室外部份由于空气流通、水汽不会聚集，反而很少发生返碱。由于浇注料的物理化学性质与水泥相近，所以也很可能会发生返碱问题。
返碱现象具体表现为:未经干燥的水泥等浇筑体长期处于湿热环境条件下，表面会起皮疏松，长期不处理，反应会逐渐加深，最终导致逐层剥落。产生该现象的主要原因为:浇筑体的疏松多孔结构决定了浇筑体有一定的含水率，其中的一些碱金属和碱土金属物质遇水将会逐渐转化为氢氧化物，当浇筑体中的水足够多时，在毛细压作用下，水可以沿毛细孔上升达10cm左右，这些氢氧化物也随着浇筑体中的自由水逐渐迁移到浇筑体表面，到达表面后，与空气接触发生化学反应生成碳酸盐产生膨胀，致使浇筑体表面起皮疏松脱落。以混凝土为例，主要化学反应方程式为:氢氧化物迁移到浇筑体表面，与空气接触生成不溶于水的碳酸盐:
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O
而CL-80同为浇注料，与水泥物理、化学性质是相近的，浇筑时含水率高、流动性大，浇注后覆盖混凝土筒体，直接暴露在筒内空气中，烟囱为高耸构筑物，内部空气不流通，返潮季节非常容易发生返碱。厂家在实践中同样发现，耐火浇注料浇注完成后，在南方湿热气候下不能及时烘烤会出现表面返碱，若不及时处理，就会逐渐加深而产生逐层剥落现象，并且内部逐步酥散。浇注料返碱的现象和原因与水泥浇筑体是一致的，关键在于游离水的存在，要解决此问题就必须及时将游离水排出，在碱金属和碱土金属物质遇水转化为氢氧化物迁移前就形成稳定化合物，从而杜绝返碱现象的发生。
如果要解决上述问题，必须及时烘烤浇筑体，排出浇筑体中的自由水，使得碱金属和碱土金属物质在转化为氢氧化物迁移前，就发生相互反应形成稳定化合物，从而杜绝返碱现象发生。但是由于本工程第一台锅炉要到转年4月底才具备点火条件，距离烟囱浇注料施工完毕有一年时间，也就是说浇筑完毕后过一年时间才可用锅炉烘烤，要经历两次返潮期，返碱现象不可避免会发生，将会造成无法挽回的经济损失(仅材料费就损失180万元)，而且技术上也难以重新修补、更换内衬。若采用其他方式进行预烘烤(如厂家提出浇筑完成后自烟囱下部采用木材、煤或焦炭等进行点火烘烤，分段采用烟囱底部小火(150~200℃)≥24h、烟囱底部中火(250~350℃)≥48h、烟囱底部大火(150~200℃)≥36h、自然降至常温后封闭底口、烘烤完后顶部设置防雨措施的方案)，技术上难以实施、效果难以控制、费用上也存在问题，不可行。
反之，若采用耐酸砖作内衬，则筒体施工采用单滑模方案，平均2~3m/d，60d完成滑模;筒体滑模完成后内衬砌筑不影响周边建构筑物的施工。耐酸砖不会发生材料返碱现象，砌筑采用活动吊盘，吊盘用Φ48×315管组装而成，比+10.00m处内衬直径小350mm，用6台手扳葫芦(3t)作为升降系同统，用于平台的提升和下降，平台中央设一个1000×800孔洞作为内衬材料的运料口，上料完毕用木板封堵，这样就解决了烟囱筒体和内衬施工工艺和工期问题。所以，采用耐酸砖作内衬符合本工程的烟囱施工条件。