专利名称：轻质隔热耐酸浇注料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电厂烟囱防腐内衬浇注料技术领域，特别是一种可广泛应用电厂等的各种类型烟道烟囱中的不定型轻质隔热耐酸浇注料及其制造方法。
在我国火电厂高烟囱设计中，采用独立式钢筋混凝土烟囱至今已近半个世纪，这种传统的钢筋混凝土烟囱在七十年代前，是沿用前苏联的构造模式，即由钢筋混凝土外筒，50mm空气隔热层及水泥砂浆砌筑粘土红砖的内衬所组成。八十年代以来，国内普遍将原来的空气隔热层改为以加气混凝土、矿渣棉、岩棉或珍珠岩制品等保温材料作隔热层。这种设计虽然在隔热、降低温度应力方面有所改进，但对防腐性能改进不大。九十年代以来，在烟囱内衬设计中开始采用耐酸胶泥砌筑耐酸砖，并以憎水珍珠岩板做隔热层，其内衬的防腐隔热性能大有改善。然而，由于以往的做法没有突破传统的砌筑模式、砌体的横、竖缝(尤其是竖向灰缝)不易饱满，造成砖砌体气密性不好。另外，隔热材料的变潮，将引起其导热系数增大，隔热性能下降；摆放式设置的块状隔热层材料的破损、块与块之间结合不严密等因素会导致腐蚀性烟气很容易穿透砖砌体与隔热层而腐蚀外筒壁混凝土、增大温度应力、进而产生裂缝，并使腐蚀与裂缝交替作用。此外，采用隔热层加内衬砖的设计方法，也给烟囱的施工带来了很大的不便。如多种材料(砖、胶泥、隔热层材料)的运输、保管；隔热层的设置(块与块间缝的处理)与防潮措施等实际问题，直接影响了设计意图与指标的实现，也将影响烟囱的使用年限(部分双滑式或内外双浇式烟囱虽然整体性、气密性大大提高，但存在着易产生扭转、漂移、混凝土拉裂、轻重混凝土窜浆产生冷桥及内外筒壁厚度不均等许多缺陷，且从总的构造上仍是以钢筋混凝土外筒+隔热层+混凝土内衬的三层式结构)。近年来，新建火电厂已经普遍采用300MW以上大容量机组，烟囱高度多为210M、240M，甚至高达270M。为了提高烟囱质量、方便施工、尤其是提高烟囱的整体性、气密性、抗震能力及延长使用年限，很有必要将隔热层与防腐砖砌体内衬合二为一，即采用具有耐腐蚀性强，隔热性好、强度高的轻质或超轻质材料及胶结料，以现浇方式制成(超)轻质耐酸隔热混凝土内衬，使其力学性能、隔热性能、防腐性能均达到设计要求，真正实现设计意图和指标。早在五十至六十年代，欧洲和日本等一些国家已经采用一种轻质隔热浇注材料用于冶金、石化行业中的炉膛及烟囱内作为隔热层。目前，我国在冶金和石化行业也已大量应用轻质隔热浇注材料，发挥了积极的作用，取得了可观的经济效益。如目前国内应用较多的BJS不定形隔热浇注料，曾在石化加热炉及烟道内衬等部位使用，发挥了良好的作用。但其在强度及防腐蚀性、防水性方面还有较大缺陷，不能适应火电厂高烟囱内衬的要求。近期中国专利CN97112591.0公开了一种混凝土浇注料，由水玻璃、耐酸水泥、烧结耐酸陶土粗、细骨料配合而成，其配比范围如下水玻璃0.8-1.2(重量比)氟硅酸钠 0.13-0.18(重量比)耐酸水泥 1.36-1.86(重量比)烧结耐酸陶土细骨料 1.33-1.90(重量比)烧结耐酸陶土粗骨料 3.06-3.66(重量比)以上配方中所使用的原材料要求如下水玻璃为粉状，工业纯耐酸水泥为铝酸盐类水泥，标号为525#-625#烧结耐酸陶土粗、细骨料，耐酸率≥97％，为微孔材料，比重在0.5-1.2之间，可根据烟囱内衬比重要求选用不同比重的烧结耐酸陶土粗、细骨料。
细骨料的颗粒级配如下
筛孔5mm，累计筛余0.8％筛孔2.5mm，累计筛余1.68％筛孔1.2mm，累计筛余47.48％筛孔0.6mm，累计筛余98.36％筛孔0.3mm，累计筛余99.36％筛孔0.15mm，累计筛余99.76％粗骨料的颗粒级配如下筛孔12mm，累计筛余7.62％筛孔8mm，累计筛余46.82％筛孔5mm，累计筛余96.82％配制混凝土浇注料的工艺如下根据烟囱防腐内衬比重的要求选好不同比重的耐酸陶土，将烧结耐酸陶土粉碎，按粗、细骨料颗粒级配要求，控制各规定筛孔筛子的累计筛余，分别制出粗、细骨料，按配合比例称量，粗、细骨料混合后烘干去掉水份，加进称量好比例量的耐酸水泥，混合均匀，此为A组份。
按配合比例称量好粉状水玻璃和粉状氟硅酸钠，掺和在一起，混合均匀，此为B组份。
使用前，将A和B组份混合均匀，即为轻质高强烟囱防腐内衬混凝土浇注料，使用时加水搅拌即可。
经过分析对比该现有技术存在以下不足1、采用破碎的陶土骨料是十分不利的，原因是烧结的陶土骨料为微孔材料，破碎后变为开孔材料，在与水泥、水玻璃等材料混合后，孔隙被填充，不但增加了密度，而且导热系数大大增大，导致保温隔热性能大幅下降，自重增加对结构设计不利，工程造价也随之提高。
2、火力发电厂的燃煤锅炉排放的烟气中含有二氧化硫，在烟道和烟囱中溶于水形成稀硫酸，该酸对混凝土结构产生腐蚀。如果为了防腐，可采用耐硫酸盐水泥，但该水泥对铝酸三钙的含量有明确的要求，其含量不得大于5％，硫酸与水泥中的铝酸三钙发生化学反应会生成钙钒石，此时体积增大1.5-2倍，使结构构件开裂破碎而失效。因此采用铝酸盐类水泥做为耐酸水泥存在理论概念上的错误。在工程中，做为内衬材料的胶结剂或耐酸混凝土都用水玻璃作粘合剂，而铝酸盐类水泥的化学成份中应严格要求铝酸三钙含量不得大于5％，否则不是耐酸水泥，铝酸盐(铝酸三钙)含量越大，在硫酸作用下破坏越严重。铝酸盐水泥是耐热水泥非耐酸水泥，因此该技术从根本上弄反了，存在严重错误。
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，主要在提高烟囱内衬的防腐隔热性及整体性，改善烟囱外筒壁混凝土的环境条件，降低工程综合造价，延长烟囱使用寿命，即采用一种既耐酸腐蚀，又具良好隔热性能的超轻高强的混凝土浇注料来现场制造混凝土内衬替代摆放式隔热层与砌筑式防腐砖内衬，以增强烟囱的整体性、气密性，提高抗震性能，减少温度应力造成的裂缝，保证结构强度，并可大大降低烟囱自重，减少烟囱基础处理量，降低牛腿处钢筋密度，实现方便施工，改善劳动强度，提高经济效益和社会效益。
本发明是通过下列方式予以实现的一种轻质隔热耐酸浇注料，其特征在于由膨胀页岩颗粒料、粉煤灰、漂珠、粘合剂和固化剂组成，粘合剂可采用硅酸钠或硅酸钾溶液，固化剂可采用磷酸铵或氯化铵(或氟硅酸钠)，其中，上述各组分的重量比是膨胀页岩颗粒料，直径5-10mm，重量400-475kg直径1-5m，重量100-150kg硅酸钠或硅酸钾溶液，模数为M2.4-M3.0，300-350kg粉煤灰 180-300kg漂 珠 20-30kg磷酸铵或氯化铵30-55kg制造上述产品的方法，其特征在于A、将各组分按上述配比称重，其中膨胀页岩粒料其容重400-550kg/m3，并且该料为一次膨化成型，不得破碎使用，然后将称量后的各组分在常温(5℃以上) 下经机械或人工搅拌均匀即获得干容重800-1100kg的浇注料(即体积重量为800-1100kg/m3)；B、该浇注料的初固时间为40分钟左右，在模板中浇捣成型，大约2小时完成初凝，24小时后脱模，进行自然干燥；C、经过B工序浇捣成型后的浇注料的物理力学指标是在500℃以下高温时抗压强度不降低，抗压强度为7-12MP(7-12N/mm2)，在硫酸溶液浓度(百分比浓度)5-40％范围内，强度不降低，导热系数为0.2-0.3w/(m·k)，这里浇注料在成型干燥后，其体积密度不大于1100kg/m3。另外，本技术还可根据烟气的湿度情况添加防水剂。
本发明可广泛应用于各种需要隔热保温和防酸腐蚀的大型工业设备、管道、烟囱烟道中做内衬材料，可减轻设备自重，降低造价，延长使用寿命，改善施工条件，但是，其最主要用途还是在燃煤电厂的烟囱烟道及贮灰仑中做内衬材料使用，不论是混凝土结构、砖砌体结构还是钢结构的烟囱、烟道、贮灰仓都适用。尤其适用于大型燃煤电厂的多管烟囱中的钢内筒做内衬，也适应于配有脱硫装置的燃煤电厂的烟道和烟囱中。当用做大型燃煤电厂的钢内筒烟囱内衬时，可替代价格昂贵的金属防酸腐蚀内衬及其外部的保温隔热层。当用做混凝土烟囱烟道或砖砌体烟囱烟道内衬时，可替代其隔热层和砌体内衬。当用做配备了脱硫装置的燃煤电厂的烟囱烟道中的内衬时，也能适应低温烟气饱和带水(低浓度硫酸溶液)的恶劣环境而起到隔热防酸腐蚀的作用。
本发明经过生产后，经过多组配方优选，实验中实测密度大于10.0/m3的试件，其抗压强度都大于10.0N/mm2，当密度在11.0KN/m3以上时，试件的抗压强度大于12.0N/mm2，具体材料物理力学性能见表1。
材料物理力学指标表1
同时，又对该材料的耐酸性能进行了试验，结果表明此材料具有良好的耐硫酸腐蚀性能，完全可以满足钢筋混凝土烟囱对内衬材料的防腐要求。试件在不同浓度的硫酸溶液中浸泡30天后，测试其抗压强度均高于其常温状态下的抗压强度值，即此材料经硫酸溶液浸泡后抗压强度不会降低。这是因为胶结剂中未反应完全的碱被硫酸中和后，胶结剂呈稳定状态，且少量产生体积膨胀的反应物填充微小孔隙，从而提高材料密实度的结果。测试结果见表2。
耐酸试验结果表2
另外，对该材料的耐热性能也进行了试验，结果十分理想。所有试件在加热150℃和300℃后其抗压强度都比常温对比试件的高。这是因为胶结剂在加热时，脱去吸附水及结构水形成更致密结构的缘故。
本发明在具体应用中，以鸡西发电厂技改工程项目为例，其各项对比测试分析数据如下；该厂烟囱高度为180米，上口直径4.5米，烟囱入口的烟气温度为150℃。下面我们按现行习惯做法即烟囱内衬采用机制红砖，耐酸砖用耐酸胶泥砌筑，隔热层材料采用予制水泥珍珠岩块方案与采用不定型隔热防腐轻质浇注材料代替上述习惯做法的经济指标加以比较，进行技术、经济分析。为了论述简便，下面将使用隔热防腐轻质浇注材料的方案称为A方案，将红砖(耐酸砖)加隔热层的方案称为B方案。
①、材料及其参数A方案所用材料及参数隔热防腐浇注料采用配方2重力密度10.12KN/m3导热系数λ＝0.22+0.0001tw/mk抗压强度等级C10内衬材料厚度分布0.00m至40m厚度为250mm40m至90m厚度为180mm90m至180m厚度为100mmB方案所用材料及参数耐酸砖重力密度19KN/m3导热系数λ＝0.7+0.00064tw/m·k机制粘土砖MU7.5重力密度17KN/m3导热系数λ＝0.49+0.00058tw/m·k水泥珍珠岩板导热系数λ＝0.07+0.00011tw/m·k内衬材料厚度分布±0.00m至45m标高为耐酸砖240mm厚160m至180m标高为耐酸砖120mm厚
45m至90m标高为机制粘土砖240mm厚90m至160m标高为机制粘土砖120mm厚隔热层材料放置±0.00m至180m标高均为100mm厚②、计算结果及技术分析筒壁受热温度冬季筒壁受热温度表3
夏季筒壁受热温度表4
<p>冬夏季室外极点温度时，混凝土筒壁内外表面在烟气温度影响下各标高点的温度数值比较见表3、表4。由表可见A方案比B方案在混凝土筒壁内侧，冬季温度平均降低14.5℃左右，夏季温度平均降低9.4℃。同时减小了混凝土筒壁内外表面温度的温差，足以表明当合理选择各项参数和并经优化计算之后，采用整体浇注的不定型防腐隔热内衬对改善混凝土筒壁水平及垂直截面温度应力是极为有利的。
③、温度应力混凝土筒壁的水平及垂直截面应力计算结果见表5，钢筋混凝土筒壁在温度作用下其水平及垂直截面的混凝土和钢筋应力均与相对自由变形值εt有关而且成正比。而决定εt值的主要因素是筒壁内外表面的温差。因此，表5结果表明A方案比B方案在水平和垂直方向的钢筋应力及混凝土应力都有下降。
筒壁温度和荷载共同作用时应力计算值表5单位N/mm2
主要荷载组合值表6
从表6数值明显看出A方案中的组合弯矩、垂直力、组合剪力值均小于对应B方案的数值。在地震作用下，上述数值的差距将更大，显然由于内衬采用了单一的轻质材料代替了传统的作法而使结构自重大大减小，从而使得组合内力值相应降低，这对于结构安全度的提高无疑是一个重要因素。
经济分析材料用量比较表7
从材料用量表中看出，A方案比B方案减少钢筋用量14t，节约混凝土体积38m3，隔热层体积比B方案的内衬和隔热层体积之和减少779m3。
依据97年工程予算定额，按表7材料量估算，A方案比B方案可节省投资47.49万元。减轻结构自重1324t，这对抗震设计十分有利，能大大减轻震害所造成的后果，很适合在抗震设防地区采用。
本发明在经过前述的试生产后，效果很好。最终经有关部门综合测试结果均优于现有技术见表8。
物理力学指标表8
本发明和现有技术相比，针对目前火电厂烟囱运行工况与钢筋混凝土烟囱防腐抗裂对内衬材料的要求，分析现有技术烟囱形成腐蚀裂缝的原因，在钢筋混凝土烟囱内衬的设计中采用现浇式防腐隔热整体内衬取代传统的砌筑内衬及摆放式隔热层克服传统式烟囱内衬的缺陷。内衬的整体性可消除形成烟气腐蚀的薄弱环节，有效提高防腐隔热性能，抑制裂缝及其扩展，同时简化了烟囱结构和施工工艺，改善劳动强度，减轻基础荷载提高抗震能力，从而提高烟囱的使用年限，其经济效益及社会效益十分可观。
下面结合实施例进一步说明本发明的技术解决方案。
实施例1一种轻质隔热耐酸浇注料，其特征在于由膨胀页岩颗粒料、粉煤灰、漂珠、粘合剂和固化剂组成，粘合剂可采用硅酸钠或硅酸钾溶液，固化剂可采用磷酸铵或氯化铵(或氟硅酸钠)，其中，上述各组分的重量比是膨胀页岩颗粒料，直径5-10mm，重量400kg直径1-5m，重量100kg硅酸钠或硅酸钾溶液，模数为M2.4-M3.0，300kg粉煤灰 180kg漂 珠 20kg磷酸铵或氯化铵35kg制造上述产品的方法，其特征在于A、将各组分按上述配比称量，其中膨胀页岩粒料其容重为450kg/m3，并且该料为一次膨化成型，不得破碎使用，然后将称量后的各组分在常温(5℃以上)下经机械或人工搅拌均匀即获得干容重800kg的浇注料(即体积重量为800kg/m3)；B、该浇注料的初固时间为40分钟左右，在模板中浇捣成型，大约2小时完成初凝，24小时后脱模，进行自然干燥；C、经过B工序浇捣成型后的浇注料的物理力学指标是在500℃以下高温时抗压强度不降低，抗压强度不小于7MP(7N/mm2)，在硫酸溶液浓度(百分比浓度)5-40％范围内，强度不降低，导热系数为0.2w/(m·k) (单位为焦耳/厚度·开尔文温度)。这里浇注料在成型干燥后，其体积密度不大于800kg/m3。
实施例2一种轻质隔热耐酸浇注料，其特征在于由膨胀页岩颗粒料、粉煤灰、漂珠、粘合剂和固化剂组成，粘合剂可采用硅酸钠或硅酸钾溶液，固化剂可采用磷酸铵或氯化铵(或氟硅酸钠)，其中，上述各组分的重量比是膨胀页岩颗粒料，直径5-10mm，重量435kg直径1-5m，重量120kg硅酸钠或硅酸钾溶液，模数为M2.4-M3.0，325kg粉煤灰 250kg漂 珠 25kg磷酸铵或氯化铵40kg制造上述产品的方法，其特征在于A、将各组分按上述配比称量，其中膨胀页岩粒料其容重480kg/m3，并且该料为一次膨化成型，不得破碎使用，然后将称量后的各组分在常温(5℃以上)下经机械或人工搅拌均匀即获得干容重970kg的浇注料(即体积重量为970kg/m3)；B、该浇注料的初固时间为40分钟左右，在模板中浇捣成型，大约2小时完成初凝，24小时后脱模，进行自然干燥；C、经过B工序浇捣成型后的浇注料的物理力学指标是在500℃以下高温时抗压强度不降低，抗压强度为9MP(9N/mm2)，在硫酸溶液浓度(百分比浓度)5-40％范围内，强度不降低，导热系数为0.25w/(m·k)。这里浇注料在成型干燥后，其体积密度不大于970kg/m3。
实施例3一种轻质隔热耐酸浇注料，其特征在于由膨胀页岩颗粒料、粉煤灰、漂珠、粘合剂和固化剂组成，粘合剂可采用硅酸钠或硅酸钾溶液，固化剂可采用磷酸铵或氯化铵(或氟硅酸钠)，其中，上述各组分的重量比是膨胀页岩颗粒料，直径5-10mm，重量475kg
直径1-5m，重量150kg硅酸钠或硅酸钾溶液，模数为M2.4-M3.0，350kg粉煤灰 300kg漂 珠 30kg磷酸铵或氯化铵 55kg制造上述产品的方法，其特征在于A、将各组分按上述配比称量，其中膨胀页岩粒料其容重为550kg/m3，并且该料为一次膨化成型，不得破碎使用，然后将称量后的各组分在常温(5℃以上)下经机械或人工搅拌均匀即获得干容重1100kg的浇注料(即体积重量为1100kg/m3)；B、该浇注料的初固时间为40分钟左右，在模板中浇捣成型，大约2小时完成初凝，24小时后脱模，进行自然干燥；C、经过B工序浇捣成型后的浇注料的物理力学指标是；在500℃以下高温时抗压强度不降低，抗压强度为12MP(12N/mm2)，在硫酸溶液浓度(百分比浓度)5-40％范围内，强度不降低，导热系数为0.3w/(m·k)。这里浇注料在成型干燥后，其体积密度不大于1100kg/m3。
权利要求
1.一种轻质隔热耐酸浇注料，其特征在于由膨胀页岩颗粒料、粉煤灰、漂珠、粘合剂和固化剂组成，粘合剂可采用硅酸钠或硅酸钾溶液，固化剂可采用磷酸铵或氯化铵，其中，上述各组分的重量比是膨胀页岩颗粒料，直径5-10mm，重量400-475kg直径1-5m，重量100-150kg硅酸钠或硅酸钾溶液，模数为M2.4-M3.0，300-350kg粉煤灰 180-300kg漂 珠 20-30kg磷酸铵或氯化铵30-55kg
2.制造权利要求1所述产品的方法，其特征在于A、将各组分按上述配比称量，其中膨胀页岩粒料其容重400-550kg/m3，并且该料为一次膨化成型，不得破碎使用，然后将称量后的各组分在常温(5℃以上) 下经机械或人工搅拌均匀即获得干容重800-1100kg的浇注料；B、该浇注料的初固时间为40分钟左右，在模板中浇捣成型，大约2小时完成初凝，24小时后脱模，进行自然干燥；C、经过B工序浇捣成型后的浇注料的物理力学指标是在500℃以下高温时抗压强度不降低，抗压强度为7-12MP(7-12N/mm2)，在硫酸溶液浓度(百分比浓度)5-40％范围内，强度不降低，导热系数为0.2-0.3w/(m·k)。这里浇注料在成型干燥后，其体积密度不大于1100kg/m3。
全文摘要
本发明涉及一种轻质隔热耐酸浇注料及其制造方法,其特征在于由膨胀页岩颗粒料(直径5—10mm,重量400—475kg,直径1—5mm,重量100—150kg)、粉煤灰(180—300kg)、漂珠(20—30kg)、粘合剂和固化剂组成,粘合剂可采用硅酸钠或硅酸钾溶液(模数M2.4—M3.0,300—350kg),固化剂可采用磷酸铵或氯化铵(30—55kg),制造方法是将各组分按上述配比称量,其中膨胀页岩粒料其容重为400—550kg/m
文档编号C04B14/12GK1263062SQ00110100
公开日2000年8月16日 申请日期2000年2月1日 优先权日2000年2月1日
发明者张力学, 赵宇航, 郎晓晖 申请人:黑龙江省电力勘察设计研究院