淺析工業(yè)爐窯拱和拱頂鎖磚留設(shè)方法

盧培熙

(中國五冶集團陜西分公司,四川成都610061)

1 問題的提出

工業(yè)爐窯拱和拱頂砌筑中，鎖磚至關(guān)重要?，F(xiàn)行國家規(guī)范《工業(yè)爐砌筑工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50211-2004)(以下簡稱 “規(guī)范”)第3.2.52條 “……跨度小于3 m的拱和拱頂，應(yīng)打入1塊鎖磚；跨度大于3 m時，應(yīng)打入3塊鎖磚；跨度大于6 m時，應(yīng)打入5塊鎖磚?！奔暗?.2.53條“鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)的深度宜為磚長的2/3～3/4，……”等條款對工業(yè)爐窯拱和拱頂鎖磚留設(shè)方法作出上述一般規(guī)定。但筆者根據(jù)實際施工經(jīng)驗，認為規(guī)范第3.2.52條規(guī)定不嚴謹；第3.2.53條對鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度的規(guī)定值過小，在實際施工中往往不可行。

2 規(guī)范第3.2.52條的局限性

規(guī)范第3.2.52條規(guī)定的鎖磚留設(shè)方法僅適用于固定骨架的拱和拱頂砌筑或拱腳固定的拱和拱頂砌筑。但對可調(diào)節(jié)骨架的拱和拱頂砌筑，不必按規(guī)范第3.2.52條規(guī)定留設(shè)，即不論拱頂跨度多大，只需在拱和拱中心位置打入一排鎖磚即可，或可以不用留設(shè)鎖磚，只要控制好合門磚的灰縫在規(guī)范規(guī)定范圍之內(nèi)進行一般砌筑即可。正如規(guī)范第13.1.10規(guī)定“砌筑可調(diào)節(jié)骨架的拱頂時，應(yīng)沿拱的中心線打入一排鎖磚……”，并未遵照規(guī)范第3.2.52條規(guī)定(根據(jù)拱跨度不同，而留設(shè)不同數(shù)量的鎖磚)。因此，規(guī)范第3.2.52條條款表述欠嚴謹、周密，該條款應(yīng)明確其適用范圍。

3 對鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度的分析

對固定骨架的拱和拱頂或拱腳固定的拱和拱頂砌筑時，打入鎖磚的目的是為了讓拱磚受力擠緊，讓拱頂內(nèi)表面脫離拱胎，拆除拱胎后，防止或減少拱頂下沉。根據(jù)規(guī)范第3.2.53條的條文解釋“鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)的深度應(yīng)適宜；砌入過深則起不到鎖磚的作用，砌入太淺則會產(chǎn)生鎖磚打不下去或把鎖磚打壞。”據(jù)此，規(guī)范第3.2.53條規(guī)定鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)的深度為磚長的2/3～3/4(66.7 %～75 %)，實際上這一數(shù)值規(guī)定過小，若按此規(guī)定留設(shè)鎖磚，鎖磚很緊，實際施工時往往會發(fā)生鎖磚打不下去或把鎖磚打壞的情況。

為了把拱和拱頂鎖離拱胎一定高度，鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)的深度，可以把拱視為剛性結(jié)構(gòu)進行簡單推算，如圖1。

圖1 拱和拱頂鎖磚示意

假設(shè)：

(1)拱和拱頂中心角為α，拱半徑為R，拱磚長為L；

(2)鎖磚大小頭厚度差為B；

(3)拱和拱頂灰縫按本規(guī)范3.2.2條規(guī)定為2；

(4)鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)的深度為H；鎖磚露在拱和拱頂表面部分的厚度差為△h；

(5)鎖磚數(shù)量為N；

(6)不考慮打鎖磚時拱磚擠緊壓縮量，既視其為剛性結(jié)構(gòu)。

則：H=((B-△h)/B)×L?！鱤為拱磚可擠壓量及拱和拱頂被鎖磚鎖起后拱弧的增量之和。在不考慮打鎖磚時拱磚壓縮量的情況下，△h即為拱和拱頂被鎖磚鎖起后拱弧的增量。

設(shè)拱和拱頂被鎖磚鎖起后拱弧的增量為△L，剛性拱時，△h=△L。

△L=2πα△R/360N，假定△R=1(拱在徑向鎖起1 mm)，△L=πα/(180N)。

則：H=((B-△H)/B)×L=((B-α×π/(180N))/B)×L(1)。

從式(1)可以看出：鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度H與鎖磚大小頭厚度差B、鎖磚長L成正比，與△H成反比。

按鎖磚大小頭厚度差為5 mm,計算幾種拱的鎖磚砌入深度，結(jié)果如表1。

計量器具是用來評定機械產(chǎn)品是否合格的標準計量器具，判定產(chǎn)品是否合格，首先應(yīng)保證計量器具的測量準確性，學生在測量過程中必須有維護、保養(yǎng)計量器具的態(tài)度，教師在講解演示測量時，著重強調(diào)操作計量器具的注意事項，這是學生能否用好儀器的關(guān)鍵，要求每組有對應(yīng)固定的測量器具，不能相互調(diào)換。責任到人，按規(guī)程操作，提高學生的責任意識，使儀器在使用中處于受控狀態(tài)。實驗結(jié)束后，要求學生把實驗臺收拾整齊，測量用具歸回初始位置，擺放整齊被測件及儀器，教師檢查合格后方可離開。

表1 不同中心角、跨度的拱和拱頂鎖磚深度及相關(guān)數(shù)據(jù)比較

視拱和拱頂為剛性結(jié)構(gòu)時，鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)的計算深度值均與本規(guī)范所規(guī)定的鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度的上限相差較大(表1)。因為同一中心角的拱，拱徑向上抬起，拱弧的增量與拱半徑無關(guān)，只與拱半徑的增量有關(guān)。所以，對同一中心角的拱和拱頂，跨度越大，鎖磚的數(shù)量越多，鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度值應(yīng)越大。另外，根據(jù)計算公式(1)，鎖磚大小頭的厚度差B，也影響鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度，即鎖磚大小頭的厚度差越大，鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度亦越深；這也表明若鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度相同，則磚大小頭的厚度差大的鎖磚更加難打入。

在實際施工打鎖磚時，由于拱和拱頂?shù)幕铱p只有2 mm,考慮到拱磚本身的尺寸、扭曲允許偏差，拱磚間局部地方灰縫已很小，加上打鎖磚時，磚縫灰漿已凝結(jié)。因此，鎖磚打入時拱磚的壓縮量極為有限。所以，規(guī)范規(guī)定的鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度值過小，按規(guī)范要求留設(shè)，鎖磚則打入較困難或打不下去甚至打壞。

根據(jù)計算結(jié)果，考慮拱磚擠緊壓縮量及筆者施工經(jīng)驗，視拱和拱頂?shù)墓案吆凸按u長短，鎖磚高出相鄰拱磚的高度宜為40～60 mm。實際留鎖磚時，若拱和拱頂?shù)墓案咻^低或拱磚短，鎖磚高出相鄰拱磚的高度取值偏向上限，反之，拱和拱頂?shù)墓案咻^高或拱磚長，鎖磚高出相鄰拱磚的高度取值偏向下限；同時不應(yīng)選擇拱和拱頂砌筑的主要磚型中大小頭厚度差較大的拱磚作為鎖磚(圖2)。這樣留設(shè)鎖磚，施工比較可行，既能達到鎖磚目的，而鎖磚也不難打入。

圖2 拱和拱頂鎖磚留設(shè)方法示意

再者，隨著我國耐火材料工業(yè)的發(fā)展，耐火材料性能的提高，耐火磚的殘變率已大大降低，耐火泥漿的性能也已接近或高于同材質(zhì)耐火磚的性能，耐火泥漿高溫燒結(jié)后能很好的粘接耐火磚。同時，筑爐施工工藝技術(shù)也日臻完善。所以，拱和拱頂施工時，已不必將鎖磚留得過緊，而通過使勁打擊鎖磚將拱磚灰縫擠得過分小以強化施工質(zhì)量的做法。鎖磚打得過緊，把拱磚灰縫擠得過分小，反而影響拱頂整體粘結(jié)性能，也影響爐子使用壽命。目前，在拱和拱頂砌筑中，控制好拱磚灰縫厚度、灰漿飽滿度及拱的弧度是保證砌筑質(zhì)量的基礎(chǔ)。鎖磚雖然很關(guān)鍵，但不應(yīng)以此強化施工質(zhì)量，采取使勁打鎖磚的做法。鎖磚只要將拱和拱頂鎖離拱胎，起到在拱胎拆除后防止和減少拱和拱頂?shù)南鲁?，就可以了?/p>

筆者在攀成鋼600 t混鐵爐拱頂施工，50 m2加熱爐拱頂施工，成都明達500 t/d浮法玻璃窯大拱施工，四川陶瓷廠引進80 m隧道窯拱頂施工等大量工程施工實踐中，均按本文方法留設(shè)拱頂鎖磚，施工容易，效果也比較好。而按“規(guī)范”規(guī)定留設(shè)，鎖磚打入十分困難或打不下去，甚至將瑣磚打壞造成返工。

4 結(jié)束語

根據(jù)以上分析，結(jié)合目前我國耐火材料質(zhì)量現(xiàn)狀，為便于施工，對拱和拱頂鎖磚留設(shè)方法可提出如下切實可行的建議，供參考：

(2)鎖磚高出相鄰拱磚的高度宜為40～60 mm；

(3)在留鎖磚時，不應(yīng)選擇拱和拱頂砌筑的主要磚型中，大小頭厚度差較大的拱磚作為鎖磚。

綜上所述，筆者認為本規(guī)范第3.2.53條規(guī)定鎖磚砌入拱和拱頂內(nèi)深度的規(guī)定值過小，施工時，按此規(guī)定值往往不可行；而規(guī)范第3.2.52對不同拱和拱頂結(jié)構(gòu)鎖磚留設(shè)方法應(yīng)分別述之，不應(yīng)統(tǒng)而論之。