防水型耐酸耐热轻质隔热浇注料及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种火电厂烟囱用的防腐抗裂整体内衬，尤其是一种可广泛应用于火电厂各种类型烟囱、烟道中的防水型不定形耐酸耐热轻质隔热浇注料，本发明还涉及该浇注料的制造方法。
背景技术
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地不便。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：目前国内曾在石化行业加热炉及烟道内衬等部位使用的以高铝水泥为结合剂的不定形隔热浇注料。但该类浇注料的强度在受热后将大大降低，且在防腐蚀性、耐水性、抗渗性及抗冻性等方面还有较大缺陷，不能适应火电厂高烟囱内衬的要求。
近期，中国专利CN97112591.0公开了一种由水玻璃、耐酸水泥、烧结耐酸陶土粗、细骨料配合而成的混凝土浇注料，其原材料及配比如下(重量百分比)：
水玻璃 0.8～1.2％
氟硅酸钠 0.13～0.18％
耐酸水泥 1.36～1.86％
烧结耐酸陶土细骨料 1.33～1.90％
烧结耐酸陶土粗骨料 3.06～3.66％
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#。
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。
经分析发现，此专利技术至少存在两方面错误和缺陷：
1、铝酸盐类水泥并非耐酸水泥。铝酸盐类水泥的耐热性和耐硫酸盐腐蚀性较好，但因其中含钙量较大，易被各种浓度的硫酸腐蚀，因此将铝酸盐类水泥做为耐酸水泥使用，是基本概念的严重错误。
2、采用破碎的陶土骨料是十分不利的。因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。
【发明内容】
本发明针对现有技术存在的问题，根据烟囱运行的实际工况，采取有效的工艺措施，通过恰当地选择原材料及科学的组合与配比，提供一种集轻质、隔热、耐酸、耐热、高强、整体性好、密封性强、防水性强、抗渗抗冻等多种优异性能于一体的轻质高强浇注料，本发明的另一目的是提供该浇注料的制造方法，以便在现场制造整体内衬，替代摆放式隔热层与砌筑式砖内衬，明显增强烟囱内衬的整体性、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。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现：
本发明的组分及含量为：
无机轻集料颗粒： 1.29-7.74％
耐酸耐热粉料： 0.77-4.58％
耐酸耐热结合剂： 1.00-4.52％
复合外加剂： 0.13-0.94％
所有百分数为重量百分数。
将符合本发明要求的耐酸耐热的无机轻集料颗粒、耐酸耐热粉料、耐酸耐热结合剂及外加剂，按规定比例混合，经机械或人工搅拌均匀，成为具有一定流动度类似混凝土状态的浇注料，浇注于一定结构、形状的模具中，经人工振捣密实，常温状态下自然干燥1～5天后拆模，养护即成。密度为700～1800kg/m3，强度为5～25Mpa的不同种类与用途的系列化防水型耐酸耐热轻质隔热浇注料。
其中耐酸耐热颗粒料为无机轻集料，主要采用粒径为0.5mm～25mm，密度等级为200～1200的粘土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、煤矸石陶粒、浮石、火山渣、煤渣、自然煤矸石、陶土质轻骨料、粘土质耐火轻骨料、高铝质耐火轻骨料、硅质耐火轻骨料、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、空心玻璃珠和泡沫玻璃等，或单一使用、或组合使用，重量为240kg～1200kg/m3；耐酸耐热粉料主要采用粒径小于0.2mm的铸石粉，耐酸瓷粉、耐酸陶粉、石英粉、辉绿岩粉、安山岩粉、花岗岩粉、玄武岩粉、粉煤灰、粉煤灰漂珠、硅酸铝质耐火砖粉、硅砖粉、耐火粘土熟料粉、高铝熟料粉、硅徽粉等，膨胀珍珠岩粉及膨胀蛭石粉等，或单一使用，或组合使用，重量为120kg～710kg/m3；耐酸耐热结合料主要采用密度为1.25～1.65、模数为2.0～3.5的硅酸钠、硅酸钾钠、硅酸钾或磷酸二氢铝溶液或速溶干粉等，重量为155～800kg/m3；复合外加剂主要采用草酸、柠檬酸、氟硅酸锌、氟硅酸钠、磷酸铵、缩合磷酸铝、硫酸铝盐、氯化铵、呋喃类单体、水溶性环氧树脂、水溶性低聚物、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠等，重量为20kg～145kg/m3。
本发明浇注料的主要性能指标如下：体积密度(kg/m3)导热系数w/m*k常温强度R0(Mpa) 加热后强度 变化值 (400℃×3h) R热/R0浸酸后强度变化值(5～60％硫酸浸30天) R酸/R0浸水后强度变化值(常温～90℃浸30天)R水/R0 吸水率 (％)抗渗强度 (S) 700～900 0.24～0.27 5～7.5 ≥1 ≥1 / / / 900～1100 0.27～0.35 7.5～10 ≥1 ≥1 / / / 1100～1400 0.35～0.50 10～15 ≥1 ≥1 / / / 1400～1800 0.5～0.9 15～25 ≥1 ≥1 ≥0.8 ≤10 ≥0.5
本发明防水型浇注料在5～60％的H2SO4浸泡30天，强度不降低，外观无腐蚀、裂纹、剥落等变化；在常温～400℃的条件下加热，强度不降低，外观无变形等变化；防水型浇注料在常温～90℃水中浸泡30天，强度降低小于20％，吸水率低、抗渗抗冻性能好。
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仓中做内衬材料使用。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腐蚀的作用。
【具体实施方式】
实施例1：
一种防水型耐酸耐热轻质隔热浇注料，由页岩陶粒、陶砂颗粒料、铸石粉、粉煤灰漂珠等细粉料、氟硅酸锌、磷酸铵及硅酸钾钠溶液组成。其配比为：
页岩陶粒：粒径15～5mm 0.566
页岩陶砂：粒径5～0.2mm 0.425
铸石粉：180目 0.404
粉煤灰漂珠 0.121
氟硅酸锌 0.130
磷酸铵 0.014
水溶性环氧树脂 0.02
硅酸钾钠溶液d＝1.36～1.4 1.0
制造该浇注料方法：将各组分按上述配合比称量，经机械或人工搅拌均匀，在模具或模板中浇注成型，人工振捣或捣固密实，常温凝固硬化1-5天后拆模，自然干燥养护，可获得体积密度≥700kg/m3的浇注料构筑体，其导热系数≤0.25w/m.k，抗压强度≥5Mpa，加热400℃或以5～60％H2SO4浸酸，强度不降低，外观无变化。
实施例2：
一种防水型耐酸耐热轻质隔热浇注料，由粘土陶粒、陶砂颗粒料、高铝熟料粉、硅微粉等细粉、缩合磷酸铝、氟硅酸钠、粉状速溶硅酸钠及水组成。其中配比为：
粘土陶粒：粒径：15～5mm 1.37
陶砂颗粒：粒径：5～0.2mm 0.68
高铝熟料粉：180目 0.59
硅微粉：＜5μ 0.085
缩合磷酸铝： 0.105
氟硅酸钠： 0.079
粉状速溶硅酸钠： 0.645
水溶性环氧树脂： 0.02
水： 1
制造该浇注料方法：将各组分按上述配合比称量，经机械或人工搅拌均匀，在模具或模板中浇注成型，人工振捣密实，常温凝固硬化1-5天后拆模，自然干燥养护，可获得体积密度≥1200kg/m3的浇注料构筑体，其导热系数≤0.4w/m.k，抗压强度≥10Mpa，加热400℃或以5～60％H2SO4浸酸，强度不降低，外观无变化。
实施例3：
一种防水型耐酸耐热轻质隔热浇注料，由煤灰陶粒、煤渣、粉煤灰、耐酸瓷粉、氟硅酸钠、硫酸铝、草酸、水溶性环氧树脂、硅酸钾溶液组成，其中各组分重量比为：
粉煤灰陶粒：粒径：5～12mm 1.4
煤渣：粒径：5～0.2mm 0.8
粉煤灰：＜140目 0.32
耐酸瓷粉：＜160目 0.44
氟硅酸钠： 0.12
硫酸铝盐： 0.03
草酸： 0.004
水溶性环氧树脂： 0.01
硅酸钾溶液：d＝1.25～1.6 1
防水水溶性环氧树脂： 0.02
制造该浇注料方法：将各组分按上述配合比称量，经机械或人工搅拌均匀，在模具或模板中浇注成型，人工振捣密实，10～40℃下1～5天后拆模，自然干燥养护，可获得体积密度≤1800kg/m3的浇注料构筑体，其导热系数≤0.9w/m.k，抗压强度≥25Mpa，加热400℃或以5～60％H2SO4浸酸，强度不降低，外观无变化。