淺析工業爐窯拱和拱頂鎖磚留設方法

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

工業爐窯拱和拱頂砌筑中，鎖磚至關重要。現行國家規范《工業爐砌筑工程施工及驗收規范》(GB 50211-2004)(以下簡稱 “規范”)第3.2.52條 “……跨度小于3 m的拱和拱頂，應打入1塊鎖磚；跨度大于3 m時，應打入3塊鎖磚；跨度大于6 m時，應打入5塊鎖磚。”及第3.2.53條“鎖磚砌入拱和拱頂內的深度宜為磚長的2/3～3/4，……”等條款對工業爐窯拱和拱頂鎖磚留設方法作出上述一般規定。但筆者根據實際施工經驗，認為規范第3.2.52條規定不嚴謹；第3.2.53條對鎖磚砌入拱和拱頂內深度的規定值過小，在實際施工中往往不可行。

2 規范第3.2.52條的局限性

規范第3.2.52條規定的鎖磚留設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。但對可調節骨架的拱和拱頂砌筑，不必按規范第3.2.52條規定留設，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，或可以不用留設鎖磚，只要控制好合門磚的灰縫在規范規定范圍之內進行一般砌筑即可。正如規范第13.1.10規定“砌筑可調節骨架的拱頂時，應沿拱的中心線打入一排鎖磚……”，并未遵照規范第3.2.52條規定(根據拱跨度不同，而留設不同數量的鎖磚)。因此，規范第3.2.52條條款表述欠嚴謹、周密，該條款應明確其適用范圍。

3 對鎖磚砌入拱和拱頂內深度的分析

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，讓拱頂內表面脫離拱胎，拆除拱胎后，防止或減少拱頂下沉。根據規范第3.2.53條的條文解釋“鎖磚砌入拱和拱頂內的深度應適宜；砌入過深則起不到鎖磚的作用，砌入太淺則會產生鎖磚打不下去或把鎖磚打壞。”據此，規范第3.2.53條規定鎖磚砌入拱和拱頂內的深度為磚長的2/3～3/4(66.7 %～75 %)，實際上這一數值規定過小，若按此規定留設鎖磚，鎖磚很緊，實際施工時往往會發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的深度，可以把拱視為剛性結構進行簡單推算，如圖1。

圖1 拱和拱頂鎖磚示意

假設：

(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范3.2.2條規定為2；

(4)鎖磚砌入拱和拱頂內的深度為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，既視其為剛性結構。

則：H=((B-△h)/B)×L。△h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，結果如表1。

計量器具是用來評定機械產品是否合格的標準計量器具，判定產品是否合格，首先應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、保養計量器具的態度，教師在講解演示測量時，著重強調操作計量器具的注意事項，這是學生能否用好儀器的關鍵，要求每組有對應固定的測量器具，不能相互調換。責任到人，按規程操作，提高學生的責任意識，使儀器在使用中處于受控狀態。實驗結束后，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數據比較

視拱和拱頂為剛性結構時，鎖磚砌入拱和拱頂內的計算深度值均與本規范所規定的鎖磚砌入拱和拱頂內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，只與拱半徑的增量有關。所以，對同一中心角的拱和拱頂，跨度越大，鎖磚的數量越多，鎖磚砌入拱和拱頂內深度值應越大。另外，根據計算公式(1)，鎖磚大小頭的厚度差B，也影響鎖磚砌入拱和拱頂內深度，即鎖磚大小頭的厚度差越大，鎖磚砌入拱和拱頂內深度亦越深；這也表明若鎖磚砌入拱和拱頂內深度相同，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，由于拱和拱頂的灰縫只有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。因此，鎖磚打入時拱磚的壓縮量極為有限。所以，規范規定的鎖磚砌入拱和拱頂內深度值過小，按規范要求留設，鎖磚則打入較困難或打不下去甚至打壞。

根據計算結果，考慮拱磚擠緊壓縮量及筆者施工經驗，視拱和拱頂的拱高和拱磚長短，鎖磚高出相鄰拱磚的高度宜為40～60 mm。實際留鎖磚時，若拱和拱頂的拱高較低或拱磚短，鎖磚高出相鄰拱磚的高度取值偏向上限，反之，拱和拱頂的拱高較高或拱磚長，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 拱和拱頂鎖磚留設方法示意

再者，隨著我國耐火材料工業的發展，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耐火磚的性能，耐火泥漿高溫燒結后能很好的粘接耐火磚。同時，筑爐施工工藝技術也日臻完善。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量的基礎。鎖磚雖然很關鍵，但不應以此強化施工質量，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的下沉，就可以了。

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，均按本文方法留設拱頂鎖磚，施工容易，效果也比較好。而按“規范”規定留設，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 結束語

根據以上分析，結合目前我國耐火材料質量現狀，為便于施工，對拱和拱頂鎖磚留設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，筆者認為本規范第3.2.53條規定鎖磚砌入拱和拱頂內深度的規定值過小，施工時，按此規定值往往不可行；而規范第3.2.52對不同拱和拱頂結構鎖磚留設方法應分別述之，不應統而論之。