烧结砖隧道窑破坏原因及修复
烧结砖生产工艺中，窑炉热工系统中干燥隧道窑和烧成隧道窑，是重要的生产设备，由于其热工性能要求、材料规格和结构尺寸等方面的限制，隧道窑设备基本上以采用现场施工建造为主。以年产6000万块（折标砖）烧结空心砖一次码烧生产线为例，窑炉系统需要配置截面宽度为3.6米、长度约85米干燥隧道窑和宽度为3.6米、长度约130米烧成隧道窑各2条，窑体和基础的投资金额约为380～440万元，约占生产线总投资的四分之一。此外，干燥隧道窑和烧成隧道窑建成投产后，烧结砖质量、产量、产品品种适应性、单位产品能源消耗等等指标，对企业效益和技术经济指标有着较大的影响。因而对隧道窑热工系统的设计和施工，必须高度重视。否则，存在的技术失误，最终会因窑炉质量事故，造成企业较大的经济损失。
1、企业概况
贵州省某烧结砖企业，采用一次码烧工艺，设计生产能力为年产6000万块（折标砖）烧结空心砖，生产线建成投产不到2年。工艺中，主要原料采用建筑渣土和煤矸石，原料经箱式给料机配料，双转子锤式破碎机破碎，回转筛筛分，搅拌加水、陈化后进入生产线。陈化后混合料通过箱式给料机，挤出搅拌机精细处理，送入50/50双级真空挤砖机，泥条经自动切条机、切坯机，每条泥条切32块普通砖， 12条一组，经编组皮带机编组后，机械码坯机码放3.6×3.6米窑车，每车码放普通砖4×4垛，共计5376块。码放湿坯的窑车，经静停预干燥后，通过2条干燥隧道窑干燥和2条硅酸铝纤维模块吊平顶烧成隧道窑焙烧，干燥隧道窑和烧成隧道窑长度相同，容车数量均为26车，窑长均为96.2米。进车时间为50～60分钟时，预计日产量将达到24～28万块合格产品。
2、烧成隧道窑结构
该企业干燥隧道窑和吊平顶烧成隧道窑采用联体建造，中部为2条烧成隧道窑，外侧各有1条干燥隧道窑。形成“二干二烧”一次码烧工艺。
烧成隧道窑规格为道宽3.6米，长度为96.2米，窑车面到纤维模块底面高度为1800mm。
窑顶采用300×300×300mm硅酸铝纤维模块，耐热钢螺杆螺栓锚固件及保温棉等材料，并利用轻型16号工字钢主梁及50×50角钢小次梁，窑截面方向每排采用13块纤维模块构成。
窑内直墙为普通耐火砖，为节约费用，耐火砖砌筑采用一层115mm顺砌，一层235mm丁砌，由挑头砖上表面砌筑到预定标高。挑头砖下采用普通砖砌筑。
耐火砖后直墙采用普通烧结砖，普通砂浆砌筑。耐火砖和普通砖直墙厚度共计620mm。
普通砖砌筑烟道，宽度为800mm，设置为上烟道，烟道外侧采用370mm普通砖墙与干燥隧道窑和另一条烧成隧道窑相接砌筑。
3、烧成隧道窑的破坏
2014年7月，该企业由于农忙季节工人放假及市场需求减少的原因，安排1号窑继续生产，2号烧成隧道窑停火。2号窑停火初期，企业对该窑进行维修，窑内直墙平整，没有裂纹。2015年春节前夕，时隔5个月后，准备2号窑点火时，发现窑内高温带直墙出现水平裂缝、长度达到50多米，裂缝最大宽度达到50mm，部分顺砌耐火砖已被顶出直墙平面，高温带中上部直墙向窑道内倾斜。进入上置烟道检查，烟道底板膨胀开裂。烧成隧道窑墙出现严重破坏，虽然硅酸铝纤维模块顶没有破坏，由于高温带直墙裂纹和松动，2号烧成隧道窑已不能点火生产，必须进行修复。破坏现状见照片1～6。
4、破坏原因分析
针对2号烧成隧道窑破坏现状的检查分析，以及对窑炉施工情况的了解判断，同时考虑到该窑投产与停火时间，窑炉直墙的裂纹和膨胀现象，主要是耐火砖直墙后普通砖砌体采用了石灰石砂浆砌筑引起。
该烧成隧道窑施工中，普通砖砌体采用砂浆砌筑，砂浆骨料为石灰石人造砂。高温条件下，隧道窑内温度逐渐传递到耐火砖直墙后普通砖砌体，造成砂浆中石灰石骨料分解为氧化钙（生石灰）和二氧化碳。在该窑停火5个月的期间，生石灰吸潮，产生1～2倍的体积膨胀。
生石灰吸潮后产生的体积膨胀应力，当其水平应力作用于砌筑强度较低的窑内直墙时，直墙出现裂纹、耐火砖松动，高温带部分耐火砖被顶出，突出直墙表面。沿隧道窑长度方向，因砌体的约束作用，同时纤维模块窑顶质量较轻，膨胀应力的垂直作用，使得直墙裂纹高度扩大，由此波及上置烟道，烟道底板出现开裂。
上述破坏现象，主要集中在高温带，正是由于烧成隧道窑正常工作期间，高温带高温的持续影响，使得耐火砖直墙后普通砖砌体砂浆中石灰石分解数量较多，加上该窑停火时间较长，生石灰吸潮产生的体积膨胀应力较大。
在高温带挑头砖下部普通砖砌体砂浆中，同样出现了石灰石分解，挑头砖下部普通砖砌体松动和裂纹。
检查中，松动的耐火砖砌体后能够看见已经消解的熟石灰粉。
隧道窑破坏现状见图片1～6。
此外，窑内直墙耐火砖，采用一层115mm顺砌，一层235mm丁砌，由于耐火砖与普通砖砌筑灰缝厚度差异较大，加之耐火泥浆与砂浆的砌筑要求不同，耐火砖泥浆砌筑灰缝厚度超出规范要求，使得内直墙耐火砖砌体强度较低，缺陷较多。
没有停火的1号烧成隧道窑，结构相同，普通砖砌体在施工过程中，同样采用了石灰石砂浆砌筑，由于没有停火，因而石灰石分解后，生石灰吸潮并不充分，体积膨胀应力较低。但是，已经出现一两块耐火砖掉落窑车的现象。如果停火，随着体积膨胀应力的增加，1号烧成隧道窑也将出现与2号窑相同的破坏现象。
该企业隧道窑破坏的事例表明，破坏原因主要是普通砖砌体所用砂浆中石灰石分解后，生石灰吸潮膨胀产生的应力造成。对热工窑炉砌筑施工而言，禁止采用石灰石骨料，是业内的基本共识，然而，对一些无资质、不负责任的窑炉施工队伍，却可能是经常出现的错误。
5、修复方案及实施
根据烧成隧道窑破坏的现状，拆除局部窑直墙，重新砌筑，才能保证隧道窑的正常运行。由于该窑采用硅酸铝纤维模块为吊平顶，当窑直墙拆除后，纤维模块内膨胀应力消失，纤维顶将掉落。如要保留纤维吊平顶，需要事先采用特制钢制顶杆工装，焊接在16号工字钢两端底部，保持纤维模块内膨胀应力，支起后，再局部分段拆除窑直墙，修复墙体后，再将纤维模块吊平顶安装到原位。此方案需要加工钢制顶杆、施工难度较高、工期较长、窑体整体质量不高，但是，能够减少隧道窑纤维模块吊平顶的费用。
考虑到生产计划的要求，该企业决定采用局部整体拆除重建的方案，拆除长度约70米，70米范围内纤维模块吊平顶、上置烟道、窑直墙、挑头砖全部拆除，挑头砖下部松动的直墙也一并拆除。
砌筑时，利用原耐火挑头砖，采用耐火泥浆砌筑。
挑头砖平面以上，隧道窑内直墙采用耐火泥浆和耐火砖砌筑，厚度235mm，保证隧道窑内直墙砌筑质量和延长其工作寿命。耐火砖墙后设置保温层，利用报废的纤维顶作为保温层，厚度30mm。增加隧道窑直墙保温性能。
隧道窑耐火砖直墙后部普通砖砌体，采用泥浆砌筑，普通砖砌体与耐火砖直墙采用砖搭接砌筑，搭接砖为梅花桩式分布，不影响耐火砖墙后保温层保温效果，保证隧道窑直墙整体强度。
采用普通砖和预制板，泥浆砌筑上置烟道，烟道高度提高，通道面积增加。
新购置硅酸铝纤维模块，规格为600×300×300mm，利用原16号工字钢主梁、50×50角钢小次梁和耐热钢挂钩，安装纤维吊平顶。
利用报废的纤维顶，作为吊平顶保温层，厚度60mm，提高隧道窑顶保温性能。
在隧道窑的修复过程中，针对原隧道窑中哈风、烟道、直墙保温等部分不合理的结构，采取措施进行了补救，有利于企业今后生产中，单位产品能耗满足标准规定要求。
根据确定的修复方案和工期要求，经过40天的拆除和修复，2号烧成隧道窑修复工作顺利完成，材料及费用见下表。
由于1号烧成隧道窑结构和砌筑材料相同，停火后也将产生与2号窑象似的破坏现象，因此，1号窑的修复费用，也将达到64.8万元。
该企业因烧成隧道窑破坏，直接修复费用达到129.6万元左右。如果将停产时间、修复期间的间接影响和不可预见的不利因素等损失计算在内，对于一家建成投产不到2年的企业而言，其经济损失是较大的。
6、结束语
烧结砖企业建设过程中，项目前期缺乏分析论证和设计，后期施工中，又采用无资质窑炉队伍，建设过程没有质量监督，窑炉质量粗制滥造，建设费用明低暗高。应用过程中弊端和质量事故频发，产品质量得不到保证，单位产品能耗超过国家标准指标。此类中小型烧结砖项目建设事例，在经济较为落后的地区，相当普遍，给地方经济建设带来负面影响，同时也给业主造成较大的经济损失。
对烧结砖项目的建设，业主要降低投资的想法没有错，但是，科学决策才是降低投资的基础，需要遵循国家产业政策的规定、需要按照严格的设计和施工程序进行，不能轻信不良队伍的“忽悠”，否则，项目建设和生产实践中，必然会产生各种弊端，业主降低投资的美好愿望不仅得不到落实，反而会给业主带来较大的经济损失。
本文所列烧成隧道窑破坏原因和产生的严重后果，值得关注。
作者：陈荣生 鄢爱民 谢俊 鄢海峰
作者：陈荣生 鄢爱民 谢俊 鄢海峰