Cipp拉入法內襯修復的熱固化工藝的製作方法

2023-10-22 16:58:52 1

專利名稱：Cipp拉入法內襯修復的熱固化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種排水管道非開挖原位內襯修復---CIPP拉入法內襯修復的熱固化方法，具體為把熱源發生裝置安裝在軟管內部，直接或間接給樹脂加熱使樹脂固化的ー類方法。背景技木運營數十年的排水管道極易被腐蝕、產生管身強度下降、斷裂、錯位及汙水滲漏，待地層逐漸被淘空，就會出現我們經常會遇到的地面塌陷等市政事故，造成巨大的生命、財產損 失。近四十年來，在英國Eric wood工程師命名的CIPP (Cured in placepipe)技術的引領下，全球各地都在採用類似的非開挖內襯技術對舊管道進行有計劃性的修復，在我國這類修復技術的開發應用也在蓬勃開展。現場原位固化成型的CIPP技術主要有軟管翻轉法和軟管拉入法兩種安裝エ藝。由於以玻璃纖維浸潰樹脂為主體材料的軟管拉入法修復技術屬有機無機複合材料，具有極高的抗拉、抗彎強度和彈性模量，與聚酯纖維氈等合成纖維製成的軟管翻轉法技術相比較，所能承受的負載要高很多，如ASTMF1216標準中規定軟管翻轉法的弾性模量為1725MPa，而軟管拉入法的彈性模量可達12000MPa，同等管線修復時軟管拉入法的內襯層設計厚度要比軟管翻轉法低很多。所以，近年來玻璃纖維浸潰樹脂的軟管拉入法修復技術得到了市場廣泛認同。在玻璃纖維浸潰樹脂的軟管拉入法修復施工中的樹脂固化採用的工法有紫外線(UV)固化エ藝、加熱固化エ藝兩大類。其中紫外線(UV)固化工藝與其他的熱固化工藝的主要區別在於材料配方上，要確保樹脂固化，配方中要加入紫外線引發劑，它吸收輻射能後形成活性基團，進而引發體系中含不飽和雙鍵發生化學反應(主要是各類聚合反應)，形成交聯的立體網絡結構的高分子聚合物，它具固化時間短，可低溫固化等傳統固化技術不可比擬的優點，稱為新一代緑色エ藝。但光固化技術的應用有別於熱固化技術的地方是內襯層厚度比較薄，一般在5mm左右，北京航空航天大學黃達教授等通過測定光固化試樣的顯微硬度分析表明，對於較厚的試樣，超過5mm後因為紫外線通過樹脂層時會發生反射、吸收和散射等現象，穿透力有限導致深處的光強大大削弱，使得厚製件不能充分固化。而按照ASTMF1216設計計算採用拉入法玻璃纖維浸潰樹脂エ藝的內襯層壁厚很多要超過5毫米，有些要達到15毫米以上，紫外光固化技術應用的內襯層壁厚往往不能滿足修復技術要求，所以熱固化工藝更適合各類(包括拉入法和反轉法)CIPP拉入法內襯修復技木。目前，國內外修復施工中熱固化エ藝主要有循環熱蒸汽固化エ藝、循環混合蒸氣固化エ藝、循環熱空氣固化エ藝等，其共同特點是熱源都在軟管外面，都屬於循環加熱エ藝，如全球都在執行的美國ASTM F2019-03規定的蒸汽固化エ藝，德國Saertex公司採用的是循環水蒸汽固化エ藝，美國Inliner公司和中國天津振津工程集団公司採用的是循環「水蒸汽與空氣」混合氣的固化エ藝，天津華賽管道技術有限公司新開發的循環熱空氣固化エ藝等，熱量發生裝置如加熱鍋爐等都在地面上，在恆定壓力下，熱氣體從一端進入軟管，從另一端排出，靠頂替給軟管加溫最終使樹脂固化，其最大的弱點是鍋爐屬於壓力容器，施エ中必須隨時移動，這對施工安全造成很大隱患，有些城市根本就不允許鍋爐上路；另ー個弱點是能量或熱量損失嚴重，加熱時間長，熱效率低，為此，本發明致カ於提供一類熱源裝置安裝在軟管內部供給熱量並保證樹脂固化的方法，除地層吸收的少量熱量外，不再有其他的能量損失，必然會提高固化效率，而且沒有了蒸汽鍋爐當然安全會得到保障。

發明內容
首先，我們要描述的是本發明的使用環境內襯材料可以是浸潰各類熱固性樹脂的含有玻璃纖維的軟管，浸 潰樹脂採用熱固化配方；安裝エ藝是拉入法，軟管脹貼在舊管內壁使用的是空氣，換言之翻轉內襯法和水壓膨脹エ藝不在本發明的應用範圍；加熱使樹脂固化的途徑可以是給樹脂直接加熱，也可以是給軟管裡的空氣環境加熱間接給樹脂升溫。主要エ藝過程包括有以下步驟現場勘測；管道清理；管道內窺鏡檢測；排水管道管內局部處理；複合纖維軟管制作；纖維軟管浸潰樹脂混合物；已浸潰樹脂的內襯軟管拉入定位；充氣使軟管膨脹貼在舊管內壁；恆壓下加熱固化，內襯端頭處理；驗收通水運行。圖I是本發明的原理圖。本發明首先要解決的技術問題是找到適用的熱源發生設備。我們知道，常用的熱源提供者有光變熱、電變熱、化學反應熱等。因為使用環境的限制，有效的電變熱是我們的主攻方向，如電光熱、電熱線加溫、熱風爐加溫、電伴熱帶加溫等，電光熱可以包括紅外線燈、紫外線燈、滷素燈等靠光照射能使物體吸收光的能量，溫度升高。熱源的體積要有一定限制，不能超過所修復管道的內徑，長度適中；要能夠在管道內運行，可以是自動的，也可以是人為控制的；放熱均勻；熱源設備要能夠保證在加熱溫度下長期工作；要求熱源的加熱效率高，速度快，確保在2-10個小時以內使樹脂固化達到運行要求。綜合分析，上文所述之適用的熱源設備可以是電熱暖風系列。如電熱暖風機是一種通過消耗電能發出暖風的設備，在軟管內吸入低溫空氣，沿著電加熱容器內部特定換熱流道，帶走電熱元件所產生的高溫熱能，使被加熱空氣溫度逐漸升高。為達到升溫需要，電熱暖風機功率要能夠滿足在3-5小時內使樹脂固化的溫度。上文所述之適用的熱源設備可以是電伴熱帶、電熱膜類型。這類加熱材料發熱體以碳為主要成份，不是用於加熱管內空氣，而是附著在軟管內膜上直接加熱樹脂，當然也會對管內空氣溫度有所提高，他最初是用於原油管道的電伴加熱，由於它為薄片狀產品(標準厚度為I. 5_)，具有很好的柔軟性，可以與被加熱物體完全緊密接觸。更容易貼近加熱體，且形狀可隨要求變化設計加熱，這樣，就能夠讓熱傳遞到任何所需的地方。這裡我們可以利用它給樹脂加熱時可以通過計算給出排列密度和電功率。上文所述之適用的熱源設備可以是電磁感應熱類裝置，如可以是我們俗稱的輻射式電磁加熱板。它利用電磁加熱磁感應及熱輻射的原理，將電磁加熱裝置的面板設置為非透磁的面板，通過設置在面板下電磁加熱裝置內的磁芯和磁感應線圈，形成強烈的交變磁場，該磁場內的磁力線，通過面板產生迴路，並在面板內形成無數個渦旋狀感應電流，該電流的能量直接通過面板的電阻轉化成熱能，使面板的溫度迅速升高，然後，再由面板通過熱輻射對空氣介質加熱。而且，為了提高熱效率，面板下電磁加熱裝置內的磁芯可以採用「山」字型結構的磁芯，以提高單位面積的磁通密度。上文所述之適用的熱源設備可以是微波加熱類裝置，如我們俗稱的微波爐、微波固化機等。微波是指頻率為0.3-300GHZ的電磁波。材料在微波作用下會產生升溫發生化學反應。微波輻射能使化學反應在相同的溫度升甚至更低的溫度下，產生比常規方法高几倍甚至幾十倍的效率。微波輻射可以使用材料溫度升高，因此，直觀來看，微波輻射固化的原理就是利用微波輻射產生熱量，直接使樹脂溫度升高而發生固化反應，而不是加熱軟管內的空氣。相對於常規的加熱方式，微波是ー種內加熱，具有加熱速度快、溫度均勻、無滯後效應等特點，因此能加快固化速度。當然，微波對化學反應發生作用的機理非常複雜，一方面使是反應物分子吸收了微波能量，提高了分子運動速度，致使分子運動雜亂無章，導致熵的增加；另一方面微波對極性分子的作用，迫使其按照電磁場作用方式運動，導致了熵的減少。因此，微波對化學反應的作用不能僅用微波致熱效應來描述的。總之，微波作用下的有機反應，改變了反應動力學，減低了反應活化能。
上文所述之適用的熱源設備可以是光能生熱類型，如紅外光燈、紫外光燈、遠紅外燈等。紅外線的波長為O. 75μπι-1000μπι，把O. 75 μ m_l. 5 μ m波長的紅外線稱為近紅外線，把1.5レ111-100(^111波長的紅外線稱為遠紅外線。紅外線的重要作用是熱作用。物質的分子在汲取紅外能後，也可使分子的轉動能量產生變革。並且，振動光譜有ー種加寬振動、轉動的作用，能擴大以平衡位置為中間的振幅，加劇其內部的振動。因為電子的活動和分子的振動是處在極高的速度下，這種活動不停地使晶格、鍵團的振動在其相互間孕育產生碰撞。這種活動狀態的變革，猶如兩種快速運轉的物體加快了摩擦而發熱升溫，因此，其升溫速度快。同吋，紅外輻射加熱物品吋，是根據紅外輻射能穿透的部位，其溫度每每比外貌來得高。紅外線燈的傳熱形式是輻射傳熱，由電磁波傳遞能量。在遠紅外線照射到被加熱的物體時，一部分射線被反射回來，一部分被穿透過去。當發射的遠紅外線波長和被加熱物體的吸收波長一致時，被加熱的物體吸收遠紅外線，這時，物體內部分子和原子發生「共振」——產生強烈的振動、旋轉，而振動和旋轉使物體溫度升高，達到加熱目的。我們選用的紅外線加熱器可以是棒狀加熱器，是以加熱棒為軸心，其輻射方向是360度全向輻射。本發明所用之紅外光燈、紫外光燈、遠紅外燈等起到加熱軟管內空氣和直接加熱樹脂的雙重作用。本發明其次要解決的技術問題是熱源發生裝備怎樣在施工中安裝在軟管內。一般來說，熱源裝備可以在軟管拉入到舊管內就位前後任何時間內安裝到軟管內的，需要注意的是在軟管拉入到舊管內就位前熱源裝備已經就位的要確保在軟管拉入操作時不要損壞設備及控制連接部分；而軟管拉入到舊管內就位後熱源裝備再安裝到位的，需要在井底進行安裝操作，那麼重點是在綑紮盲堵的設計和加工，以確保熱源設備的快速安裝。如圖2所示是能滿足快速拆裝的盲堵面板設計的部分。本發明再次要解決的關鍵技術問題是熱源裝備怎樣在軟管內運行以便均勻加熱。首先，要把熱源裝置安裝在可以運動帶車輪(或可以是履帶傳動等多種形式)的小車上，確保熱源可以沿管道移動；然後給小車ー個動カ系統，方法可以是軟管制造時在管內預埋牽引繩，牽引繩的一端與熱源裝置的小車連接，另一端穿過尾盲堵面板與窨井口的卷揚機連接，這個卷揚機可以是手搖的，也可以是電動無極調速的。當然，這個安裝了熱源裝置的小車也可以是全自動的，在地面上可以遙控操作的。車載熱源發生裝置見圖3示意。本發明還要解決的關鍵技術問題是軟管內如何保證壓カ基本恆定。因為熱源裝置必須得有控制系統和動力系統，一定需要穿過盲堵與外界連接，而且因為熱源裝置小車是運動的，接ロ部位一定會漏氣，雖然我們可以很容易保證管內氣壓基本恆定，但大量漏氣還是不可以的，因為這會產生溫降對固化不利。我們的解決方法是採用動密封，既可允許電纜線的移動，又可把氣體洩漏降低到最小。本發明的效果是通過熱源在軟管內部直接或間接給樹脂加熱固化的ー類方法的使用，提高了能源的利用率，降低了能量的損耗，當然會大大提高加熱和固化速度；而且沒有了鍋爐這種壓カ容器在施工現場，當然施工安全會得到進ー步保障；同時現場地面沒有了鍋爐，也就少了油箱、水箱等，自然對市政交通的影響也會進ー步減少。本發明只是在固化工法上做了改進，保持了原有玻璃纖維浸潰樹脂軟管拉入エ藝的所有技術優勢，即可以做到100%不開挖地面；利用內襯軟管的特性，可以修復圓形、拱形、方形等異形管道；內襯表面光滑，不影響流量；固化後形成的韌性交聯體，作為有機無機複合產品，化學鍵相當穩定，使用壽命可達到50年以上等。


圖I :為本發明エ藝原理2 :可快速拆裝的盲板平面示意3 :車載熱源發生裝置示意I 3中I-車載控制系統；2_控制線纜和電源線；3-前盲堵；4_車載熱源發生裝置；5-內襯軟管；6_尾盲堵；7-電動調速卷揚機；8_堵水氣囊；9-壓カ計接ロ； 10-溫度計接ロ；11-氣源接ロ； 12-控制線和電源線接ロ ；13-控制線纜；14-牽引繩；15-車輪。
具體實施例方式根據內襯修復エ藝要求對待修管道及道路環境進行現場考察，需要了解管道所在道路交通狀況，在毎日交通流量小的時間段施工，以達到對道路交通影響最小；精確測量各管道相關參數，確保施工エ藝的順利實施；根據管道流量變化合理制定堵水和調水方案；進行管道CCTV內窺檢測，掌握管道內部的現場資料，為內襯修復提供參考。施工中先進行管道清洗，清洗質量檢測合格後進行拉入玻璃纖維軟管材料的作業，然後進行本發明所要實施的加熱、樹脂固化步驟。此過程是大量樹脂的固化過程，要保證玻璃纖維樹脂材料能夠緊密的和原管道貼緊，同時還要保證不破壞原管道，在固化階段需嚴格控制壓力，材料的直徑、厚度、長度、環境溫度等都直接影響材料在固化過程中的溫度和時間的控制，制定溫度和時間的控制方案，使固化過程順利的完成。實施例I在軟管拉入前，熱源裝置小車已經安裝在前盲堵內，在拉入玻璃纖維軟管材料時 要精心操作，不要破壞熱源裝置，待拉入作業完成後，開啟空壓機使軟管充氣膨脹，直至脹貼在舊管內壁。壓カ恆定後，開始操作控制器進行加熱。隨時檢測管內壓カ和兩端溫度指示，在加熱後半程樹脂開始固化，可以發現有ー個溫度快速上升的區間，這是樹脂在集中反應放熱的過程，繼續加熱，ー個小時以後切斷電源停止加熱，通入冷空氣，打開尾堵放氣閥，使管內空氣以每分鐘I度的速度降溫，待管內溫度降低到38度以下後，進行端ロ切除等後續施工作業。
實施例2拉入玻璃纖維軟管材料的作業完成後，開啟空壓機使軟管充氣膨脹，直至脹貼在舊管內壁。壓カ恆定後，快速開啟前盲堵面板，把熱源裝置小車推入軟管內，迅速接好電纜和控制線纜，重新閉合前盲堵，繼續充氣恆壓後，開始操作控制器進行加熱。隨時檢測管內壓カ和兩端溫度指示，在加熱後半程樹脂開始固化，可以發現有ー個溫度快速上升的區間，這是樹脂在集中反應放熱的過程，繼續加熱，ー個小時以後切斷電源停止加熱，通入冷空氣，打開尾堵放氣閥，使管內空氣以每分鐘I度的速度降溫，待管內溫度降低到38度一下後，進行端ロ切除等後續施工作業。
權利要求
1.ー種排水管道非開挖原位內襯修復---CIPP拉入法內襯修復的熱固化方法，其特徵在於這類方法把熱源發生發生裝置安裝在軟管內部，直接或間接給樹脂加熱使樹脂固化。
2.根據權利要求I所述之加熱固化方法，其特徵是熱固化方法的使用環境為內襯材料可以是浸潰各類熱固性樹脂的含有玻璃纖維的軟管，浸潰樹脂採用熱固化配方；安裝エ藝是拉入法；軟管脹貼在舊管內壁使用的是空氣。
3.根據權利要求I所述之加熱固化方法，其特徵是主要エ藝過程包括有現場勘測；管道清理；管道內窺鏡檢測；排水管道管內局部處理；複合纖維軟管制作；纖維軟管浸潰樹脂混合物；已浸潰樹脂的內襯軟管拉入定位；充氣使軟管膨脹貼在舊管內壁；恆壓下加熱固化，內襯端頭處理；驗收通水運行。
4.根據權利要求I所述之熱源發生裝置，可以是電熱暖風系列。如電熱暖風機、電熱爐、電熱毯等。
5.根據權利要求I所述之熱源發生裝置，可以是電伴熱帶、電熱膜類型。
6.根據權利要求I所述之熱源發生裝置，可以是電磁感應熱類裝置，如可以是我們俗稱的輻射式電磁加熱板等。
7.根據權利要求I所述之熱源發生裝置，可以是微波加熱類裝置，如我們俗稱的微波爐、微波固化機等。
8.根據權利要求I所述之熱源發生裝置，可以是光能生熱類型，如紅外光燈、紫外光燈、遠紅外燈等。
9.根據權利要求I所述之熱源發生裝置，其特徵在於熱源發生裝備可以在軟管拉入到舊管內就位前後任何時間內安裝到軟管內的。
10.根據權利要求I所述之熱源發生裝置，其特徵在於熱源發生裝備在軟管內是可以前後移動的，移動方式可以是手動的也可以是自動的。
全文摘要
本發明涉及一種排水管道非開挖原位內襯修復——CIPP拉入法內襯修復技術中使樹脂固化的加熱方法，具體為把熱源發生裝置安裝在軟管內部，直接或間接給樹脂加熱使樹脂固化的一類方法。國內外的CIPP修復施工中熱固化工藝的共同特點是熱源都在軟管外面，都屬於循環加熱工藝，其最大的弱點是鍋爐屬於壓力容器，施工中必須隨時移動，這給施工安全造成很大隱患；另一個弱點是熱效率低。為此，本發明致力於提供一類把熱源發生裝置安裝在軟管內部，直接或間接給樹脂升溫並保證樹脂固化的方法，除地層吸收的少量熱量外，不再有其他的能量損失，因此必然會提高固化效率，而且施工中不再使用帶壓蒸汽鍋爐，當然安全會得到進一步保障。
文檔編號B29C73/00GK102649317SQ20111032185
公開日2012年8月29日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者寧克遠 申請人:寧克遠