专利名称：Cipp拉入法内衬修复的热固化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种排水管道非开挖原位内衬修复---CIPP拉入法内衬修复的热固化方法，具体为把热源发生装置安装在软管内部，直接或间接给树脂加热使树脂固化的ー类方法。背景技木运营数十年的排水管道极易被腐蚀、产生管身強度下降、断裂、错位及污水渗漏，待地层逐渐被淘空，就会出现我们经常会遇到的地面塌陷等市政事故，造成巨大的生命、财产损 失。近四十年来，在英国Eric wood工程师命名的CIPP (Cured in placepipe)技术的引领下，全球各地都在采用类似的非开挖内衬技术对旧管道进行有计划性的修复，在我国这类修复技术的开发应用也在蓬勃开展。现场原位固化成型的CIPP技术主要有软管翻转法和软管拉入法两种安装エ艺。由于以玻璃纤维浸溃树脂为主体材料的软管拉入法修复技术属有机无机复合材料，具有极高的抗拉、抗弯強度和弹性模量，与聚酯纤维毡等合成纤维制成的软管翻转法技术相比较，所能承受的负载要高很多，如ASTMF1216标准中规定软管翻转法的弾性模量为1725MPa，而软管拉入法的弹性模量可达12000MPa，同等管线修复时软管拉入法的内衬层设计厚度要比软管翻转法低很多。所以，近年来玻璃纤维浸溃树脂的软管拉入法修复技术得到了市场广泛认同。在玻璃纤维浸溃树脂的软管拉入法修复施工中的树脂固化采用的工法有紫外线(UV)固化エ艺、加热固化エ艺两大类。其中紫外线(UV)固化工艺与其他的热固化工艺的主要区别在于材料配方上，要确保树脂固化，配方中要加入紫外线引发剂，它吸收辐射能后形成活性基团，进而引发体系中含不饱和双键发生化学反应(主要是各类聚合反应)，形成交联的立体网络结构的高分子聚合物，它具固化时间短，可低温固化等传统固化技术不可比拟的优点，称为新一代緑色エ艺。但光固化技术的应用有别于热固化技术的地方是内衬层厚度比较薄，一般在5mm左右，北京航空航天大学黄达教授等通过测定光固化试样的显微硬度分析表明，对于较厚的试样，超过5mm后因为紫外线通过树脂层时会发生反射、吸收和散射等现象，穿透力有限导致深处的光强大大削弱，使得厚制件不能充分固化。而按照ASTMF1216设计计算采用拉入法玻璃纤维浸溃树脂エ艺的内衬层壁厚很多要超过5毫米，有些要达到15毫米以上，紫外光固化技术应用的内衬层壁厚往往不能满足修复技术要求，所以热固化工艺更适合各类(包括拉入法和反转法)CIPP拉入法内衬修复技木。目前，国内外修复施工中热固化エ艺主要有循环热蒸汽固化エ艺、循环混合蒸气固化エ艺、循环热空气固化エ艺等，其共同特点是热源都在软管外面，都属于循环加热エ艺，如全球都在执行的美国ASTM F2019-03规定的蒸汽固化エ艺，德国Saertex公司采用的是循环水蒸汽固化エ艺，美国Inliner公司和中国天津振津工程集団公司采用的是循环“水蒸汽与空气”混合气的固化エ艺，天津华赛管道技术有限公司新开发的循环热空气固化エ艺等，热量发生装置如加热锅炉等都在地面上，在恒定压力下，热气体从一端进入软管，从另一端排出，靠顶替给软管加温最終使树脂固化，其最大的弱点是锅炉属于压力容器，施エ中必须随时移动，这对施工安全造成很大隐患，有些城市根本就不允许锅炉上路；另ー个弱点是能量或热量损失严重，加热时间长，热效率低，为此，本发明致カ于提供一类热源装置安装在软管内部供给热量并保证树脂固化的方法，除地层吸收的少量热量外，不再有其他的能量损失，必然会提高固化效率，而且没有了蒸汽锅炉当然安全会得到保障。
发明内容
首先，我们要描述的是本发明的使用环境内衬材料可以是浸溃各类热固性树脂的含有玻璃纤维的软管，浸 溃树脂采用热固化配方；安装エ艺是拉入法，软管胀贴在旧管内壁使用的是空气，換言之翻转内衬法和水压膨胀エ艺不在本发明的应用范围；加热使树脂固化的途径可以是给树脂直接加热，也可以是给软管里的空气环境加热间接给树脂升温。主要エ艺过程包括有以下步骤现场勘测；管道清理；管道内窥镜检测；排水管道管内局部处理；复合纤维软管制作；纤维软管浸溃树脂混合物；已浸溃树脂的内衬软管拉入定位；充气使软管膨胀贴在旧管内壁；恒压下加热固化，内衬端头处理；验收通水运行。图I是本发明的原理图。本发明首先要解决的技术问题是找到适用的热源发生设备。我们知道，常用的热源提供者有光变热、电变热、化学反应热等。因为使用环境的限制，有效的电变热是我们的主攻方向，如电光热、电热线加温、热风炉加温、电伴热带加温等，电光热可以包括红外线灯、紫外线灯、卤素灯等靠光照射能使物体吸收光的能量，温度升高。热源的体积要有一定限制，不能超过所修复管道的内径，长度适中；要能够在管道内运行，可以是自动的，也可以是人为控制的；放热均匀；热源设备要能够保证在加热温度下长期工作；要求热源的加热效率高，速度快，确保在2-10个小时以内使树脂固化达到运行要求。综合分析，上文所述之适用的热源设备可以是电热暖风系列。如电热暖风机是一种通过消耗电能发出暖风的设备，在软管内吸入低温空气，沿着电加热容器内部特定换热流道，带走电热元件所产生的高温热能，使被加热空气温度逐渐升高。为达到升温需要，电热暖风机功率要能够满足在3-5小时内使树脂固化的温度。上文所述之适用的热源设备可以是电伴热带、电热膜类型。这类加热材料发热体以碳为主要成份，不是用于加热管内空气，而是附着在软管内膜上直接加热树脂，当然也会对管内空气温度有所提高，他最初是用于原油管道的电伴加热，由于它为薄片状产品(标准厚度为I. 5_)，具有很好的柔软性，可以与被加热物体完全紧密接触。更容易贴近加热体，且形状可随要求变化设计加热，这样，就能够让热传递到任何所需的地方。这里我们可以利用它给树脂加热时可以通过计算给出排列密度和电功率。上文所述之适用的热源设备可以是电磁感应热类装置，如可以是我们俗称的辐射式电磁加热板。它利用电磁加热磁感应及热辐射的原理，将电磁加热装置的面板设置为非透磁的面板，通过设置在面板下电磁加热装置内的磁芯和磁感应线圈，形成強烈的交变磁场，该磁场内的磁力线，通过面板产生回路，并在面板内形成无数个涡旋状感应电流，该电流的能量直接通过面板的电阻转化成热能，使面板的温度迅速升高，然后，再由面板通过热辐射对空气介质加热。而且，为了提高热效率，面板下电磁加热装置内的磁芯可以采用“山”字型结构的磁芯，以提高单位面积的磁通密度。上文所述之适用的热源设备可以是微波加热类装置，如我们俗称的微波炉、微波固化机等。微波是指频率为0.3-300GHZ的电磁波。材料在微波作用下会产生升温发生化学反应。微波辐射能使化学反应在相同的温度升甚至更低的温度下，产生比常规方法高几倍甚至几十倍的效率。微波辐射可以使用材料温度升高，因此，直观来看，微波辐射固化的原理就是利用微波辐射产生热量，直接使树脂温度升高而发生固化反应，而不是加热软管内的空气。相对于常规的加热方式，微波是ー种内加热，具有加热速度快、温度均匀、无滞后效应等特点，因此能加快固化速度。当然，微波对化学反应发生作用的机理非常复杂，一方面使是反应物分子吸收了微波能量，提高了分子运动速度，致使分子运动杂乱无章，导致熵的增加；另一方面微波对极性分子的作用，迫使其按照电磁场作用方式运动，导致了熵的減少。因此，微波对化学反应的作用不能仅用微波致热效应来描述的。总之，微波作用下的有机反应，改变了反应动力学，减低了反应活化能。
上文所述之适用的热源设备可以是光能生热类型，如红外光灯、紫外光灯、远红外灯等。红外线的波长为O. 75μπι-1000μπι，把O. 75 μ m_l. 5 μ m波长的红外线称为近红外线，把1.5レ111-100(^111波长的红外线称为远红外线。红外线的重要作用是热作用。物质的分子在汲取红外能后，也可使分子的转动能量产生变革。并且，振动光谱有ー种加宽振动、转动的作用，能扩大以平衡位置为中间的振幅，加剧其内部的振动。因为电子的活动和分子的振动是处在极高的速度下，这种活动不停地使晶格、键团的振动在其相互间孕育产生碰撞。这种活动状态的变革，犹如两种快速运转的物体加快了摩擦而发热升温，因此，其升温速度快。同吋，红外辐射加热物品吋，是根据红外辐射能穿透的部位，其温度每每比外貌来得高。红外线灯的传热形式是辐射传热，由电磁波传递能量。在远红外线照射到被加热的物体时，一部分射线被反射回来，一部分被穿透过去。当发射的远红外线波长和被加热物体的吸收波长一致时，被加热的物体吸收远红外线，这时，物体内部分子和原子发生“共振”——产生強烈的振动、旋转，而振动和旋转使物体温度升高，达到加热目的。我们选用的红外线加热器可以是棒状加热器，是以加热棒为轴心，其辐射方向是360度全向辐射。本发明所用之红外光灯、紫外光灯、远红外灯等起到加热软管内空气和直接加热树脂的双重作用。本发明其次要解决的技术问题是热源发生装备怎样在施工中安装在软管内。一般来说，热源装备可以在软管拉入到旧管内就位前后任何时间内安装到软管内的，需要注意的是在软管拉入到旧管内就位前热源装备已经就位的要确保在软管拉入操作时不要损坏设备及控制连接部分；而软管拉入到旧管内就位后热源装备再安装到位的，需要在井底进行安装操作，那么重点是在捆扎盲堵的设计和加工，以确保热源设备的快速安装。如图2所示是能满足快速拆装的盲堵面板设计的部分。本发明再次要解决的关键技术问题是热源装备怎样在软管内运行以便均匀加热。首先，要把热源装置安装在可以运动带车轮(或可以是履带传动等多种形式)的小车上，确保热源可以沿管道移动；然后给小车ー个动カ系统，方法可以是软管制造时在管内预埋牵引绳，牵引绳的一端与热源装置的小车连接，另一端穿过尾盲堵面板与窨井口的卷扬机连接，这个卷扬机可以是手摇的，也可以是电动无极调速的。当然，这个安装了热源装置的小车也可以是全自动的，在地面上可以遥控操作的。车载热源发生装置见图3示意。本发明还要解决的关键技术问题是软管内如何保证压カ基本恒定。因为热源装置必须得有控制系统和动力系统，一定需要穿过盲堵与外界连接，而且因为热源装置小车是运动的，接ロ部位一定会漏气，虽然我们可以很容易保证管内气压基本恒定，但大量漏气还是不可以的，因为这会产生温降对固化不利。我们的解决方法是采用动密封，既可允许电缆线的移动，又可把气体泄漏降低到最小。本发明的效果是通过热源在软管内部直接或间接给树脂加热固化的ー类方法的使用，提高了能源的利用率，降低了能量的损耗，当然会大大提高加热和固化速度；而且没有了锅炉这种压カ容器在施工现场，当然施工安全会得到进ー步保障；同时现场地面没有了锅炉，也就少了油箱、水箱等，自然对市政交通的影响也会进ー步減少。本发明只是在固化工法上做了改进，保持了原有玻璃纤维浸溃树脂软管拉入エ艺的所有技术优势，即可以做到100%不开挖地面；利用内衬软管的特性，可以修复圆形、拱形、方形等异形管道；内衬表面光滑，不影响流量；固化后形成的韧性交联体，作为有机无机复合产品，化学键相当稳定，使用寿命可达到50年以上等。
图I :为本发明エ艺原理2 :可快速拆装的盲板平面示意3 :车载热源发生装置示意I 3中I-车载控制系统；2_控制线缆和电源线；3-前盲堵；4_车载热源发生装置；5-内衬软管；6_尾盲堵；7-电动调速卷扬机；8_堵水气囊；9-压カ计接ロ； 10-温度计接ロ；11-气源接ロ； 12-控制线和电源线接ロ ；13-控制线缆；14-牵引绳；15-车轮。
具体实施例方式根据内衬修复エ艺要求对待修管道及道路环境进行现场考察，需要了解管道所在道路交通状况，在毎日交通流量小的时间段施工，以达到对道路交通影响最小；精确测量各管道相关參数，确保施工エ艺的顺利实施；根据管道流量变化合理制定堵水和调水方案；进行管道CCTV内窥检测，掌握管道内部的现场资料，为内衬修复提供參考。施工中先进行管道清洗，清洗质量检测合格后进行拉入玻璃纤维软管材料的作业，然后进行本发明所要实施的加热、树脂固化步骤。此过程是大量树脂的固化过程，要保证玻璃纤维树脂材料能够紧密的和原管道贴紧，同时还要保证不破坏原管道，在固化阶段需严格控制压力，材料的直径、厚度、长度、环境温度等都直接影响材料在固化过程中的温度和时间的控制，制定温度和时间的控制方案，使固化过程顺利的完成。实施例I在软管拉入前，热源装置小车已经安装在前盲堵内，在拉入玻璃纤维软管材料时 要精心操作，不要破坏热源装置，待拉入作业完成后，开启空压机使软管充气膨胀，直至胀贴在旧管内壁。压カ恒定后，开始操作控制器进行加热。随时检测管内压カ和两端温度指示，在加热后半程树脂开始固化，可以发现有ー个温度快速上升的区间，这是树脂在集中反应放热的过程，继续加热，ー个小时以后切断电源停止加热，通入冷空气，打开尾堵放气阀，使管内空气以每分钟I度的速度降温，待管内温度降低到38度以下后，进行端ロ切除等后续施工作业。
实施例2拉入玻璃纤维软管材料的作业完成后，开启空压机使软管充气膨胀，直至胀贴在旧管内壁。压カ恒定后，快速开启前盲堵面板，把热源装置小车推入软管内，迅速接好电缆和控制线缆，重新闭合前盲堵，继续充气恒压后，开始操作控制器进行加热。随时检测管内压カ和两端温度指示，在加热后半程树脂开始固化，可以发现有ー个温度快速上升的区间，这是树脂在集中反应放热的过程，继续加热，ー个小时以后切断电源停止加热，通入冷空气，打开尾堵放气阀，使管内空气以每分钟I度的速度降温，待管内温度降低到38度一下后，进行端ロ切除等后续施工作业。
权利要求
1.ー种排水管道非开挖原位内衬修复---CIPP拉入法内衬修复的热固化方法，其特征在于这类方法把热源发生发生装置安装在软管内部，直接或间接给树脂加热使树脂固化。
2.根据权利要求I所述之加热固化方法，其特征是热固化方法的使用环境为内衬材料可以是浸溃各类热固性树脂的含有玻璃纤维的软管，浸溃树脂采用热固化配方；安装エ艺是拉入法；软管胀贴在旧管内壁使用的是空气。
3.根据权利要求I所述之加热固化方法，其特征是主要エ艺过程包括有现场勘测；管道清理；管道内窥镜检测；排水管道管内局部处理；复合纤维软管制作；纤维软管浸溃树脂混合物；已浸溃树脂的内衬软管拉入定位；充气使软管膨胀贴在旧管内壁；恒压下加热固化，内衬端头处理；验收通水运行。
4.根据权利要求I所述之热源发生装置，可以是电热暖风系列。如电热暖风机、电热炉、电热毯等。
5.根据权利要求I所述之热源发生装置，可以是电伴热带、电热膜类型。
6.根据权利要求I所述之热源发生装置，可以是电磁感应热类装置，如可以是我们俗称的辐射式电磁加热板等。
7.根据权利要求I所述之热源发生装置，可以是微波加热类装置，如我们俗称的微波炉、微波固化机等。
8.根据权利要求I所述之热源发生装置，可以是光能生热类型，如红外光灯、紫外光灯、远红外灯等。
9.根据权利要求I所述之热源发生装置，其特征在于热源发生装备可以在软管拉入到旧管内就位前后任何时间内安装到软管内的。
10.根据权利要求I所述之热源发生装置，其特征在于热源发生装备在软管内是可以前后移动的，移动方式可以是手动的也可以是自动的。
全文摘要
本发明涉及一种排水管道非开挖原位内衬修复——CIPP拉入法内衬修复技术中使树脂固化的加热方法，具体为把热源发生装置安装在软管内部，直接或间接给树脂加热使树脂固化的一类方法。国内外的CIPP修复施工中热固化工艺的共同特点是热源都在软管外面，都属于循环加热工艺，其最大的弱点是锅炉属于压力容器，施工中必须随时移动，这给施工安全造成很大隐患；另一个弱点是热效率低。为此，本发明致力于提供一类把热源发生装置安装在软管内部，直接或间接给树脂升温并保证树脂固化的方法，除地层吸收的少量热量外，不再有其他的能量损失，因此必然会提高固化效率，而且施工中不再使用带压蒸汽锅炉，当然安全会得到进一步保障。
文档编号B29C73/00GK102649317SQ20111032185
公开日2012年8月29日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者宁克远 申请人:宁克远