大型水电工程沥青混凝土红外加热接缝处理车的设计与施工

大型水电工程沥青混凝土红外加热接缝处理车的设计与施工

张湾引水蓄能站的库是用挖掘和筑坝封闭的。水库类型为堆石坝，最大水库高度为57m。上库采用沥青路面混凝土板的总体布局，防洪结构为复合断面，即由整平胶结层、排水层、防洪层和密封层组成的沥青路面混凝土。施工期间，从混合材料的制备、运输、铺设直到完全研磨，应严格的温度要求，以确保板的渗透质量，并在填充和卷曲过程中产生各种和多个接头。合理的接头处理是确保渗透的先决条件。根据施工要求设计符合施工要求的沥青路面处理车，对提高施工效率、降低施工难度、确保施工质量非常重要。1沥青混凝土施工张河湾抽水蓄能电站上部岩体完整性差,风化层厚度大,岩体渗透性强,岩体中没有明显的相对隔水层,上水库地基存在严重渗漏问题,必须做好全面防渗处理.采用沥青混凝土面板全库盆防渗,防渗总面积约33.7万m3,沥青混凝土总量9.31万m3.库底面板厚28.2cm,库坡面板厚26.2cm.最大斜坡面长度约70m,最陡坡比是上游坡度为1∶1.75(竖直向:水平向).库底沥青混凝土施工由自卸汽车直接供料.2台摊铺机摊铺作业,摊铺条带宽6m.摊铺条带开放边呈45°角.整平胶结层、排水层和防渗层摊铺厚度分别为86mm、120mm、111mm.施工工程量大,难度高.结合工程中土石坝碾压式沥青混凝土防渗墙施工规范(试行)编制说明,在此仅对防渗层进行接缝处理.沥青混凝土防渗层条带间的接缝分为热接缝和冷接缝.条带接缝处温度高于100℃的为热接缝,低于100℃的为冷接缝.1)纵向热接缝处理.当温度大于140℃时,施工方法与一般区域相同,直接碾压.当温度在100～139℃时,需要进行再加热,同时用摊铺机摊铺新旧条带之间的接缝区域.2)纵向冷接缝处理.先将接缝上存在的杂物清理干净,然后在摊铺新条带前1.5h涂一层冷沥青,再进行加热.加热标准是将已摊铺条带边缘深度不小于10mm范围加热至高于100℃,同时用摊铺机摊铺新旧条带之间的接缝区域.张河湾抽水蓄能电站施工过程中整个库盆热缝共计2300条,冷缝共计3124条.本文从接缝加热处理方面入手设计出沥青混凝土接缝处理车,采用此设备可以对接缝进行加热和碾压处理,从而可以实现快速连接接缝,此设备已生产并投入使用,并在张河湾抽水蓄能电站的修筑工程中发挥重要作用.2沥青混凝土对土压力的影响在液压绞车的牵引下,沥青混凝土接缝处理车在斜坡面上下移动工作,自身具备转向、制动功能.工作时,车上的加热系统来加热坡面上的接缝,配备沥青混凝土振动碾,碾压加热后的沥青混凝土接缝,实现防渗层接缝处的连接.防渗层接缝沥青混凝土的温度为160～190℃,且距表面10mm处温度达到100℃以上,需处理接缝尺寸2.96m×0.32m.3为混合处理车辆的设计3.1沥青混凝土加热加热装置是接缝处理车的核心,完成接缝的加热,从而实现接缝的摊铺和连接.沥青混凝土施工接缝加热的方法有多种,按照传热方式来分,有辐射、对流和传导3种,通常国内外采用热风循环加热、直接加热等方式,其对接缝的处理原理简单,施工困难.红外加热目前广泛应用于化工涂料加热,能达到很好的加热效果.根据韦恩位移定律T=(α/λm)−273Τ=(α/λm)-273式中,T为辐射面温度(℃);α为韦恩常数,取值2897;λm为辐射峰值波长(μm),辐射峰值波长取3μm,则辐射表面温度为700℃左右,液化气的燃烧温度为900℃左右,采用燃烧液化气产生红外线辐射的方法可以实现.沥青混凝土的导热系数小,比热大,其扩散系数小.同时,热稳定性差,当温度太高时,沥青就开始分解,因此,对于沥青路面的现场热再生,必然以辐射为主,其它加热方式为辅.燃烧液化气通过红外发生器产生红外线辐射热源,对沥青混凝土加热,热量传递不需要中间介质,直接透入到物体内部,物体受热比较均匀.它的穿透能力很强,在很短的时间内可以加热到路面的深层,保证接缝的质量.解决了沥青混凝土就地加热的施工工艺,同时简化了施工过程,提高了施工效率.为满足接缝加热温度的要求,热缝和冷缝的起始温度不同.选用加热功率P为11000Kcal/h的石油液化气红外加热板8块固定在加热车底盘框架上,通过调节加热板的位置和角度以及加热车的前进速度,实现冷、热缝的加热.加热板放出的热量被沥青混凝土吸收,由热量计算公式Q=cmΔT可知,在时间t内加热,初步计算沥青混凝土温度上升ΔT,则ΔT=Q吸/cm.式中,Q吸为沥青混凝土吸收的热量,Q吸=Q·η;Q为红外线加热板释放的热量,Q=P·t;η为加热效率,η=70%,其余部分由加热空气和设备消耗;c为沥青混凝土比热容,值为1.7×103J(kg·℃);m为所加热的混凝土质量;加热车在斜坡上运动,所加热的沥青混凝土质量为所加热过的所有混凝土的质量,即有m=ρV=ρB(vt)h;ρ为沥青混凝土的密度,值为2.45×103kgm3;B为加热的宽度,值为0.32m;v为加热车行进的速度,热缝绞车牵引加热车前进速度为4m/min,冷缝前进速度2m/min;h为混凝土加热的深度,大于10mm,取值为15mm;则ΔT=Qcm=PtηcρV=PtηcρBvth=PηcρBvhΔΤ=Qcm=ΡtηcρV=ΡtηcρBvth=ΡηcρBvh将数值代入上式,可得热缝上升的温度为:ΔT=53℃,升温后满足纵向热缝加热处理的要求;冷缝上升的温度为:ΔT=106℃,升温后满足由常温下加热纵向冷缝处理的要求.3.2结构及工作原理沥青混凝土接缝处理车的组要组成部分为:液压绞车、底盘、发电机、变频器、高频外置振动碾、液化气罐、红外线加热板等,结构如图1所示.工作原理:红外线加热板安装在处理车的底盘上,液化气罐提供红外加热板加热所需的液化气,点燃后加热接缝处的沥青混凝土,在液压绞车的牵引下沿着斜坡向上运动,加热后的接缝在高频外置振动器的振动下得到压实,沿着整条斜坡运动后,即可完成接缝.3.3发电机和阻燃剂的选择1)液压牵引车牵引接缝处理车沿着坡面运动,实现接缝.液压牵引车最小牵引力25kN,容绳量100m,钢丝绳直径16mm,本机在宁波赫格隆提供的图号《J003194AW》基础上加排绳器及盘式制动器(钢丝绳3层),最大速度30m/min,上行速度0～4m/min(6档).2)底盘的宽度和长度为4.9m×2.1m,采用一汽红塔蓝箭牌LJC3041D自卸汽车底盘.3)通过振动碾碾压压实接缝.振动碾一方面利用自重压实,另一方面借助振动作用克服混凝土骨料的摩擦力,从而对混凝土进行压实.本机选用高频外置振动碾AR44/6/042,激振力为0～9.49kN,振动频率200Hz,功率为1.4kW,额定电流18.3A.4)发电机为振动碾提供动力源,变频器输出振动碾需要的工作频率,满足振动碾输入输出条件.由振动碾的要求确定发电机和变频器的具体型号见表1～2.5)液化气罐(2罐),储存红外线加热板加热所需的液化气.市场上提供的居民使用的液化气即可.6)燃烧液化气通过红外线发生器产生红外线辐射热源,对沥青混凝土加热.通过改变红外线加热板调节架的位置,可以使得本机适应倾斜角为0～30°范围内的斜坡接缝处理.4”土体墙接缝层的铺设接缝应避开结构物及下面层的接缝位置,该位置应保持碾压不受阻挡.处理车在开始前进必须预热充分,起步速度达到2～4m/min(正常摊铺速度),不能太慢,否则会出现拖痕,影响结构厚度,严禁停在接缝处原地不动.摊铺前,施工人员需将接缝用的耙子、铁锹等工具上粘附的残渣清理干净,及时整平不影响处理车的碾压.接缝摊铺层施工结束后再检查平整度,当有不符合要求的情况应趁混合料尚未冷却时