专利名称：不用支承架的构件表面加工和修复的制作方法
技术领域：
本发明涉及混凝土构件例如管道、维修孔、整块构件等的表面加工和修复的装置和方法，具体涉及不需使用支架或支柱便可以进行这种表面加工或修复的方法。
背景技术：
要更换埋在地下的混凝土构件例如下水道和维修孔是很困难的而且费用高，因此在这些构件中出现渗漏时便需要进行修理或修复。例如已证明修理出现渗漏的排水管是花钱很多的工作，通常涉及要破坏排水设施，一个最普通的解决方法是挖出渗漏的排水管部分，然后更换一截新管子，用适当方法将其固定在原来的排水管上。可以明显看出，这种方法的费用高，特别是在城市环境中，要破坏排水设施时。对于更换用混凝土作的其它的用于封闭流体处理设备例如泵、排水管、大池的非地下构件也是这样。
混凝土构件由于同酸性的或分别包括一定量固体成分的输送流体接触或在该流体中应用而特别容易受到腐蚀或浸蚀。在时间过程中作这种用途的混凝土构件将受到腐蚀和/或浸蚀，致使构件的壁部分消耗，最后使构件穿漏。当漏出的液体从地下排管溢出时，作为基础的在排水管四周的土便受到浸蚀而不与管子接触，由此没有基础支承，使管子在结构上变坏，这可能导致灾难性的结构破坏。
在先有技术中已提出和已知一些混凝土构件的原位表面加工或修复的装置和方法，以避免采用花钱多的折除和更换这种构件。例如，美国专利No.2 794 758已提出一种原位加衬排水管以保护管子不受腐蚀和浸蚀的方法和装置。该装置包括一个其中封闭一卷柔性衬垫的外套。该外套的出口端装在待修理管子的一个端部上。然后将液压源例如水等连接在该外套的入口端上，从液压源进入外套的液体对其一端已装在管子表面部分上的衬垫后侧部分施加压力。对衬垫后侧部分不断地施加液压便可使衬垫卷解卷并移过一段管子。当衬垫移过管子时，施加在后侧表面上的液压将使衬垫展开，压靠在管子的壁表面上。因此这种修理管子的装置和方法依赖于用液压发送柔性衬垫并将其压压靠于需要修理的管壁部分上。然而这种装置实际上仅限于修理管子，特别是修理直径比较小的例如直径从5-20英寸的管子。
美国专利No.3 132 062公开一种原位加衬管道的方法。该方法包括使用改型的在上述美国专利No.2 794 758中公开的外套和卷绕装置，该卷绕装置已改变成包括粘合剂滚筒，该卷靠近固定在管子上的外套端部分配置。该方法是上述美国专利No.2 294 758所述方法的改进方法，包括在管子中发送衬垫时将粘合剂涂在折叠衬垫的后侧表面上，以使衬垫粘接在相邻的管壁表面上。然而这种装置和方法还是仅限于修理管子，特别是限于修理直径比较小的例如在5-20英寸直径范围内的管子。
美国专利No.4 170 248公开一种修理排水管的方法，将一个薄的柔性衬垫插在排水管中。该衬垫的外径小于排水管的内径，由此在其间形成环形空间。在一个位置除去排水管的顶部分，露出其中配置的衬垫。在排水管的各个端部分插入密封物，以使衬垫和排水管壁之间环形开口密封。然后将粘性低的水泥注入到围绕排水管除去顶部分的孔中，用低粘性水泥充满密封端部之间的环形空间，使得可以自由地进入和充满环形空间。水泥被浇注到高于排水管顶部的高度，以提供一定静压差，从而使水泥流过衬垫和管子之间的环形空间并到达密封的端部。在排水管顶部分靠近各个密封的端部处装一个溢流管，以指示水泥是否已充满环形空间。然而该方法也仅限于修理管子，特别是修理水平配置的管子。
美国专利No.4 792 493公开一种用于修理水管或容池的结合抗腐蚀涂层和衬垫的方法，该方法包括将聚氨酯涂料喷涂在待修理的表面上，然后将一层聚氯乙烯粘在该聚氨酯涂层表面上。聚氯乙烯片被制备成可以粘接在聚氨酯表面上，方法是在该片的表面上涂一层引发聚氨酯活化的活化剂。通过该活化剂和聚氨酯涂层的反应聚氯乙烯片便可以粘接在聚氨酯上，从而形成抗化学腐蚀的管子衬垫，然而这种方法不能提供长期的防漏装置，因为管子的破裂将进一步通过聚氨酯涂层传送到聚氯乙烯片，这也导致该片破裂，从而使液体流出管子。
美国专利No.5 101 863公开一种用膨胀的螺旋卷绕衬垫修复地下管道的方法，该方法包括构成一个螺旋绕卷，该绕卷用合成树脂制作，其作法是，将合成树脂连续条绕在一个其外径小于待修理管子内径的实际的圆筒上。然后用可除去的线材使邻接的条的侧边缘相互连接在一起。随后将该衬垫插入到待修理的管子中并使衬垫的前端固定在管子的内壁上。除去线材使衬垫膨胀而靠压在管子的内径上。当从衬垫上除去线材时，使插入在衬垫外直径和管子内直径之间的装置向衬垫的外表面上浇注泡沫充填材料。该装置在退出管子时浇注填充材料，使得填充材料同时浇注在膨胀到靠着管壁的那部分衬垫上。这种方法也限于只能修理管道，实际上只限于修理直径在12-36英寸范围内的中等直径管子。
美国专利No.5 102 263公开一种修复和/或保护下水道和管子的方法，该方法包括用一段PVC板形成衬垫，使该板围绕管壁，并用对接焊将板的端部接合在一起。将该板成形为具有互补边缘结构，使得对接焊在一起的各个板部分可以沿端部固定在相邻的板部分上。各个板的后侧表面包括从该后侧表上向外伸出的T形构件，该构件可以接触管子的相邻壁表面。如果需要，由于腐蚀使得一部分管道壁已被消耗，所以可在管壁上钻孔(装衬垫之后)并将水泥浆泵入衬垫和水管壁之间的腔内。该方法仅限于用在修复排水管，具体是用于修复管子的整个直径部分，因为板的连接特性受到限制而且缺乏将个别板压靠在水管壁上的连接装置。
美国专利No.5 190 705公开一种给大直径管的加衬方法，该方法包括以下步骤利用支承柱将管形衬垫支承在管内；在在衬垫和内管壁表面之间的空间注入可硬化的物质；使可硬化物质硬化；除去支柱；在下一个管衬部分上重复上述操作周期。管形衬垫可以包括从其后侧表面向外伸出的T形构件，使得该构件可以牢固地锚定于可硬化的物质中。该方法仅限于用来修理管子，并依靠使用用支柱来临时支承管形衬垫，使其就位于靠着管壁表面的位置，并同时注入可硬化物质，使其硬化，由此增加了进行这种修理的修理难度和修理时间。
因此制作一种装置和提出一种使用这种装置的方法是需要的，这种装置和方法可以促进各种各样水泥构件包括用于装入和/或输送大量液体的管子的表面加工或修复。希望这种方法和装置可以适合不同几何形状和尺寸构件的表面加工或修复。希望这种方法和装置可以快速地进行这些构件的表面加工或修理而不需要使用支架、支柱或其它特殊装置来安装表面加工或修复装置或使该装置固定就位。还希望表面加工或修复装置在将来该构件万一损坏时还能够防止该构件渗漏。
发明概要在本发明的实践中提出了一种表面加工或修复构件的装置，该装置包括柔性衬垫，该衬垫最好用抗化学物质和/或抗腐蚀的弹性材料制作。该衬垫具有后侧表面，该表面包括许多从衬垫上向外伸出一定距离和以重复的间隔配置的肋。各个肋具有加大截面的部分，该部分成形为可与中间的粘接层或载体形成牢固的机械锁合，该粘接层或载体涂加在需要进行表面加工或修复的下面底衬的表面部分上。
安装柔性衬垫，以便进行构件的表面加工或修复，方法是将一定厚度的载体抹在需要修理的下面底衬的壁部分上，使衬垫的后侧表面贴着载体，然后推压衬垫靠着载体，使得其上的肋插入载体并完全由该载体复盖。该载体用具有很好触变特性的树脂性材料制作，因此在使用者将衬垫压靠在载体上之后便可以松开衬垫。载体用在硬化后具有很好的抗化学物质和/或抗腐蚀的材料制作。载体硬化后可与下面底衬表面形成牢固粘合，但不与衬垫后侧表面形成粘合，各个肋位于载体中，并通过载体的固化作用在机械上锁定在该载体中。
本发明的柔性衬垫便于对包含管子在内的具有不同几何形状和尺寸的许多构件进行表面加工或修复。本发明的载体便于安装衬垫而不需要外部的支承装置例如支柱、支架等，因而减小了安装和/或修理的时间和修理成本。本发明的载体还减小了由于下面管壁随后的破裂而使柔性衬垫出现破裂或撕裂的可能性，因为衬垫没有粘接在载体上，因而保持了柔性并与下面的裂纹分开。
附图的简要说明本发明的这些和其它特征和优点将会变得更加明白，因为参考说明，权利要求书和附图可以更为理解这些特征和优点。
图1是按本发明原理制作的柔性衬垫的透视图；图2是图1所示柔性衬垫上突出的肋的放大横截面侧视图；图3a-3d是按本发明原理制作的各种实施例肋的横截面侧视图；图4是压靠在混凝土管内壁表面上的图1所示衬垫的横截面侧视图；图5是正安装在混凝土管内壁表面上的图1所示衬垫的分解透视图；详细说明图1示出按本发明原理制作的保护装置或修复装置，该装置呈柔性衬垫10的形式。柔性衬垫作成平的片料，用弹性材料制作，为便于参考和明了，图1仅示出部分柔性衬垫10。应当明白，柔性衬垫可以作成具有由特定应用确定的尺寸的片材。由于排水管在使用期间形成酸性物质，所以柔材料需要用具有很好抗化学物质和抗腐蚀的材料制作。酸性物质由管道中的污物发出的硫化氢(H2S)气体形成，该气体与水化合便形成硫酸(H2SO4)。因为硫化氢气体主要存在于排气管的顶部，所以形成的酸性物质也主要在排水管的顶部，这导致沿管子的90°-360°角的腐蚀损坏。因此，柔性衬垫需要用抗腐蚀材料制作，使得当其装在管中时，它可以保护管子顶部不再进一步受腐损坏。构成柔性衬垫的合适材料包括热塑性聚合物例如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。
优选柔性衬垫具有约1.6mm(1/16英寸)厚度并用PVC制作。柔性衬垫需要具有这样的厚度，该厚度既有利于提供适应特定底衬几何形状的柔性，而且又不影响下面底衬的容积特性和/或水力特性。柔性衬垫要求有足够的柔性，以便可以应用来对不同几何结构的底衬例如具有不同尺寸的有平表面的矩形或方形构件的管子进行表面加工或修复。因此柔性衬垫10的应用预定不限于仅对管子形状的底衬进行表面加工或修复。
柔性衬垫10具有平滑的前侧表面12，该表面在安装在下面底衬上之后形成特定底衬的面朝内的表面。因此前侧表面与底衬中装的或输送的液体直接接触。前侧表面要求是平滑的，使其不会对下面衬底的水力特性产生坏影响。柔性衬垫10具有包括许多肋16的后侧表面14，各个肋从后侧表面向外伸出一段距离．肋16以重复的间隔沿衬垫的后侧表面配置并在其端部上形成截面加大的部分18，该部分有利于与抹在底衬表面上的中间粘接层形成机械锁定啮合，这将在下面详细说明。因此肋的主要用途是形成与载体的机械锁定啮合，而不是用来隔开底衬的表面部分。在优选实施例中，各个肋分开约63.5mm(
英寸)的间隔。虽然已说明和例示出具有特定厚度和肋的间隔，但是应当明白，衬垫厚度和肋的间隔可以根据具体应用而改变。
在图1中，柔性衬垫10被示出具有肋16，该肋具有截面加大的部分，该部分成形为实心箭头的形状，具有尖的端部和张开的边缘部分(清楚地示于图2)，这种形状有助于将肋插入载体中，并在插入之后有助于使肋保持在载体内，以便与其形成牢固的机械啮合。肋16还可以成形为具有不同的截面加大的部分18，例如图3a所示的空心箭头形部分20图3b所示的空心圆部分22、图3c所示的T形部分24和图3d所示的直角形或羊腿形部分26。应当明白，上述的特别例示的肋的结构是用来代表可以成形肋的不同型式，目的仅是作为参考和便于明潦，因此不意味着限于这些型式。例如肋16的截面加大的部分18可以为方形、矩形或三角形。在优选实施中，肋16的加大截面部分18形成为实心箭头的形状，如图1和2所示。在一个优选实施例中，各个肋16从后侧表面l4向外伸出的一段距离约9.5mm(3/8英寸)。
图4例示出已装好而靠在混凝土管34即排水管的壁部分32上的柔性衬垫30。中间粘接层或载体36被抹在需要修理的管子的壁部分32上。适合的载体36可以用在固化后显示很好抗化学物质和抗腐蚀性的树脂材料、水泥材料、聚合物材料和凝胶类材料制作，以便在底衬表面上形成一层抗腐蚀层，该材料可以在各种不同的操作情况下牢固地粘接在下面底衬材料上，并可以在开始接触时便稳固触变地固定在柔性衬垫上，而同时可以在安装柔性衬垫期间暂时保持软性以适应肋条在其中的移动。载体另一个需要的特性是它能够粘接在未固化的湿的或很潮湿的混凝土、砖或其它先前已腐蚀和/或浸蚀的表面上。
载体需要在垂直表面上或悬着的表面上不掉下来，并是充分触变的，以便在硬化时能够承载柔性衬垫的重量。还要求载体是无毒的，具有低至零的易挥发有机化合物，对使用者无害。载体还需要能够在短时间内在5℃-38℃(40°F-100°F)的环境温度下固化。在优选实施中，载体可以在室温25℃时在约1小时内完全固化或硬化。载体的固化反应是放热反应，受到环境温度的影响。因此应当明白，载的固化速度将依赖于环境温度而变化。
要求载体固化时，与底衬的表面形成牢固粘接，但不与柔性衬垫的后侧表面形成粘接，将柔性衬垫固定在载体中不动的唯一机理是在肋和载体之间形成的机械锁合。虽然希望柔性衬垫在开始接触时便粘在载体上，以便可以去掉临时的结构支承柱或支承件，但在载体和柔性衬垫背面之间形成粘接是不需要的，因为柔性衬垫相对于相邻的壁部分是柔性的并可以悬挂在该相邻壁上。这样便减小了由于底衬24上出现裂纹并且在该裂纹从壁部分32传送到载体36时柔性衬垫发生破损的可能性。以这种方式结构时，柔性衬垫30能够更好地防止由于管子出孔破裂而使液体或气体漏出管子。另外，柔性衬垫可以更好地防止地下水由于埋在地下水位或低于地下水位深度的管道出现这种管道破裂而进入管子内。在这种情况下，流过管子破裂处的地下水被捕获在管壁部分和衬垫的后侧表面之间，因此可以阻止其进入管内。
适合的载体材料是包含两种成分的环氧树脂，该树脂包括树脂成分和硬化剂或催化成分。优选的树脂成分可以包括环氧化物与苯酚化合的反应产物例如表氯醇和双酚A。优选的硬化剂或催化成分可以包括胺和乙醇例如四亚乙基五胺和苯甲醇。载体材料还需要包括一定量的增充剂，其形式为硅酸钙、石英砂、空心玻璃球等。采用增充剂是为了节省，减少复盖特定底衬部分即进行特定修理时所需要的树脂和硬化剂的量，优选的增充填是空心玻璃球，优选载体可以包括5％-30％重量的增充剂。然而应当明白，希望制备和使用不加增充剂的载体，加里佛里亚SanDiego城的Joffco Products公司制造了特别优选的载体，产品编号为9912。
图5示出一部分柔性衬垫38，该衬垫正往管子40装以修理腐蚀和/或浸蚀的管子部分40。首先将壁部分清洗干净，然后如果需要，抹上水泥浆或其它合适的混凝土修补材料，抹到原来的厚度。随后将中间粘接层或载体44抹在该壁部分上，抹的厚度应充分厚，以便容纳肋46的整个长度。载体44可以用常规的涂抹方法例如用瓦刀等用手涂抹上去，或者用泵涂上去。一当抹上载体并粘接在壁部分42上，便放上衬垫38，使其背侧表面48邻靠载体，并压靠在载体上，使凸出于柔性衬垫后侧表面的肋46插入到载体中。
或者换个方式，将载体44既抹在壁部分42上又抹在柔性衬垫38的后侧表面上，这样便不需要对着载体压衬垫使肋进入载体。然而还是需对着在壁部分上的载体在某种程度推压衬垫，以保证两相邻部分载体接触。一当柔性衬垫压入载体，便可用载体的触变特征使衬垫固定就位，在压入就位之后使用者便可松开衬垫，不再需要使用外部支承装置、支架或支柱等。
柔性衬垫和施加衬垫的方法可以用来对破裂管(如图4所示)的整个四周壁部分进行表面加工或修复，或仅对管壁的分立部分进行修理。柔性衬垫可以作成需要的尺寸，以便用一片衬垫或许多片小衬垫进行特定的表面加工或修复，许多小衬垫片可以用常规技术例如粘合剂或高频加热空气焊接法粘接在一起，或者在制造场所用高频焊焊接在一起。虽然上述的并例示的柔性衬垫和贴加该柔性衬垫的方法已用于对水泥底衬即排水管等进行表面加工或修复，但本发明的柔性衬垫和方法也可以用来对非混凝土构件例如砖和其它石工构件进行表面加工或修复。
虽然本文中已说明用于构件表面加工或修复的装置和方法的有限实施例，但本专业技术人员可以明显看出很多的变型和变化。因此应当明白，在所附权利要求书的范围内，除本文上述具体说明的而外，还可以另外实施用于构件表面加工和修复的装置和方法。
权利要求
1.一种用于对包含或传输流体的构件进行表面加工或修复的装置，该装置包括用一片弹性材料作的柔性衬垫，其中衬垫包括后侧表面，该表面具有许多从该衬垫向外伸出一段距离的肋；插在构件表面和衬垫后侧表面之间的中间粘接层，其中中间粘接层硬化而与构件表面形成牢固粘接，但不与片的后侧表面形成牢固粘接，其中肋配置在中间粘接层内。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，肋被成形为具有截面加大部分，该部分有助于在固化时与中间粘接层形成机械锁合。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，肋被作成具有截面加大的部分，该截面形状是从一组几何形状中选出的形状，该几何形状包括箭头、圆、正方形、T形和直角形。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，中间粘接层是用树脂材料作的，该材料粘接构件的表面，与衬垫的后侧表面锁合，可以在存在潮气时室温下固化，在构件表面上形成一层抗化学物质的保护层。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，衬垫由弹性的抗化学物质的材料构成，该材料选自一组包括聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯的热塑性聚合物。
6.一种对混凝土构件进行表面加工或修复的装置，包括柔性衬垫，由弹性的抗化学物质的材料片组成，其中衬垫包括后侧表面，该表面包括许多从该后侧表面向外伸出一段距离的肋；中间粘接层，插在混凝土构件表面和衬垫后侧表面之间，其中，中间粘接层硬化而与混凝土表面构件形成牢固粘合，但不与衬垫的后侧表面粘合，其中，肋配置在中间粘接层中，而且肋具有截面加大的部分，该部分形成为在固化时可与中间粘接层形成机械锁合。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，衬垫由选自一组热塑料聚合物的弹性材料构成，该组聚合物包括聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，中间粘接层由树脂材料形成，该材料可以牢固地粘接在构件的表面上和衬垫的后侧表面上，并且可以在存在水气时在室温下固化，从而在构件表面上形成抗化学物质的保护层。
9.一种用于对构件进行表面加工和修复而不用支架或支柱支承的方法，该方法包括以下步骤将中间粘接层抹在构件的表面部分上；使柔性衬垫的后侧表面贴靠着中间粘接层，其中衬垫的后侧表面包括许多肋，各个肋从衬垫向外伸出一定距离；将柔性衬垫压靠在中间粘接层上，使肋进入该中间粘接层中，由该粘接层包住；在肋和中间粘接层之间形成机械锁合。
10.如权利要求9所述的方法，还包括抹中间粘接层的步骤，该层具有很强粘性，在柔性衬垫被压靠在中间粘接层上之后可以保持该衬垫不动，不需应用外部支承件。
11.如权利要求10所述的方法，还包括抹中间粘接层的步骤，该层在固化时可与构件的表面部分形成牢固粘合，但不与柔性衬垫的后侧表面粘合。
12.如权利要求9所述的方法，还包括在中间粘接层和肋的端部之间形成机械锁合的步骤，该肋被成形为具有截面加大部分，以防止从粘接层中向外移动，并有助于形成机械锁合。
13.如权利要求9所述方法，还包括通过中间粘接层的固化作用在肋和中间粘接层之间形成机械锁合的步骤。
14.如权利要求9所述的方法，还包括抹中间粘接层的步骤，该粘接层的厚度等于或大于该肋从衬垫上伸出的距离，以保证这些肋完全地被包围。
15.一种对构件进行表面加工或修复的方法，包括以下步骤将中间粘接层抹在构件的表面部分上；将从柔性衬垫的后侧表面伸出的肋插入到中间粘接层中，其中肋被成形为具有截面加大的端部分，以便于使肋保持在中间粘接层中；通过中间粘接层的固化作用在肋和中间粘接层之间形成机械锁合。
16.如权利要求15所述的方法，还包括抹中间粘接层，该粘接层具有很强粘性，可使衬垫保持在靠着中间粘接层的位置不动，使得在插入肋的步骤之后不需使用外部支承。
17.如权利要求15所述的方法，还包括通过粘接层的固化作用在中间粘接层和构件的表面部分之间形成牢固的粘接，但在中间粘接层和衬垫的后侧表面之间不形成粘接。
18.如权利要求19所述的方法，还包括通过抹一层在固化后具有抗化学物质特性的中间粘接层，在构件的表面部分上形成抗化学物质的保护层。
19.修理构件的一种方法，包括以下步骤将中间粘接层抹到构件的表面部分上；将柔性衬垫的表面部分靠在中间层上，使得从该表面上伸出的肋完全进入中间粘接层并由该层包封，其中各个肋被成形为具有截面加大的端部，其中中间层和柔性衬垫的表面部分在开始接触时适合于暂时地彼此粘接。通过中间粘接层的固化作用在肋和中间粘接层之间形成机械锁合，其中衬垫的表面部分邻接中间粘接层，但固化后不与其粘接。
20.如权利要求19所述的方法，还包括抹一层中间粘接层，该层的厚度等于或大于肋片从衬垫上伸出的距离，从而保证肋片被完全包封。
21.如权利要求19所述的方法，还包括通过抹一层在固化后具有抗化学物质特性的中间粘接层，在构件的表面部分上形成抗化学物质的保护层。
22.如权利要求19所述的方法，还包括在环境温度下使中间粘接层固化约1小时便形成机械锁合。
23.如权利要求19所述的方法，还包括在使衬垫邻接中间粘接层和形成机械锁合步骤期间在修理构件时不使用外部支承件来使衬垫就位。
全文摘要
柔性衬垫(38)包括后侧表面,该后侧表面具有许多从衬垫向外伸出一段距离的肋(46)。各个肋具有截面加大的部分,该部分可与抹在需要表面加工或修复的下面底衬(40)表面部分(42)上的中间粘接层(44)或载体形成牢固的机械锁合。安装衬垫,对构件进行表面加工或修复,方法是:在下面底衬的壁部分上抹一层载体;使衬垫后侧面邻接载体;将衬垫压靠在载体上,使得肋插入载体中,完全由载体覆盖;在肋和载体之间形成机械锁合。载体硬化而与下面底衬的表面形成牢固粘合,但不与衬垫后侧面形成粘合。
文档编号B29C63/26GK1175225SQ95197533
公开日1998年3月4日 申请日期1995年12月8日 优先权日1994年12月15日
发明者罗伯特·J·奥菲尔 申请人:阿迈隆国际公司