新型組合手推式灌縫機(jī)在水泥混凝土路面灌縫作業(yè)的應(yīng)用

■龔曉琳

（寧德市公路事業(yè)發(fā)展中心，寧德 352100）

截至2020 年底，全國(guó)公路總里程達(dá)519.8 萬(wàn)km[1]，其中水泥混凝土路面約310 萬(wàn)km。 “十三五”期間，福建省公路總里程突破11 萬(wàn)km[2]，其中農(nóng)村公路9.3 萬(wàn)km。 由于地理原因，福建總里程70%以上都是水泥公路，可見(jiàn)水泥路在福建省乃至全國(guó)的公路體系中都占有極其重要的位置。

目前，我國(guó)公路已由建養(yǎng)并重進(jìn)入以養(yǎng)護(hù)為主的時(shí)期，水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)尤其是伸縮縫的養(yǎng)護(hù)成為重要問(wèn)題。 及時(shí)對(duì)路面進(jìn)行灌縫作業(yè)是一種有效且經(jīng)濟(jì)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施。 隨著交通量的急劇增長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)預(yù)算的日趨緊張，水泥混凝土路面清灌縫施工不但要盡量少占車(chē)道面積、 縮短作業(yè)時(shí)間，還要最大限度降低施工成本。 水泥混凝土路面伸縮縫是人為切割而成，針對(duì)其縫隙平直、寬窄均勻的特點(diǎn)，如何在現(xiàn)有灌縫設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)備組合、技術(shù)改進(jìn)，達(dá)到灌縫作業(yè)過(guò)程占道小、速度快、成本低的目的，經(jīng)過(guò)一年多來(lái)的實(shí)踐探索，已取得一定成果。

1 灌縫機(jī)現(xiàn)狀分析

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有灌縫機(jī)產(chǎn)品已不少[3]，按機(jī)型大小和行走方式可分為大型車(chē)載或拖掛式和小型手推式；按作業(yè)方式可分為手持長(zhǎng)管灌縫作業(yè)和手推噴嘴灌縫作業(yè)；按灌縫料的加熱方式可分為燃燒器直接加熱料桶、燃燒器通過(guò)導(dǎo)熱油加熱料桶、液化氣加熱料桶以及發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣或電熱絲加熱料桶。 目前使用較普遍的主要2 種機(jī)型：一種是大型車(chē)載或拖掛機(jī)型，采用燃燒器通過(guò)導(dǎo)熱油加熱固態(tài)密封膠并通過(guò)長(zhǎng)管?chē)姌屢允殖址绞綄⒐嗫p料注入縫隙，該機(jī)型優(yōu)點(diǎn)是料桶容量大、加熱效果好、一次性灌縫里程長(zhǎng)、手持長(zhǎng)管作業(yè)容易控制出料量，適合瀝青路彎曲裂縫施工，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)笨重龐大、占道面積多、需2 人配合工作效率低、施工成本高、長(zhǎng)輸送管容易堵塞更換費(fèi)用高；另一種是小型手推式機(jī)型，采用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣加熱灌縫料，手推灌縫機(jī)在前行中將灌縫料通過(guò)噴嘴注入伸縮縫，該機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕巧靈活、占地面積小、單人手推灌縫勻速平直，適合水泥路伸縮縫特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是尾氣加熱速度慢、料桶小一次性灌縫里程短、縫隙填縫料的飽滿(mǎn)度差。2 種機(jī)型主要性能參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 大、小型灌縫機(jī)性能參數(shù)比較

綜上分析，若采用大型車(chē)載或拖掛式灌縫機(jī)實(shí)施水泥路灌縫作業(yè)，從設(shè)備的適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)性角度考量都是不理想的。 選用適合水泥路伸縮縫平直特點(diǎn)的手推式小型灌縫機(jī)并加以改良，是解決目前水泥路灌縫施工難題的關(guān)鍵。

2 技術(shù)改進(jìn)方案

2.1 基于占道少、提高灌縫速度的改進(jìn)思路

路面清灌養(yǎng)護(hù)作業(yè)過(guò)程中必須實(shí)行交通管制，直接影響車(chē)輛正常通行，甚至?xí)斐山煌ǘ氯?經(jīng)分析對(duì)比，在機(jī)型上首選手推式灌縫機(jī)，在組合配套上通過(guò)外配灌縫料加熱裝置以提高其灌縫材料的加熱速度，達(dá)到大型灌縫設(shè)備的加熱效果。

2.2 基于提高伸縮縫填縫料飽滿(mǎn)度的改進(jìn)思路

由于手推式灌縫機(jī)固有的噴頭離地結(jié)構(gòu)造成伸縮縫填縫料無(wú)法一次性填滿(mǎn)，必須通過(guò)改進(jìn)其噴頭結(jié)構(gòu)形態(tài)以適應(yīng)快速灌縫的作業(yè)要求。

3 手推式灌縫機(jī)的組合配套及技術(shù)改進(jìn)

3.1 組合配套灌縫料加熱釜

為了解決手推式灌縫機(jī)灌縫料加熱速度慢與施工進(jìn)度快的矛盾，組合配套外設(shè)輔助加熱裝置是一種行之有效的手段。 由于灌縫材料在常溫下是固態(tài)，且熱傳遞性差，若直接利用液化氣或電熱棒進(jìn)行加熱，雖簡(jiǎn)單省事，卻容易導(dǎo)致灌縫料加熱至老化；若選用導(dǎo)熱油加熱的方法，雖可解決加熱老化問(wèn)題，但其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重、熱效率低，不適合與小型手推式灌縫機(jī)配套。 近年來(lái)，與相關(guān)廠家共同開(kāi)發(fā)出一種能為灌縫機(jī)提供足夠數(shù)量且質(zhì)量符合要求的熱灌縫料的加熱釜。 針對(duì)瀝青特點(diǎn)，加熱釜采用自動(dòng)柴油燃燒器對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)儲(chǔ)料桶（加熱筒）進(jìn)行加熱的方式，間接使桶內(nèi)灌縫料熔化升溫，較導(dǎo)熱油加熱方式設(shè)備結(jié)構(gòu)更緊湊輕巧。 其獨(dú)創(chuàng)的筒外壁加熱和滾筒技術(shù)， 使灌縫料在轉(zhuǎn)動(dòng)筒內(nèi)均勻加熱，熱交換更全面均衡；料溫由溫度傳感器通過(guò)PLC 監(jiān)測(cè)，自動(dòng)控制燃燒器點(diǎn)火燃燒時(shí)間以達(dá)到設(shè)定溫度要求，避免灌縫料出現(xiàn)老化現(xiàn)象。 作業(yè)時(shí)，通過(guò)桶底部放油開(kāi)關(guān)按需要量放出灌封材料。 組合配套解決了原手推式灌縫機(jī)加熱慢的難題，大大提高其施工速度。 整體結(jié)構(gòu)采用車(chē)載移動(dòng)式，可停放路邊或外圍，占道少。 其組合配套結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 灌縫料加熱釜與手推式灌縫機(jī)的組合配套

3.2 灌縫機(jī)噴嘴的改進(jìn)

手推式灌縫機(jī)是使機(jī)器在推移過(guò)程中將灌縫料順著縫隙頂部流到底部以完成灌縫作業(yè)。 為便于推移，原設(shè)計(jì)的噴嘴是離地1～2 cm 的懸浮式結(jié)構(gòu)，雖操作簡(jiǎn)便，但存在灌縫質(zhì)量問(wèn)題的缺陷，即縫隙中填料的飽滿(mǎn)度不夠，致使部分伸縮縫中的灌縫料高度不足（凹陷），達(dá)不到技術(shù)要求。 通過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，采用懸浮式噴嘴，當(dāng)灌縫料離開(kāi)噴嘴后便由路面往縫隙底部自上而下流動(dòng)，因受到縫隙處冷卻（溫差）和縫隙壁阻力（粗糙）的影響，灌縫料流到底部產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。 究其原因，如圖2 所示，開(kāi)始狀態(tài)下縫隙底部料總是滯后于上部料，灌滿(mǎn)狀態(tài)下顯現(xiàn)出倒錐形狀；由于灌縫機(jī)的行進(jìn)速度取決于目視到灌縫料露出高度（飽滿(mǎn)即走）的作業(yè)方式，以及縫隙深淺不一， 在某些路段可能發(fā)生下沉凹陷的現(xiàn)象，使得灌縫機(jī)在行進(jìn)中無(wú)法一次性灌滿(mǎn)，必須進(jìn)行二次補(bǔ)灌，造成施工進(jìn)度緩慢和材料浪費(fèi)。 為解決灌縫料流動(dòng)滯后問(wèn)題，如圖3 所示，將懸浮式噴嘴改為針入式噴頭， 作業(yè)中針入式噴頭可插入縫隙底部，使灌縫料由底部往頂部翻滾灌滿(mǎn)，形成穩(wěn)定錐形狀，當(dāng)目視到灌縫料露出標(biāo)準(zhǔn)高度再往前行進(jìn)繼續(xù)灌縫作業(yè)，縫隙里的料因填充飽滿(mǎn)就不會(huì)發(fā)生塌陷現(xiàn)象，做到一次性灌滿(mǎn)，達(dá)到即速灌滿(mǎn)即速前移的效果，有效提高施工速度和質(zhì)量。 圖4 中為原懸浮式噴嘴和改進(jìn)后的針入式噴頭結(jié)構(gòu)比對(duì)圖。

圖2 懸浮式灌縫狀態(tài)

圖3 針入式灌縫狀態(tài)

圖4 灌縫機(jī)改進(jìn)前后懸浮式噴嘴與針入式噴頭結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

3.3 手推式灌縫機(jī)改造配套后性能對(duì)比

從灌縫料加熱時(shí)間、外配加熱釜縮短加熱時(shí)間對(duì)施工速度的影響、改針入式噴頭對(duì)灌縫料飽滿(mǎn)度及施工速度的影響等方面，對(duì)組合配套及技術(shù)改進(jìn)前后的手推式灌縫機(jī)進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)表2。

表2 手推式灌縫機(jī)改造配套前后性能對(duì)比

4 工程應(yīng)用效果

經(jīng)改進(jìn)的灌縫料加熱釜1 臺(tái)、針入式噴頭灌縫機(jī)4 臺(tái)在G104 線(xiàn)和省道S306 線(xiàn)經(jīng)過(guò)一年多來(lái)的施工試驗(yàn)和應(yīng)用，完成85 km 灌縫任務(wù)，實(shí)際情況和效果如下：1 臺(tái)加熱釜供給4 臺(tái)灌縫機(jī)所需的熱灌縫料。 加熱釜容量120 L，加熱1 次時(shí)間大約30 min，一天加熱4 桶，即可滿(mǎn)足4 臺(tái)灌縫機(jī)的用料需求。通過(guò)組合配套，灌縫機(jī)不用再等料加熱熔化，可做到每臺(tái)灌縫機(jī)料桶內(nèi)的灌縫料用完即可添加新料繼續(xù)灌縫施工； 灌縫機(jī)噴頭改懸浮式為針入式，直觀可見(jiàn)灌縫料由下而上翻滾填滿(mǎn)縫隙，行進(jìn)速度較以前稍慢，但一次即可填滿(mǎn)，不會(huì)出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象，灌完的填縫料平直飽滿(mǎn)美觀，解決了以往需部分補(bǔ)灌問(wèn)題，提高了灌縫效率。 組合配套加熱釜供料和針入式噴頭的應(yīng)用，使單機(jī)的施工速度由平均每天1000 多延米提高到近2000 延米；與使用同樣的人員和相近的機(jī)械配置費(fèi)用的大型灌縫機(jī)相比，施工速度是大型機(jī)的3～4 倍，施工成本可降低1 倍以上，真正達(dá)到占道少、速度快、質(zhì)量好、成本低的效果（表3）。

表3 現(xiàn)場(chǎng)灌縫施工大、小機(jī)型使用情況統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐對(duì)灌縫機(jī)進(jìn)行篩選并加以組合改進(jìn)，提出對(duì)手推式灌縫機(jī)進(jìn)行組合配套和技術(shù)改進(jìn)的方法，即組合配套1 臺(tái)車(chē)載滾筒式加熱釜，統(tǒng)一供應(yīng)熱熔灌縫料， 解決手推式灌縫機(jī)加熱慢的問(wèn)題，并將原灌縫機(jī)懸浮式出料噴嘴改為針入式噴頭，解決填縫料的飽滿(mǎn)度問(wèn)題， 明顯提高灌縫速度和質(zhì)量，并在G104 線(xiàn)和省道S306 線(xiàn)得到廣泛應(yīng)用。 經(jīng)過(guò)一年多來(lái)工地的實(shí)際使用證明，采用該方法施工占道少、速度快、質(zhì)量好、成本低，可有效解決目前水泥路面灌縫施工面臨的交通量大、養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)預(yù)算少等難題。