混凝土養(yǎng)護(hù)劑在海管配重工程中的應(yīng)用研究

吳文通 張曉靈 孔瑞林 相政樂 蔣曉斌

（中海油能源發(fā)展股份有限公司管道工程分公司，天津 300452）

1 概述

海洋工程用油氣輸送管道，通常在管道外防腐層表面采用噴射或擠壓方式涂敷一定厚度的混凝土配重層，用以保持其海底穩(wěn)定性、保護(hù)其外防腐涂層免受機(jī)械損傷。混凝土是水硬性材料，混凝土養(yǎng)護(hù)是保證混凝土施工質(zhì)量的一項(xiàng)重要工序。在混凝土強(qiáng)度增長期，為避免表面蒸發(fā)和其他原因造成的水分損失，使混凝土水化作用得到充分的進(jìn)行，保證混凝土的強(qiáng)度、耐久性等技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)為防止由于干燥而產(chǎn)生裂縫，必須對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。海管配重層混凝土現(xiàn)有養(yǎng)護(hù)方式是采用纏繞塑料薄膜遮蓋的養(yǎng)護(hù)方法，特殊情況加蓋草袋養(yǎng)護(hù)。其缺點(diǎn)是，易出現(xiàn)薄膜纏繞不均，局部混凝土外露，水分散失易產(chǎn)生裂紋，甚至混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，需要較多的物力、人力除去塑料薄膜，產(chǎn)生大量的廢棄塑料，造成“白色污染”，不利于環(huán)境保護(hù)。一種海管配重層混凝土養(yǎng)護(hù)劑及其配套噴涂工藝設(shè)備的工程應(yīng)用，較好的解決了上述問題。

2 海管混凝土配重層混凝土養(yǎng)護(hù)劑的選擇

目前，國內(nèi)外常用成膜型養(yǎng)護(hù)劑按其化學(xué)成分可分為無機(jī)硅酸鹽類（水玻璃）、乳液類、溶劑型樹脂類、無機(jī)有機(jī)復(fù)合型。針對海管配重用混凝土水灰比較低（0.25～0.30）、干硬性、抗壓強(qiáng)度高達(dá) C62、表面粗糙的特點(diǎn)。從混凝土養(yǎng)護(hù)劑的固含量、混凝土養(yǎng)護(hù)劑有效保水率、干燥時(shí)間、混凝土抗壓強(qiáng)度這幾個(gè)方面進(jìn)行了試驗(yàn)考察，篩選出了一種綜合性能較好的JX-10B型混凝土養(yǎng)護(hù)劑。

JX-10B型混凝土養(yǎng)護(hù)劑是一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑，其主要成膜物質(zhì)為水溶性硅酸鹽和合成樹脂乳液。這種養(yǎng)護(hù)劑以水為分散介質(zhì)，無毒、不燃，使用方便。當(dāng)這種養(yǎng)護(hù)劑被噴涂于新成型的水泥混凝土表面后，合成樹脂乳液和水溶性硅酸鹽協(xié)同成膜，形成一層不透水汽的密封薄膜層，使混凝土保持濕潤狀態(tài)，達(dá)到養(yǎng)護(hù)的目的。實(shí)測材料特性如下:

外觀:無色透明液體；固體含量:23.1%；干燥時(shí)間:1h；保水率:91.0%。

表1 在線自動化噴涂設(shè)備主要配置清單

抗壓強(qiáng)度（海管配重用混凝土、立方體試件、養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)）:7d強(qiáng)度值58.5 MPa；28d 強(qiáng)度值 63.1MPa。

3 施工工藝

3.1 在線自動化噴涂設(shè)備

在線自動化噴涂設(shè)備主要配置如表1、圖 1、圖 2。

圖1 自動噴槍

圖2 自動化噴涂設(shè)備全景

3.2 養(yǎng)護(hù)劑噴涂時(shí)機(jī)

混凝土養(yǎng)護(hù)劑在線噴涂，即海管邊涂敷混凝土，邊噴涂養(yǎng)護(hù)劑，如圖3。

圖3 養(yǎng)護(hù)劑在線噴涂過程

3.3 操作方法

3.3.1 接通氣源、電源，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的養(yǎng)護(hù)劑用料量，調(diào)節(jié)隔膜泵的流量。

3.3.2 打開控制盒上的“噴槍按鈕”，打開噴槍開關(guān)。

3.3.3 調(diào)節(jié)控制盒上的“扇形”控制按鈕，調(diào)節(jié)噴槍的霧化及噴幅等參數(shù)。

3.3.4 將養(yǎng)護(hù)劑溶液噴涂在剛涂敷完的海管配重層混凝土表面上，為保證噴涂效果，減少料液的霧化損失，噴槍口距海管配重層混凝土外表面30mm左右為宜。

3.4 養(yǎng)護(hù)劑用量

養(yǎng)護(hù)劑噴灑的厚薄用每1kg溶液的噴涂面積來控制。噴涂面積過大則厚度太薄，影響混凝土強(qiáng)度；面積過小，則厚度大，造成浪費(fèi)。JX-10B型混凝土養(yǎng)護(hù)劑用于海管配重層混凝土養(yǎng)護(hù)，按每1kg溶液噴灑1.5m2～2m2進(jìn)行控制。

4 工程應(yīng)用效果

2010年，JX-10B型混凝土養(yǎng)護(hù)劑在蓬萊及曹妃甸天然氣外輸利用項(xiàng)目的海管混凝土配重層（鋼管管徑323mm、壁厚12.7mm，3LPE防腐層厚3mm，混凝土配重層厚40mm）上進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，對130根（約1.6 km）海管混凝土配重層噴涂養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行了養(yǎng)護(hù)，取得了良好應(yīng)用效果，具體如下:

4.1 涂層外觀

采用JX-10B型養(yǎng)護(hù)劑噴涂的試驗(yàn)管，剛噴涂完的試驗(yàn)管外表面為乳白色，5個(gè)小時(shí)后，形成一層致密且堅(jiān)硬的保護(hù)膜。1d、3d、7d、28d 后觀測，涂層外觀未出現(xiàn)開裂。

4.2 混凝土強(qiáng)度

取生產(chǎn)當(dāng)天的混凝土制作立方體試件，采用養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)，實(shí)測7d齡期強(qiáng)度值為52.9 MPa；28d齡期強(qiáng)度值為64.1MPa，滿足項(xiàng)目“7d強(qiáng)度值46.0MPa，28d強(qiáng)度值62.0MPa”的指標(biāo)要求。

4.3 混凝土配重層吸水率

混凝土配重層養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)28d后，從混凝土配重層上鉆取核件進(jìn)行吸水率試驗(yàn)，實(shí)測吸水率為2.5%，滿足項(xiàng)目“吸水率小于4%”的指標(biāo)要求。

圖4 混凝土配重層抗推脫試驗(yàn)示意圖

4.4 混凝土配重層抗推脫性能

混凝土配重層養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)28d后，切取1.8m試驗(yàn)管段，參照Q/HS 3017-2008附錄A，對混凝土配重層進(jìn)行抗推脫性能試驗(yàn)（如圖4），實(shí)測涂層軸向抗剪切力502KN，滿足項(xiàng)目“大于308KN”的指標(biāo)要求。

4.5 混凝土配重層抗沖擊性能

混凝土配重層養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)28d后，進(jìn)行涂層抗沖擊性試驗(yàn)，按Q/HS 3017-2008附錄B進(jìn)行（如圖5），10KJ沖擊5次后，配重層的軸向破損半徑160mm，環(huán)向破損半徑110mm，防腐層無破損。試驗(yàn)結(jié)果滿足項(xiàng)目規(guī)格書及Q/HS 3017-2008標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 混凝土配重層抗沖擊試驗(yàn)示意圖

4.6 環(huán)境保護(hù)

以往海管混凝土配重層纏繞塑料膜養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期結(jié)束，需要將塑料膜劃開、剝離，從而產(chǎn)生了大量的廢棄塑料，造成“白色污染”。而采用混凝土養(yǎng)護(hù)劑后，徹底避免了這一現(xiàn)象。

4.7 養(yǎng)護(hù)場地周轉(zhuǎn)效率

海管混凝土配重層使用混凝土養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)，對于配重層需要修補(bǔ)的位置，當(dāng)天就可以修補(bǔ)，4天后就可以進(jìn)行海管倒運(yùn)，縮短了海管在場地的堆放養(yǎng)護(hù)時(shí)間，提高了場地的周轉(zhuǎn)利用率，特別是在工程項(xiàng)目較多、工期緊張的情況下，尤顯重要。

4.8 經(jīng)濟(jì)性

混凝土養(yǎng)護(hù)劑的價(jià)格約為0.30萬元/噸，每噸可以噴涂的海管混凝土配重層面積約為1500～2000m2，塑料薄膜的價(jià)格約為1.3萬元/噸，每噸可纏繞的海管混凝土配重層面積為3500m2。據(jù)此測算，采用養(yǎng)護(hù)劑每平米的養(yǎng)護(hù)成本為1.5～2.0元，而采用塑料薄膜每平米的養(yǎng)護(hù)成本為3.7元，采用養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)較采用塑料薄膜養(yǎng)護(hù)，材料成本至少降低了45%。

5 工程應(yīng)用中需注意的問題

養(yǎng)護(hù)劑應(yīng)在有效期內(nèi)使用，且應(yīng)在使用前將養(yǎng)護(hù)劑攪拌均勻。養(yǎng)護(hù)劑為廠方配好的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)劑液，使用時(shí)嚴(yán)禁加水稀釋。實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目管徑的大小，調(diào)節(jié)噴涂設(shè)備的流量、噴槍的噴幅、噴槍距配重層表面的距離，確保噴出的液體呈霧狀，不漏噴。雨天不宜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)劑噴涂作業(yè)，養(yǎng)護(hù)劑未成膜前（成膜一般需2 h～3h）一旦受到雨淋，應(yīng)立即采取有效措施對海管混凝土配重涂層進(jìn)行苫蓋，并在雨后重新噴涂一層養(yǎng)護(hù)劑。對于在吊裝、倒運(yùn)過程中偶然出現(xiàn)的混凝土配重層脫落部位，應(yīng)在場地適時(shí)修補(bǔ)，并采用便攜式噴霧器對修補(bǔ)后的混凝土表面補(bǔ)噴養(yǎng)護(hù)劑。養(yǎng)護(hù)劑噴涂時(shí),操作人員應(yīng)正確配戴勞動防護(hù)用品，且不得站在順風(fēng)位置。

結(jié)語

JX-10B型混凝土養(yǎng)護(hù)劑及配套噴涂工藝設(shè)備在海管配重工程上進(jìn)行了應(yīng)用，養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)的海管混凝土配重層性能指標(biāo)滿足項(xiàng)目需要。與以往采用塑料薄膜養(yǎng)護(hù)相比，海管混凝土配重層采用養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)不僅縮短了養(yǎng)護(hù)時(shí)間，而且避免了塑料薄膜養(yǎng)護(hù)所產(chǎn)生的“白色污染”，既節(jié)能減排、科學(xué)環(huán)保，又有利于場地周轉(zhuǎn)、節(jié)約生產(chǎn)成本，海管混凝土配重層養(yǎng)護(hù)質(zhì)量也得到了充分保障，其在海管混凝土配重涂敷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

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[5]Q/HS 3017-2008.海底管道混凝土配重涂層技術(shù)規(guī)定[S].

[6]K1-OOP-ACA -L-SP-0095156“Concrete Coating on Line Pipe for Bohai Phase ⅡDevelopment Project AFC Phase”.