海底管道混凝土配重層養護方式對比

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摘要：養護是海底管道混凝土配重涂敷的關鍵工序之一，養護質量將影響混凝土配重層的性能。本論文主要對海底管道混凝土配重層常用幾種養護方式進行對比，為海底管道配重層養護方式的選擇提供參考。

關鍵詞：海底管道；混凝土配重；養護方式

引言

混凝土配重層為海底管道提供負浮力，以保證其在海底的穩定性。同時，在鋼管運輸、吊裝、鋪設和服役期間，混凝土配重層起到對鋼管的機械保護作用，尤其是對于較淺海域，可減少漁船、大型貨船等船舶對海底管道的外力破壞，以及海底復雜環境的破壞[1]。混凝土配重層應具有較高的密度、抗壓強度和耐久性、耐候性。養護是混凝土配重層涂敷的最后一道關鍵工序，養護的質量將直接影響混凝土配重層的性能。養護過程主要是水泥水化過程，水泥水化是一個復雜的物理化學反應過程[2]，其中水是水泥水化過程不可缺少的物質，養護期間應采取適當養護方式保證一定的水分含量，尤其是在養護初期，應保證一定的濕度。海底管道混凝土配重涂層常用的養護方式主要包括塑料養護膜養護、蒸汽養護、噴水養護、養護劑養護等[3-6]。本文對常用的幾種養護方式進行對比分析。

1常用養護方式

1.1塑料養護膜養護

國際通用海底管道混凝土配重（Concretecoat⁃ing）標準ISO21809—5[4]中規定了塑料養護膜養護的要求。塑料養護膜的厚度一般在0.1mm左右，性能指標應符合ASTMC171標準[5]的要求，其中關鍵性指標如表1所示。從表1中可以看出，塑料養護的主要性能指標包括機械性能（拉伸強度和斷裂伸長率）、水蒸氣透過率、光反射率和抗沖擊性能。采用噴射法進行混凝土配重層涂敷時，通過側向纏繞的方式將養護膜包裹在混凝土配重層的外表面（見圖1）。纏繞過程中有一定的拉伸力，為避免養護膜斷裂，塑料養護膜應具有一定的機械性能。為抑制養護過程中水分的散失，應嚴格控制養護膜的水蒸氣透過率要求。抗沖擊性能可保證養護膜在養護期間抵抗外力破壞的能力，降低外力碰撞下發生塑料養護膜破損的風險。采用塑料養護膜養護方式，為保證養護效果，養護時的環境溫度不應低于4℃。養護期間，混凝土配重管不能進行堆垛存放，應單根碼放在養護場地（見圖2），因此，需要較大的養護場地。一般要求養護期28d，環境溫度較高時，可縮短養護期，但至少7d養護期。養護7d后或抗壓強度達到15MPa時可進行場地堆垛。

1.2蒸汽養護

蒸汽養護需要專門的養護車間和蒸汽發生設備（見圖3），作為配重生產車間的一部分。在混凝土配重涂敷完成3h之后才可進行蒸汽養護。蒸汽養護[6-7]應從環境溫度開始，以10℃/h升溫速度，達到50~60℃為止，在該條件下保持至少6h，然后自然冷卻。蒸汽養護應保證鋼管管壁溫度不超過60℃，以免影響混凝土配重涂層和防腐涂層的性能。

1.3噴水養護

采用噴水養護方式應在混凝土配重涂敷完成后2~6h內開始進行持續地噴水，每次噴水間隔應不超過24h，噴水養護期至少7d[4]。抗壓強度達到15MPa時，可進行場地堆垛存放。當環境溫度低于4℃時，不適宜進行噴水養護，如需要進行養護，應采取防護措施避免水結冰，防止因冰凍造成混凝土損壞。因此，在溫度較低4℃的冬季，不適宜進行混凝土配重涂敷生產。當環境溫度足夠高時，可以使用噴霧養護，方法是在混凝土配重層上噴灑細水霧，同時用土工布苫蓋混凝土配重管，以保持混凝土表面水分含量。噴水養護所用水的pH值應≥4，推薦使用飲用水，不得使用含油類、酸類、醇類、鹽類或其他有機材料等雜質的水，水中硫酸鹽含量應不超過1%（按SO42-離子計）[6-7]。氯離子會引起混凝土配重層中配筋鋼絲網的銹蝕，DNVG-ST-F101[8]標準規定混凝土混合物中氯化物含量（以游離CaCl2計算）不得超過水泥重量的0.4%，應嚴格控制養護用水中氯離子含量，尤其是不得使用海水作為養護用水。

1.4養護劑養護

混凝土養護劑是一種乳液或高分子溶液，通過噴灑或涂刷的方式在混凝土配重層表面形成一層連續的不透水的液體薄膜。選用的養護劑應無毒、不燃、穩定性好，與混凝土、鋼筋網、陽極、防腐涂層和鋼管無任何化學反應[5]，不會影響混凝土配重管的性能。ISO21809—5標準和TotalGSEPPLR410標準要求，養護劑應符合ASTMC309[9]的規定。SY/T7398標準要求，養護劑應符合JC901[10]的規定。JC901標準的制定參考了ASTMC309標準，因此，兩個標準對養護劑的要求基本一致。用于海底管道混凝土配重層養護劑的技術要求見表2。養護劑的有效保水率是關鍵指標，成膜耐熱性可保證養護劑在高溫環境下的保水性能。養護劑應在混凝土配重涂敷完成后6h內涂敷在混凝土表面，至少養護7d。當環境溫度低于4℃時，不適宜采用養護劑養護方式。國內已開發研究出針對海底管道噴射式混凝土配重層養護用的高性能養護劑[11]，該類養護劑以丙烯酸乳液為基礎，通過丙烯酸樹脂等進行改性，利用無氣噴涂設備進行在線噴涂，可實現連續性、穩定性、自動化生產，養護后的混凝土配重層性能滿足設計要求，具有較好的市場推廣應用前景。

2常用養護方式對比

對海底管道混凝土配重層常用幾種養護方式進行對比，見表3所示。塑料養護膜養護、噴水養護、養護劑養護三種養護方式對環境溫度要求較高，不適宜在環境溫度低于4℃的地區進行配重層養護。同時，養護期間內不允許堆垛，需要較大面積的養護場地進行配重管碼放和養護處理。三種養護方式的設備投入較小，不需要配套大型的設備。噴水（噴霧）養護更適合在溫度較高的地區。相比噴水養護和養護劑養護，養護膜養護的方式成本較低，但會產生大量廢舊塑料養護膜，對環境造成白色污染，需要妥善處理廢棄的塑料膜。蒸汽養護的優點是不受環境溫度的影響，養護時間短，不需要大面積的養護場地。適合在溫度較低的環境下進行混凝土配重管的生產。缺點是車間和設備一次性投入較大，養護過程中蒸汽發生需消耗較多的水、電、燃氣等，能耗較高。在我國多采用塑料養護膜養護方式進行配重管養護。在我國北方，一般每年的11月中旬到第二年的3月中旬，不適宜進行海底管線的混凝土配重涂敷。我公司在天津市塘沽區和廣東省珠海市建有兩個配重管生產車間，養護方式均采用塑料養護膜養護，但受環境溫度影響，塘沽工廠每年的11月中旬到第二年的3月中旬無法進行配重管生產，而珠海工廠可全年進行配重管生產。珠海地區溫度較高、濕度較大，可配套開發噴水（噴霧）養護方式。北溪天然氣管道1期（NordStream1）項目是一條起始于俄羅斯途徑波羅的海向歐盟（德國）輸送天然氣的海底管道，2011年建成，目前輸氣量達到1.6億m3/天。該項目在芬蘭科特卡港建造了專門的防腐配重生產工廠進行海底管道混凝土配重涂敷。芬蘭冬季嚴寒漫長，因受冬季施工時環境溫度低的影響，不適宜采用塑料養護膜養護、噴水養護、養護劑養護三種養護方式，選擇采用蒸汽養護的方式進行混凝土配重管的養護，可全年進行混凝土配重涂敷，保證項目工期進度的要求。

3結論

本文介紹了海底管道混凝土配重層常用的幾種養護方式，并從對養護環境的要求、配套設備情況、養護場地等方面進行對比。從經濟性和實用性上，國內外最常用的養護方式為纏繞塑料養護膜養護；而在冬季寒冷期較長的地區，多采用蒸汽養護的方式。在海底管道混凝土配重層養護方式的選擇上應根據工廠所在位置、環境及氣候條件、設備投入等方面進行綜合考慮，選擇適宜的養護方式。

參考文獻

[1]武占文，周建彬，賈振，等.海管噴射涂敷配重高密度混凝土配比技術研究[J].海洋工程裝備與技術，2019，6(增刊)：64-68.

[2]李書明，鄭新國，謝永江，等.保溫養護方式下水化硅酸鈣晶種對混凝土性能的影響[J].鐵道建筑，2019，59(1)：134-137.

[3]程冠，曾志，郁培云，等.混凝土養護膜保濕性能及其養護效果研究[J].鐵道建筑，2019，59(1)：129-132.

[7]國家能源局.SY/T7398.海底管道混凝土配重涂層技術規范[S].北京.石油工業出版社，2018.

[10]中華人民共和國國家經濟貿易委員.JC901-2002.水泥混凝土養護劑[S].北京.中國建材工業出版社，2003．

[11]張祥，賈振，周建彬，等.海管噴射式配重混凝土養護劑開發及應用[J].海洋工程裝備與技術，2019，6(5)：714-719.

作者：張振東 張祥 賈振 相政樂 劉進東 李會州 單位：中海油能源發展股份有限公司管道工程涂敷分公司