混凝土養護劑在海管配重工程中的應用研究

吳文通 張曉靈 孔瑞林 相政樂 蔣曉斌

（中海油能源發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，用以保持其海底穩定性、保護其外防腐涂層免受機械損傷。混凝土是水硬性材料，混凝土養護是保證混凝土施工質量的一項重要工序。在混凝土強度增長期，為避免表面蒸發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行，保證混凝土的強度、耐久性等技術指標，同時為防止由于干燥而產生裂縫，必須對其進行養護。海管配重層混凝土現有養護方式是采用纏繞塑料薄膜遮蓋的養護方法，特殊情況加蓋草袋養護。其缺點是，易出現薄膜纏繞不均，局部混凝土外露，水分散失易產生裂紋，甚至混凝土強度達不到設計要求；養護結束后，需要較多的物力、人力除去塑料薄膜，產生大量的廢棄塑料，造成“白色污染”，不利于環境保護。一種海管配重層混凝土養護劑及其配套噴涂工藝設備的工程應用，較好的解決了上述問題。

2 海管混凝土配重層混凝土養護劑的選擇

目前，國內外常用成膜型養護劑按其化學成分可分為無機硅酸鹽類（水玻璃）、乳液類、溶劑型樹脂類、無機有機復合型。針對海管配重用混凝土水灰比較低（0.25～0.30）、干硬性、抗壓強度高達 C62、表面粗糙的特點。從混凝土養護劑的固含量、混凝土養護劑有效保水率、干燥時間、混凝土抗壓強度這幾個方面進行了試驗考察，篩選出了一種綜合性能較好的JX-10B型混凝土養護劑。

JX-10B型混凝土養護劑是一種有機無機復合型養護劑，其主要成膜物質為水溶性硅酸鹽和合成樹脂乳液。這種養護劑以水為分散介質，無毒、不燃，使用方便。當這種養護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，達到養護的目的。實測材料特性如下:

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

表1 在線自動化噴涂設備主要配置清單

抗壓強度（海管配重用混凝土、立方體試件、養護劑養護）:7d強度值58.5 MPa；28d 強度值 63.1MPa。

3 施工工藝

3.1 在線自動化噴涂設備

在線自動化噴涂設備主要配置如表1、圖 1、圖 2。

圖1 自動噴槍

圖2 自動化噴涂設備全景

3.2 養護劑噴涂時機

混凝土養護劑在線噴涂，即海管邊涂敷混凝土，邊噴涂養護劑，如圖3。

圖3 養護劑在線噴涂過程

3.3 操作方法

3.3.1 接通氣源、電源，根據預先設定的養護劑用料量，調節隔膜泵的流量。

3.3.2 打開控制盒上的“噴槍按鈕”，打開噴槍開關。

3.3.3 調節控制盒上的“扇形”控制按鈕，調節噴槍的霧化及噴幅等參數。

3.3.4 將養護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 養護劑用量

養護劑噴灑的厚薄用每1kg溶液的噴涂面積來控制。噴涂面積過大則厚度太薄，影響混凝土強度；面積過小，則厚度大，造成浪費。JX-10B型混凝土養護劑用于海管配重層混凝土養護，按每1kg溶液噴灑1.5m2～2m2進行控制。

4 工程應用效果

2010年，JX-10B型混凝土養護劑在蓬萊及曹妃甸天然氣外輸利用項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）上進行了工業應用，對130根（約1.6 km）海管混凝土配重層噴涂養護劑進行了養護，取得了良好應用效果，具體如下:

4.1 涂層外觀

采用JX-10B型養護劑噴涂的試驗管，剛噴涂完的試驗管外表面為乳白色，5個小時后，形成一層致密且堅硬的保護膜。1d、3d、7d、28d 后觀測，涂層外觀未出現開裂。

4.2 混凝土強度

取生產當天的混凝土制作立方體試件，采用養護劑養護，實測7d齡期強度值為52.9 MPa；28d齡期強度值為64.1MPa，滿足項目“7d強度值46.0MPa，28d強度值62.0MPa”的指標要求。

4.3 混凝土配重層吸水率

混凝土配重層養護劑養護28d后，從混凝土配重層上鉆取核件進行吸水率試驗，實測吸水率為2.5%，滿足項目“吸水率小于4%”的指標要求。

圖4 混凝土配重層抗推脫試驗示意圖

4.4 混凝土配重層抗推脫性能

混凝土配重層養護劑養護28d后，切取1.8m試驗管段，參照Q/HS 3017-2008附錄A，對混凝土配重層進行抗推脫性能試驗（如圖4），實測涂層軸向抗剪切力502KN，滿足項目“大于308KN”的指標要求。

4.5 混凝土配重層抗沖擊性能

混凝土配重層養護劑養護28d后，進行涂層抗沖擊性試驗，按Q/HS 3017-2008附錄B進行（如圖5），10KJ沖擊5次后，配重層的軸向破損半徑160mm，環向破損半徑110mm，防腐層無破損。試驗結果滿足項目規格書及Q/HS 3017-2008標準要求。

圖5 混凝土配重層抗沖擊試驗示意圖

4.6 環境保護

以往海管混凝土配重層纏繞塑料膜養護，養護期結束，需要將塑料膜劃開、剝離，從而產生了大量的廢棄塑料，造成“白色污染”。而采用混凝土養護劑后，徹底避免了這一現象。

4.7 養護場地周轉效率

海管混凝土配重層使用混凝土養護劑養護，對于配重層需要修補的位置，當天就可以修補，4天后就可以進行海管倒運，縮短了海管在場地的堆放養護時間，提高了場地的周轉利用率，特別是在工程項目較多、工期緊張的情況下，尤顯重要。

4.8 經濟性

混凝土養護劑的價格約為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。據此測算，采用養護劑每平米的養護成本為1.5～2.0元，而采用塑料薄膜每平米的養護成本為3.7元，采用養護劑養護較采用塑料薄膜養護，材料成本至少降低了45%。

5 工程應用中需注意的問題

養護劑應在有效期內使用，且應在使用前將養護劑攪拌均勻。養護劑為廠方配好的標準養護劑液，使用時嚴禁加水稀釋。實際生產過程中，應根據項目管徑的大小，調節噴涂設備的流量、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。雨天不宜進行養護劑噴涂作業，養護劑未成膜前（成膜一般需2 h～3h）一旦受到雨淋，應立即采取有效措施對海管混凝土配重涂層進行苫蓋，并在雨后重新噴涂一層養護劑。對于在吊裝、倒運過程中偶然出現的混凝土配重層脫落部位，應在場地適時修補，并采用便攜式噴霧器對修補后的混凝土表面補噴養護劑。養護劑噴涂時,操作人員應正確配戴勞動防護用品，且不得站在順風位置。

結語

JX-10B型混凝土養護劑及配套噴涂工藝設備在海管配重工程上進行了應用，養護劑養護的海管混凝土配重層性能指標滿足項目需要。與以往采用塑料薄膜養護相比，海管混凝土配重層采用養護劑養護不僅縮短了養護時間，而且避免了塑料薄膜養護所產生的“白色污染”，既節能減排、科學環保，又有利于場地周轉、節約生產成本，海管混凝土配重層養護質量也得到了充分保障，其在海管混凝土配重涂敷領域具有廣闊的應用前景。

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[5]Q/HS 3017-2008.海底管道混凝土配重涂層技術規定[S].

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