海底油气管道混凝土配重层预制工艺及质量控制.pdf
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1、Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 19 期107文章编号:2095-6835(2023)19-0107-03海底油气管道混凝土配重层预制工艺及质量控制卫 亮(海隆管道工程技术服务有限公司,上海 200949)摘要:水泥混凝土配重层能够为油气输送管线提供满足海底或穿越湖泊铺设要求的负浮力并提供外部机械保护。国内对海底整管配重预制混凝土的研究较少,通过总结实际生产过程控制经验,从技术评审、制造工艺及检验检测计划方面提出了海底管道混凝水泥土配重层预制工艺及质量控制方法。关键词:海底油气管道;配重混凝土;负浮力;质量控制中图分类号:TE973
2、.8文献标志码:ADOI:10.15913/ki.kjycx.2023.19.033油气输送管线配重混凝土预制在海底油气运输管线和湖泊穿越管线的使用越来越广泛。由于设计单位需要根据不同的项目要求设计管线钢管规格和混凝土配重层的厚度,导致采用模具工艺的混凝土配重涂层生产成本较高1。目前,国内外主要生产厂家采用离心冲击工艺生产全尺寸(818 m)配重混凝土涂层。该工艺将铁矿砂、水泥混合均匀后添加一定比例的水,搅拌成混合料,通过胶辊高速转动产生的离心力,将新拌制的混合料冲击在带有防腐涂层和防滑颗粒的钢管上,钢管在冲击的过程中以一定的速度旋转前进并将镀锌钢丝网加强筋旋转缠绕在混凝土涂层中间位置,安装在
3、出管位置的刮刀将高出设计厚度的混凝土拌和物刮除。用于离心冲击工艺生产的配重混凝土的拌和料出搅拌仓含水率一般控制在 4%6%,塌落度小于 10 mm。国内对整管配重预制混凝土的研究较少,本文通过借鉴浇筑混凝土、碾压干硬性混凝土的研究成果2-5及实际生产过程控制经验,从项目初期的技术评审、制造工艺及检验检测计划等方面总结了水泥混凝土配重层的质量控制方法。1项目技术评审专业技术人员收到技术评审通知后,负责按照产品性能指标、交货期、运输方案等方面分解客户技术要求,分配至各专业部门,各部门提出评审意见后,集中会议评审。通过技术评审可以充分识别可能存在的技术风险,提前做好技术方案,提出人员需求、设备需求,
4、从而充分认识到项目的特点,降低项目执行过程中的风险,提高产品的质量,降低施工成本。2制造工艺2.1原材料控制铁矿砂、水泥、水、镀锌钢丝网按照项目技术要求进行采购,生产前进行质量复测,不满足项目要求的材料不得使用。2.2环境温度检测涂敷前,应控制钢管、防腐层、钢丝网和混凝土拌和物的温度,温度范围为 335。涂敷区配重层的环境温度应在 343 范围内。如超出上述温度范围,低温时露天堆放养护时应采取蒸汽保温的方案,并做好升温调控机制,保证混凝土在低温施工时强度得到稳定提高;夏季施工时应给露天堆放的骨料盖上防晒油布降低骨料温度,拌和时不使用新入库水泥,养护时采用白色不透明养护膜养护,并建立洒水降温保湿
5、方案,降低混凝土在养护过程中由于高温导致水分过早蒸发,保证混凝土强度稳定提高的同时降低开裂风险。2.3混凝土配合比设计与搅拌根据混凝土配比、搅拌量、铁矿砂的含水率,计算出各组分的用量。在实际生产前对配合比进行验证,确定最终的基准配合比。大规模生产前需要结合施工工艺和养护方法进行试生产和试验6-8,保证产品性能指标满足要求后再进行规模生产,生产的过程中主要的工艺参数范围不能更改。原材料称量后,骨料、水泥先放到机械搅拌仓内,进行预拌 30 s 后再放定量的拌和水,搅拌均匀,并且拌和物在首次搅拌水加入后 30 min 内涂覆到钢管上。该搅拌方案可以提高混凝土拌和料的均匀性,有利于提高混凝土强度。搅拌
6、工序中使用计量设备每周使用标准砝码校准一次;铁矿砂的含水率每班检测一次,环境变化较大时,可增加检验频次;从传送皮带上取拌和物,检测水分含量,以验证是否符合配比要求,每班检测 3 次,环境变化较大时,可增加检验频次;拌和料取样并制成立方体试样,检验规定龄期的抗压强度。科技与创新Science and Technology&Innovation1082023 年 第 19 期2.4钢丝网计算及放置轴向配重层截面上的配筋率1和环向配重层截面上的配筋率2应通过如下公式计算得出:1=mS/(LA)2=nS/3.141 59(Rr)(R+r)式中:m 为轴向配重层截面的钢丝根数;S 为钢丝截面积的数值,单
7、位 mm2;L 为配重层长度的数值,单位mm;A 为配重层厚度的数值,单位 mm;n 为环向配重层截面的钢丝根数;R、r 分别为配重层的外、内半径的数值,单位 mm。螺旋状布置的钢丝网搭接长度应至少为 25 mm,保证钢丝网的连续性。选用的钢丝网规格应满足规定的配筋率要求。配重层加强筋与钢管间应可靠支撑并保持同心,任何时候都必须保证加强筋与钢管之间电绝缘。加强钢筋与防腐涂层之间的最小间距应为10 mm,加强筋外边缘距混凝土层外边缘的距离为10 mm。加强筋在距配重层端部 1535 mm 位置处切断。试生产时通过调整钢丝网的张力和切入角度及防腐管行进速度,以满足钢丝网位置要求和搭接长度要求。2.
8、5配重管涂敷和尺寸测量调整喂料传送皮带、计量传送皮带的速度,以及2 个鼓轮的间距和转速,运管小车的行走速度在规定参数范围内,以保证配重层的厚度和密度;调整表面刮刀的压力,以保证配重层的表面均匀统一。开启钢丝网和防腐管上方的水雾喷头,将钢丝网和防腐管表面充分润湿;开启鼓轮,打开储料仓下料口,混凝土拌和物由传送皮带输送到 2 个鼓轮间隙处,拌和物由高速旋转的鼓轮喷射至防腐层表面;开启运管小车和旋转轮,使防腐管旋转行进,开始配重层涂敷,同时将钢丝网缠绕至配重层中。涂敷至终止位置时,停止运管传动小车及喷涂系统,将钢丝网剪断,涂敷完成。混凝土配重层应均匀无空隙,与钢管同心。任意500 mm 的长度范围内
9、,涂层表面上的任意高点和低点之间半径方向上的距离不得超过 8 mm。每个涂敷后的管道直径测量应连续进行,使用自动测量设备或采用在沿管长等间隔设置的6个圆周量尺带进行直径测量,两端的圆周量尺带与混凝土涂层端部保持约 600 mm的距离。所有的直径测量结果都要记录并且取每个管道的平均值用来计算混凝土涂层的平均厚度。在配重层起始端,打开混凝土层,检查钢丝网距配重层端面的长度,长度范围为 1535 mm。在管体任意位置,打开混凝土层,检查钢丝网距防腐层、钢丝网距配重层表面的距离及钢丝网搭接长度。检查完成后,将打开区域使用同配比的混凝土进行修补。2.6修补2.6.1新制配重层的修补取与原混凝土配比相同的
10、混凝土拌和物,润湿待修补区域的混凝土涂层,使用灰刀将拌和物涂在待修区域,使用抹刀将拌和物抹匀并与周围涂层齐平,检查修补区域外观是否平整,检验满足要求后进行养护。2.6.2已硬化配重层的修补使用手动切割工具,将损伤的混凝土涂层去掉,修整成外窄里宽的喇叭口形状,使用毛刷将松散涂层扫净;检查防腐层是否有损伤,如有,应先进行防腐层修补,检查加固铁丝网是否有损伤,如有,应先修复镀锌钢丝网加固筋;润湿待修补区域的混凝土涂层,使用灰刀将拌和物涂在待修区域,使用抹刀将拌和物抹匀并与周围涂层齐平,检查修补区域外观是否平整,检验满足要求后进行养护。2.6.3修补用料配重层涂敷后未养护前发现的缺陷,应在车间内使用同
11、配比混凝土拌和物进行修补;配重层养护时发现的缺陷,应在养护场使用同配比混凝土拌和物或改进的混凝土进行修补;临近发运时发现的缺陷,可根据实际情况,使用快硬型砂浆修补材料进行修补。对于任何时间地点发现的缺陷,应及时进行修补。使用同配比拌和物修补时,为具有适宜的工作性,可适当加水提高水灰比,但水灰比不能超过 0.45。2.6.4修补后检验及养护修补区域应均匀统一、无孔隙,且与原涂层齐平统一。养护后,应检查修补区域是否牢固无松动。应记录修补管信息、缺陷类型、修补方式、修补时间等信息及检验结果。检验合格后,在修补区域进行水雾喷洒,然后覆盖养护膜进行养护。所有经过修理的配重层管都要进一步养护至少 48 h
12、 或者抗压强度达到16 MPa 才允许进行吊装。2.7养护和堆放2.7.1膜养护混凝土配重涂敷完成后立即将聚烯烃塑料膜覆盖于混凝土配重层的外表面上。养护用聚烯烃塑料膜的厚度要求大于 0.1 mm;养护前期的24 h 内,配重层温度应高于 3;抗压强度未达到 16 MPa 前,严禁吊装或堆垛;养护期达到 28 d,且所有检验与实验均符合要求时,才允许发运。配重管运至养护场地 4 h 后,拆卸管端挡板,检验管端预留长度、角度和边缘的形状,检查所有配重层表面是否有脱落现象,如有,应进行修补。拆膜修补时,应在混凝土配重管养护 3 d 以后进行。Science and Technology&Innova
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