海底管道混凝土配重层养护方式对比

摘要：养护是海底管道混凝土配重涂敷的关键工序之一，养护质量将影响混凝土配重层的性能。本论文主要对海底管道混凝土配重层常用几种养护方式进行对比，为海底管道配重层养护方式的选择提供参考。

关键词：海底管道；混凝土配重；养护方式

引言

混凝土配重层为海底管道提供负浮力，以保证其在海底的稳定性。同时，在钢管运输、吊装、铺设和服役期间，混凝土配重层起到对钢管的机械保护作用，尤其是对于较浅海域，可减少渔船、大型货船等船舶对海底管道的外力破坏，以及海底复杂环境的破坏[1]。混凝土配重层应具有较高的密度、抗压强度和耐久性、耐候性。养护是混凝土配重层涂敷的最后一道关键工序，养护的质量将直接影响混凝土配重层的性能。养护过程主要是水泥水化过程，水泥水化是一个复杂的物理化学反应过程[2]，其中水是水泥水化过程不可缺少的物质，养护期间应采取适当养护方式保证一定的水分含量，尤其是在养护初期，应保证一定的湿度。海底管道混凝土配重涂层常用的养护方式主要包括塑料养护膜养护、蒸汽养护、喷水养护、养护剂养护等[3-6]。本文对常用的几种养护方式进行对比分析。

1常用养护方式

1.1塑料养护膜养护

国际通用海底管道混凝土配重（Concretecoat⁃ing）标准ISO21809—5[4]中规定了塑料养护膜养护的要求。塑料养护膜的厚度一般在0.1mm左右，性能指标应符合ASTMC171标准[5]的要求，其中关键性指标如表1所示。从表1中可以看出，塑料养护的主要性能指标包括机械性能（拉伸强度和断裂伸长率）、水蒸气透过率、光反射率和抗冲击性能。采用喷射法进行混凝土配重层涂敷时，通过侧向缠绕的方式将养护膜包裹在混凝土配重层的外表面（见图1）。缠绕过程中有一定的拉伸力，为避免养护膜断裂，塑料养护膜应具有一定的机械性能。为抑制养护过程中水分的散失，应严格控制养护膜的水蒸气透过率要求。抗冲击性能可保证养护膜在养护期间抵抗外力破坏的能力，降低外力碰撞下发生塑料养护膜破损的风险。采用塑料养护膜养护方式，为保证养护效果，养护时的环境温度不应低于4℃。养护期间，混凝土配重管不能进行堆垛存放，应单根码放在养护场地（见图2），因此，需要较大的养护场地。一般要求养护期28d，环境温度较高时，可缩短养护期，但至少7d养护期。养护7d后或抗压强度达到15MPa时可进行场地堆垛。

1.2蒸汽养护

蒸汽养护需要专门的养护车间和蒸汽发生设备（见图3），作为配重生产车间的一部分。在混凝土配重涂敷完成3h之后才可进行蒸汽养护。蒸汽养护[6-7]应从环境温度开始，以10℃/h升温速度，达到50~60℃为止，在该条件下保持至少6h，然后自然冷却。蒸汽养护应保证钢管管壁温度不超过60℃，以免影响混凝土配重涂层和防腐涂层的性能。

1.3喷水养护

采用喷水养护方式应在混凝土配重涂敷完成后2~6h内开始进行持续地喷水，每次喷水间隔应不超过24h，喷水养护期至少7d[4]。抗压强度达到15MPa时，可进行场地堆垛存放。当环境温度低于4℃时，不适宜进行喷水养护，如需要进行养护，应采取防护措施避免水结冰，防止因冰冻造成混凝土损坏。因此，在温度较低4℃的冬季，不适宜进行混凝土配重涂敷生产。当环境温度足够高时，可以使用喷雾养护，方法是在混凝土配重层上喷洒细水雾，同时用土工布苫盖混凝土配重管，以保持混凝土表面水分含量。喷水养护所用水的pH值应≥4，推荐使用饮用水，不得使用含油类、酸类、醇类、盐类或其他有机材料等杂质的水，水中硫酸盐含量应不超过1%（按SO42-离子计）[6-7]。氯离子会引起混凝土配重层中配筋钢丝网的锈蚀，DNVG-ST-F101[8]标准规定混凝土混合物中氯化物含量（以游离CaCl2计算）不得超过水泥重量的0.4%，应严格控制养护用水中氯离子含量，尤其是不得使用海水作为养护用水。

1.4养护剂养护

混凝土养护剂是一种乳液或高分子溶液，通过喷洒或涂刷的方式在混凝土配重层表面形成一层连续的不透水的液体薄膜。选用的养护剂应无毒、不燃、稳定性好，与混凝土、钢筋网、阳极、防腐涂层和钢管无任何化学反应[5]，不会影响混凝土配重管的性能。ISO21809—5标准和TotalGSEPPLR410标准要求，养护剂应符合ASTMC309[9]的规定。SY/T7398标准要求，养护剂应符合JC901[10]的规定。JC901标准的制定参考了ASTMC309标准，因此，两个标准对养护剂的要求基本一致。用于海底管道混凝土配重层养护剂的技术要求见表2。养护剂的有效保水率是关键指标，成膜耐热性可保证养护剂在高温环境下的保水性能。养护剂应在混凝土配重涂敷完成后6h内涂敷在混凝土表面，至少养护7d。当环境温度低于4℃时，不适宜采用养护剂养护方式。国内已开发研究出针对海底管道喷射式混凝土配重层养护用的高性能养护剂[11]，该类养护剂以丙烯酸乳液为基础，通过丙烯酸树脂等进行改性，利用无气喷涂设备进行在线喷涂，可实现连续性、稳定性、自动化生产，养护后的混凝土配重层性能满足设计要求，具有较好的市场推广应用前景。

2常用养护方式对比

对海底管道混凝土配重层常用几种养护方式进行对比，见表3所示。塑料养护膜养护、喷水养护、养护剂养护三种养护方式对环境温度要求较高，不适宜在环境温度低于4℃的地区进行配重层养护。同时，养护期间内不允许堆垛，需要较大面积的养护场地进行配重管码放和养护处理。三种养护方式的设备投入较小，不需要配套大型的设备。喷水（喷雾）养护更适合在温度较高的地区。相比喷水养护和养护剂养护，养护膜养护的方式成本较低，但会产生大量废旧塑料养护膜，对环境造成白色污染，需要妥善处理废弃的塑料膜。蒸汽养护的优点是不受环境温度的影响，养护时间短，不需要大面积的养护场地。适合在温度较低的环境下进行混凝土配重管的生产。缺点是车间和设备一次性投入较大，养护过程中蒸汽发生需消耗较多的水、电、燃气等，能耗较高。在我国多采用塑料养护膜养护方式进行配重管养护。在我国北方，一般每年的11月中旬到第二年的3月中旬，不适宜进行海底管线的混凝土配重涂敷。我公司在天津市塘沽区和广东省珠海市建有两个配重管生产车间，养护方式均采用塑料养护膜养护，但受环境温度影响，塘沽工厂每年的11月中旬到第二年的3月中旬无法进行配重管生产，而珠海工厂可全年进行配重管生产。珠海地区温度较高、湿度较大，可配套开发喷水（喷雾）养护方式。北溪天然气管道1期（NordStream1）项目是一条起始于俄罗斯途径波罗的海向欧盟（德国）输送天然气的海底管道，2011年建成，目前输气量达到1.6亿m3/天。该项目在芬兰科特卡港建造了专门的防腐配重生产工厂进行海底管道混凝土配重涂敷。芬兰冬季严寒漫长，因受冬季施工时环境温度低的影响，不适宜采用塑料养护膜养护、喷水养护、养护剂养护三种养护方式，选择采用蒸汽养护的方式进行混凝土配重管的养护，可全年进行混凝土配重涂敷，保证项目工期进度的要求。

3结论

本文介绍了海底管道混凝土配重层常用的几种养护方式，并从对养护环境的要求、配套设备情况、养护场地等方面进行对比。从经济性和实用性上，国内外最常用的养护方式为缠绕塑料养护膜养护；而在冬季寒冷期较长的地区，多采用蒸汽养护的方式。在海底管道混凝土配重层养护方式的选择上应根据工厂所在位置、环境及气候条件、设备投入等方面进行综合考虑，选择适宜的养护方式。

参考文献

[1]武占文，周建彬，贾振，等.海管喷射涂敷配重高密度混凝土配比技术研究[J].海洋工程装备与技术，2019，6(增刊)：64-68.

[2]李书明，郑新国，谢永江，等.保温养护方式下水化硅酸钙晶种对混凝土性能的影响[J].铁道建筑，2019，59(1)：134-137.

[3]程冠，曾志，郁培云，等.混凝土养护膜保湿性能及其养护效果研究[J].铁道建筑，2019，59(1)：129-132.

[7]国家能源局.SY/T7398.海底管道混凝土配重涂层技术规范[S].北京.石油工业出版社，2018.

[10]中华人民共和国国家经济贸易委员.JC901-2002.水泥混凝土养护剂[S].北京.中国建材工业出版社，2003．

[11]张祥，贾振，周建彬，等.海管喷射式配重混凝土养护剂开发及应用[J].海洋工程装备与技术，2019，6(5)：714-719.

作者：张振东 张祥 贾振 相政乐 刘进东 李会州 单位：中海油能源发展股份有限公司管道工程涂敷分公司