張振東，張 祥，賈 振，相政樂，劉進東，李會州

（中海油能源發(fā)展股份有限公司管道工程涂敷分公司，天津 塘沽 300452）

0 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(wěn)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(huán)境的破壞[1]?；炷僚渲貙討哂休^高的密度、抗壓強度和耐久性、耐候性。養(yǎng)護是混凝土配重層涂敷的最后一道關鍵工序，養(yǎng)護的質量將直接影響混凝土配重層的性能。養(yǎng)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(yǎng)護期間應采取適當養(yǎng)護方式保證一定的水分含量，尤其是在養(yǎng)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(yǎng)護方式主要包括塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護、噴水養(yǎng)護、養(yǎng)護劑養(yǎng)護等[3-6]。本文對常用的幾種養(yǎng)護方式進行對比分析。

1 常用養(yǎng)護方式

1.1 塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護

國際通用海底管道混凝土配重（Concrete coating）標準ISO 21809—5[4]中規(guī)定了塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護的要求。塑料養(yǎng)護膜的厚度一般在0.1mm左右，性能指標應符合ASTM C171標準[5]的要求，其中關鍵性指標如表1所示。

表1 塑料養(yǎng)護膜關鍵性指標要求

從表1中可以看出，塑料養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)護膜斷裂，塑料養(yǎng)護膜應具有一定的機械性能。為抑制養(yǎng)護過程中水分的散失，應嚴格控制養(yǎng)護膜的水蒸氣透過率要求?？箾_擊性能可保證養(yǎng)護膜在養(yǎng)護期間抵抗外力破壞的能力，降低外力碰撞下發(fā)生塑料養(yǎng)護膜破損的風險。

圖1 噴射法混凝土配重涂敷

采用塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護方式，為保證養(yǎng)護效果，養(yǎng)護時的環(huán)境溫度不應低于4℃。養(yǎng)護期間，混凝土配重管不能進行堆垛存放，應單根碼放在養(yǎng)護場地（見圖2），因此，需要較大的養(yǎng)護場地。一般要求養(yǎng)護期28d，環(huán)境溫度較高時，可縮短養(yǎng)護期，但至少7d養(yǎng)護期。養(yǎng)護7d后或抗壓強度達到15MPa時可進行場地堆垛。

圖2 配重管養(yǎng)護場地

1.2 蒸汽養(yǎng)護

蒸汽養(yǎng)護需要專門的養(yǎng)護車間和蒸汽發(fā)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(yǎng)護。蒸汽養(yǎng)護[6-7]應從環(huán)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(yǎng)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。

圖3 蒸汽養(yǎng)護車間

1.3 噴水養(yǎng)護

采用噴水養(yǎng)護方式應在混凝土配重涂敷完成后2～6h內開始進行持續(xù)地噴水，每次噴水間隔應不超過24h，噴水養(yǎng)護期至少7d[4]?？箟簭姸冗_到15 MPa時，可進行場地堆垛存放。

當環(huán)境溫度低于4℃時，不適宜進行噴水養(yǎng)護，如需要進行養(yǎng)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(huán)境溫度足夠高時，可以使用噴霧養(yǎng)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(yǎng)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(guī)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(yǎng)護用水中氯離子含量，尤其是不得使用海水作為養(yǎng)護用水。

1.4 養(yǎng)護劑養(yǎng)護

混凝土養(yǎng)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(xù)的不透水的液體薄膜。選用的養(yǎng)護劑應無毒、不燃、穩(wěn)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。

ISO 21809—5標準和Total GS EP PLR 410標準要求，養(yǎng)護劑應符合ASTM C309[9]的規(guī)定。SY/T 7398標準要求，養(yǎng)護劑應符合JC 901[10]的規(guī)定。JC 901標準的制定參考了ASTM C309標準，因此，兩個標準對養(yǎng)護劑的要求基本一致。用于海底管道混凝土配重層養(yǎng)護劑的技術要求見表2。

表2 混凝土養(yǎng)護劑技術要求

養(yǎng)護劑的有效保水率是關鍵指標，成膜耐熱性可保證養(yǎng)護劑在高溫環(huán)境下的保水性能。

養(yǎng)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(yǎng)護7d。當環(huán)境溫度低于4℃時，不適宜采用養(yǎng)護劑養(yǎng)護方式。

國內已開發(fā)研究出針對海底管道噴射式混凝土配重層養(yǎng)護用的高性能養(yǎng)護劑[11]，該類養(yǎng)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(xiàn)連續(xù)性、穩(wěn)定性、自動化生產，養(yǎng)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(yǎng)護方式對比

對海底管道混凝土配重層常用幾種養(yǎng)護方式進行對比，見表3所示。

表3 常用養(yǎng)護方式對比表

塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護、噴水養(yǎng)護、養(yǎng)護劑養(yǎng)護三種養(yǎng)護方式對環(huán)境溫度要求較高，不適宜在環(huán)境溫度低于4℃的地區(qū)進行配重層養(yǎng)護。同時，養(yǎng)護期間內不允許堆垛，需要較大面積的養(yǎng)護場地進行配重管碼放和養(yǎng)護處理。三種養(yǎng)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(yǎng)護更適合在溫度較高的地區(qū)。相比噴水養(yǎng)護和養(yǎng)護劑養(yǎng)護，養(yǎng)護膜養(yǎng)護的方式成本較低，但會產生大量廢舊塑料養(yǎng)護膜，對環(huán)境造成白色污染，需要妥善處理廢棄的塑料膜。

蒸汽養(yǎng)護的優(yōu)點是不受環(huán)境溫度的影響，養(yǎng)護時間短，不需要大面積的養(yǎng)護場地。適合在溫度較低的環(huán)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(yǎng)護過程中蒸汽發(fā)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(yǎng)護膜養(yǎng)護方式進行配重管養(yǎng)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(qū)和廣東省珠海市建有兩個配重管生產車間，養(yǎng)護方式均采用塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護，但受環(huán)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(qū)溫度較高、濕度較大，可配套開發(fā)噴水（噴霧）養(yǎng)護方式。

北溪天然氣管道1期（Nord Stream 1）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(huán)境溫度低的影響，不適宜采用塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護、噴水養(yǎng)護、養(yǎng)護劑養(yǎng)護三種養(yǎng)護方式，選擇采用蒸汽養(yǎng)護的方式進行混凝土配重管的養(yǎng)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(yǎng)護方式，并從對養(yǎng)護環(huán)境的要求、配套設備情況、養(yǎng)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(yǎng)護方式為纏繞塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護；而在冬季寒冷期較長的地區(qū)，多采用蒸汽養(yǎng)護的方式。在海底管道混凝土配重層養(yǎng)護方式的選擇上應根據工廠所在位置、環(huán)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(yǎng)護方式。