Балластный материал повышенной плотности для подводных магистральных трубопроводов


 


Владельцы патента RU 2455553:

Общество с ограниченной ответственностью "Балластные трубопроводы СВАП" (RU)

Изобретение относится к трубопроводной технике, а именно к балластным материалам, наносимым на наружную поверхность труб подводных магистральных трубопроводов для их утяжеления. Балластный материал для подводных магистральных трубопроводов содержит цемент, заполнитель, пластификатор и воду. В качестве цемента использован сульфатостойкий портландцемент, а в качестве заполнителя - баритовая руда и железо-марганцевый концентрат. Материал имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: портландцемент 8.2-10.5, вода 5.2-6.7, пластификатор 0.05-0.18, баритовая руда 3-17 с плотностью 3.9-4.1 кг/см3 и влажностью 1,8-2%, железо-марганцевый концентрат 69-82 с плотностью 4.2-4.5 кг/см3 и влажностью 3,5-4%. Отношение воды к портландцементу составляет 0.35-0.5. Компоненты заполнителя имеют следующий гранулометрический состав: 0-0.16 см - до 3%, 0.16-1.0 см - до 27%, 1.0-2.5 см - до 34% и 2.5-5.0 см - остальное. Техническим результатом изобретения является уменьшение наружного диаметра труб с балластным покрытием. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к трубопроводной технике, а именно к балластным материалам, наносимым на наружную поверхность труб подводных магистральных трубопроводов для их утяжеления.

Известна система контроля плавучести трубы, включающая балластный материал плотностью, равной или большей 2000 кг/м3, содержащий следующие компоненты: вяжущее, регулирующую время затвердевания добавку, заполнители по одному или в сочетании, водо-песчаную смесь или водо-баритовую смесь (см. патент US 6663453, кл. F16L 1/16, опубл. 09.01.2003). В описании к данному патенту не раскрывается содержание компонентов в балластном материале и гранулометрический состав наполнителей. Недостатком известной системы является то, что для современных магистральных трубопроводов приемлемая плотность балластного материала существенно выше 2000 кг/м3.

Известны особо тяжелые бетоны, в том числе баритовый бетон, плотность которого превышает 2500 кг/м3 (http://betony.ru), но состав особо тяжелого бетона и особенности его использования как балластного материала для труб в указанном источнике не приводятся.

Известен бетон, включающий барит в качестве заполнителя (см. заявку WO 98/01402, кл. C04B 14/36, опубл. 15.01.1998). Для повышения плотности заполнитель имеет заданный гранулометрический состав, в котором 8 мас.% барита находится в виде очень мелкой фракции с размером частиц от 0,01 µм до 1000 µм, 4 мас.% в виде мелкой фракции с размером зерен от 1 до 3 мм, 10 мас.% в виде крупной фракции с размером зерен от 3 до 7 мм; мелкий кварцевый песок с размером зерен от 0,1 мм до 3 мм; крупные фракции гравия от 3 мм до 75 мм. Соотношение воды к цементу по массе задано в интервале 0.30-0.35. Такой состав имеет два основных недостатка: первый - невозможность получения балластного материала с гарантированной плотностью, превышающей 2800 кг/м3 в связи с отсутствием ограничений используемого крупного и мелкого заполнителя по материалам и их плотности; второй - небольшое массовое отношение воды к цементу в растворе (0.30-0.35), не позволяющее использовать малоподвижный раствор с крупными фракциями для заполнения концевого пространства между проводящей трубой и оболочкой путем нагнетания через отверстия в крышках.

Известен балластный материал для подводных магистральных трубопроводов, являющийся наиболее близким аналогом к заявленному изобретению и содержащий цемент, заполнитель, пластификатор и воду (см. патент RU 2257503, F16L 1/24, опубл. 27.07.2005). Этот материал используется для заполнения кольцевого пространства между трубой и оболочкой магистральных трубопроводов и представляет собой цементно-песчанный раствор подвижностью 10-12 см по конусу Строй-ЦНИЛ. Основным недостатком известного материала является его низкая плотность (до 2400 кг/м3), вызывающая необходимость увеличения размеров концевого пространства, заполняемого балластным материалом для придания трубопроводу отрицательной плавучести.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в создании балластного материала плотностью, превышающей 2800 кг/м3, имеющего после затвердевания и выдержки в течение 28 суток прочность на сжатие, достигающую 50 МПа, что позволяет существенно уменьшить наружный диаметр труб с балластным покрытием. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в балластном материале для подводных магистральных трубопроводов, содержащем цемент, заполнитель, пластификатор и воду, в качестве цемента использован сульфатостойкий портландцемент, а в качестве заполнителя - баритовая руда и железо-марганцевый концентрат в следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 9.2-10.5, вода - 4.0-5.5, пластификатор - 0.05-0.18, баритовая руда - 3-17 с плотностью 3.9-4.1 кг/см3 и влажностью 1,8-2%, железо-марганцевый концентрат - 69-82 с плотностью 4.2-4.5 кг/см3 и влажностью 3,5-4%, при отношении воды к портландцементу 0.35-0.5 и следующим гранулометрическим составом компонентов заполнителя: 0-0.16 мм - до 3%, 0.16-1.0 мм - до 27%, 1.0-2.5 мм - до 34%, 2.5-5.0 мм - остальное. В качестве пластификатора целесообразно использовать комплексную добавку, состоящую из комбинации суперпластификаторов (СП) различных типов в следующем соотношении компонентов, % объема:

тип П 72-82
тип НФ 4-10
тип МФ 6-10
тип ЛСТ 3-8

Соотношение компонентов заявленного материала было получено в ходе многочисленных натурных экспериментов, результаты некоторых из которых приведенных в табл.1.

Отношение воды к цементу, выбранное в пределах 0.35-0.5, необходимо для достижения требуемой пластичности балластного материала. Гранулометрический состав приведен в табл.2, выбор соотношений обусловлен необходимостью получения балластного материала с заданной плотностью. В этой же таблице указаны плотность и прочность на сжатие предлагаемого балластного материала. Определение средней плотности смесей выполнено в соответствии с ГОСТ 12730.1-78. Прочности бетона на сжатие определялись в соответствии с ГОСТ 10180-90.

Использование железномарганцевого концентрата определяется в основном двумя факторами. Во-первых, железомарганцевый концентрат имеет в своем составе значительное количество оксидных и гидроксидных соединений марганца, железа и других металлов. Такие соединения являются хорошим сорбентом серы (на их основе изготавливаются сорбенты для очистки попутного нефтяного газа от сероводорода). Сера связывается в комплексные соединения и, как следствие, не оказывает негативного воздействия на арматурный каркас балластного слоя и на тело самой трубы в случае отсутствия у последней слоя изоляции. Во-вторых, высокая плотность железомарганцевого концентрата позволяет получать особо тяжелые балластные покрытия, что, в свою очередь, может снизить стоимость основной трубы за счет некоторого снижения толщины стенки.

Функция пластификатора (суперпластификатора далее СП) играет весьма важную функцию для особо тяжелых бетонов. Сегодня используются 4 основных типа СП: - на основе сульфированных нафталин-формальдегидных поликонденсатов - тип НФ; - на основе сульфированных меламин-формальдегидных поликонденсатов - тип МФ; - на основе очищенных лигносульфанатов - тип ЛСТ; - на основе поликарбоксилатов и полиакрилатов - тип П. Несмотря на различный механизм воздействия на молекулы, суть действия СП сводится к взаимодействию функциональных групп СП с гидрооксидом кальция, приводящее к нейтрализации молекул и увода их с поверхности цементных зерен. Однако эффект механизмов протекания взаимодействия различных СП показывает, что эффективность СП типа П ориентировочно вдвое превосходит значения для типов МФ и НФ и почти втрое типа ЛСТ. С учетом этого нами применен пластификатор в виде комплексной добавки, состоящей из всех типов пластификаторов в следующих соотношениях (% объема): П 72-82%; НФ 4-10%; МФ 6-10%; ЛСТ 3-8.

Предлагаемый балластный материал позволяет с высокой точностью получать требуемую плотность особо тяжелых балластных материалов в пределах 3500-3700 кг/м3.

Таблица 1
Компоненты Состав №1 Состав №2 Состав №3 Состав по прототипу
Цемент, кг/м3 360 360 360 420
Вода, кг/м3 150 150 150 140
Пластификатор, кг/м3 4 5 6 Гравий 840
Баритовая руда, кг/м3 550 350 120 430
Железо-марганцевый концентрат, кг/м3 2490 2750 3080 Песок 650
Плотность, кг/м3 3500 3600 3700 2480
Прочность при сжатии, МПа 48 48 47 45
Таблица 2
Наименование компонента Плотность, кг/см3 Гранулометрический состав, мм Влажность, %
Баритовая руда 3,9-4,1 0 до 3%; 1,8-2
0,16-1,0 до 27%
1,0-2,5 до 34%
2,5-5,0 остальное
Железо- 4.2-4.5 0 до 3%; 3,5-4
марганцевый 0,16-1,0 до 27%
концентрат 1,0-2,5 до 34%
2,5-5,0 остальное

1. Балластный материал для подводных магистральных трубопроводов, содержащий цемент, заполнитель, пластификатор и воду, отличающийся тем, что в качестве цемента использован сульфатостойкий портландцемент, в качестве заполнителя - баритовая руда и железо-марганцевый концентрат в следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент 9.2-10.5
вода 4.0-5.5
пластификатор 0.05-0.18

баритовая руда - 3-17 с плотностью 3,9-4,1 кг/см3 и влажностью 1,8-2%,
железо-марганцевый концентрат - 69-82 с плотностью 4,2-4,5 кг/см3 и влажностью 3,5-4%,
при отношении воды к портландцементу 0,35-0,5 и следующим гранулометрическим составом компонентов заполнителя:
0-0,16 мм до 3%
0,16-1,0 мм до 27%
1,0-2,5 мм до 34%
2,5-5,0 мм остальное

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора использована комплексная добавка в следующем соотношении компонентов, % объема:

Тип П 72-82
ТипНФ 4-10
ТипМФ 6-10
Тип ЛСТ 3-8


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству трубопроводов. .

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении магистральных трубопроводов на уклонах трассы в условиях льдистых многолетнемерзлых грунтов, подверженных оползанию при оттаивании.

Изобретение относится к строительству трубопроводного транспорта и может быть использовано при прокладке магистральных трубопроводов в зонах с повышенной сейсмичностью.

Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано для бестраншейной замены трубопроводов при ремонте и реконструкции подземных инженерных коммуникаций.

Изобретение относится к строительству и используется при прокладке трубопроводов в оттаивающих вечномерзлых грунтах и на обводняемых территориях. .

Изобретение относится к области техники неразрушающего контроля и используется для дефектоскопии магистральных газопроводов в процессе их эксплуатации. .

Изобретение относится к транспортным трубопроводным системам, в частности к подводным переходам трубопроводов через водотоки. .

Изобретение относится к трубопроводной технике, а именно к изготовлению труб с балластным покрытием, используемым при прокладке трубопроводов по дну водоемов или по заболоченной местности.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется при прокладке подземного трубопровода в сейсмическом районе. .

Изобретение относится к способам для нанесения защитных покрытий на внешнюю поверхность трубопроводов. .
Изобретение относится к бетонной смеси и может найти применение в промышленности строительных материалов, в частности, при производстве облегченных бетонных стеновых блоков, которые могут быть использованы при возведении складских помещений, гаражей, ограждений.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству изделий - блоков из древесно-цементных композиций, используемых, преимущественно, в сельском строительстве.
Изобретение относится к области строительства, в частности к производству штукатурной сухой смеси для отделки фасадов зданий. .

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства основания дорожных одежд. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к бетонной смеси для производства стеновых блоков для малоэтажного строительства. .
Изобретение относится к составу бетонной смеси и может найти применение в промышленности строительных материалов, в частности, при производстве бетонных стеновых блоков для малоэтажного строительства.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления изделий из бетона для гражданского и промышленного строительства.
Изобретение относится к производству штукатурных цементных строительных растворов. .

Изобретение относится к составу бетонной смеси для получения высокопрочных бетонов и может быть использовано в промышленно-гражданском, мелиоративном строительстве и при возведении уникальных высоконагруженных сооружений - мостов, телевизионных вышек, платформ для добычи нефти и газа, молов, причалов.

Изобретение относится к гидроизоляционным сухим строительным смесям с применением химически активных компонентов для обработки поверхности бетона, подверженного воздействию воды
Наверх