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1、,海管混凝土配重基础资料,2011年10月,配重生产工艺,一、配重技术与工艺 单层钢管混凝土配重技术在我国起步较晚，1997-1998年平湖气田14in，370km的海管，以及10in，306km海管，由意大利SOCOTHRERM公司承担混凝土加重涂层的涂敷，2002年，公司建成国内第一条混凝土配重生产线。单层钢管配重技术与钢套钢结构管比较： 混凝土涂层取代双层管结构的外钢管，节约钢材 减少铺管焊接作业量，节约了作业成本CWC应用于海管的主要作用： 为海管提供负浮力，保证海管在海底的稳定 对海管起机械保护作用,混凝土加重涂层性能的要求： 1、密度要求（保证负浮力） 2、抗压强度要求（张紧器的抗
2、挤压） 3、抗弯曲性能（托管架下放，船与托管架非刚性联接，两者铰点以上部位管子弯曲） 4、抗冲击性能（海况、后挖沟损伤） 5、抗剪切强度（抵抗水下部分的重力作用的下滑） 6、吸水率（保证水下重量稳定性，吸水过多，重量过大）,混凝土加重涂层的几种工艺：目前，主要的混凝土加重涂层涂敷方法有喷射冲击技术、离心灌浆、挤压缠绕法。喷射技术是加重混凝土通过高速旋转地鼓轮以较大的冲击速度喷射到钢管外防腐层上，形成混凝土加重层。 挤压缠绕法：加重混凝土经送料皮带将混凝土堆积到钢管表面，再被缠绕聚乙烯带施加压力，挤压到已防腐好的钢管表面，形成混凝土加重涂层。 离心灌浆法是通过高速离心旋转预制成型，然后通过灌浆将
3、家中混凝土与钢管粘接成整体。,挤压缠绕法的装置图,喷射冲击法,混凝土配重生产工艺主要包括：1、配重工艺原材料 2、配重工艺混凝土搅拌配比； 3、配重工艺混凝土涂敷生产； 4、配重工艺储运、养护。,1、配重工艺之原材料 材料组成：铁矿砂骨料、河沙、水泥、水 1.1 骨料铁矿砂骨料：CWC中主要起加重作用。 矿砂分为天然砂和机制砂。 砂砾骨料的颗粒级配与粗细程度是矿砂的一个主要性能。配重涂层中骨料机制砂级配规范为：,1、配重工艺之原材料关于单位目：一平方英寸筛孔的多少为目 骨料中天然砂（河沙）颗粒级配：,1、配重工艺之原材料 天然砂密度 2500kg/m3，粒径4.75mm 机制砂在含水状态下的密
4、度一般4300kg/m3骨料中含有的硫化物、硫酸盐、氯盐和其他有害杂质会腐蚀到加强筋，层片状的物质与水泥的粘接性能差，影响混凝土的强度和耐久性。故要求骨料中不含有其他杂质，应该洁净。生产中铁矿砂的控制： 原材料的密度、级配检验（3天检查一次）、含水率。 生产中通过过滤网对骨料过滤大颗粒的铁矿砂。,1、配重工艺之原材料 1.2 水泥 选用硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥。硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、石膏磨、石灰石或者粒化高炉矿渣组成。又叫波特兰水泥，细而成水硬性凝胶材料。分不掺加混料的型，掺超过水泥总重5%的混料型水泥。选用的425R型水泥为型硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料、混合材料以
5、及适量石膏磨细而成的水硬性凝胶材料。与硅酸盐水泥性能相似，只是早期强度较硅酸盐水泥低。最低的水泥标号为42.5.水泥的要求是碱含量是指水泥中Na2O+0.658K2O的计算量，在使用活性骨料时，碱含量0.60%。？ （Na2O和K2O和骨料中的SiO2发生化学反应，生成碱-硅酸凝胶，并吸收水分产生膨胀应力，容易导致混凝土涂层的开裂。慢反应、长期性）,1、配重工艺之原材料水泥中的铝酸三钙（C3A）是水泥中另外一个重要的参数指标。 铝酸三钙是水泥熟料在烧制过程中形成的，一般水泥熟料中含量为5%-12%， C3A的结构是空隙型的，水化速度比较快，可提高水泥的早期强度。 铝酸三钙活性较强，与海水中的硫
6、酸盐类发生化学反应，产生应力引起混凝土结构遭到破坏。高含量的C3A会水化热增大，会产生温度原因导致的应力裂纹。按照相关规定，C3A含量低于8%。1.3 水 水的要求ph4，各项指标符合标准要求。适用于应用的水，不含有加快腐蚀，影响硬化的成分。,1、配重工艺之原材料 1.4 混凝土的配比设计,1、配重工艺之原材料 水灰比是混凝土重要的控制参数，是水与水泥两种成分之间的重量比。 在水泥强度一致的情况下，混凝土的强度决定于水灰比，试验证明混凝土强度随水灰比的增大而降低。 一般控制水灰比在0.2-0. 3之间。 1.5 混凝土加强筋 加强筋的形式分为钢丝网式、笼式加强筋等。 钢丝网由纵横钢丝经电阻焊点
7、焊而成，为普通低碳钢盘条，表面镀锌，钢丝最小直径1.6mm，横向直径1.8mm（0.05mm） 钢丝的拉伸性能指标：抗拉强度485MPa屈服强度385MPa断面收缩率12%焊点的剪切强度241MPa180弯曲4次（不发生断裂）,1、配重工艺之原材料,1、配重工艺之原材料 1.6 混凝土养护膜 材质为：乳白色半透明低密度聚乙烯塑料膜。（白色用于热气候下反射阳光；寒冷季节最好选择黑色膜）ASTM C171标准中要求，有强度、韧性、弹力、 在无撕裂和无变形工况条件下，能正常使用。塑料薄膜的指标要求：厚度大于等于0.1mm，单点最小值不小于0.075mm。 拉 伸 强 度：长度方向11.7Mpa；宽度
8、方向8.3Mpa 断裂伸长率：长度方向225%； 宽度方向 350% 表面失水率22.0g/m2/24h/0.025mm;,2、配重工艺之混凝土搅拌配比,2、配重工艺之混凝土搅拌配比,3、配重工艺之混凝土涂敷生产 混凝土喷射涂敷工艺原理： 喷射冲击法是将已经搅拌配制好的混凝土通过传输皮带，输送到送料皮带上，然后送料皮带再以一定速度送入步进电机控制的高速旋转的鼓轮间隙中，混凝土以较快的速度，喷射到防腐管表面，同时缠绕加固的钢丝网，形成满足技术的加重混凝土，最后由刮刀修整好涂层表面。混凝土涂层的厚度与上料皮带送料速度有关，速度越快，送量越大，厚度就越大，鼓轮的转速影响到混凝土的致密性和附着力。,涂
9、敷区的设备主要三部分：,涂敷中心系统,钢网分配和进给系统,进出管系统,主要的设备有 料斗:是暂时存放混凝土的钢结构的贮存器 ,上面配置了2个气控的振动器 ,帮助微湿混凝土料从料斗上的抖落到喷涂传送皮带上 ；料斗上有一个低水平报警器，在涂敷控制面板上，有相应的控制按钮。 定量传送皮带:当混凝土材料从料斗中释放下来。用于控制混凝土料量，定量传送带决定混凝土料从料斗到喷涂单元过渡皮带前进速度。它是由HP电机带动皮带传动。速度是由涂敷控制面板上一个旋转开关调节。,喷涂冲击单元：操作人员可通过调节传送速度获得不同混凝土涂层厚度，喷涂单元及启动器上控制电源。包括一对高速传送的皮带、高速旋转鼓轮，主操人员操
10、作喷射混凝土到钢管表面，鼓轮转动通过100HP（74.6KW）电机带动的，一对鼓轮之间的间隙非常小。高速的喷射使鼓轮磨损很快，因此每天要卸下来打磨，保持良好喷射效果，鼓轮磨削装置实现，在鼓轮前后通过辗轧支带磨平；在喷涂单元的末端是刮刀系统，刮刀的作用是使钢管平滑，刮刀装置是通过钢网控制面板上的气缸控制上升和下降。在钢管上部有喷水装置，以保证防腐层和混凝土层之间有足够的结合力。 涂敷小车：小车有两种运动，一种是前进方向，一种是旋转方向。由液压实现动力。,钢网分配和供给系统：它的主要作用是引导钢网从卷轴到导向轮，喂网系统设计两个独立线卷，同时喂进；包括两个钢网分配器装置，两个钢网控制刹车装置，以及
11、钢网引导支架装置；钢网分配装置有2个钢网导引卷轴，卷轴通过气缸控制摇臂，将其控制在适当位置。在钢网分配装置一边设有阀门控制气缸。钢网缓冲装置维持着钢网重量，在进网喂网刹车过程中可以上下滑动，进而维持钢网不断网。刹车装置是由气缸控制的，钢网分配装置的一边设有阀门控制气缸，钢网缓冲装置利用压紧摇臂控制钢网，保持钢网一直处于张紧状态。 整个钢网分配系统同时提供了两条钢网供给系统。钢网卷轴支持装置安装在喂网装置和引网装置之间，保持一致，钢网大约为90。 钢网引导装置：在喷涂操作过程中用来控制两条线的，钢网方向，引导到旋转钢管处。包括钢网引导卷轴和弓型引导。钢网卷轴分开独立引导钢网到弓形引导。弓形引导提
12、供两路间距，支持多条钢网连在钢管上，同时设置钢网在混凝土中厚度。,回收系统：是用来回收没有涂敷到钢管上的混凝土，回收系统包括三条皮带。混凝土料掉进喷涂单元前面的基坑中，进入横向传送皮带，这个横向皮带和其它两条皮带将混凝土料回送到过渡皮带上，传回到喷涂单元上。 进出管系统：进管小车包含动力部分和前进部分，动力是控制钢管移动速度，前进在轨道上运行。两个装置在推进末端连接在一起。进管小车将钢管从进管滑道上举起，然后放在涂敷小车上。每个进管包括钢结构支架和液压装置 。 出管小车在推进装置末端在一起保持同步运行出管小车将钢管从涂敷小车上举起，然后转移到出管滑道上 。进出管小车的反应时间和同步性由可控调节
13、阀门实现。每对小车都有两个控制面板来控制。,其他装置：称重台（GSE450传感器来实现）； 管端预留装置； 挡板（保护安全）； 控制室（涂敷控制面板和钢网控制面板以及及其控制中心）； 液压系统；,3、配重工艺之混凝土涂敷生产钢丝网的设置,底层钢丝网距防腐层大于等于10mm；最外层钢筋网放置的位置应低于混凝土外表面10mm；多层加固网每层钢筋网质检最小间距10mm；轴向搭接宽度25mm；混凝土厚度50mm，单层钢网； 50mm混凝土厚度100mm，两层钢网； 混凝土厚度100mm，三层钢网。混凝土涂敷结束后养护前进行电绝缘检测，检查防腐层是否被破坏，钢网是否导电。,3、配重工艺之混凝土涂敷生产,
14、3、配重工艺之混凝土涂敷生产,3、配重工艺之混凝土涂敷生产 负浮力的计算 混凝土配重管沉没在水下的重量（负浮力）按照（1）计算：Wsub = (W-2cw-B)/(L-2c).(1) 式中： Wsub混凝土配重管沉没在水下的重量，单位kg/m; W混凝土配重管在空气中的重量，单位为Kg； B混凝土配重管在水中的浮力，单位kg； L钢管长度，单位为m； w待涂敷钢管的单位重量，Kg/m; c混凝土配重管两端预留长度，m。混凝土配重管在水中的浮力B，按照（2）计算：式中：D混凝土外径（mm），取5个截面测量结果的平均值； 被置换的海水密度，kg/m3,3、配重工艺之混凝土涂敷生产 基于计算机控制的
15、负浮力录控制系统由三部分组成 监视界面、已知数据库、程序计算界面 工作界面为监视界面。 工作中输入参数为： 1）时间：T； 2）管号； 3）5个测量周长，mm； 4）重量显示值，kg； 5）管端预留，mm； 6）特征性标示（有无阳极）。,根据输入值和预设函数，可得输出值，判断质量，及时调整。 单根配重管负浮力允许偏差10%； 每25根配重管平均负浮力允许偏差5%； 每班配重管平均负浮力允许偏差1%。,4、配重工艺之储运、养护 混凝土养护目的： 1）防止水分散失 2）在一定时间内控制混凝土的温度 养护可提高混凝土的强度以及耐久性混凝土养护的方法和材料： 1）在干硬早期，保持水分的方法有水槽或浸渍
16、、喷淋或喷雾湿草带覆盖，可减少蒸发，适用于炎热条件。 2）密封表面。防止水分散失，采用不渗透的纸或者塑料。 3）供湿、增热提高混凝土强度。混凝土层至少要养护4天，或者管体的抗压强度达到16MPa以后才允许将混凝土配重管移动堆放。刚下线的涂敷管不得进行装船，要7天后达到强度后方可。养护的环境温度不能低于2。,4、配重工艺之储运、养护,二、质量控制及检试验标准1、原材料检验 2、在线检验 3、实验室检验 4、相关试验标准 5、检验工艺卡,1、原材料检验,1、原材料检验,2、在线检验,3、实验室检验,3、实验室检验,3、实验室检验ax=Fax/(Ld)式中: ax 轴向剪切强度，MPa；d 钢管外径（包括防腐层厚度），mm；Fax 轴向力（竖放时应考虑钢管质量），N；L 试样长度，mm。,
