БАЛЛАСТНЫЙ МАТЕРИАЛ
BALLAST MATERIAL

Изобретение относится к балластному материалу, используемому для нанесения на наружную поверхность труб подводных магистральных трубопроводов.
3
3
3
Известна система контроля плавучести (патент US 6663453 от 29.04.02) трубы, включающая балластный материал плотностью, равной или большей 2000 кг/м, содержащий следующие компоненты: вяжущее, добавку, регулирующую время затвердевания, заполнители по одному или в сочетании: водопесчаная смесь или водобаритовая смесь. Введение в раствор барита позволило увеличить плотность балластного материала до 2000 кг/м. В описании к данному патенту не раскрывается содержание компонентов в балластном материале и грануляционный состав наполнителей. Для современных магистральных трубопроводов принимается плотность балластного материала существенно выше 2000 кг/м.
3
Известно, что в тяжелых бетонах используются три фракции заполнителей: крупный заполнитель - с размером зерен от 5 мм, мелкий заполнитель - от 0,16 до 5 мм и очень мелкий заполнитель, позволяющий увеличить как плотность, так и прочность тяжелого бетона (ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия»). Данный ГОСТ регламентирует плотность заполнителей до 2800 кг/м, но не регламентирует плотность тяжелого бетона.
3
Известны особо тяжелые бетоны, в том числе баритовый бетон, плотность которого превышает 2500 кг/м (http://betony.ru), но состав особо тяжелого бетона и особенности его использования как балластного материала для труб не приводятся.
Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является балластный материал, описанный в патенте RU 2257503 С1 от 22.10.2003 «Способ нанесения балластного покрытия на поверхность трубы для подводного трубопровода». Описанный в патенте материал используется для заполнения кольцевого пространства между трубой и оболочкой через отверстие в заглушках в трубах для подводного трубопровода. Указанный материал представляет собой цементно-песчаный раствор подвижностью 10-12 см по конусу Строй-ЦНИЛ.
3
Недостатком выше описанного материала является низкая плотность (до 2400 кг/м), вызывающая необходимость увеличения размеров заполняемого балластным материалом кольцевого пространства для придания трубопроводу отрицательной плавучести.
3
Технической задачей изобретения является создание балластного материала плотностью, превышающей 2800 кг/м, и имеющего после затвердевания и выдержки в течение 28 суток прочность на сжатие, достигающую 50 МПа. Такой материал позволяет существенно уменьшить наружный диаметр труб с балластным покрытием.
Поставленная техническая задача решается тем, что заявляемый балластный материал содержит цемент, заполнитель и воду. При этом в качестве заполнителя балластный материал содержит баритовую руду следующих фракций: крупной фракции с размером зерен свыше 5 мм до 25 мм, мелкой фракции с размером зерен свыше 0,16 мм до 5 мм, очень мелкой фракции с размером частиц от 0,01 µм до 160 µм. Дополнительно заявляемый балластный материал содержит пластификатор, а именно поликарбоацетил, при следующем соотношении компонентов в мас.%:
Цемент
12-17
Вода
4-10
Поликарбоацетил
0,2-0,3
Баритовая руда
Остальное
при следующем содержании фракций в мас.%:
Крупная фракция свыше 5 мм до 25 мм
8-16
Мелкая фракция свыше 0,1 6 мм до 5 мм
70-84
Очень мелкая фракция свыше 0,01 µм до 160 µм
8-14
Для достижения лучшей пластичности получаемого балластного материала отношение воды к цементу должно составлять - 0,3-0,6.
Для лучшего нагнетания балластного материала в кольцевое пространство между наружной поверхностью трубы и внутренней поверхностью оболочки материал может дополнительно содержать воздухоподавляющую добавку - трибутилфосфат, при следующем соотношении компонентов в мас.%:
Цемент
12-17
Вода
6-9,5
Поликарбоацетил
0,2-0,3
Воздухоподавляющая добавка - трибутилофосфат
0,0015
Баритовая руда
Остальное
Если крупная фракция баритовой руды имеет размеры зерен свыше 5 мм до 10 мм, то расслоения на фракции не происходит при содержании в балластном материале цемента, приближающемся к 12 мас.%.
Для отсутствия расслоения раствора балластного материала на фракции при повышенном отношении воды к цементу, приближающемся к 0,6 и увеличения прочности после затвердевания pacтвора, отношение масс компонентов очень мелкой фракции к крупной фракции должно находиться в интервале 0,7-1,0.
3
3
3
Для получения бетона плотностью свыше 3100 кг/м плотность зерен крупной и мелкой фракций баритовой руды находится в интервале от 4300 кг/м до 4500 кг/м и выше.
Для обеспечения повышенной производительности процесса заполнения кольцевого пространства балластным материалом крупная фракция баритовой руды должна иметь размеры зерен свыше 5 мм до 10 мм.
Примеры составов балластного материала по изобретению представлены в Таблице 1. Свойства балластного материала, полученного по составам указанным в Таблице 1, представлены в Таблице 2.
В качестве цемента для приготовления балластного материала возможно использование портландцемента марок 500 и 400, шлакопортландцементов марок 500 и 400.
Определение средней плотности смесей, представленных в Таблице 2, выполнено в соответствии с ГОСТ 12730.1-78.
Прочности бетона на сжатие определялись в соответствии с ГОСТ 10180-90.
Результаты натурных экспериментов, отображенные в Таблице 1 и Таблице 2, показывают преимущества свойств балластного материала по изобретению.
Анализ патентной информации показал, что предложенный состав балластного материала является новым. Изобретательский уровень обеспечивается тем, что состав балластного материала получен в результате проведения множества натурных экспериментов и не следует явно из уровня техники, разработок балластных материалов.
Таблица 1.
Составы балластного материала
Компоненты и отношения
Содержание в мас.%
1
2
3
4
5
6 Состав по прототипу
Цемент - портландцемент, марки 500
12
10
14,5
17
14
18
Кварцевый прокаленный и просеянный песок с гранулометрическим составом 0,3-0,7 мм
-
-
-
-
-
72
Чистая вода
5,2
5
7.8
8
7,4
10
Отношение массы воды к массе цемента в 1 м<sup>3</sup> балластного материала
0,43
0,5
0,54
0,47
0,53
0,53
Пластификатор - поликарбоацетил (сухое вещество)
0,225
0,225
0,09
0,14
0,08
Воздухоподавляющая добавка трибутилофосфат
-
0,0015
0,0015
0,0015
Заполнитель - баритовая руда:
Доля в 1 м<sup>3</sup> 83
84,2
77,1
74,7
78
- крупная фракция свыше 5 мм до 25 мм;
8
12
14
16
16
-
- мелкая фракция свыше 0,16 мм до 5 мм
86,8
79,6
74,8
70
70
~
- очень мелкая фракция свыше 0,01 µм до 160 µм - порошок баритовой руды
5.2
8,4
11,2
14
14
-
Отношение масс компонентов очень мелкой фракции к крупней фракции в 1 м<sup>3</sup>
0.65
0,7
0,,S
0,875
0,875
Таблица 2.
Свойства балластного материала
Свойства
Значении свойств
1
2
3
4
5
6 Состав по прототипу
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
3400
3300
3230
3100
3060
228
Прочность при сжатии, МПа
75
64
56
72
56
35