БАЛЛАСТНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2010 года по МПК F16L58/06 C04B28/00 C04B111/20 

Изобретение относится к балластному материалу, используемому для нанесения на наружную поверхность труб подводных магистральных трубопроводов.

Известна система контроля плавучести (патент US 6663453 от 29.04.02) трубы, включающая балластный материал плотностью, равной или большей 2000 кг/м³, 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/м³. 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/м³.

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/м³, но не регламентирует плотность тяжелого бетона.

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 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.

Недостатком выше описанного материала является низкая плотность (до 2400 кг/м³), вызывающая необходимость увеличения размеров заполняемого балластным материалом кольцевого пространства для придания трубопроводу отрицательной плавучести.

Технической задачей изобретения является создание балластного материала плотностью, превышающей 2800 кг/м³, 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.

Для получения бетона плотностью свыше 3100 кг/м³ плотность зерен крупной и мелкой фракций баритовой руды находится в интервале от 4300 кг/м³ до 4500 кг/м³ 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 м³ 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 м³ 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 м³ 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/м³ 3400 3300 3230 3100 3060 228 Прочность при сжатии, МПа 75 64 56 72 56 35

Изобретение относится к балластному материалу, используемому для нанесения на наружную поверхность труб подводных магистральных трубопроводов. Технический результат - повышение плотности и прочности. Балластный материал, содержащий цемент, заполнитель и воду, содержит в качестве заполнителя баритовую руду 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 и дополнительно пластификатор - поликарбоацетил при следующем соотношении компонентов в мас.%: цемент 12-17, вода-10, поликарбоацетил 0,2-0,3, баритовая руда - остальное, при следующем содержании фракций в руде, мас.%: крупная фракция свыше 5 мм до 25 мм - 8-16, мелкая фракция свыше 0,16 мм до 5 мм - 70-84, очень мелкая фракция свыше 0,01 µм до 160 µм - 8-14. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. 5 з.п. ф-лы. 2 табл.

1. Балластный материал, содержащий цемент, заполнитель и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве заполнителя баритовую руду крупной фракции с размером зерен свыше 5 до 25 мм, мелкой фракции с размером зерен свыше 0,16 до 5 мм, очень мелкой фракции с размером частиц от 0,01 до 160 мкм и дополнительно пластификатор - поликарбоацетил при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент 12-17 Вода 4-10 Поликарбоацетил 0,2-0,3 Баритовая руда Остальное,

при следующем содержании фракций в руде, мас.%:
Крупная фракция свыше 5 до 25 мм 8-16 Мелкая фракция свыше 0,16 до 5 мм 70-84 Очень мелкая фракция свыше 0,01 до 160 мкм 8-14

2. Балластный материал по п.1, отличающийся тем, что отношение воды к цементу - 0,3-0,6.

3. Балластный материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит трибутилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент 12-17 Вода 6-9,5 Поликарбоацетил 0,2-0,3 Трибутилфосфат 0,0015 Указанная баритовая руда Остальное

4. Балластный материал по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что крупная фракция баритовой руды имеет размеры зерен свыше 5 до 10 мм.

5. Балластный материал по п.4, отличающийся тем, что мас. отношение очень мелкой фракции к крупной фракции находится в интервале 0,7-1,0.

6. Балластный материал по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что плотность зерен крупной и мелкой фракций баритовой руды находится в интервале 4300-4500 кг/м³.