一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于聚合物砂漿應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿及其制備方法。該環(huán)氧砂漿由A、B、C三種組分組成，A組分是環(huán)氧樹(shù)脂、活性稀釋劑、增塑劑、促進(jìn)劑和色素以適當(dāng)比例調(diào)配后脫泡制得的，B組分是水下專用T31-3型固化劑，C組分是水泥和石英砂按一定比例混配的骨料。環(huán)氧砂漿施工時(shí)，將A組分加熱到30℃～50℃，并攪拌至均相，然后將組分A與B組分按一定比例混合，攪拌均勻，隨即加入一定比例的C組分，調(diào)和均勻，即得到海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿拌合物。該砂漿拌合物制備工藝簡(jiǎn)單，配制的拌合物固化速度快，粘結(jié)性強(qiáng)，固化后有優(yōu)良的抗壓、抗沖強(qiáng)度、抗海水腐蝕能力，可用于海洋油氣管道的陽(yáng)極保護(hù)防腐結(jié)構(gòu)的填充及加固。
【專利說(shuō)明】一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿的制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚合物砂漿應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿及其制備方法，該環(huán)氧砂漿具有優(yōu)良的抗壓、抗沖、抗?jié)B、抗海水腐蝕等性能，可應(yīng)用于海洋油氣管道特殊結(jié)構(gòu)尤其是管道陽(yáng)極保護(hù)防腐結(jié)構(gòu)的填充及加固。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋油氣管道長(zhǎng)期浸泡在海底特殊環(huán)境中，管道犧牲陽(yáng)極周圍極易被海水腐蝕，而且很容易受海水的高強(qiáng)度的沖擊，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，存在安全隱患，這就需要在管道下海之前進(jìn)行加固修補(bǔ)。但是，要對(duì)這些結(jié)構(gòu)按照傳統(tǒng)方法加固是不能滿足特殊環(huán)境要求的，必須滿足快速固化和高抗壓抗沖強(qiáng)度以及高粘結(jié)性的要求，普通的混凝土固化時(shí)間太久，或者不能滿足與海洋油氣管道特殊涂層的粘結(jié)強(qiáng)度和抗壓抗沖的要求，并且該環(huán)氧混凝土無(wú)法滿足抗海水腐蝕性的要求。目前CN101624271A公開(kāi)了一種水下環(huán)氧混凝土、砂漿添加劑及其制備方法，適合混凝土薄層破損的修補(bǔ)，但不適合海底管道的特殊使用環(huán)境，如抗壓強(qiáng)度達(dá)不到要求，本發(fā)明彌補(bǔ)了這一缺陷，滿足在海洋快速固化并且達(dá)到所要求的高強(qiáng)度及優(yōu)良的抗海水腐蝕性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，針對(duì)目前砂漿拌合物在海底的特殊環(huán)境中容易被腐蝕，粘結(jié)強(qiáng)度以及抗壓抗沖強(qiáng)度較低，初凝時(shí)間較長(zhǎng)，難以進(jìn)行管道接口的及時(shí)粘結(jié)和管道陽(yáng)極處的填充等問(wèn)題，提出一種新型海洋油氣管道用填充型高性能環(huán)氧砂漿及其制備方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的環(huán)氧砂漿，由A、B、C三種組分組成，組分A:6.5%~8.7%雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂Ε44，6.5%~8.7%雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂E51，L 3%~3.6%活性稀釋劑，1.3 %~1.8 %的`增塑劑，0.6 %~0.9 %促進(jìn)劑，O %~I %色素的混合液，組分B:6.5%~8.6% T-31-3型固化劑，剩下的為組分C，占69.0 %~77.4%，其組成是水泥與石英砂按1: (0.5~3)的比例混配的，A、B、C三組分總重量百分比為100%，以上比例均為質(zhì)量百分比。
[0005]本發(fā)明中采用了雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂:環(huán)氧樹(shù)脂E-51和環(huán)氧樹(shù)脂E-44，二者以一定的比例混配。環(huán)氧樹(shù)脂分子中含有極性高且不易水解的脂肪族烴基和醚鍵，使其在潮濕狀態(tài)下對(duì)各種底材有較高的附著力，而且耐腐蝕性能也很高。另外雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂又因其結(jié)構(gòu)為剛性的苯核和柔性的烴鏈交替排列，從而賦予固化物較好的物理機(jī)械性能。環(huán)氧樹(shù)脂E-51樹(shù)脂分子量低一些，粘度小，利于水下澆筑，且與溶劑的相容性較好，其環(huán)氧值高，與固化劑反應(yīng)交聯(lián)度大，形成的固化物強(qiáng)度大，但其脆性較大，影響固化物的抗剪性能。環(huán)氧樹(shù)脂E-44粘度較大，分子量較高，分子的韌性較好，能有效改善固化物的韌性，所以本發(fā)明中采用兩種樹(shù)脂配合使用，達(dá)到相互改性的效果。
[0006]本發(fā)明中采用的稀釋劑為含有環(huán)氧基的碳十二至十四烷基縮水甘油醚(AGE)。由于環(huán)氧樹(shù)脂的粘度很高，25°C達(dá)IOPa.s~14Pa.s,冬季更高,如果不加稀釋劑,配合成混凝土或砂漿將無(wú)法正常施工，為此在使用過(guò)程中要加入一定量的稀釋劑來(lái)降低環(huán)氧樹(shù)脂體系的粘度，改進(jìn)施工工藝。活性稀釋劑AGE不僅能稀釋環(huán)氧樹(shù)脂，而且能參與環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)，并且對(duì)固化物的性能無(wú)太大影響，同時(shí)還起到增韌的作用。
[0007]本發(fā)明采用的增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯。未經(jīng)改性的環(huán)氧樹(shù)脂固化物較脆，當(dāng)承受內(nèi)應(yīng)力或外應(yīng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生缺陷或裂縫。當(dāng)加入鄰苯二甲酸二丁酯后，在固化物內(nèi)部形成多相的海島結(jié)構(gòu)，固化物韌性提高，抗沖擊能力增強(qiáng)。同時(shí)，它又是非活性稀釋劑，對(duì)環(huán)氧體系也有一定的稀釋作用。
[0008]本發(fā)明中采用的固化劑為改性酚醛胺類(T31-3)固化劑，為了適應(yīng)水下固化的要求，我們選用水下專用固化劑——?醛胺類固化劑，我們選擇的是第三代酚醛胺類固化劑，該類固化劑是脂環(huán)胺(例如甲基戊環(huán)二胺，即TAC)與苯酚、甲醛進(jìn)行曼尼希反應(yīng)改性制得的。該固化劑比之前同類固化劑有較低粘度，較低毒性和刺激性，也綜合了脂肪胺和芳香胺改性固化劑的優(yōu)良性能，該固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂配比范圍寬、應(yīng)用范圍廣、固化物耐熱性好、性價(jià)比最高，其能與環(huán)氧樹(shù)脂所形成的固化產(chǎn)物強(qiáng)度更大。
[0009]本發(fā)明中的骨料選擇為水泥和石英砂的混配骨料，其中石英砂采用間斷級(jí)配石英砂，粒徑2mm~4mm(粗砂)、粒徑Imm~2mm(中砂)和粒徑0.3mm~0.5mm(細(xì)砂)按一定比例級(jí)配，砂漿骨料采用的水泥與石英砂比例為1: (0.5~3)。研究發(fā)現(xiàn)，水泥與砂的比例的不同影響初凝時(shí)間，拌合物流動(dòng)性和固化后砂漿的力學(xué)性能，采用級(jí)配石英砂可有效調(diào)節(jié)固化物的流動(dòng)性，增強(qiáng)施工的可操作性，此外，骨料中水泥和石英砂的混配能有效提高環(huán)氧砂漿的抗壓強(qiáng)度、抗沖強(qiáng)度和耐海水腐蝕性能，并且能使砂漿體積收縮，大大減少開(kāi)裂現(xiàn)象，提高砂漿的工程質(zhì)量。
[0010]本發(fā)明中的海洋油氣管道接補(bǔ)用環(huán)氧砂漿的制備方法如下:
[0011](I)組分A的制備:稱取6.5%~8.7%環(huán)氧樹(shù)脂E44，6.5%~8.7%環(huán)氧樹(shù)脂E51，
1.3%~3.6%活性稀釋劑，1.3%~1.8%的增塑劑，0.6%~0.9%促進(jìn)劑，O %~1%色素混合，加熱到30°C~50°C，用攪拌機(jī)攪拌至均相。
[0012](2)組分B的制備:直接稱取6.5%~8.6% T31-3型固化劑。
[0013](3)組分C的制備:稱取19.4%~49.4%水泥和23.0%~58.2%石英砂混合攪祥，其中石英砂分為粒徑為0.3mm~0.5mm的細(xì)砂、Imm~2mm的中砂和2mm~4mm的粗砂中的一種或若干種混配，水泥和石英砂按1: (0.5~3)的比例進(jìn)行混合，制得混配骨料。
[0014](4)將A、B組分混合攪拌均勻，隨即倒入C中，攪拌調(diào)和3min~5min后即得本發(fā)明中的環(huán)氧砂漿，然后可以進(jìn)行具體施工操作。步驟(4)在施工前進(jìn)行。
[0015]本發(fā)明中的海洋油氣管道接補(bǔ)用環(huán)氧砂漿制備工藝簡(jiǎn)單，配制的拌合物在水中澆筑時(shí)不離析、不分散，固化速度快，粘結(jié)性強(qiáng)，所得的拌合物在固化后有優(yōu)良的抗壓、抗剪、抗沖擊強(qiáng)度、抗海水腐蝕能力，滿足海洋油氣管道的接補(bǔ)要求，也能對(duì)海洋混凝土結(jié)構(gòu)和薄層進(jìn)行有效修補(bǔ)及加固。另外，骨料中級(jí)配石英砂的含量的改變，可影響砂漿的流動(dòng)性，提高其流動(dòng)性，可以用于澆筑、灌漿及地坪鋪設(shè)等領(lǐng)域，降低流動(dòng)性又可制得環(huán)氧膠泥，用于混凝土結(jié)構(gòu)的快速修補(bǔ)、堵漏、加固和防護(hù)等。
【具體實(shí)施方式】[0016]下面結(jié)合具體實(shí)例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容。
[0017]實(shí)例1:按照質(zhì)量百分比配制以下物質(zhì):
[0018]
環(huán)氧樹(shù)脂E446.5%
環(huán)氧樹(shù)脂E516.5%
碳十二至十四烷基縮水甘油醚AGE1.3%
鄰苯二甲酸二丁酯DBP1.3%
苯酚0.6%
T31-3型固化劑6.5%
水泥19.4%
石英砂58.2%
消泡劑微量
[0019]將6.5% E44.6.5% E51U.3% AGE、1.3% DBP 和 0.6 % 苯酚混合，攪拌至均相，根據(jù)溫度條件可適當(dāng)進(jìn)行水浴加熱促進(jìn)攪拌均勻，再加入微量消泡劑靜置Imin~2min，然后向里面加入6.5% T31-3型固化劑，攪拌均勻，數(shù)分鐘后，倒入骨料中進(jìn)行調(diào)和3min~5min，至均勻即可進(jìn)行施工操作。骨料是由19.4%水泥和58.2%石英砂混合而成，其中石英砂是由粒徑為0.3mm~0.5mm的細(xì)砂、粒徑為1mm~2mm的中砂和粒徑為2mm~4mm的粗砂按1:1:1比例配制的。
[0020]所得砂漿有以下性能:初凝時(shí)間為28min，I天抗壓強(qiáng)度為59.6MPa，7天抗壓強(qiáng)度為70.3MPa，28天抗壓強(qiáng)度為75.1MPa, 28天抗折強(qiáng)度大于13.2MPa，28天成型后的粘結(jié)強(qiáng)度為6.4MPa，收縮率為0.1 %，吸水率為1.5%，固化后表面光滑，有優(yōu)良的抗沖性能，在模擬海水(3% NaCl溶液)中浸泡28天，無(wú)開(kāi)裂，無(wú)脫落，有較好的抗海水腐蝕性能。砂漿成型后施工操作性強(qiáng)，適合于混凝土結(jié)構(gòu)的填充、修補(bǔ)、加固和防護(hù)等。
[0021]實(shí)例2:按照質(zhì)量百分比配制以下物質(zhì):
[0022]
環(huán)氧樹(shù)脂E448.6%
環(huán)氧樹(shù)脂E518.6%
碳十二至十四烷基縮水甘油醚AGE2.6%
鄰苯二甲酸二丁酯DBP1.7%
苯酚0.8%
T31-3型固化劑8.6%
水泥46.0%
石英砂23.0%
[0023]將 8.6% E44.8.6% E5U2.6 % AGEU.7 % DBP 和 0.8 % 苯酚混合，用水浴加熱到40°C左右，用攪拌機(jī)攪拌至均相，再加入微量消泡劑靜置Imin~2min，然后向里面加入8.6% T31-3型固化劑，攪拌均勻，隨即倒入46%水泥和23%石英砂混合物，攪拌3min~5min后即得本發(fā)明中的環(huán)氧砂漿。其中石英砂是由粒徑為0.3mm~0.5mm的細(xì)砂和粒徑為Imm~2_的粗砂按1:1比例配制的。[0024]所得砂漿有以下性能:初凝時(shí)間為30min，I天強(qiáng)度為55.lMPa，7天強(qiáng)度為62.4MPa, 28天抗壓強(qiáng)度為72.8MPa，28天抗折強(qiáng)度為12.9MPa，28天成型后的粘結(jié)強(qiáng)度為6.3MPa，收縮率為0.12%，吸水率為1.6%，固化后表面光滑，有良好的抗沖性能，在模擬海水(3% NaCl溶液)中浸泡28天，無(wú)開(kāi)裂，無(wú)脫落，有較好的抗海水腐蝕性能。
[0025]實(shí)例3:按照質(zhì)量百分比配制以下物質(zhì):
[0026]
環(huán)氧樹(shù)脂E447.4%
環(huán)氧樹(shù)脂E517.4% '
碳十二至十四烷基縮水甘油醚AGE1.5%
鄰苯二甲酸二丁酯DBP1.5%
苯酚0.7%
T31-3型固化劑7.4%
水泥49.4%
石英砂24.7%
消泡劑微量
[0027]將7.4% E44.7.4% E51U.5% AGE、1.5% DBP 和 0.7 % 苯酚混合，攪拌至均相，根據(jù)溫度條件可適當(dāng)進(jìn)行水浴加熱促進(jìn)攪拌均勻，再加入微量消泡劑靜置Imin~2min，然后向里面加入7.4% T31-3型固化劑，攪拌均勻，數(shù)分鐘后，倒入骨料中進(jìn)行調(diào)和3min~5min，至均勻即可進(jìn)行施工操作。骨料是由49.4%水泥和24.7%石英砂混合而成，其中石英砂是由粒徑為0.3mm~0.5mm的細(xì)砂和粒徑為1mm~2mm的粗砂按1:1比例配制的。
[0028]所得砂漿有以下性能:初凝時(shí)間為25min，I天抗壓強(qiáng)度為56.3MPa，7天抗壓強(qiáng)度為61.2MPa，28天抗壓強(qiáng)度為70.5MPa，28天抗折強(qiáng)度為13.6MPa，28天成型后的粘結(jié)強(qiáng)度為6.2MPa，收縮率為0.13%，吸水率為1.4%，固化后表面光滑，有優(yōu)良的抗沖性能，在模擬海水(3% NaCl溶液)中浸泡28天，無(wú)開(kāi)裂，無(wú)脫落，有較好的抗海水腐蝕性能。
[0029]實(shí)例4:按照質(zhì)量百分比配制以下物質(zhì):
[0030]
環(huán)氧樹(shù)脂E448.7%
環(huán)氧樹(shù)脂E518.8%
碳十二至十四烷基縮水甘油醚AGE3.6%
鄰苯二甲酸二丁酯DBP1.8%.苯酚0.9%
T31-3型固化劑7.0%
水泥35.1%
石英砂35.1%
消泡劑微量
[0031]將8.7% E44.8.7% E5U3.6% AGE、1.8% DBP 和 0.9 % 苯酚混合，攪拌至均相，根據(jù)溫度條件可適當(dāng)進(jìn)行水浴加熱促進(jìn)攪拌均勻，再加入微量消泡劑靜置Imin~2min，然后向里面加入7.0% T31-3型固化劑，攪拌均勻，數(shù)分鐘后，倒入骨料中進(jìn)行調(diào)和3min~5min，至均勻即可進(jìn)行施工操作。骨料是由35.1%水泥和35.1 %石英砂混合而成，其中石英砂是由粒徑為0.3mm~0.5mm的細(xì)砂和粒徑為1mm~2mm的粗砂按1:1比例配制的。
[0032]所得砂漿有以下性能:初凝時(shí)間為27min，I天抗壓強(qiáng)度為52.3MPa，7天抗壓強(qiáng)度為62.4MPa，28天抗壓強(qiáng)度為69.8MPa，28天抗折強(qiáng)度為14.1MPa, 28天成型后的粘結(jié)強(qiáng)度為6.6MPa，收縮率為0.17%，吸水率為1.5%，固化后表面光滑，有優(yōu)良的抗沖性能，在模擬海水(3% NaCl溶液)中浸泡2`8天，無(wú)開(kāi)裂，無(wú)脫落，有較好的抗海水腐蝕性能。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿的制備方法，其特征在于:該砂漿由A、B、C三種組分組成，A組分為添加了助劑的環(huán)氧樹(shù)脂基液，B組分為水下專用固化劑，C組分為水泥和石英砂按一定比例的混配骨料。其重量百分比為:12.9%~17.5%環(huán)氧樹(shù)脂，1.3%~.3.6%活性稀釋劑，1.3%~1.8%的增塑劑，0.6%~0.9%促進(jìn)劑，0%~1%色素，6.5%~.8.6%環(huán)氧固化劑，69.0%~77.4%的骨料，其中骨料中的水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，石英砂分為粒徑為0.3mm~0.5mm的細(xì)砂、粒徑為1mm~2mm的中砂和粒徑為2mm~4mm的粗砂中的一種或若干種混配，各物質(zhì)總質(zhì)量百分比為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿，其特征在于:采用的環(huán)氧樹(shù)脂是雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E44或E51。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿，其特征在于:采用的環(huán)氧活性稀釋劑是稀釋劑AGE，即碳十二至十四烷基縮水甘油醚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿，其特征在于:采用的環(huán)氧增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯DBP。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿，其特征在于所述的水下固化劑是T31-3型改性酚醛胺類固化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿，其特征在于:采用的固化促進(jìn)劑為苯酚。
7.一種海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿的制備方法，其特征在于:制備組分A:稱取.6.5%~8.7%環(huán)氧樹(shù)脂E44，6.5%~8.7%環(huán)氧樹(shù)脂E51，1.3 %~3.6 %活性稀釋劑，.1.3 %~L 8 %的增塑劑，0.6 %~0.9 %促進(jìn)劑，O %~1 %色素混合，加熱到30°C~50°C，攪拌均勻制得，上述各物質(zhì)比例均為重量百分比組分即為T(mén)-31-3型固化劑；制備組分C:將水泥與石英砂按1: (0.5~3)的比例混合均勻即得，其中，石英砂為粗砂，中砂和細(xì)砂中的一種或若干種按比例混配而得。 使用前，將組分A與6.5%~8.6%的組分B混合至均相，加入到69.0 %~77.4 %的組分C中調(diào)和均勻，即可制得海洋油氣管道填充用環(huán)氧砂漿，A、B、C三組分總重量百分比為100%。
【文檔編號(hào)】C04B111/74GK103819144SQ201310752363
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】唐娜, 王志剛, 張蕾, 劉海超, 程鵬高, 賈振, 王飛, 祝利善, 趙利, 紀(jì)亮 申請(qǐng)人:天津科技大學(xué), 中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司