CN103641506A

CN103641506A - 石油行业耐火勾缝材料及施工工艺

Info

Publication number: CN103641506A
Application number: CN201310671273.4A
Authority: CN
Inventors: 付文涛; 李川江; 吴静; 兰杰; 谢圣杰
Original assignee: CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: CN103641506B

Abstract

本发明公开了一种石油行业耐火勾缝材料，涉及石油化工领域，包括以下质量百分比的组分：硅酸盐水泥25～40%，粉状耐火泥30～45%，粉煤灰20～30%，氧化铝微粉8～12%，三聚磷酸钠或六偏磷酸钠或水玻璃0.5～1%，余量为水。本发明能够有效降低砂浆迎火面强度损失。高温烘烤带来的物理影响由保护层承担，从而保证耐火砂浆的平均强度更高，同时有效避免了砂浆迎火面强度降低带来的质量隐患。

Description

石油行业耐火勾缝材料及施工工艺

技术领域

本发明涉及石油化工领域，确切地说涉及一种耐火材料，尤其涉及一种石油行业耐火砌体结构勾缝材料及其施工工艺，为防火墙的砌体砂浆提供防火保护。

背景技术

在油气开采过程中，试油结束后需要进行放喷作业。所谓放喷，即油气勘探、开发中，为进行油、气测试工作而人为打开井口，让井内油气有控制地喷出井外并燃烧的工艺过程。为防止喷射的火焰烧毁周围植被、作物或构筑物，必须在放喷管线出口修建防火墙。

由于试油放喷作业因地下天然气压力的不同，放喷作业时间由几天到几十天不等，故石油行业防火墙必须具备能够抵挡天然气喷射的强度，并能够在长期高温条件下工作。

建筑领域的材料均不能承受长期高温工作条件，建筑领域的防火墙国家规定耐火极限为4小时，即4小时内结构构件不发生严重破坏，但在长期高温条件下，建筑材料强度必然大幅下降。工业筑炉领域的耐火材料能够承受长期高温工作条件，但是其耐火性能均是通过特殊的热处理工艺（烘炉）实现的。

烘炉是采用热烟气或电加热的方式，使炉内温度以每小时15至50度的速度升温，500~600度恒温3小时，之后继续升温至最高温度。必须连续烘炉72小时以上，中途不能断电也不能发生骤冷骤热情况。因耐火材料均具备同质多晶的现象，烘炉能够使材料的晶型发生改变而提高其耐火性能。

石油行业的防火墙均是修建在野外，没有烘炉的工序及其他养护条件。因此，筑炉领域的耐火材料与建筑建筑领域的保温隔热材料均不能用于修建石油行业的防火墙。石油行业的防火墙属于特殊技术领域，国内目前没有针对该领域发明的耐火技术，而研究并开发本领域的耐火技术，是确保放喷安全及满足环境保护的重要课题。

目前石油行业已开始推广应用耐火砂浆砌筑耐火砖修建防火墙，耐火砂浆技术即硅酸盐水泥耐火砂浆及其施工工艺是本发明人于2012年11月30日申请，于2013年2月13日公开的发明专利申请，其申请号为201210502740.6。通过现场实际应用，发明的耐火砂浆能够满足修建阶段的国家规范与使用阶段的放喷要求。

但是，进一步研究发现，耐火砂浆在高温煅烧后其内部强度是不均匀的。与工业筑炉行业不同，筑炉行业的耐火材料经过烘炉能够均匀受热，材料的各个部位物理化学性质基本相同。而石油行业防火墙经放喷后，均反映为迎火面强度降低，背火面强度升高。

强度出现升降不同情况是多种因素共同作用的结果，砂浆在不同区域工作环境不同，强度升高或降低取决于受何种因素影响最大。

砂浆迎火面受火焰直接喷射，受物理因素影响大于化学因素，表面水分被烘干，其孔隙率增大，致密度降低，导致强度降低；砂浆背火面受化学因素影响大于物理因素，砂浆发生烧结使强度升高。

需要指出的是，煅烧后墙体的稳定性不取决于砂浆迎火面的强度，也不取决于墙背面的强度，而取决于砂浆的平均强度。使用砂浆试块煅烧后试压的强度为平均强度，砂浆试块的平均强度在煅烧后强度略有上升，但依然符合迎火面强度减小，背火面强度增大的规律。

为进一步提高墙体稳定性，可采取措施有效控制砂浆迎火面煅烧后的强度损失，则能够提高砂浆的平均强度，并有效解决迎火面强度下降出现的质量问题。

发明内容

本发明旨在减小耐火砂浆在放喷作业时迎火面强度损失的问题，提供一种石油行业耐火勾缝材料，本发明能够有效降低砂浆迎火面强度损失。高温烘烤带来的物理影响由保护层承担，从而保证耐火砂浆的平均强度更高，同时有效避免了砂浆迎火面强度降低带来的质量隐患。

同时，本发明还提供了上述勾缝材料的施工工艺。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种石油行业耐火勾缝材料，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：硅酸盐水泥25～40%，粉状耐火泥30～45%，粉煤灰20～30%，氧化铝微粉8～12%，三聚磷酸钠或六偏磷酸钠或水玻璃0.5～1%，余量为水。

本发明所述的硅酸盐水泥在气温高于10℃时为42.5水泥，气温低于10℃时为42.5R或52.5R早强型水泥。

所述耐火泥为高铝质耐火泥。具体选用国家标准为GB/T 2994-2008的高铝质耐火泥浆。

所述粉煤灰为超细粉煤灰。所述超细粉煤灰是比表面积为700～1000m^2／kg的粉煤灰。

所述氧化铝微粉为a-氧化铝微粉，规格5um。

一种石油行业耐火勾缝材料的施工工艺，其特征在于，包括下述步骤：

（1）、配料：将原料按质量百分比进行配料；

（2）、将步骤（1）的原料按配比混合并搅拌5min以上；

（3）、在搅拌完成后2小时内使用步骤（2）得到的材料进行勾缝；

（4）、勾缝完成后自然养护。

所述配料步骤中，当室外温度在10℃以上时，所述硅酸盐水泥选择42.5型号时，其用量为30～40%，采用硅酸盐水泥52.5R时，其参量为25～30%。

所述配料步骤中，当室外温度在9℃以下时，所述硅酸盐水泥选择42.5R时，其用量为30～40%，采用硅酸盐水泥52.5R时，其参量为25～30%。

采用本发明的优点在于：

一、本发明采用以下质量百分比的组分：硅酸盐水泥25～40%，粉状耐火泥30～45%，粉煤灰20～30%，氧化铝微粉8～12%，三聚磷酸钠或六偏磷酸钠或水玻璃0.5～1%，余量为水。该勾缝材料常温下凝固具有一定的早期强度，便于勾缝造型；能承受煅烧的高温，具有较高抗热震性和耐久性，；且成本较低廉。设计勾缝材料标号按照目前建筑行业使用最为普遍的M2.5标号进行设计，即材料在标准条件下养护28天的强度及高温煅烧后的强度均达到2.5MPa以上。

二、本发明使用新型勾缝材料能够为砂浆提供防火保护减小强度损失，能有效提高耐火砂浆的整体强度，确保墙体更加安全牢固。

三、本发明包括氧化铝微粉8～12%，用于提高材料致密度，能填充粉料间的空隙，使水用量降低；成型体排除水分后，留下的孔洞也较少，可以提高体积密度和降低气孔率，从而改善材料的结构强度，优化材料性能。同时，在搅拌过程中氧化铝与水泥中的氧化硅发生水化反应可生成莫来石，在放喷时，莫来石纤维与基质相在温度骤然升高的情况下因导热系数不同可产生微裂纹，能够吸收大量热应力，提高抗热震性效果。产生微裂纹的同时也为砂浆骤然升温剧烈脱水打开了通道，防止蒸汽应力破坏内部结构。

四、本发明包括粉煤灰20～30%，在拌合过程中能够提高材料的和易性，确保水化反应充分进行；粉煤灰的掺入可以大幅降低材料的含水率，材料中自由水的减少可减小在骤然升温剧烈脱水时的蒸汽应力，保证结构的整体性和稳定性。

五、本发明包括粉状耐火泥30～45%，粉质耐火泥是热硬型材料，作用是增大和水的接触面积进行水化反应，在常温条件下降低水泥的结合强度便于勾缝造型，在高温条件下通过水化反应防止生成低熔物同时发生烧结以确保材料强度提高，是强度的调节剂。

六、本发明水化时析出的游离氧化钙极少，化学性质稳定，有效提高了砂浆耐腐蚀性能；所用原材料易获得，配置过程及施工过程均方便操作，不会延长施工周期，无其余副作用，无安全隐患，非常适用对高温环境要求不苛刻的工程；较传统工艺有效降低了施工风险，排除了安全隐患，提高了工程质量，较传统工艺有效降低了施工成本。

七、采用本发明后，在冬季寒冷气候下，该材料硬化速度较慢，早期强度在同等养护期内稍小，可使用带R标号的早强型硅酸盐水泥，同时按质量百分比0.5～2%加入早强减水剂，可以有效提高其凝固后的强度并减少材料内部自由水的含量。

七、当室外温度在10℃以上时，所述硅酸盐水泥选择42.5型号时，其用量为30～40%，硅酸盐水泥选择52.5型号时，其用量为25～30%，采用不同型号的水泥，可以采用不同的用量来达到同样的强度效果。

八、当室外温度在9℃以下时：采用硅酸盐水泥42.5R时，其参量为30～40%，采用硅酸盐水泥52.5R时，其参量为25～30%，早期强度增长较快，7天即可达到其极限强度的70%左右，以解决在寒冷气候砂浆强度发展较慢的问题。

九、本发明耐高温性能较好，达到1000℃至1500℃，因为高温时发生固相反应，烧结结合代替了水化结合，生成物均为比较稳定的物质，不易与其他物质发生反应，能保证材料后期抗压强度。

十、本发明可用于简易防火墙、独立烟道、小型窑炉等无烘炉工艺的构筑物，为砌筑砂浆提供防火保护，减小砂浆迎火面强度损失。

具体实施方式

实施例1

作为本发明的一较佳实施方式，其包括以下质量百分比的组分：硅酸盐水泥30%，粉状耐火泥35%，粉煤灰25%，氧化铝微粉8%，三聚磷酸钠或六偏磷酸钠或水玻璃0.5%，余量为水。

本发明所述的硅酸盐水泥在气温高于10℃时为42.5水泥，气温低于10℃时为42.5R早强型水泥。所述耐火泥为高铝质耐火泥。具体选用国家标准为GB/T 2994-2008的高铝质耐火泥浆。所述粉煤灰为超细粉煤灰。所述超细粉煤灰是比表面积为700～1000m^2／kg的粉煤灰。所述氧化铝微粉为a-氧化铝微粉，规格5um。

实施例2

作为本发明的最佳实施方式，其由以下质量百分比的组分组成：硅酸盐水泥30%，粉状耐火泥33%，粉煤灰25%，氧化铝微粉10%，三聚磷酸钠或六偏磷酸钠或水玻璃1%，余量为水。

实施例3

作为本工艺方法的最佳实施方式为：包括下述步骤：

（1）、配料：将原料按质量百分比进行配料；

（2）、将步骤（1）的原料按配比混合并搅拌5min以上；

（4）、勾缝完成后自然养护。

所述配料步骤中，当室外温度在10℃以上时，所述硅酸盐水泥选择42.5型号时，其用量为35%，采用硅酸盐水泥52.5R时，其参量为28%。

所述配料步骤中，当室外温度在9℃以下时，所述硅酸盐水泥选择42.5R时，其用量为35%，采用硅酸盐水泥52.5R时，其参量为30%。

Claims

1.一种石油行业耐火勾缝材料，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：硅酸盐水泥25～40%，粉状耐火泥30～45%，粉煤灰20～30%，氧化铝微粉8～12%，三聚磷酸钠或六偏磷酸钠或水玻璃0.5～1%，余量为水。

2.根据权利要求1所述的石油行业耐火勾缝材料，其特征在于，所述的硅酸盐水泥在气温高于10℃时为42.5水泥，气温低于10℃时为42.5R或52.5R早强型水泥。

3.根据权利要求1或2所述的石油行业耐火勾缝材料，其特征在于，所述耐火泥为高铝质耐火泥。

4.根据权利要求1或2所述的石油行业耐火勾缝材料，其特征在于，所述粉煤灰为超细粉煤灰。

5.根据权利要求1或2所述的石油行业耐火勾缝材料，其特征在于，所述氧化铝微粉为a-氧化铝微粉，规格5um。

6.实施如权利要求1所述的石油行业耐火勾缝材料的施工工艺，其特征在于，包括下述步骤：

（1）、配料：将原料按上述质量百分比进行配料；

（2）、将步骤（1）的原料按配比混合并搅拌5min以上；

（4）、勾缝完成后自然养护。

7.根据权利要求6所述的石油行业耐火勾缝材料的施工工艺，其特征在于，所述配料步骤中，当室外温度在10℃以上时，所述硅酸盐水泥选择42.5型号时，其用量为30～40%，采用硅酸盐水泥52.5R时，其参量为25～30%。

8.根据权利要求6所述的石油行业耐火勾缝材料的施工工艺，其特征在于，所述配料步骤中，当室外温度在9℃以下时，所述硅酸盐水泥选择42.5R时，其用量为30～40%，采用硅酸盐水泥52.5R时，其参量为25～30%。