DE2630779C2

DE2630779C2 -

Info

Publication number: DE2630779C2
Application number: DE2630779A
Authority: DE
Inventors: Terence Reginald John Weybridge Surrey Gb Fabb; John Vincent Woking Surrey Gb Heyes
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1975-07-10
Filing date: 1976-07-08
Publication date: 1988-08-11
Also published as: NL177605C; AU505844B2; FR2317335B1; DE2630779A1; NZ181346A; NO146063B; GB1494279A; NL7607435A; AU1550676A; IE43390L; NL177605B; IE43390B1; FR2317335A1; NO762398L; NO146063C

Description

Die Erfindung betrifft den im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Gegenstand.

Die Beschichtung von Rohren mit einem Füllstoffe enthaltenden Asphaltgemisch ist aus der US-PS 30 78 324 bekannt, gemäß der das Gemisch durch eine Düse extrudiert und zusätzlich zu den großen und mittleren Mineralpartikeln ein feines Füllstoffmaterial in einer solchen Menge verwendet wird, daß das Gemisch leicht extrudierbar ist. Ein derartiges Extrusionsverfahren ist mit erheblichen Schwierigkeiten wegen der Länge der zu beschichtenden Rohre verbunden und erfordert einen großen apparativen Aufwand, ohne daß die Gewähr für eine gleichmäßige Schichtdicke gegeben ist. Ähnliche, lediglich extrudierbare Asphaltgemische beschreiben die GB-PS 11 23 101 und die US-PS 30 62 672.

Weiterhin ist es bekannt, Unterwasserrohrleitungen zum Schutz und zum Beschweren außer an den Enden jedes Rohrstücks mit Beton zu umkleiden, wobei die Enden nicht umkleidet werden dürfen, damit die Rohre am Ort der Verlegung, z. B. auf dem Verlegeschiff, zusammengeschweißt werden können. Die Lücken in der Betonumhüllung müssen dann an den Schweißnähten mit einem verhältnismäßig schnell abbindenden und erstarrenden Material ausgefüllt werden, wobei normalerweise ein Asphaltmastix verwendet wird, der in eine zylindrische Form, die die Lücke umgibt, gegossen wird.

Da die Suche nach Rohöl und Erdgas in küstennahen Bereichen ständig zunimmt, werden inzwischen in stärker werdendem Umfange Unterwasserrohrleitungen für den Transport von Öl und Gas von den Bohrungen zu einer Sammelplattform und/oder zum Festland notwendig, die in Abhängigkeit von der Menge und der Art der zu transportierenden Produkte Durchmesser haben, die eine bis zu 76 mm dicke Umkleidung mit Beton erfordern, so daß auch der Gußasphalt oder Mastix zum Umkleiden der Rohrverbindungsstellen im wesentlichen die gleiche Dicke wie der Beton haben muß.

Ein für diesen Zweck bisher verwendeter, neben Bitumen, Sand, Kalkstein oder Zement als Füllstoff auch noch 20 Gew.-% Kies von Erbsengröße (6,4 bis 9,5 mm) enthaltender Mastix hat jedoch den Nachteil, daß der Kies sich sowohl während der Herstellung des Gemisches als auch während des Umhüllens der Rohre absondert. Dieses Problem kann zwar ausgeschaltet werden, indem der Kies weggelassen wird, doch erhöhen sich hierdurch die Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Asphaltmastix verfügbar zu machen, der die Umhüllung der maritimen Rohrleitungen erleichtert, indem er gießbar ist, gleichzeitig aber auch die Gewähr dafür bietet, daß beim Umgießen der Rohrleitungen gleichmäßig dicke und auch dichte Beschichtungen erzielt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist der gattungsgemäße gießbare Asphaltmastix mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmalen.

Fullerkurven sind bekanntlich Abstufungskurven, die den kleinsten Hohlraum und die dichteste Packung und damit den geringsten Hohlraum für Sande und andere Gesteinsmischungen, die Teilchen von unterschiedlicher Größe enthalten, ergeben. Die Form einer Fullerkurve hängt von der maximalen Korngröße ab, ist jedoch für jede gegebene maximale Korngröße eine einzige Kurve. Die Kornform hat ebenfalls einen gewissen Einfluß auf die Packung, jedoch hat sich gezeigt, daß erfindungsgemäß Splittsorten geeignet sind, die aus einem Gemisch von runden und eckigen Teilchen bestehen, die sowohl aus natürlichem als auch gebrochenem Splitt erhalten werden. Die genaue Kornform wird daher nicht als entscheidend wichtig angesehen.

Fullerkurven basieren auf der Feststellung, daß zur Erzielung des kleinsten Hohlraums die Korngrößenverteilung einem bestimmten Gesetz folgt, nämlich

Die Fullerkurven können somit mathematisch unter Verwendung der vorstehenden Formel berechnet werden. Das Gesetz wurde erstmals in einem Artikel von Fuller und Thompson "The Laws of Proportioning Concrete" in Transactions of the American Society of Civil Engineers 59 (1907) 67-172 veröffentlicht. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Fullerkurven durch die Nenngröße des vorhandenen größten Korns gekennzeichnet. Beispielsweise ist "die 2,36 mm-Fullerkurve" die Fullerkurve für Splitt mit einer maximalen Korngröße von 2,36 mm.

Eine gewisse Toleranz ist notwendig, um die Tatsache zu berücksichtigen, daß bei einer tatsächlichen Gesteinsmischung, deren Sollabstufung einer bestimmten Fullerkurve entspricht, eine geringe Menge Splitt vorhanden sein kann, der in Wirklichkeit eine größere Korngröße hat als angegeben. Demzufolge wird der Splitt als "dicht bei der Fullerkurve liegend" definiert, und hierunter ist zu verstehen, daß die Endpunkte der Abstufungskurve nicht mehr als 5% über oder unter der Fullerkurve liegen und daß jeder Zwischenpunkt auf der Kurve nicht mehr als 10% über oder unter der Fullerkurve liegt.

Der Füllstoffgehalt eines Mastix hat eine zweifache Aufgabe: Der Füllstoff ist teilweise als feinster Anteil der Mineralstoffe und teilweise als Versteifungsmittel und modifizierendes Mittel des Bitumens wirksam. Bei Splitt, der dicht bei der 2,36 mm-Fullerkurve liegt, kann es somit geschehen, daß die Menge des Materials, das kleiner als 75 µm auf dieser Fullerkurve ist, ungefähr der Menge entspricht, die als Füllstoff erforderlich ist, um einen guten Mastix zu erhalten. Für eine maximale Korngröße von 2,36 mm kann somit entweder die normale oder die modifizierte Fullerkurve als Maßstab genommen werden. Mit steigender maximaler Korngröße nimmt jedoch die Menge, die ein Sieb einer Maschenweite von 75 µm auf der Fullerkurve passiert, bis zu einem Punkt ab, an dem sie im Verhältnis zum erforderlichen Bitumengehalt ungenügend sein kann. Bei Splitt mit größerer maximaler Korngröße muß daher die Wechselbeziehung zwischen der Splittabstufung (ohne Füllstoff) und der modifizierten Fullerkurve vorliegen. Die Menge, die jede gegebene Maschenweite auf einer modifizierten Fuller-Kurve passiert, kann aus der normalen Fuller-Kurve wie folgt berechnet werden:
Menge, die eine gegebene Maschenweite auf der modifizierten Fullerkurve passiert

Der Mineralstoff im Bereich von mehr als 75 µm kann zweckmäßig Sand mit oder ohne Kies sein und aus natürlichem oder gebrochenem Material oder einem Gemisch von natürlichem und gebrochenem Material bestehen.

Beliebige bekannte Füllstoffe für Mastix, z. B. Kalkstein, Portlandzement oder Kalk, können verwendet werden. Der Ausdruck "Füllstoff" bedeutet, daß das Material Korngrößen hat, die im wesentlichen bei 75 µm oder darunter liegen. Es ist jedoch auch zu bemerken, daß unter Füllstoffgehalt der gesamte Füllstoffgehalt einschließlich etwaiger Feinteile, die im verwendeten groberen Splitt vorhanden sind, zu verstehen ist.

Das Bitumen kann eine Penetration von 10 bis 100, vorzugsweise von 20 bis 30 bei 25°C haben. Geeignet sind Erdölbitumen oder Kohlenteerpech oder deren Gemische. Straight- run-Bitumen oder geblasenes Bitumen kann verwendet werden. Das Bitumen kann einen geringeren Anteil eines Kautschuks oder anderen Polymerisats enthalten, um seine viskoelastischen Eigenschaften zu modifizieren. Die erforderliche genaue Bitumenmenge hängt von der Körnung der Mineralmischung, insbesondere von ihrer maximalen Korngröße ab und kann, falls erforderlich, experimentell so gewählt werden, daß gute Gießeigenschaften bei kleinstmöglichem Bitumengehalt erzielt werden. Im allgemeinen ermöglicht die Erfindung bei jedem Splitt mit einer gegebenen maximalen Korngröße eine Verringerung der verwendeten Bitumenmenge im Vergleich zu den bisher verwendeten Asphaltsorten. Die verwendete Bitumenmenge liegt jedoch immer noch über der Menge, die erforderlich ist, um die Hohlräume zwischen den Mineralteilchen zu füllen.

Der Erweichungspunkt (Ring und Kugel) des Bitumens kann zwischen 40° und 115°C liegen und in Abhängigkeit von der Temperatur, mit deren Einwirkung auf den Mastix zu rechnen ist, verändert werden. Rohöl am Kopf einer Bohrung kann eine Temperatur bis 80°C haben, und in Mastix für Rohölsammelleitungen wird vorzugsweise geblasenes Bitumen mit einem Erweichungspunkt von 70° bis 115°C verwendet. In Haupttransportleitungen für Rohöl ist mit niedrigeren Rohöltemperaturen zu rechnen, so daß Straight- run-Bitumen mit Erweichungspunkten von 40° bis 70°C ausreichend sein dürften.

Das Mengenverhältnis von Bitumen, Füllstoff und Splitt innerhalb der genannten Bereiche muß natürlich für jeden gegebenen Mastix gewählt werden. Das optimale Verhältnis von Bitumen zu Füllstoff liegt bei etwa 1 : 1, und der Gehalt an Bitumen und Füllstoff kann mit zunehmender maximaler Korngröße des Splitts gesenkt werden. Versuche haben beispielsweise ergeben, daß Gußasphalte mit vergleichbarer Gießbarkeit und vergleichbaren sonstigen Eigenschaften erhalten werden können, wenn die folgende Beziehung zwischen Bitumen- und Füllstoffgehalt und maximaler Korngröße des Splitts beachtet wird:

Die maximale Korngröße des Mineralgemisches darf natürlich die Dicke der Mastixumkleidung nicht übersteigen und beträgt vorzugsweise die Hälfte oder ein Drittel der Dicke.

Die Erfindung wird durch die Abbildungen und die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Fig. 1(a) zeigt eine Schar von Fullerkurven für Mineralgemische mit maximalen Korngrößen von 2,36 mm bis 19 mm. Diese Kurven wurden durch Berechnung unter Verwendung der oben genannten ersten Formel erhalten. Fig. 1(b) zeigt die in Fig. 1(a) dargestellten Fullerkurven nach Umrechnung zur Ausschließung des Materials mit 75 µm-Siebdurchgang.

Beispiel 1

Ein Asphaltmastix wurde durch Mischen der folgenden Bestandteile hergestellt:

17,5 Gew.-%Straight-run-Bitumen mit einer Penetration von 26 bei 25°C und einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 65°C 17,5 Gew.-%Kalkstein als Füllstoff, der ein Sieb einer Maschenweite von 75 µm passiert. 65 Gew.-%Sand mit der in Fig. 2 dargestellten Körnungskurve.

Fig. 2 zeigt ferner eine Kurve für Sand mit einer maximalen Korngröße von 2,36 mm. Diese Kurve ist die ungefähre Fullerkurve nach Umrechnung zur Berücksichtigung des Fehlens von Material, das ein 75 µm-Sieb passiert. Der verwendete Sand hatte einen geringen Anteil an Material bis 4,76 mm, jedoch genügte dieser Anteil nicht, um einen wesentlichen Einfluß auf den hergestellten Asphalt auszuüben. Fig. 2 zeigt außerdem die Umhüllungslinie der Körnungskurve für Sand gemäß BS 594 und ihre Mediane. Die Abbildung zeigt, daß die Körnungskurve für den verwendeten Sand verhältnismäßig dicht bei der modifizierten 2,36 mm-Fullerkurve lag und sich vom BS 594-Sand erheblich dadurch unterschied, daß er eine stetigere oder stufenlosere Abstufung innerhalb des gesamten Korngrößenbereichs hatte.

Fig. 3 zeigt die Körnungskurve für den mit dem Füllstoff kombinierten Sand (Gewichtsanteile am Gesamtmineralgemisch ausschließlich Bitumen = 78,8% Sand und 22,2% Füllstoff) und die 2,36 mm-Fullerkurve. Auch hier ist die große Ähnlichkeit der Kurven deutlich erkennbar.

Der hergestellte Asphalt wurde auf Gießbarkeit und Entmischung sowohl im Laboratorium als auch in großtechnischen Versuchen geprüft. Im Laboratorium wurde visuell und subjektiv eine Gießbarkeit bei 150° bis 190°C ermittelt, da es keinen genormten Test für die Gießbarkeit gibt. Die Absonderung von Mineralgemisch wurde wie folgt ermittelt: 500 bis 1000 g Asphalt wurden in eine zylindrische Stahlform gegossen. Diese Form wurde ohne Rühren im Wärmeschrank 2 Stunden bei 160°C gehalten und dann der Abkühlung überlassen, worauf der Stahlzylinder entfernt wurde. Die Probe wurde mit einer Diamantsäge halb durchgeschnitten, worauf das Ausmaß der Absonderung visuell ermittelt wurde.

Die praxisähnlichen Versuche wurden unter Verwendung eines Rohres von 91 cm Durchmesser und einer um das Rohr angeordneten zylindrischen Form von 102 cm Durchmesser durchgeführt, wobei der Zwischenraum mit Asphalt durch Gießen bei 170°C ausgefüllt wurde. Nach dem Abkühlen wurde die Form entfernt und die Absonderung durch Untersuchung von Teilen des Asphalts, die von verschiedenen Stellen um das Rohr entfernt wurden, ermittelt.

Sowohl bei den Versuchen im Laboratorium als auch bei den praxisähnlichen Versuchen war die Gießbarkeit des Asphalts ebenso gut wie die des bekannten Asphalts auf Basis von BS 594-Sand und Kies von Erbsengröße. Die Absonderung der größeren Teilchen war unbeachtlich. Beim bisher bekannten Asphalt fand jedoch eine starke Absonderung von Kies bei beiden Versuchen statt.

Beispiel 2

Ein Asphaltmastix wurde durch Mischen der folgenden Bestandteile hergestellt:

11 Gew.-%Bitumen wie in Beispiel 1 11 Gew.-%Kalksteinfüllstoff, der ein 75 µm-Sieb passierte 78 Gew.-%Sand und Kies (75 µm bis 19,0 mm)

Das Mineralgemisch (Sand und Kies) hatte die Körnung einer zur Ausschließung von Sand mit 75 µm-Siebdurchgang umgerechneten modifizierten Fullerkurve für Mineralgemische mit 19,0 mm maximaler Korngröße, wie sie in Fig. 1 (b) dargestellt ist.

Die Untersuchung auf Gießbarkeit und Entmischung im Laboratorium auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise ergab, daß die Gießbarkeit gut und die Entmischung des Mineralgemisches unbeachtlich trotz der Tatsache war, daß Teilchen einer Größe bis 19,0 mm vorhanden waren.

Beispiel 3

Ein Asphaltmastix wurde durch Mischen der folgenden Bestandteile hergestellt:

17 Gew.-%geblasenes Bitumen mit einer Penetration von 26 bei 25°C und einem Erweichungspunkt (Ring und Kugel) von 85°C 19,5 Gew.-%Kalksteinfüllstoff mit 75 µm-Siebdurchgang 63,5 Gew.-%Sand wie in Beispiel 1

Der Gußasphalt hatte die gleichen Eigenschaften in Bezug auf Gießbarkeit und Entmischung wie der in Beispiel 1 beschriebene Mastix und konnte außerdem ohne wesentliche Deformierung oder Einsackung auf 75°C erhitzt werden, während diese Temperatur für den Gußasphalt gemäß Beispiel 1 60°C betrug.

Claims

Für das Umgießen maritimer Rohrleitungen bei 170°C geeigneter gießbarer Asphaltmastix aus 8 bis 22 Gew.-% Bitumen, 8 bis 25 Gew.-% eines ein 75 µm-Sieb passierenden Füllstoffes und 84 bis 53 Gew.-% eines Mineralgemisches mit einer Korngröße größer 75 µm, dadurch gekennzeichnet, daß das Mineralgemisch eine Kornabstufung von mehr als 75 µm bis zu einer maximalen Korngröße von 2,36 mm bis 37,5 mm und eine Körnungskurve aufweist, die dicht bei einer modifizierten Fullerkurve für Teilchen der gewählten maximalen Korngröße liegt und die Fullerkurve ist, die zur Ausschließung von Material, das ein 75 µm-Sieb passiert, umgerechnet wurde, und daß das Gewichtsverhältnis von Bitumen zu Füllstoff etwa 1 : 1 beträgt.