污水及工業(yè)用高性能防腐耐磨砂漿

一、公司簡介

英格瓷（天津）新材料技術(shù)有限公司（以下簡稱英格瓷），前身是凱諾斯（中國）鋁酸鹽技術(shù)有限公司，現(xiàn)隸屬于益瑞石集團(tuán)（IMERYS)。英格瓷集團(tuán)（Imerys）是全球領(lǐng)先的工業(yè)礦產(chǎn)品加工企業(yè)，總部位于法國巴黎，并在巴黎泛歐交易所上市。集團(tuán)在全球50多個(gè)國家和地區(qū)設(shè)有270余家生產(chǎn)企業(yè)，業(yè)務(wù)涵蓋礦產(chǎn)資源的勘探、開發(fā)、加工以及向終端客戶提供先進(jìn)的解決方案。

英格瓷公司作為鋁酸鹽產(chǎn)品行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，產(chǎn)品涵蓋污水、大壩、地下工程、采礦、道路修補(bǔ)及極端環(huán)境工業(yè)地坪等多個(gè)領(lǐng)域。業(yè)務(wù)遍布全球150多個(gè)國家和地區(qū)，在防腐，耐磨，耐熱沖擊，高強(qiáng)，快速恢復(fù)使用等方面，為廣大客戶提供快速，可靠和長效的解決方案。

英格瓷公司20世紀(jì)初期就開始了污水防腐業(yè)務(wù)的實(shí)踐活動，公司主要產(chǎn)品特種鋁酸鹽無機(jī)防腐材料被逐步應(yīng)用于污水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的防腐，比如各種污水池、泵站、窨井、球磨鑄鐵管、鋼筋混凝土管及地下管涵等，其良好的防腐性能、對施工環(huán)境的良好適應(yīng)性和能快速恢復(fù)通水等特點(diǎn)被廣泛認(rèn)可。業(yè)務(wù)活動范圍也從歐洲逐步拓展到南非、澳大利亞、美國，并于2010年進(jìn)入中國市場，并很快得到了業(yè)界的肯定和積極采用。

創(chuàng)新、以客戶為中心和本土化是英格瓷公司全球化發(fā)展的基石。英格瓷集團(tuán)注重技術(shù)創(chuàng)新，在法國、中國和奧地利設(shè)有三個(gè)研發(fā)中心，擁有130多名科學(xué)家和技術(shù)工程師。其中中國研發(fā)中心位于天津，擁有超過30項(xiàng)核心技術(shù)和專利。英格瓷公司將立足于中國市場，依托本土化工廠，向客戶提供快捷和專業(yè)的服務(wù)，并持續(xù)關(guān)注產(chǎn)品的品質(zhì)、客戶的應(yīng)用體驗(yàn)、可靠供應(yīng)和可持續(xù)發(fā)展。

二、技術(shù)/設(shè)備/材料的基本情況

1、基本信息

特種鋁酸鹽無機(jī)防腐材料是以無機(jī)材料為主，具有較高的粘結(jié)性、防腐性、抗氯離子滲透性、耐老化等特性的砂漿。其獨(dú)特的化學(xué)成分和礦物相成份使它可以為市政污水系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供獨(dú)一無二的保護(hù)功能，抵御硫化氫帶來的腐蝕。特別適合用于新建基礎(chǔ)設(shè)施（如污水處理廠結(jié)構(gòu)、箱涵等）的保護(hù)層及修復(fù)鋼筋混凝土管、鋼管、窨井、泵站等。

2、應(yīng)用與技術(shù)來源

1945年Parker在墨爾本指出混凝土管的腐蝕與微生物有關(guān)；1988年上海開展治理蘇州河及其支流的污染，提出了混凝土管防污水侵蝕的問題，其中包括防微生物腐蝕；上海建筑科學(xué)研究院作了探索性的研究，蘇州混凝土水泥制品對此也進(jìn)行過調(diào)研。

硫化氫含量較高的污水管道和污水處理設(shè)施中，混凝土的腐蝕主要是由生物產(chǎn)生的酸如硫酸導(dǎo)致的，其中硫氧化菌（sulfur-oxidizing bacteria; SOB）產(chǎn)生的硫酸量不容忽視；其機(jī)理為污水輸送及處理系統(tǒng)中，普遍存在缺氧環(huán)境，此時(shí)硫酸鹽被當(dāng)作電子受體降解為硫化氫等硫化物。在低pH條件下，硫化氫氣體揮發(fā)升至污水管道頂部空間，生長在此處生物膜中的SOB利用硫化氫氣體產(chǎn)生硫酸，對混凝土產(chǎn)生腐蝕。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了嗜酸氧化硫硫桿菌（Acidithiobacillus thiooxidans; A.T）通過本身強(qiáng)大的產(chǎn)酸能力可對混凝土產(chǎn)生較嚴(yán)重的腐蝕作用，使混凝土腐蝕溶出，表面粗糙，砂粒脫落，質(zhì)量損失嚴(yán)重，進(jìn)而降低強(qiáng)度而影響使用性能，同時(shí)也證實(shí)了SOB菌屬包括A.T菌在管道混凝土腐蝕中的重要作用。

C．Lors等學(xué)者對不同種類混凝土與生物菌在污水管道中進(jìn)行了長達(dá)5年的系統(tǒng)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)測試5年后的普通硅酸鹽水泥結(jié)合的混凝土表面的菌類數(shù)量是特種鋁酸鹽無機(jī)防腐砂漿的40倍以上，其中A.T菌的數(shù)量在普通混凝土表面是特種鋁酸鹽無機(jī)防腐砂漿的13倍以上。并且腐蝕后的普通混凝土表面的pH值遠(yuǎn)低于特種鋁酸鹽無機(jī)防腐砂漿表面的pH值，特種鋁酸鹽無機(jī)防腐砂漿表面的pH值為4以上。Holger Wack等詳細(xì)闡述了污水排水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中生物源腐蝕的機(jī)理如如圖1所示：

3、性能簡介

特種鋁酸鹽無機(jī)防腐材料具有以下性能特點(diǎn)：

（1）即使環(huán)境和基層潮濕（無流水）的情況下也可以順利施工；

（2）快速恢復(fù)通水，最快施工后4個(gè)小時(shí)內(nèi)恢復(fù)通水；

（3）具有良好的粘結(jié)性能，用其所做的保護(hù)薄層具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度、早期和長期強(qiáng)度以及耐磨性；良好的機(jī)械強(qiáng)度對結(jié)構(gòu)具有一定的補(bǔ)強(qiáng)作用；

（4）噴涂施工速度快，節(jié)省施工成本；

（5）施工厚度可選（3-50mm），滿足現(xiàn)場維護(hù)需求；

（6）施工方便、靈活，甚至必要時(shí)可以帶水作業(yè)；

（7）施工工藝多樣，包括噴涂、人工涂抹等工藝；

（8）無異味，無可揮發(fā)性物質(zhì)，健康環(huán)保；

（9）良好的抗凍融性能滿足溫差較大的應(yīng)用領(lǐng)域。

4、相關(guān)的專利情況

三、應(yīng)用案例及現(xiàn)狀

3.1 特種鋁酸鹽無機(jī)防腐材料在污水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)預(yù)防腐中的應(yīng)用

無機(jī)防腐砂漿在新建污水處理廠得到廣泛的應(yīng)用。其可以應(yīng)用于污水處理廠所有與污水接觸的部位，包括格柵渠道、進(jìn)出水廊道、沉砂池、泵站、生物反應(yīng)池等區(qū)域?？梢愿鶕?jù)污水處理廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)硫化氫腐蝕情況及污水流速、H2S濃度和墻面pH值情況等不同而選擇不同性能的無機(jī)防腐砂漿。無機(jī)防腐砂漿在上海某新建污水處理廠的應(yīng)用前后比較圖見圖3。

無機(jī)防腐砂漿已經(jīng)廣泛應(yīng)用于上海、湖南、江蘇、廣州、北京等地的新建污水處理廠的預(yù)防腐處理；

3.2 特種鋁酸鹽無機(jī)防腐材料在污水處理廠及泵站中的修復(fù)應(yīng)用

無機(jī)防腐砂漿在中國某泵站的應(yīng)用發(fā)生在2010年1月，上海市某污水泵站位于閔行區(qū)，于2004年底投入使用。由于環(huán)境腐蝕條件比較惡劣，運(yùn)營6個(gè)月后就發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)表面明顯受到腐蝕，可以清晰看到混凝土表面起砂，局部甚至有石子裸露。使用5年后，整個(gè)泵站的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被嚴(yán)重腐蝕，很多部位5公分以上的普硅混凝土鋼筋保護(hù)層已經(jīng)全部被腐蝕掉，鋼筋外露銹蝕，有的地方腐蝕深度甚至高達(dá)8-9公分，見圖4左圖；圖4右圖為采用無機(jī)防腐砂漿噴涂后的表面狀態(tài)。部分業(yè)主在2018年4月到現(xiàn)場參觀并檢查砂漿使用情況，打開泵站金屬蓋后發(fā)出非常刺鼻難聞的氣味，用金屬棒敲打砂漿表面發(fā)出清脆的敲擊聲；表明該無機(jī)防腐砂漿在惡劣硫化氫腐蝕狀態(tài)下經(jīng)過8年使用后仍然保持很好的狀態(tài)。同時(shí)，某客戶于2019年5月15日進(jìn)行了現(xiàn)場考察，狀態(tài)依然良好，如圖5所示。

無機(jī)防腐砂漿在北京某污水處理廠的修復(fù)應(yīng)用已經(jīng)有10年的時(shí)間，其應(yīng)用10年后的砂漿表面圖見圖6。在檢查表面狀態(tài)過程中，用鐵棒敲打表面會發(fā)出清脆的撞擊聲，顯示使用狀態(tài)良好。用氣體測試儀器測試其提升泵站H2S濃度為100-130ppm，旋流沉砂池位置H2S濃度為650-700ppm。

3.3  特種鋁酸鹽無機(jī)防腐砂漿在窨井修復(fù)中的應(yīng)用

窨井修復(fù)由于受密閉受限空間作業(yè)等安全的影響，以及大部分的窨井呈現(xiàn)變徑等不規(guī)則形狀，所以其防腐修復(fù)工藝比較苛刻；而采用有機(jī)涂料等防腐材料會由于其施工要求混凝土基面必須干燥平整的要求（混凝土基面要求水分含量小于6%）而大大影響施工后的耐久性。無機(jī)防腐砂漿在此工藝修復(fù)中可以借助于高速變頻離心機(jī)進(jìn)行高速離心布料，養(yǎng)護(hù)1天硬化后會產(chǎn)生高達(dá)20MPa的耐壓強(qiáng)度，大大提高了其修復(fù)施工效率和材料的防腐性能。圖7為衛(wèi)盾專用立式高速變頻旋噴機(jī)，圖8為采用無機(jī)防腐砂漿修復(fù)后的砂漿狀態(tài)圖。

3.4 特種鋁酸鹽無機(jī)防腐結(jié)合劑在混凝土管生產(chǎn)過程中的預(yù)防腐應(yīng)用

無機(jī)防腐砂漿除了對污水處理廠及泵站、窨井及地下管廊等進(jìn)行防腐噴涂外，還可以用于混凝土管的預(yù)防腐保護(hù)。混凝土管和鋼筋混凝土排水管作為傳統(tǒng)市政排水、排污工程的主要管材已經(jīng)被廣泛接受和應(yīng)用。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，污水（特別是工業(yè)廢水）中所含的酸性和有毒物質(zhì)對排水管內(nèi)壁的混凝土產(chǎn)生了嚴(yán)重的侵蝕，尤其是在為了改善管網(wǎng)周邊生活環(huán)境而采取加強(qiáng)防止硫化氫溢出的措施后，如果沒有做恰當(dāng)?shù)目沽蚧瘹涓g保護(hù)，結(jié)構(gòu)腐蝕的速度會急劇增加，從而嚴(yán)重縮短了管線的使用壽命。但是腐蝕后通過開挖或者非開挖的方式進(jìn)行修復(fù)都會對周邊環(huán)境及交通產(chǎn)生較大的影響，因此在生產(chǎn)混凝土管過程中就進(jìn)行內(nèi)襯布局防腐內(nèi)襯砂漿將大大提高混凝土在污水排放過程中的使用壽命。采用特種鋁酸鹽無機(jī)防腐結(jié)合劑D5施工后的內(nèi)表面狀態(tài)圖見圖9。

3.5 特種鋁酸鹽防腐膠衛(wèi)盾?NS50在新建污水處理廠的預(yù)防腐應(yīng)用

衛(wèi)盾?NS50是一種干混即用型的高性能特種鋁酸鹽防腐膠，專用于保護(hù)易受硫化氫(H2S)生物腐蝕的新建市政污水基礎(chǔ)設(shè)施。衛(wèi)盾?NS50特種鋁酸鹽防腐膠以SewperCoat?技術(shù)為基礎(chǔ)研發(fā)而成，具有卓越的抗硫化氫腐蝕能力，能有效的對新建污水設(shè)施提供獨(dú)一無二的保護(hù)，而SewperCoat?技術(shù)已在過往30多年成功應(yīng)用于同類型設(shè)施的修復(fù)施工。

衛(wèi)盾?NS50特種鋁酸鹽防腐膠采用獨(dú)特的化學(xué)和礦物成分，性能優(yōu)良，尤其適用于抵抗生物腐蝕。衛(wèi)盾?NS50特種鋁酸鹽防腐膠主要應(yīng)用于污水處理廠的大型新建混凝土墻壁和頂板，使用時(shí)只需噴涂3至6mm的薄層即可。鑒于出色的抗硫化氫腐蝕能力，衛(wèi)盾?NS50特種鋁酸鹽防腐膠也可用于其它污水混凝土基礎(chǔ)設(shè)施，如預(yù)制構(gòu)件或新建污水管、新豎井、新人孔等。

衛(wèi)盾?NS50特種鋁酸鹽防腐膠還具備非常好的抵抗純水、鹽水、硫酸鹽土壤以及許多稀酸的特性。衛(wèi)盾?NS50特種鋁酸鹽防腐膠專為低壓濕式噴涂施工設(shè)計(jì)，但也可通過旋轉(zhuǎn)頭或離心法進(jìn)行噴涂。

由于衛(wèi)盾?NS50特種鋁酸鹽防腐膠采用非常獨(dú)特的礦物配方，用于大面積的新建混凝土表面時(shí)能實(shí)現(xiàn)極強(qiáng)粘結(jié)效果。由于其采用薄層噴涂，特別適合大面積施工。

衛(wèi)盾?NS50特種鋁酸鹽防腐膠不含任何溶劑，因此也非常適合在污水系統(tǒng)典型的密閉空間中使用。

圖10是某污水處理廠工程采用衛(wèi)盾? NS50進(jìn)行防腐施工，噴涂施工結(jié)束后的衛(wèi)盾? NS50表面狀態(tài)良好。服役2年后的衛(wèi)盾? NS50表面狀態(tài)依然良好，且該區(qū)域H2S濃度高達(dá)1000ppm（設(shè)備測試極限）見圖11。而位于該工廠內(nèi)另一個(gè)污水處理區(qū)的同一位置進(jìn)水區(qū)域，因其沒有采取任何防腐涂層設(shè)計(jì)，運(yùn)行4年后就發(fā)現(xiàn)較為明顯的腐蝕，見圖12。

（技術(shù)來源：英格瓷（天津）新材料技術(shù)有限公司）