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（IMERYS)。英格瓷集團（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。集團在全球50多個國家和地區(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、道路修補及極端環(huán)境工業(yè)地坪等多個領(lǐng)域。業(yè)務(wù)遍布全球150多個國家和地區(qū)，在防腐，耐磨，耐熱沖擊，高強，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)的實踐活動，公司主要產(chǎn)品特種鋁酸鹽無機防腐材料被逐步應(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。英格瓷集團注重技術(shù)創(chuàng)新，在法國、中國和奧地利設(shè)有三個研發(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、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

特種鋁酸鹽無機防腐材料是以無機材料為主，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)提供獨一無二的保護功能，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；其機理為污水輸送及處理系統(tǒng)中，普遍存在缺氧環(huán)境，此時硫酸鹽被當(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。通過實驗驗證了嗜酸氧化硫硫桿菌（Acidithiobacillus thiooxidans; A.T）通過本身強大的產(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，進而降低強度而影響使用性能，同時也證實了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行了長達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防腐砂漿表面的pH值，特種鋁酸鹽無機防腐砂漿表面的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)中生物源腐蝕的機理如如圖1所示：

3、性能簡介

特種鋁酸鹽無機防腐材料具有以下性能特點：

（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個小時內(nèi)恢復(fù)通水；

（3）具有良好的粘結(jié)性能，用其所做的保護薄層具有良好的粘結(jié)強度、早期和長期強度以及耐磨性；良好的機械強度對結(jié)構(gòu)具有一定的補強作用；

（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)場維護需求；

（6）施工方便、靈活，甚至必要時可以帶水作業(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防腐砂漿。無機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 特種鋁酸鹽無機防腐材料在污水處理廠及泵站中的修復(fù)應(yīng)用

無機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，運營6個月后就發(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8-9公分，見圖4左圖；圖4右圖為采用無機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，某客戶于2019年5月15日進行了現(xiàn)場考察，狀態(tài)依然良好，如圖5所示。

無機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。無機防腐砂漿在此工藝修復(fù)中可以借助于高速變頻離心機進行高速離心布料，養(yǎng)護1天硬化后會產(chǎn)生高達20MPa的耐壓強度，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，圖8為采用無機防腐砂漿修復(fù)后的砂漿狀態(tài)圖。

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

無機防腐砂漿除了對污水處理廠及泵站、窨井及地下管廊等進行防腐噴涂外，還可以用于混凝土管的預(yù)防腐保護。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，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)施提供獨一無二的保護，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，但也可通過旋轉(zhuǎn)頭或離心法進行噴涂。

由于衛(wèi)盾?NS50特種鋁酸鹽防腐膠采用非常獨特的礦物配方，用于大面積的新建混凝土表面時能實現(xiàn)極強粘結(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1000ppm（設(shè)備測試極限）見圖11。而位于該工廠內(nèi)另一個污水處理區(qū)的同一位置進水區(qū)域，因其沒有采取任何防腐涂層設(shè)計，運行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）