构筑物池体做防腐措施

　　目前石油、化工、湿法冶炼、火力发电、制药等企业中有许多大型混凝土贮池，其功能为：用作酸、碱液的储存；酸碱的中和处理；污(废)水存放；排烟脱硫系统中的石膏浆及石灰浆的堆放等。这些贮池一般为埋地式或半埋地式的封闭、半封闭、敞口露天状态，且大都采用钢筋混凝土结构。贮池由于长期受酸碱等化学品、工业污水、工业大气、紫外线、固体颗粒的流动磨损等因素的作用，存在着酸碱腐蚀、大气腐蚀、磨蚀、渗透式胀裂的物理侵蚀和菌藻类的微生物腐蚀等多种较复杂的腐蚀形态，严重影响其使用寿命。为此在设计贮池时就要采取合理的防腐蚀措施。大型钢筋混凝土贮池一般均建在室外，要经历一年四季的温差变化，容易发生胀裂渗透的物理性破坏；贮池中存放的废酸或酸性介质、碱液，能使水泥固化物中的游离铝酸三钙、氢氧化钙的水化物反应生成可溶性盐类，造成水泥表面层层剥减；大气中的二氧化碳与水泥中的氢氧化钙作用生成不溶于水的碳酸钙，堵塞在混凝土的孔隙中，二氧化碳还可以和孔隙中的碳酸钙进一步反应生成易溶于水的碳酸氢钙，使混凝土受到破坏。当水质为碳酸钠、碳酸钙型时，水中的碳酸钙呈不饱和状态，有继续溶解混凝土中碳酸盐的能力，致使混凝土强度减弱。此外，大多数贮池由于长期存放污水，当夏季温度升高到30～4O℃时，污水中菌藻类微生物大量繁殖，从而形成严重的微生物腐蚀。
腐蚀机理：
钢筋混凝土的腐蚀首先是由自身的物理、化学性能、结构构造决定的。混凝土中水泥其化学成分见表1。
表1    混凝土中水泥的化学成分
成分        烧失量        SiO2        Al2O3        Fe2O3        CaO        MgO        SO2        Cl2
指标值%        2.10        21.90        6.85        4.33        59.29        2.42        2.33        0.55
它属多孔性凝胶体，其毛细孔是水、介质、氧渗入的途径。污水经常不断地渗人混凝土结构中，其中的腐蚀性介质通过毛细孔和细纹裂缝溶入到钢筋锈蚀钢筋变成铁锈，结果产生内应力，致使混凝土开裂。由于水和空气的作用，促使混凝土发生化学反应，其生成物氢氧化钙随着水的渗人而逐渐溶解带出，使混凝土抗渗能力降低，另一部分生成物则逐渐填充孔隙，引起内壁孔隙的应力增大，导致混凝土结构的疏松和破裂。
腐蚀产物、泥沙等固体物质的沉积，又为菌类创造了生存繁殖的条件，菌类的存在则又促进了腐蚀的加剧。由于氯离子穿透力极强，加之混凝土的自身密实度的不均匀性，使氯离子很容易进入钢筋的表面，腐蚀的部位为阳极，未腐蚀的部位为阴极，形成对钢筋的电偶腐蚀。这种
腐蚀的持续进行会导致钢筋承载能力的下降直至失衡。
在酸碱腐蚀的同时，大部分盐类也都有膨胀腐蚀的特点。吸湿溶入混凝土孔隙的盐类将产生再结晶，其体积膨胀而造成对孔隙的应力破坏。如表2所列的一些盐类的结晶水化物的体积膨胀都是比较高的，它也是混凝土腐蚀程度深入的一个重要因素。
表2        一些盐类结晶水化物膨胀率
介质名称        结晶水化物        转化温度  ℃        膨胀率  %
NaCl        NaCl•2H2O        0.15        130
Na2CO3        Na2CO3•10H2O        33        148
Na2SO4        Na2SO4•H2O        32.3        311
MgSO4 •H2        MgSO4•6H2O        73        146

构筑物池体做腐蚀防护措施
曝气池的腐蚀，主要在池的底面及四壁。其腐蚀的主要原因是由污水中的有害物质引起的。而池内壁混凝土的渐变和它的收缩性又是酿成其抗渗性差、吸入污水性强的重要原因。因此混凝土表面需采取抗渗措施，主要是把混凝土与腐蚀介质隔离，即在混凝土内壁表面制作防护层。
如上所述，必须对各类腐蚀性的工业污(废)水进行防腐蚀处理，以尽量延长污(废)水处理设施的使用寿命。根据我们多年的实际经验，下面对各种防腐蚀处理方法进行总结，并介绍一些新型防腐蚀材料的发展及应用。
1、混凝土处理池的防腐
1、玻璃钢衬里
这是最常见的防腐蚀处理方法，它是玻璃纤维增强塑料（俗称“玻璃钢”或“FRP”）在混凝土表面形成的衬里防护层，具有整体性、抗渗性好和造价合理的特点。在该工艺中，采用玻璃纤维与玻璃纤维短切毡或表面毡的复合结构，选用适当的防腐蚀树脂就能够达到良好的防腐蚀效果。在玻璃钢衬里防腐蚀法中，一般采用玻璃纤维加玻璃纤维短切毡或表面毡的复合结构，厚度存1～3 mm。
1.1 树脂的选择   
一般情况下许多厂家和工程公司均会选择环氧树脂，因为环氧树脂具有来源广、成本合理、耐腐蚀性能优良、收缩率低的特点。由于是在混凝土基础上施工，因此对树脂收缩率的要求不能太高，否则可能会出现由于树脂固化收缩内应力而导致的“脱壳” 现象，从而引起防腐蚀失效。但是环氧树脂本身也有其化学组成等方面的局限性，具体如下：
(1)、一般情况下，环氧树脂采用胺类固化体系或者酸酐类固化体系。胺类固化体系为常温或窒温固化体系，酸酐类固化体系为中高温固化体系，而⋯ 般防腐施T均在室温或常温下进行，所以在污(废)水防腐蚀处理中均采用胺类固化体系，其固化原理是利用胺基团上的活泼氧与环氧基反应而最后交联，形成三维网状结构，但这个交联结构很容易在酸性介质作用下分解，导致三维交联结构的解体而引起防腐蚀的失效，所以胺类固化的环氧树脂在室温下的耐酸性较好，但在高于40 ℃或者更高的温度作用下的耐酸性就不太理想；室温下固化环氧树脂的热变形温度(HDT)均在60～70℃ ，推荐使用温度不能超过75℃。表1中列出了环氧树脂耐介质的浓度和温度。
表2.1 环氧树脂耐介质的浓度和温度
化学介质        浓度（%）        温度（℃）        化学介质        浓度（%）        温度（℃）
硫酸        20        66        盐酸        20        60
硫酸        70        40        盐酸        36        35
氢氟酸        10        20        醋酸        10        66
氢氧化钠        30        40        苯        -        25
苯酚        -        66        氨水        稀        66

(2)、胺类固化体系的环氧树脂养护周期较长，而且胺类固化剂的毒性大，对施工人员的身体危害极大，如乙二胺的LD50(半数致死量)为620mg／kg，蒸气压高达14 665 Pa(11 mmHg)，施工人员极易接触和吸入乙二胺蒸气而引起皮肤过敏、头昏、失眠、健忘、急燥、胸闷等神经系统症状和肝器官等疾病，严重者甚至引起急性中毒或死亡。现已开发成功并大量应用了毒性较小的固化剂，如T31等。
  (3)、一般工程中采用的6l0l(E一44)树脂的黏度较大，尤其是在南方冬天或北方施工时，树脂已凝结成固体或半固体状，不可能直接操作，
给现场施工等带来了极大不便，为了降低树脂黏度，应加入适当比例的稀释剂降黏，稀释剂有活性稀释剂(如低黏度的液体状环氧树脂)和非活
性稀释剂(如丙酮等)。但前者的成本相当高，一般不会采用；而丙酮极易挥发，丙酮的气味具有刺激性，在给现场施工人员造成身体伤害的同时，也污染了周围的环境，并容易起火或发生爆炸。更为重要的是，由于非活性稀释剂的挥发性造成了固化物的不致密，势必影响玻璃钢的抗渗性，从而导致耐腐蚀效果下降，尤其在电了工业的污(废)水处理中，由于工业废水中含有氟化氢等化学介质，而氟化氢介质的腐蚀形态主要是聚合物中体积较小的分子在水平上的扩散或溶胀(如表1中的数据)。所以， 日前在国外已经很少采用环氧树脂用于防腐蚀工程制作，一般情况下会采用环氧树脂改性的环氧乙烯基酯树脂。环氧乙烯基酯树脂是由环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制取。它保留了环氧树脂的基本链段，又有不饱和聚酯树脂的良好工艺性能，在适宜条件下固化后，具有良好的工艺性和耐腐蚀性。由于树脂的收缩率对于玻璃钢的耐腐蚀效果影响较大，常规的双酚A型乙烯基酯树脂的室温同化收缩率为3％左右，而新推出的低收缩891乙烯基酯树脂(见表2)的收缩率<1％ ，较环氧树脂的线收缩率低，这种树脂更具有高耐蚀性与填料良好的浸润性的特点，尤其适合胶泥制作或者玻璃钢内衬制作。目前，环氧乙烯基酯树脂在国内各种电子工厂(如中芯国际等)、化工厂等均有成功应用的实例，但在玻璃钢衬里制作中，环氧乙烯基酯树脂的成本较高， 目前国内一些厂家还不能承受。
表2   891环氧乙烯基酯树脂耐介质的浓度和温度
化学介质        浓度/%        温度/℃        化学介质        浓度/%        温度/℃
高氯酸        10        65        氯化钾        100        100
草酸        100        100        硫酸铜        饱和        100
盐酸        32        65        次氯酸钠        15        65
铬酸        20        40        氢氧化钠        10        75
氢氟酸        10        49        氢氧化钠        50        85
硝酸        35        40        氨水        25        55
硫酸        70        70        海水        —        90
    目前，一种特种不饱和聚酯树脂--高性能的芳烃型树脂（902），使用比较普遍，它含有较多的苯环结构，对硫酸和硝酸的耐腐蚀的性能尤为特出，902树脂与环氧树脂相比，综合应用成本降低了1/4左右。
表3  902芳烃树脂耐介质的浓度和温度
化学介质        浓度（%）        温度（℃）        化学介质        浓度（%）        温度（℃）
硫酸        <70        60        氨水        饱和        常温
硝酸        10        80        硝酸        <30        常温
盐酸        31        80        醋酸        <40        常温
氢氧化钠        40        60        硫酸铵        饱和        常温
醛化液        -        80        氢氟酸        <30        25
铬酸        <30        60        碳酸钠        饱和        常温
1．1．2 施工过程及要点
(1)、封底层：在经过处理的混凝土基层表面，均匀地涂刷封底料，不得有漏涂、流挂等缺陷，自然固化不宜少于24 h。
(2)、修补层：采用树脂胶泥料修补基层的凹陷不平处， 自然固化不宜少于24 h。
(3)、间歇法树脂玻璃钢铺衬层的施工，应符合下列规定：
a．玻璃纤维布应剪边，涤纶布应进行防收缩的前处理。
b．先均匀涂刷一层胶料，随即铺上一层纤维增强材料，必须贴实；其上再涂一层胶料，胶料应饱满。
c．固化24 h后，修整表面，再按上述程序铺衬以下各层，直至达到设计要求的层数或厚度。
d．每铺衬一层，均应检查前一层的质量，当有毛刺、脱层和气泡等缺陷时，应进行修补。
e．铺衬时，同层纤维增强材料的搭接宽度不应小于50 mm，上下两层纤维增强材料的接缝应错开，错开距离不得小于50 mm。阴阳角处应增加1～2层纤维增强材料。
(4)、连续法树脂玻璃钢铺衬层的施工，应符合下列规定：
a．平面一次连续铺衬的层数或厚度，以不产生滑移、固化后不起壳、脱层为限。
b．立面一次连续铺衬的层数或厚度，以不产生滑垂、固化后不起壳、不脱层为限。
c．铺衬时，上下两层纤维增强材料的接缝应错开，错开距离不得小于50 mm，阴阳角处应增加1～2层纤维增强材料。
d．当前一次连续铺衬层固化后，再进行下一次连续铺衬层的施工。
e．连续铺衬到设计要求的层数或厚度后，应自然固化24 h，即可进行封面层施工。
(5)、树脂玻璃钢封面层的施工。均匀涂刷面层胶料，当涂刷两遍以上时，应待上一遍固化后，再涂刷下一遍。
1．2 树脂鳞片胶泥衬里
所谓鳞片胶泥衬里，就是将具有一定片径和厚度的玻璃鳞片与耐腐蚀树脂等混合，经专用机械配制成胶泥(涂料)，涂敷于混凝土表面，室温固化后得到防腐蚀内衬。根据树脂基体的不同，有2种胶泥可供选择：一种是环氧树脂鳞片胶泥；另一种是乙烯基酯树脂鳞片胶泥(vinyl ester glass flake mortar)，简称为VEGF鳞片胶泥。相对而言，后者的综合性能均优于前者。目前在日本、美国等国家均采用后者。
1．2．1 VEGF鳞片胶泥的特点
(1)、耐腐蚀性能好。由于VEGF鳞片胶泥采用的基体树脂是高性能的乙烯基酯树脂，该类型树脂具有较环氧树脂更好的耐腐蚀性能。
(2)、较低的渗透率。VEGF鳞片胶泥的抗水蒸气渗透率比普通环氧树脂涂料高6～15倍，比普通环氧FRP高4倍。
(3)、VEGF鳞片胶泥具有较强的粘结强度，不仅指树脂基体与其中的玻璃鳞片之间的粘结强度较高，而且VEGF鳞片胶泥与混凝土基材之间的粘结强度也高(≥2.5MPa) 。因此VEGF鳞片胶泥涂层不易产生龟裂、分层或剥离，附着力和冲击强度较好，从而保证了较好的耐蚀性。
(4)、耐温差(热冲击)性能较好。由于涂层中含有许多玻璃鳞片，因此消除了涂层与基材线膨胀系数不同的影响，VEGF鳞片胶泥涂层的线膨胀系数为11．5 x 10 ／℃，，因此VEGF鳞片胶泥适合于温度交变的重腐蚀环境。通过耐热冲击性能试验，即把涂有VEGF胶泥的钢板交变放置在100℃沸水和0℃的冰水中各1 h，经100次交变试验后未有异常现象。
(5)、耐磨性好。VEGF鳞片胶泥在固化后的硬度较高，比普通醇醛漆高2～3倍。如VEGF鳞片胶泥的耐磨性为105 mg (CS一17W一500 g情况下)，当受到外部机械损伤时，VEGF鳞片胶泥的破坏是局部的，其扩散趋势小，易于修复。
(6)、工艺性较好。由于VEGF鳞片胶泥的固体成分较高，可以一次成型较厚的涂层，涂敷方法有喷涂、镘涂、刷涂等，并具有当场配制和室温下固化的特点。在VEGF鳞片胶泥涂层使用几年后若损坏，只需在该处作简单的处理即可修复，不影响使用性能，具有修补性好的特点。
1．2．2 胶泥施工过程及要点
(1)、基础混凝土要求养护期不少于28天，表面含水率应<6％。首先中和去掉表面的碱性物质，之后利用喷砂或其他机械方法去除混凝土表面浮灰，清理干净后，用VEGF树脂打底1～2道，待干后施工。
(2)、用手工泥刀镘涂成1～2 mm(每道)厚的VEGF胶泥层，硬化后，再进行第二刀刮镘，直至达到规定厚度。一般每涂 1mm厚就进行检测，以确认涂层是否有针孔及其他瑕疵。
(3)、凹凸部位，应适当增加胶泥层的厚度，或与普通环氧FRP复合使用。
(4)、最后用VEGF树脂罩面1～2道。
1．3 耐酸块材砌筑
在许多工业场合中，刚排放的污(废)水的腐蚀性能较强，温度较高(有的高达120℃)，还有的固体粉粒含量较高，如热轧车间的含酸废水(达到180℃)；钛白粉生产中的含硫酸废水等更具有腐蚀性。在这种情况下，用玻璃钢衬里或者VEGF衬里就不能达到耐高温、耐腐蚀、耐磨耗的要求，一般采用耐酸块材砌筑的方式来解决。选用的耐腐蚀块材有耐酸砖、各类耐腐蚀石材(如花岗石、石英石等)，这些耐腐蚀块材的基本成分是二氧化硅，具有优良的耐酸性能，同时具有结构致密、吸水率小、耐磨耗性好的特性。表4中列出了耐酸砖的部分耐腐蚀性能。
表4    耐酸砖的耐腐蚀性能
化学介质        浓度（%）        温度（℃）        化学介质        浓度（%）        温度（℃）
硫酸        98        70        尿素        任意        沸点
硝酸        任意        低于沸点        氯化钠        任意        沸点
盐酸        37        70        甲醛        任意        沸点
氢氧化钠        20        70        丙酮        100%以下        沸点
醋酸        任意        低于沸点        硫酸铵        饱和        常温
耐酸块材砌筑的施工过程及要点：
(1)、铺砌块材前，基层的表面应均匀涂刷封底料，待固化后再进行块材的铺砌。在某些情况下，基层上可采用玻璃钢隔离层，此时宜先涂刷一遍与衬砌用树脂相同的胶料，然后进行块材的铺砌。
(2)、块材结合层厚度、灰缝宽度和灌缝或勾缝的尺寸，均应符合表5的规定。
表5   结合层厚度、灰缝宽度和灌缝或勾缝的尺寸
材料种类        铺砌/mm        灌缝/mm        勾缝/mm
        结合层厚度        灰缝宽度        缝 宽        缝 深        缝 宽        缝 深
耐酸砖、耐酸耐温砖        厚度≦30mm        4～6        2～3        —        —        6～8        10～15
        厚度﹥30mm        4～6        2～4        —        —        6～8        15～20
天然石材        厚度≦30mm        4～8        3～6        8～12        15～20        8～12        15～20
        厚度﹥30mm        4～12        4～12        8～15        满灌        —        —

(3)、块材在铺砌前先进行试排，铺砌时的顺序应由低往高， 即先地坑、地沟，后地面、踢脚板或墙裙。阴角处立面块材应压住平面块材，阳角处平面块材应盖住立面块材，块材铺砌不应出现十字通缝，多层块材不得出现叠缝。
(4)、块材的铺砌，还应符合下列规定：
a．耐酸砖和厚度≤30 mm石材的铺砌，宜采用树脂胶泥揉挤法施工；在平面上铺砌厚度>30 mm的石材，宜采用树脂砂浆作浆、树脂胶泥灌缝法施工；在立面上铺砌厚度>30 mm的石材，宜采用树脂胶泥揉挤法砌筑定位，其结合层应采用树脂胶泥灌缝法施工。结合层和灰缝的胶泥或砂浆应饱满密实，块材不得滑移。
b．立面块材的连续铺砌高度，应与树脂胶泥的固化时间相适应，砌体不得变形。
c．铺砌块材时，应在胶泥或砂浆初凝前，将缝填满压实，灰缝的表面应平整光滑。
(5)、块材的灌缝与勾缝，应符合下列规定：
a．树脂胶泥的灌缝与勾缝，应在铺砌块材用的胶泥、砂浆固化后进行。
b．灌缝或勾缝前，灰缝应清洁、干燥。
c．灌缝时，宜分次进行，缝应密实，表面应平整光滑。
d．勾缝时，缝应填满压实，灰缝的表面应平整光滑。
2 应用举例
(1)、在目前国内某最大的芯片集成电路制造厂的工业污水处理池中，含有一些废酸，其中包括一些氢氟酸。在这个防腐工程中采用了891乙烯基酯树脂玻璃钢结构，已经运行2年，效果良好，其玻璃钢结构是2层O4玻璃纤维布再加一层表面毡，总厚度约为2mm。
(2)、在湖南某石油化学品公司的T业废水处理池中， 由于池的面积较大，同时废水义含有大量的烃类等化学介质。对废水处理池的防腐采取VEGF树脂鳞片胶泥结构，以确保整个防腐蚀内衬层的整体性和抗渗性，另外在混凝土基础上加衬一层O4玻璃纤维布。
(3)、在浙江菜农药厂，排放的废水中含有三氟乙酸、硫酸等强腐蚀性的化学介质，同时刚排放的废水温度较高，部分达到90℃ ，甚至更高。对废水池的防腐措施是：采用耐酸砖衬里，勾缝采用耐高温898乙烯基酯树脂胶泥。