一種地下污水混凝土管道用無(wú)機(jī)防腐涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地下污水混凝土管道用無(wú)機(jī)防腐涂 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下污水管道是一個(gè)城市發(fā)展文明程度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。地下污水管道擔(dān)負(fù)著城 市廢水轉(zhuǎn)移的重要作用，從而實(shí)現(xiàn)污水得以收集，進(jìn)而進(jìn)入污水廠加以?xún)艋?，最終大大降低 了因污水排放而引起的污染問(wèn)題的發(fā)生頻率。然而城市埋地污水管道，因?yàn)闅v史的原因?qū)?致埋地時(shí)長(zhǎng)，無(wú)防腐措施或防腐質(zhì)量差，在地下污水作用下極易造成管線(xiàn)局部腐蝕與破壞， 最終導(dǎo)致地下污水對(duì)土壤、地下水的嚴(yán)重污染，同時(shí)導(dǎo)致大雨內(nèi)澇、路面塌陷等事故。據(jù)南 方周末報(bào)道2009年-2013年直接因城市地下管線(xiàn)事故而產(chǎn)生死傷的事故案例共27起，死亡 人數(shù)達(dá)117人。近期，我國(guó)已發(fā)生多起地下污水管道破裂導(dǎo)致的事故，例如2015年8月22日， 哈爾濱市道里區(qū)顧?quán)l(xiāng)大街公交站臺(tái)因地下污水管道破裂突然塌陷導(dǎo)致4名等車(chē)市民墜坑； 2015年09月07日，北京市豐臺(tái)區(qū)盧溝橋路，因地下污水管線(xiàn)破裂引起漏水沖刷地基導(dǎo)致地 面塌陷10平方米左右，深度達(dá)到2米。此外，地下污水管道破壞導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失巨大。據(jù)地下 管線(xiàn)委員會(huì)此前統(tǒng)計(jì)，2008-2010年間，全國(guó)僅媒體公開(kāi)報(bào)道的地下管線(xiàn)事故平均每天就有 5.6起。全國(guó)每年因地下管線(xiàn)事故造成的直接經(jīng)濟(jì)損失以數(shù)十億元計(jì)。
[0003] 目前，我國(guó)很多城市的已建污水管道都是建于上世紀(jì)六、七十年代，多采用鋼筋混 凝土材料。由于鋼筋混凝土材料存在養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、設(shè)施老化以及污水中污染物的腐蝕等因 素影響，許多地下污水管道發(fā)生腐蝕與破壞，又由于污水管道為地下隱蔽工程，它的病害不 易被發(fā)現(xiàn)。地下污水管道中的腐蝕是導(dǎo)致鋼筋混凝土管道過(guò)早失效的主要原因。地下污水 中含有的有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽等腐蝕性成分對(duì)混凝土的腐蝕作用，雖然在短時(shí)期內(nèi)幾乎可以忽 略，但是在污水管道幾十年甚至上百年的使用過(guò)程中，這種腐蝕作用就不能忽略。按污水中 腐蝕成分種類(lèi)的不同可分為無(wú)機(jī)物腐蝕、有機(jī)物腐蝕和微生物腐蝕，其中無(wú)機(jī)物腐蝕主要 包括硫酸鹽、硫氫酸、鎂鹽與銨鹽等對(duì)混凝土的腐蝕。其中，混凝土污水管道的微生物腐蝕 已被確認(rèn)為導(dǎo)致地下污水管道腐蝕破壞的主要原因，并逐漸受到學(xué)術(shù)界的重視。現(xiàn)有研究 表明，混凝土的生物腐蝕是由微生物引起的生物化學(xué)過(guò)程。腐蝕過(guò)程是自然界硫循環(huán)的一 部分，這種化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果被認(rèn)為生物硫酸腐蝕。一般認(rèn)為混凝土管道的微生物腐蝕主要 分為二類(lèi):一類(lèi)是含有大量硫化氫的工廠廢水或化糞池污水排入混凝土管道，導(dǎo)致微生物 腐蝕;另一類(lèi)是管道底部沉積的淤泥在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的微生物腐蝕。上述腐蝕機(jī)理可以 概括如下：污水和廢水中的有機(jī)和無(wú)機(jī)懸浮物隨水流流動(dòng)而逐漸沉積于管道底部成為淤 泥，淤泥中的硫酸根離子被硫還原菌還原，生成硫化氫。釋放的硫化氫氣體進(jìn)入管道內(nèi)未充 水的上部空間，與管壁相接觸。在管壁上，硫化氫由于生物化學(xué)的作用，氧化生成硫酸，在硫 酸的不斷作用下，管壁混凝土被腐蝕。
[0004] 基于上述分析可知:地下污水管道中混凝土遭受的腐蝕主要以硫化還原細(xì)菌導(dǎo)致 的酸性腐蝕為。目前，針對(duì)混凝土遭受地下水中硫化還原細(xì)菌腐蝕機(jī)理與耐蝕技術(shù)的文獻(xiàn) 資料較少，已公開(kāi)的文獻(xiàn)資料中混凝土管道的防腐主要采用低水膠比、防腐劑或聚合物的 自防腐技術(shù)，和以混凝土管道內(nèi)部的玻璃鋼保護(hù)層、聚氯乙烯防水卷材、聚氯乙烯防水卷 材、瀝青防水卷材的外防護(hù)技術(shù)。
[0005] 就現(xiàn)有的技術(shù)體系而言，由于硫化還原細(xì)菌可通過(guò)混凝土表面與內(nèi)部孔隙進(jìn)入混 凝土內(nèi)部，與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生嚴(yán)重的微生物腐蝕。考 慮到自防腐技術(shù)僅通過(guò)提升混凝土的致密性來(lái)抑制腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，實(shí)際上并未顯著提升 水化產(chǎn)物的耐腐蝕能力，因此現(xiàn)有地下污水管道混凝土的自防腐技術(shù)并不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期耐 蝕?，F(xiàn)有的地下污水管道外防護(hù)涂料技術(shù)主要以有機(jī)涂層材料為主，雖然有機(jī)涂層材料自 身性能優(yōu)異，然而地下污水管道服役條件嚴(yán)酷易導(dǎo)致既有混凝土管道表層濕度較高，因此 造成有機(jī)涂層材料與混凝土管道界面粘結(jié)力發(fā)生明顯降低，同時(shí)較大的濕度也容易導(dǎo)致不 透氣的有機(jī)涂層材料發(fā)生鼓泡等界面劣化現(xiàn)象，最終表現(xiàn)為有機(jī)涂層材料的脫粘與剝落。
[0006] 鑒于上述地下污水混凝土管道防腐存在的問(wèn)題，主要的腐蝕機(jī)理可以概括為三個(gè) 階段:第一個(gè)階段，pH值為4.5至9.5的環(huán)境中硫化還原細(xì)菌以水溶液為載體，通過(guò)表層進(jìn)入 混凝土內(nèi)部;第二個(gè)階段，硫化還原菌在硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽等含有氧化態(tài)硫的 化合物及污水中維生素等的作用下快速生長(zhǎng)，釋放出H 2S氣體并轉(zhuǎn)化為H2S04;第三個(gè)階段， 上述酸性氣體與溶液將存在于混凝土中，從而導(dǎo)致水泥水化產(chǎn)物快速分解與失效。因此，基 于上述腐蝕機(jī)理，可采用具有透氣不透水的堿激發(fā)無(wú)機(jī)聚合物材料涂料實(shí)現(xiàn)與既有地下污 水混凝土管道的濕固化粘結(jié)。首先，堿激發(fā)材料使用堿性激發(fā)劑制備的膠凝材料體系pH值 在12以上，屬于高堿性環(huán)境，可延緩硫化還原菌的生長(zhǎng)并降低其存活率;其次，界面粘結(jié)增 強(qiáng)組分將增強(qiáng)堿激發(fā)無(wú)機(jī)聚合物與水泥混凝土界面的粘結(jié)強(qiáng)度，避免防腐蝕涂料的破壞與 剝落;再次，結(jié)構(gòu)疏水組分使得堿激發(fā)無(wú)機(jī)聚合物材料孔徑內(nèi)壁產(chǎn)生憎水效應(yīng)，從而進(jìn)一步 降低硫化還原菌、維生素與硫酸鹽在混凝土中的傳輸，從而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng);最后，硫酸鹽 還原菌抑制組分的引入，將明顯降低細(xì)菌的存活率，有效避免H 2S氣體與H2S〇4的生成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了抑制或滅活污水中硫化還原細(xì)菌，從源頭上提升混凝土管道的耐腐蝕能力， 本發(fā)明提供一種地下污水混凝土管道用無(wú)機(jī)防腐涂料及其制備方法。
[0008] 本發(fā)明基于無(wú)機(jī)涂層材料基體防護(hù)與硫酸鹽還原菌抑制相結(jié)合的思路，重點(diǎn)采用 具有高pH特性的低介質(zhì)滲透堿激發(fā)膠凝材料抑制還原菌生長(zhǎng)且抑制侵蝕性物質(zhì)借助水分 載體在混凝土中傳輸，再通過(guò)憎水處理與聚合物成膜技術(shù)的綜合運(yùn)用，可有效提升污水混 凝土管道的耐腐蝕性。
[0009] 本發(fā)明涉及一種地下污水混凝土管道用無(wú)機(jī)防腐涂料，由以下組分按重量百分比 組成： 硅鋁質(zhì)材料組分 4:0-70%, 堿性激發(fā)劑組分 2-6%, 無(wú)機(jī)填料組分 20-30%,
[0010] 界面粘結(jié)增強(qiáng)組分 4-10%, 結(jié)構(gòu)疏水組分 3-6%, 硫酸鹽還原菌抑制組分 2-6%。
[0011]所述硅鋁質(zhì)材料組分為硅酸鹽與鋁酸鹽為主要礦物組成，且在堿性條件下產(chǎn)生凝 結(jié)與硬化的原材料，由含有礦渣、粉煤灰、偏高嶺土中的一種或兩種的組合，該硅鋁質(zhì)材料 組分需滿(mǎn)足如下技術(shù)指標(biāo):在25°C，65%RH的環(huán)境條件下，與相對(duì)于上述原材料質(zhì)量4%的 NaOH混合，當(dāng)水固比為0.5時(shí)，3天強(qiáng)度2 30MPa，28天強(qiáng)度2 50MPa。
[0012]所述堿性激發(fā)劑組分為使主要礦物組成為硅酸鹽與鋁酸鹽的原材料發(fā)生凝結(jié)與 硬化的激發(fā)劑，由硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、氫氧化鈉 、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀 中的一種或兩種的組合。
[0013] 所述無(wú)機(jī)填料組分為改善堿激發(fā)無(wú)機(jī)聚合物施工性能，提升無(wú)機(jī)聚合物堆積密度 的無(wú)機(jī)材料顆粒，由滑石粉、石英粉、石灰石粉的一種或兩種的組合。
[0014] 所述界面粘結(jié)增強(qiáng)組分為最低成膜溫度為0-5°C，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度< 0°C，且在PH 2 10溶液環(huán)境中可溶解的可再分散聚合物粉末，由聚氧化乙烯膠粉，醋酸乙烯/叔碳酸乙烯 膠粉，丙烯酸酯膠粉、苯乙烯-丁二烯膠粉中一種或兩種的組合。
[0015] 所述結(jié)構(gòu)疏水組分為可使得堿激發(fā)硅鋁質(zhì)材料具有憎水效應(yīng)的物質(zhì)，所述結(jié)構(gòu)疏 水組分為脂肪酸及其衍生物的脂肪酸鎂、脂肪酸鋁、硬脂酸鋅、聚硅氧烷粉末防水劑中一種 或兩種的組合。
[0016] 所述硫酸鹽還原菌抑制組分為可使得硫酸鹽還原菌分解成水和二氧化碳的物質(zhì)， 所述硫酸鹽還原菌抑制組分為硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鉀、硝酸鎂、硝酸鋇、十二烷基三甲基氯 化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基二甲基芐基溴化銨中一種或兩種的組合。
[0017] 本發(fā)明還提供了一種地下污水混凝土管道防腐蝕無(wú)機(jī)聚合物涂料的制備方法，包 括如下步驟：
[0018] (1)按照各組分重量含量分別選取硅鋁質(zhì)材料組分、堿性激發(fā)劑組分、無(wú)機(jī)填料組 分、界面粘結(jié)增強(qiáng)組分、結(jié)構(gòu)疏水組分和硫酸鹽還原菌抑制組分；
[0019] (2)上述材料組分經(jīng)粉磨至顆粒粒徑小于300目后，再經(jīng)攪拌均勻后得所述地下污 水混凝土管道用無(wú)機(jī)防腐涂料。
[0020] 本發(fā)明所述的地下污水混凝土管道用無(wú)機(jī)防腐涂料的應(yīng)用方法為與5至20°C水按 無(wú)機(jī)防腐涂料:水=1:0.2-0.5的質(zhì)量比例混合即可進(jìn)行地下水管道涂層施工。
[0021] 上述地下污水混凝土管道用無(wú)機(jī)防腐涂料中硅鋁質(zhì)材料組分、堿性激發(fā)劑組分、 無(wú)機(jī)填料、界面粘結(jié)增強(qiáng)組分、結(jié)構(gòu)疏水組分和硫酸鹽還原菌抑制組分及其各自質(zhì)量比例 可實(shí)現(xiàn)如下綜合效果：當(dāng)上述無(wú)機(jī)防腐涂料與水充分混合時(shí)，堿性激發(fā)組分快速溶解于水 中形成堿性水溶液，基于堿激發(fā)膠凝材料的腐蝕、溶解、離子平衡、凝膠或微晶的縮聚反應(yīng) 及重構(gòu)作用，堿性激發(fā)組與硅鋁質(zhì)材料發(fā)生反應(yīng)，從而形成無(wú)機(jī)防腐涂料的三維致密與耐 腐蝕的微觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)pH值2 12的堿性環(huán)境也將對(duì)硫化還原細(xì)菌的存活與生長(zhǎng)產(chǎn)生一定程 度的抑制或滅活作用;無(wú)機(jī)填料組分的引入主要在于改善無(wú)機(jī)防腐涂料的施工性能，從而 改善無(wú)機(jī)防腐涂料的塑性、抗流掛性能，此外無(wú)機(jī)填料組分對(duì)無(wú)機(jī)防腐涂料的致密性與低 收縮變形有改善作用;界面粘結(jié)增強(qiáng)組分的引入可有效提升無(wú)機(jī)涂層材料與地下污水混凝 土管道的粘結(jié)力；結(jié)構(gòu)疏水組分可在涂層材料中堿激發(fā)礦渣反應(yīng)產(chǎn)物的微孔中形成憎水 層，從而有效抑制地下水中侵蝕性介質(zhì)與硫化還原細(xì)菌通過(guò)水分進(jìn)入微孔進(jìn)行傳輸;硫化 還原細(xì)菌抑制組分的加入對(duì)硫化還原細(xì)菌具有抑制作用。綜上所述，硅鋁質(zhì)材料組分上述 六種組分及其配比有利于實(shí)現(xiàn)污水混凝土管道的有效防護(hù)，具有明顯的功能區(qū)分與耐腐蝕 針對(duì)性。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:第一，涂覆于污水混凝土管道內(nèi)表面時(shí)，實(shí)現(xiàn)混凝土管道在 地下污水中抗腐蝕能力的提升;第二，抑制或滅活污水中硫化還原細(xì)菌