中国混凝土病害诊治研究院：钢筋混凝土污水处理构筑物防腐与防水维护

林文波1 刘荣1 闻宝联2

(1.天津市创业环保股份有限公司 300120；2.天津市交通科学研究院 300074）

摘 要：工业废水和生活污水环境下的混凝土防水、防腐一直是一个难题，针对钢筋混凝土池破损严重，传统修补材料和方法难以奏效的状况，采用了聚合物改性渗透结晶水泥基防水材料，对破损的混凝土构筑物进行了修复和防腐处理，解决了污染混凝土的防水和移动裂缝的修补问题，延长了钢筋混凝土的寿命。

关键词：污水处理池；腐蚀；钢筋混凝土；防水

引言

调查表明，工业污水和生活污水是已查明的对混凝土腐蚀最主要的介质。污水处理系统混凝土构筑物常年受各种腐蚀介质的侵蚀，导致结构强度下降，无法达到设计寿命，造成能源、资源的浪费。这一问题长期以来未得到重视，因此，研究污水环境下混凝土的耐久性，研究其综合腐蚀作用机理，有针对性的对现有的混凝土结构进行维护，延长其使用寿命是环保工程结构混凝土的新课题[1-3]。本文中，结合天津纪庄子污水处理厂具体情况，研究钢筋混凝土结构防腐与防水维护。

1 情况简介

天津纪庄子污水处理厂始建于上世纪80年代，是全国最早、最大的污水处理厂之一，占地面积约35公顷，目前处理规模26万吨/日，服务面积37.7平方公里，服务人口108万人。该厂采用传统活性污泥法二级处理工艺：一级处理包括格栅、泵房、曝气沉砂池和矩形平流式沉淀池；二级处理采用空气曝气活性污泥法。由于池内壁、池底常年受高浓度、多成分的污水侵蚀，固体颗粒的磨蚀以及微生物腐蚀以及钢筋混凝土结构自身老化，构筑物内、外壁及池底均存在不同程度的破损和渗漏。采用高性能混凝土维修保护材料对各类净水构筑物结构进行耐久性处理是十分必要的，第一可以最大限度的节省维修费用，第二可以尽量保证污（废）水处理设施长期有效的运行。针对污水处理厂实际情况，采用新材料及新工艺，使修复后的构筑物从外观、性能达到和超过设计标准，延长了钢筋混凝土的寿命。

2 污水处理厂钢筋混凝土病害

污水处理厂构筑物一般建在室外，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，另外大气中酸性气体的腐蚀、紫外线的照射、污水中各种成分的腐蚀、微生物的腐蚀都严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。

经实地勘察，该厂钢筋混凝土的病害主要表现为：

半埋地式混凝土池壁外壁沙浆抹灰层出现大面积龟裂和掉块，半埋地式混凝土池壁外壁混凝土局部严重开裂（见图1），混凝土隔栅出现严重破损和磨蚀，予埋铁件全部锈蚀，周边破损严重，结构钢筋出现部分锈蚀，池内水下部分存在气蚀破坏，混凝土过水孔道冲磨破坏严重。（见图2）

为了对钢筋混凝土的受腐蚀程度准确了解，专门请天津市质量监督检查第24站进行实地勘察、取样分析。根据取样分析结果，内壁剔除8mm砂浆面层后，氯离子渗入深度平均为18.3mm，最大达26mm，碳化深度最大为3mm，裂缝最宽达1.3mm，混凝土的腐蚀已经很严重，对污水处理池进行内壁防腐和外壁防护已刻不容缓。

此次进行结构维修与保护的构筑物包括：

初次沉淀池 ：—污水处理中第一次沉淀的构筑物，主要用以降低污水中的悬浮固体浓度。

二次沉淀池 ：—污水生物处理出水的沉淀构筑物，用以分离其中的污泥。

曝气池：—利用活性污泥法进行污水生物处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。

3 污水处理池维修方案研究

世界著名的混凝土专家Mehta 先生对微观结构与混凝土耐久性之间的关系有如下论述：”从长远角度看，混凝土的可穿透性或可渗水性是唯一与耐久性直接相关的特性。有大量的事实证明，如果混凝土结构完全不可穿透或完全不渗水，则那些病害，包括钢筋锈蚀、碱骨料反应和冻融破坏根本就不会发生[4]。”

所有的腐蚀破坏都是从混凝土表面渗水开始的，在混凝土表面加一层防护层，将外界腐蚀介质阻隔，则可避免几乎所有的破坏。

3.1内壁防腐处理

传统的混凝土防腐方法主要有：环氧类有机防腐蚀涂料涂层，玻璃钢衬里，树脂鳞片胶泥衬里等，但实践表明，由于受弹性模量差异和混凝土基面处理水平的影响，有机材料和混凝土结合面的黏结性能很难保障，且本身易老化，加之成本也高，开始逐渐被淘汰，而操作简便、更耐久、经济的防腐材料逐渐受到人们的青睐。随着材料科学的进步，一种新的防腐、防水材料—聚合物改性水泥基渗透结晶系列防水材料的出现，促进了混凝土防腐的进步。

聚合物改性水泥基渗透型结晶防水材料，是以高强度水泥为载体，经聚合物和微硅粉改性而成。微硅粉是一种非晶态硅，与其他活性物质一起从混凝土表面渗入内部，与水泥在水化过程中产生的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成球状水化硅酸钙结晶。生成的水化硅酸钙颗粒的大小为10埃左右，比水分子小很多，可以有效填充堵塞水泥浆中的毛细孔，防水效果优良。

另外，由于硅粉和聚合物树脂的颗粒都很小，使得防水层和被涂刷表面的微观距离大大缩短，从而极大的提高了防水涂层与结构的结合强度，因此，内壁的维护选用该类材料。

其优越的性能主要表现在：强烈的渗透性，永久的防水能力，独特的自我修复能力， 特有的整体防水能力，防化学侵蚀，并对钢筋起保护作用，无毒、无公害，施工简单，对复杂混凝土基面适应性好。

3.2外壁的维护

污水池外壁裸露于大气中，其所受侵蚀主要来自于二氧化碳和雨水，随着工业化进程的加快，各种有害气体的排放不断增加，世界各地出现了酸雨，酸雨对钢筋混凝土的侵蚀已不容忽视，对其进行涂装加强外维护势在必行。

基于与内壁同样考虑，在混凝土池外壁涂装聚合物水泥基保护材料，可以在表面形成一个均匀无缝的涂层，隔绝雨水和酸性气体起到防腐作用。

该类材料的另一个特点就是耐紫外线和抗霉菌，集防水功能和装饰功能于一身，适用于混凝土和砖石墙体表面的防潮、修饰与保护。

3.3维护材料简要介绍

“立止水”，由多种化学物质组成的干粉状材料，遇水后迅速膨胀并变硬，与墙体形成一体堵住漏洞。

“优止水”高效防水剂，呈干粉状，是一种水泥基高强度防水材料。

柔性”优止水”高效防水剂，一种柔韧性良好的可呼吸水泥基防水材料。

FP阻锈剂，一种双组份混凝土加强筋阻锈材料，含有MCI（迁移型锈蚀抑制剂）成分，能有效地抑制混凝土中加强筋锈蚀现象的产生。

UP2000结构修补剂，一种经聚合物改性的水泥基快干、不下垂的结构修补材料。

ADEX混凝土结构修补涂装体系，水泥基类材料，由N型（NIVELEX）底涂材料、玻璃纤维增强网、R型（REVIFLEX）面涂材料组成，是一种理想的混凝土结构尤其是可移动结构的修补涂装体系。

4 混凝土防腐、防水施工工艺

施工工艺与材料的选择同样重要，对不同部位和病害情况，要采取不同的方案。

4.1池体内壁施工工艺

1）高压水砂洗池体面层及杂物暴露新茬。

2）裂缝治理(见图3)

裂缝部位放线→开槽→清理清洗界面→立止水堵漏→抹柔性优止水→铺加强网→二道柔性优止水→养护

3）破损混凝土

彻底清除开裂、松动、起鼓层→清洗界面→UP2000修补

4）对予埋铁件及锈蚀钢筋治理

彻底剔除锈蚀铁件及相连锈蚀砼→钢筋除锈→刷FP阻锈剂→清理表面→UP2000修补刷柔性优止水面层(图4)

5）表面高压水冲洗干净,涂刷刚性”优止水”高效防水剂两遍

6）对“优止水”高效防水剂喷雾养护24小时

4.2池上端栏杆埋件处理

剔除松动砼→气焊枪切割残余铁栏杆头→剔除表面破损砼→在予埋铁上焊接新栏杆埋件→清洗→除锈、涂阻锈剂→UP2000修补

4.3污水池外壁维护工艺

1）高压水砂洗池体面层及杂物暴露新茬。

2）裂缝治理

裂缝部位放线→开槽→清理清洗界面→立止水堵漏→抹柔性优止水→铺加强网→二道柔性优止水养护(图3)

3）破损砼池壁修复和铁件剔除部分修补

对池壁表面，起鼓干裂砂浆面层进行彻底清除及生根断开的钢筋距表层面至少达3cm以上，与铁板相连混凝土有锈部分也一并剔除，彻底清洗干净。被修补界面经用水充分湿润后，抹UP2000砼修补剂，修补厚度每层不超过25mm，分层补平。在池口，阴阳角处修补要与原构筑物一致，达到齐平，角棱线条清晰。

4）按要求涂装ADEX混凝土结构修补涂装体系。

5 结论

混凝土工程和结构是一个复杂的体系，合理选材和制定合理的施工工艺是防护的关键[5]，高度重视钢筋混凝土腐蚀危害及其耐久性的影响，具有十分重要和深远的意义。

聚合物改性渗透型水泥基结晶防水材料在污水处理池上的应用，解决了该类建筑物防腐、维护的难题。（图5、图6）。

参考文献：

[1] 王宗昌，陈金泉. 工业污水对混凝土结构的腐蚀问题[J].石油化工腐蚀与防护. 2001.18[4]:58-59

[2] 闻宝联，刘凯利，王宝来 ,等.石油化工污水处理厂混凝土构筑物防腐与修补维护[J].工业用水与废水.2004.35(4): 58-60

[3] 韩静云，张小伟，田永镜，等. 污水处理系统中混凝土结构的腐蚀现状调查及分析[J].混凝土.2000,（11）:52-55

[4] P.K.Mehta. Advancements in Concrete Technology[C]，Concrete international. June 1999

[5] 闻宝联，涂光备，刘凯利，等. 钢筋混凝土桥梁病害调查与维护研究[J].桥梁建设. 2004,（1）:78-81