XYPEX“賽柏斯”水泥基滲透結晶型防滲材料

在甘肅慶陽石化工程中的應用

 

 

張成武  王  晛  于  明  李  濤

 

摘 要 石化行業容易造成環境污染，生產過程產生的廢液可通過土壤滲透到地下，對土壤和地下水造成污染，石化企業防止地下水污染成為環保關注點。XYPEX“賽柏斯”水泥基滲透結晶型防滲材料具有滲透率低、施工簡單、成本低廉的特點，可代替HDPE膜成為新型的防滲材料。該材料使用后解決了石化裝置大型設備基礎不均勻沉降對HDPE膜的破壞。

 

關鍵詞  XYPEX“賽柏斯”水泥基滲透結晶型防滲材料  黃土地基  應用

 

一、 石化行業的污染源

石化行業是環境敏感行業，原料、中間品及產品在土壤中的滲透率極強，在生產過程中一旦發生泄漏，污染物即滲透到土壤中而對地下水產生污染，石化行業的液體特征污染物為石油類、苯類、有機溶劑類等，根據飲用水質量標準，原油標準不大于0.3mg/L，苯的標準為不大于0.01mg/L，因此，小量的滲漏都將造成地下水污染，而地下水一旦被污染將很難在短時間內得以恢復，因此，石化行業的污染治理成為環境保護的重要課題。

二、污染物在黃土地地基的滲透分析

黃土源的土質在30～40米范圍內的分布依次為：黑壚土、馬蘭黃土、離石黃土和古黃土，地下水在30米以下。

通過對黃土地基滲透進行試驗，測得黃土的滲漏量為0.028—0.60m3/d，垂直滲透系數為0.34～7.85m/d，其透水性尚好。

石化裝置和其他生產裝置一樣都不可避免的產生排放物，正常工況下無組織排放，通常達到流通量或貯存量的0.01%，油品中只有少部分揮發進入環境空氣中，大部分則可能通過地表進入地表水和土壤中。油品對地下水的污染已經成為環境治理的重點內容，國家環保部在石化項目環境評價時將防止地下水污染做為重點進行評價。

以下以煉油企業做為研究對象，通過建立地下水溶質運移數值模型，選擇石油和苯作為對地下水環境影響模擬預測因子，對工廠苯、石油泄露可能對地下水產生的影響進行模擬預測，按照飲用水質量標準，苯的標準為0.01mg/L，原油標準0.3mg/L進行預測。根據上述標準確定污染物超標范圍（圖中紅色范圍），模擬結果見圖一和圖二。

 

圖一 正常工況無防滲苯泄露20年污染范圍圖

圖二 正常工況無防滲原油泄露15年污染范圍圖

預測結果顯示：

（1）在正常工況無防滲條件下，苯泄露20年，石油泄露15年后超標范圍將跑出廠區，進入地表水，進而污染地表水。

（2）無防滲條件下，在原油管線破裂小孔泄露七天采取措施后，地下水中5年后仍然有原油的超標區，但超標區范圍均在廠區內，污染影響范圍（濃度大于檢出限，但低于飲用水標準）將超出廠區。

但在采用良好的防滲措施條件下(防滲膜滲透系數<10^-12cm/s)，污染物穿透防滲膜的時間為314年，因此可以認為在有防滲條件下，工廠區幾乎不會對地下水產生污染。

三、防止污染的方式

    防止污染是一個系統工程，必須從各方面進行防范。目前，防滲所采用的方法主要包括以下幾個方面:一是從源頭上減少泄漏發生的可能性，及主動防滲；二是在泄漏發生后采取措施防止污染物滲漏進入土壤或地下水，即阻斷污染物與土壤或地下水接觸 ；對已發生污染區的地下水進行有效堵截、收集和處理，即被動防滲也叫事后處理。

3.1主動防滲的主要措施有：

①從設計上把好第一道關口

優良的設計是防止物料和污水泄漏的根本。防止物料和污水泄漏必須從源頭抓起，從工程設計方面采取措施，加強裝置防泄漏技術措施，嚴防生產裝置、儲運設施、相關地上、地下設備及管道發生事故或產生泄漏。

②從工程施工及質量控制上把好第二道關

工程質量是防止物料和污水泄漏的保障。

③從運行管理上把好第三道關口

加強運行過程管理是防止物料和污水泄漏的關鍵。檢修、拆卸時必須采取措施，集中收集，分質處理，部分密閉回收，部分處理合格后再排放。對于生產過程中的物料可能污染區域分別設置圍堰。對于儲存、輸送其圍堰和地面應作防腐和防滲處理，圍堰內的廢水應排至中和池進行中和處理。

3.2被動防滲是地下水已經被污染后采取的補救措施，如置換地下水等措施，該措施投資大、處理費用高，是無奈之舉。

阻段污染物與地下水的接觸是工程采用的有效手段。

四、常見防滲技術

4.1 土工合成材料防滲技術及自動檢測技術

土工合成材料是一種新型的巖土工程材料，它是以人工合成的聚合物，如塑料、化纖等為原料，制成的各種類型的產品，種類有土工織物、土工膜、復合型土工合成材料和特種土工合成材料等。

土工膜在國外應用超過50年、國內達40年，目前國內普遍采用的有HDPE膜。該材料具有較好的抗拉強度、撕裂強度、頂破強度及耐酸、堿性、耐熱性、耐熱、耐光耐應變等功能。

4.2  膨潤土和膨潤土防水毯防滲技術

膨潤土的種類有鈉基膨潤土和鈣基膨潤土，在局限的條件下，高膨脹率的膨潤土遇水膨脹,形成一種致密的膠凝體，能有效地阻水的入侵。

4.3 XYPEX“賽柏斯”水泥基滲透防水材料及技術

水泥基混凝土系列防滲材料主要包括以下產品類型

4.3.1 混凝土摻和劑

提高混凝土的防水、防腐和防滲功能，改進混凝土性能。

4.3.2濃縮劑

是化學活性最強的一種，主要用于防滲、防潮、補強和結構連接處堵漏，裂縫、缺陷和蜂窩麻面狀的結構修補。

4.3.3增效劑

作為表面涂層，提高混凝土的防滲、防潮、補強性能。

4.3.4修補堵漏劑

它是一種結晶型的水泥混合劑，能夠封閉裂縫、堵塞漏洞和修補混凝土的其它缺陷。

4.4 XYPEX“賽柏斯”水泥基防滲材料主要適用于混凝土的各種工程其中包括：

污水處理場的各種水池；

混凝土廢物、廢渣填埋場的防滲添加劑；

各種混凝土污水井、積水坑、化糞池、管道及含污染物的混凝土圍堰等。

4.5 防滲墻技術

    防滲墻技術是在廠址周邊修筑地下防滲墻，以防止區域內地下污染水外泄，達到防止污染下游地下水的目的。此法常用于水庫、水壩的防滲。

五、XYPEX“賽柏斯”水泥基滲透結晶型防滲材料的應用

5.1 混凝土摻合劑對混凝土性能的改變

XYPEX“賽柏斯”混凝土摻合劑是具有獨特結晶作用的外加劑。加入到混凝土或水泥砂漿中配料時使用，有防滲、防腐和提高強度、自我修復等功效。其作用機理是，材料中含有的活性化學物質以水作為載體，在混凝土微孔及毛細管中滲透、充盈，催化混凝土中的微粒及未完全水化的水泥成分再水化，形成不溶于水的枝蔓狀結晶，并與混凝土結合成為整體，充分提高混凝土的密實度，達到防滲、防污、補強、防腐保護鋼筋等多方面的效果，并增強延長混凝土結構的壽命。

未經處理的混凝土，可以看到在切面照片上呈現的氫氧化鈣立方體和菱形六面體的膠凝體和微粒。如下圖：

                                                                                    圖四
                                                                                 

添加摻合劑的混凝土，在28天后，可以看到混凝土的毛細管中已經生成了致密的、充分發展的結晶體結構（如圖二），因此能長期承受強大水壓，及各種液體的侵蝕。

 

   

圖五

經檢測對于各種液體有很好的阻止其滲透能力，可達滲透系數達到10^-12㎝/s; 達到與HDPE膜相同等級的滲透系數，該混凝土可稱為抗滲混凝土。

5.2 抗滲混凝土的特點

抗滲混凝土與HDPE膜相比有以下優點：施工完養護期后不怕穿刺及磕碰、抗氧化、抗碳化、抗氯離子的危害，抗輻射；抗高低溫，抗凍融循環；可保護鋼筋及金屬埋件；可用在迎水面，也可用在背水面；其應用領域廣泛；它可在潮濕面上施工，也可和混凝土澆筑同步，故可縮短工期；施工方法簡便，混凝土基面上不需找平層、施工后也勿須保護層，故省工、省料；與混凝土結構同壽命，并能有效提高混凝土結構的使用壽命。

抗滲混凝土和柔性材料對比

對重點污染區域的工藝主裝置區，由于在工程上難以解決基礎不均勻沉降對HDPE膜的破壞，且如果損壞難以修復，而地面防滲涂料具有隨時可修復的優點，因此采用防滲混凝土優于防滲膜。

六、結  論

在甘肅慶陽石化工程中黃土層由于卵石層埋深較深，難以利用，裝置地基一般采用摩擦樁，但摩擦樁對防滲膜的施工帶來極大的困難，土建施工和防滲膜施工協調難度大，互相影響，尤其土建施工器械對防滲膜的破壞非常嚴重，同時大型設備基礎不均勻沉降會對防滲膜造成撕裂、破壞，且難以修復。采用XYPEX“賽柏斯”防滲材料施工簡單，工序間施工互不影響，出現裂紋及時可以修復，損壞后修復容易，是理想的裝置區防滲材料。

 

 

張成武：（1964.2--）漢族，工程師，中國石油大學畢業，中國石油慶陽石化分公司，多年從事化工煉油項目建設，QHSE管理工作。

于  明：（1962.10--）滿族，工程師，華北石油理工大學，中國石油呼和浩特石化分公司，多年從事化工煉油項目建設，HSE管理工作。

王  晛（1968.7--）漢族，工程師，揚州大學工學院，在中石油工程建設公司華東設計分公司一直從事結構工程設計。

李  濤（1956.5—）漢族，工程師，長春理工大學。

 

參考文獻

1、 薛明，孔庚.追求完美體現品質.建筑新技術，2000，8（1）

2 、黃承逵.纖維混凝土結構.機械工業出版社.2004 

3 、王一飛，王海冰.鋼纖維混凝土施工與泵送技術.建筑技術.2003（1）