XYPEX“赛柏斯”水泥基渗透结晶型防渗材料

在甘肃庆阳石化工程中的应用

 

 

张成武  王  晛  于  明  李  涛

 

摘 要 石化行业容易造成环境污染，生产过程产生的废液可通过土壤渗透到地下，对土壤和地下水造成污染，石化企业防止地下水污染成为环保关注点。XYPEX“赛柏斯”水泥基渗透结晶型防渗材料具有渗透率低、施工简单、成本低廉的特点，可代替HDPE膜成为新型的防渗材料。该材料使用后解决了石化装置大型设备基础不均匀沉降对HDPE膜的破坏。

 

关键词  XYPEX“赛柏斯”水泥基渗透结晶型防渗材料  黄土地基  应用

 

一、 石化行业的污染源

石化行业是环境敏感行业，原料、中间品及产品在土壤中的渗透率极强，在生产过程中一旦发生泄漏，污染物即渗透到土壤中而对地下水产生污染，石化行业的液体特征污染物为石油类、苯类、有机溶剂类等，根据饮用水质量标准，原油标准不大于0.3mg/L，苯的标准为不大于0.01mg/L，因此，小量的渗漏都将造成地下水污染，而地下水一旦被污染将很难在短时间内得以恢复，因此，石化行业的污染治理成为环境保护的重要课题。

二、污染物在黄土地地基的渗透分析

黄土源的土质在30～40米范围内的分布依次为：黑垆土、马兰黄土、离石黄土和古黄土，地下水在30米以下。

通过对黄土地基渗透进行试验，测得黄土的渗漏量为0.028—0.60m3/d，垂直渗透系数为0.34～7.85m/d，其透水性尚好。

石化装置和其他生产装置一样都不可避免的产生排放物，正常工况下无组织排放，通常达到流通量或贮存量的0.01%，油品中只有少部分挥发进入环境空气中，大部分则可能通过地表进入地表水和土壤中。油品对地下水的污染已经成为环境治理的重点内容，国家环保部在石化项目环境评价时将防止地下水污染做为重点进行评价。

以下以炼油企业做为研究对象，通过建立地下水溶质运移数值模型，选择石油和苯作为对地下水环境影响模拟预测因子，对工厂苯、石油泄露可能对地下水产生的影响进行模拟预测，按照饮用水质量标准，苯的标准为0.01mg/L，原油标准0.3mg/L进行预测。根据上述标准确定污染物超标范围（图中红色范围），模拟结果见图一和图二。

 

图一 正常工况无防渗苯泄露20年污染范围图

图二 正常工况无防渗原油泄露15年污染范围图

预测结果显示：

（1）在正常工况无防渗条件下，苯泄露20年，石油泄露15年后超标范围将跑出厂区，进入地表水，进而污染地表水。

（2）无防渗条件下，在原油管线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标区，但超标区范围均在厂区内，污染影响范围（浓度大于检出限，但低于饮用水标准）将超出厂区。

但在采用良好的防渗措施条件下(防渗膜渗透系数<10^-12cm/s)，污染物穿透防渗膜的时间为314年，因此可以认为在有防渗条件下，工厂区几乎不会对地下水产生污染。

三、防止污染的方式

    防止污染是一个系统工程，必须从各方面进行防范。目前，防渗所采用的方法主要包括以下几个方面:一是从源头上减少泄漏发生的可能性，及主动防渗；二是在泄漏发生后采取措施防止污染物渗漏进入土壤或地下水，即阻断污染物与土壤或地下水接触 ；对已发生污染区的地下水进行有效堵截、收集和处理，即被动防渗也叫事后处理。

3.1主动防渗的主要措施有：

①从设计上把好第一道关口

优良的设计是防止物料和污水泄漏的根本。防止物料和污水泄漏必须从源头抓起，从工程设计方面采取措施，加强装置防泄漏技术措施，严防生产装置、储运设施、相关地上、地下设备及管道发生事故或产生泄漏。

②从工程施工及质量控制上把好第二道关

工程质量是防止物料和污水泄漏的保障。

③从运行管理上把好第三道关口

加强运行过程管理是防止物料和污水泄漏的关键。检修、拆卸时必须采取措施，集中收集，分质处理，部分密闭回收，部分处理合格后再排放。对于生产过程中的物料可能污染区域分别设置围堰。对于储存、输送其围堰和地面应作防腐和防渗处理，围堰内的废水应排至中和池进行中和处理。

3.2被动防渗是地下水已经被污染后采取的补救措施，如置换地下水等措施，该措施投资大、处理费用高，是无奈之举。

阻段污染物与地下水的接触是工程采用的有效手段。

四、常见防渗技术

4.1 土工合成材料防渗技术及自动检测技术

土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，它是以人工合成的聚合物，如塑料、化纤等为原料，制成的各种类型的产品，种类有土工织物、土工膜、复合型土工合成材料和特种土工合成材料等。

土工膜在国外应用超过50年、国内达40年，目前国内普遍采用的有HDPE膜。该材料具有较好的抗拉强度、撕裂强度、顶破强度及耐酸、碱性、耐热性、耐热、耐光耐应变等功能。

4.2  膨润土和膨润土防水毯防渗技术

膨润土的种类有钠基膨润土和钙基膨润土，在局限的条件下，高膨胀率的膨润土遇水膨胀,形成一种致密的胶凝体，能有效地阻水的入侵。

4.3 XYPEX“赛柏斯”水泥基渗透防水材料及技术

水泥基混凝土系列防渗材料主要包括以下产品类型

4.3.1 混凝土掺和剂

提高混凝土的防水、防腐和防渗功能，改进混凝土性能。

4.3.2浓缩剂

是化学活性最强的一种，主要用于防渗、防潮、补强和结构连接处堵漏，裂缝、缺陷和蜂窝麻面状的结构修补。

4.3.3增效剂

作为表面涂层，提高混凝土的防渗、防潮、补强性能。

4.3.4修补堵漏剂

它是一种结晶型的水泥混合剂，能够封闭裂缝、堵塞漏洞和修补混凝土的其它缺陷。

4.4 XYPEX“赛柏斯”水泥基防渗材料主要适用于混凝土的各种工程其中包括：

污水处理场的各种水池；

混凝土废物、废渣填埋场的防渗添加剂；

各种混凝土污水井、积水坑、化粪池、管道及含污染物的混凝土围堰等。

4.5 防渗墙技术

    防渗墙技术是在厂址周边修筑地下防渗墙，以防止区域内地下污染水外泄，达到防止污染下游地下水的目的。此法常用于水库、水坝的防渗。

五、XYPEX“赛柏斯”水泥基渗透结晶型防渗材料的应用

5.1 混凝土掺合剂对混凝土性能的改变

XYPEX“赛柏斯”混凝土掺合剂是具有独特结晶作用的外加剂。加入到混凝土或水泥砂浆中配料时使用，有防渗、防腐和提高强度、自我修复等功效。其作用机理是，材料中含有的活性化学物质以水作为载体，在混凝土微孔及毛细管中渗透、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状结晶，并与混凝土结合成为整体，充分提高混凝土的密实度，达到防渗、防污、补强、防腐保护钢筋等多方面的效果，并增强延长混凝土结构的寿命。

未经处理的混凝土，可以看到在切面照片上呈现的氢氧化钙立方体和菱形六面体的胶凝体和微粒。如下图：

                                                                                    图四
                                                                                 

添加掺合剂的混凝土，在28天后，可以看到混凝土的毛细管中已经生成了致密的、充分发展的结晶体结构（如图二），因此能长期承受强大水压，及各种液体的侵蚀。

 

   

图五

经检测对于各种液体有很好的阻止其渗透能力，可达渗透系数达到10^-12㎝/s; 达到与HDPE膜相同等级的渗透系数，该混凝土可称为抗渗混凝土。

5.2 抗渗混凝土的特点

抗渗混凝土与HDPE膜相比有以下优点：施工完养护期后不怕穿刺及磕碰、抗氧化、抗碳化、抗氯离子的危害，抗辐射；抗高低温，抗冻融循环；可保护钢筋及金属埋件；可用在迎水面，也可用在背水面；其应用领域广泛；它可在潮湿面上施工，也可和混凝土浇筑同步，故可缩短工期；施工方法简便，混凝土基面上不需找平层、施工后也勿须保护层，故省工、省料；与混凝土结构同寿命，并能有效提高混凝土结构的使用寿命。

抗渗混凝土和柔性材料对比

对重点污染区域的工艺主装置区，由于在工程上难以解决基础不均匀沉降对HDPE膜的破坏，且如果损坏难以修复，而地面防渗涂料具有随时可修复的优点，因此采用防渗混凝土优于防渗膜。

六、结  论

在甘肃庆阳石化工程中黄土层由于卵石层埋深较深，难以利用，装置地基一般采用摩擦桩，但摩擦桩对防渗膜的施工带来极大的困难，土建施工和防渗膜施工协调难度大，互相影响，尤其土建施工器械对防渗膜的破坏非常严重，同时大型设备基础不均匀沉降会对防渗膜造成撕裂、破坏，且难以修复。采用XYPEX“赛柏斯”防渗材料施工简单，工序间施工互不影响，出现裂纹及时可以修复，损坏后修复容易，是理想的装置区防渗材料。

 

 

张成武：（1964.2--）汉族，工程师，中国石油大学毕业，中国石油庆阳石化分公司，多年从事化工炼油项目建设，QHSE管理工作。

于  明：（1962.10--）满族，工程师，华北石油理工大学，中国石油呼和浩特石化分公司，多年从事化工炼油项目建设，HSE管理工作。

王  晛（1968.7--）汉族，工程师，扬州大学工学院，在中石油工程建设公司华东设计分公司一直从事结构工程设计。

李  涛（1956.5—）汉族，工程师，长春理工大学。

 

参考文献

1、 薛明，孔庚.追求完美体现品质.建筑新技术，2000，8（1）

2 、黄承逵.纤维混凝土结构.机械工业出版社.2004 

3 、王一飞，王海冰.钢纤维混凝土施工与泵送技术.建筑技术.2003（1）