新型抗腐蚀防渗漏环保工程——防护溶胶
随着我国经济的飞速发展，每年产生的污水量、垃圾量大幅增加。垃圾填埋所产生的垃圾渗滤液和生活污水、生产废水，含有大量性质各异的污染物，有固体或溶解性的、酸性或碱性的、有机和无机污染物及重金属等。在处理污水和填埋场渗滤液的过程中，若防渗漏措施不当或失效，污水和垃圾渗滤液便会流入地面水体，污染水体、地下水和土地，对人体健康和人类生活及生产都会带来严重的危害。
污水和垃圾渗滤液都是成分复杂的混合废水，除了会给环境带来不利影响外，还含有大量会侵蚀混凝土的高浓度腐蚀介质。这些高浓度腐蚀介质在与混凝土构筑物长期接触中，会逐渐腐蚀和破坏混凝土构筑物。而用于污水和垃圾填埋处理的混凝土构筑物，在这些高浓度腐蚀介质的长期侵蚀下会被破坏，造成污水和垃圾渗滤液严重泄漏，影响环境安全，同时还会破坏混凝土结构而影响其结构的安全，且当混凝土构筑物被腐蚀破坏后，必将需要较长的修复期，从而影响污水及垃圾处理工作的正常进行。所以，污水处理和垃圾填埋处理的混凝土基础设施，应该同时做好防渗漏和基础设施的防护工作。防渗漏的目的是为了保障环境的安全；基础设施防护的目的是为了提高混凝土基础设施的耐久性。只有混凝土基础设施安全牢固、防渗漏有效可靠才能更好地保护环境。
1 污水和垃圾渗滤液对混凝土的腐蚀
我国《铁路混凝土及砌石工程施工规范》（TDJ210- 86）规定，在直接临水或强透水层情况下，侵蚀性CO2＞ 15mg/L时就会产生不同程度的碳酸侵蚀；多数学者认为，液体中硫酸根含量超过200mg/L即可对混凝土产生侵蚀作用，而污水和垃圾渗滤液中腐蚀介质的含量远远超过这些限定指标。
污水和垃圾渗滤液对混凝土的侵蚀类型主要是化学反应、物理化学反应，侵蚀对象主要是混凝土中维持水化硅酸钙与水化铝酸钙稳定的Ca(OH)2等。在侵蚀过程中，随着Ca(OH)2的溶出流失，一方面水化硅酸钙与水化铝酸钙失去稳定性而水解，使混凝土强度不断降低， pH值的不断下降会导致钢筋钝化膜破坏造成钢筋锈蚀而影响结构安全；另一方面，混凝土硬化水泥浆体中无害小孔量逐步减少，有害大孔量逐步增加，孔结构逐步变差，各类腐蚀性物质更便于扩散侵蚀，加速混凝土的侵蚀破坏。
2 目前常用的防渗漏材料
在污水处理和填埋场渗滤液的防渗漏及混凝土防腐工程中，主要采用的方法之一是混凝土外涂装防水材料，利用这些材料在达到提高混凝土防水能力的同时，间接提高混凝土的防腐蚀能力。目前主要采用的是以下两大类防渗漏材料。
（1）沥青类防水材料
以天然沥青、石油沥青和煤沥青为主要原材料制成的沥青油毡、纸胎沥青油毡、溶剂型和水乳型沥青类或沥青橡胶类涂料、油膏，如SBS 、APP改性沥青卷材等。
（2）橡胶塑料类防水材料
以氯丁橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶、聚氯乙烯、聚异丁烯和聚氨酯等原材料，可制成弹性无胎防水卷材、防水薄膜、防水涂料、涂膜材料及油膏、胶泥、止水带等密封材料，如HDPE、LDPE高分子防水卷材等。
以上两类材料在单独使用时或与胎体增强材料复合时，可以分层涂刷、喷涂或热熔焊接，在需要进行防水抗渗处理的混凝土基体表面，形成一个连续、无缝、整体的且具有一定厚度的涂膜防水层，满足防水抗渗的要求。由于这两类材料需在整个混凝土基体表面形成“连续、无缝”的整体，才能起到外部环境和混凝土间的物理隔离作用，所以一旦出现施工（如粘结、热熔焊接）、材料老化及外力破坏等问题后，极易造成由点及面整体防水层失效的后果。
3 抗腐蚀耐老化防渗漏混凝土环保工程防护溶胶（以下简称防护溶胶）
随着科学技术的发展，纳米材料在各个领域得到越来越广泛的应用。防护溶胶是一种新型的纳米材料，和传统只具有单一物理隔离作用、只能利用材料的防水性能间接达到混凝土防腐目的的防水材料相比，防护溶胶对混凝土具有双重隔离保护作用，在形成外部环境和混凝土间防渗漏层的同时形成了混凝土的防腐蚀保护层，而且具有环保、耐老化、长效可靠等优良性能。
溶胶属于胶体化学的胶体分散系，是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊的物质，其具备以下特征：1）分散相（质）粒径为1～100nm的超细颗粒； 2）超细颗粒须是固体（才能和分散介质有明显的物理分界面）。
超细颗粒经介质分散后形成该物质的特殊状态，此状态即为溶胶。溶胶通过不溶超细颗粒赋予了不同于原物质的新的性质。
防护溶胶由天然无机硅酸盐类矿物为原料，通过特殊工艺将其制成直径为1～100nm的具有刚性的超细固体颗粒（粒子的摩氏硬度大于5级，即硬度大于玻璃），并分散于介质水中形成溶胶。 防护溶胶的工作原理就是把混凝土表层有害孔隙无害化作为基本出发点，使混凝土表层形成无害保护层，并通过混凝土表层的无害保护层实现对混凝土的防水和综合防护。
防护溶胶采用喷涂方式作业。当溶胶喷涂于硬化混凝土表面后，溶胶在毛细压力作用下以渗透的方式进入混凝土孔隙，多相超细固体粒子密实孔隙并和水泥的水化物反应，生成凝胶层。溶胶中较大的粒子在孔隙中形成具有刚性的三维网状骨架，使凝胶层具有一定的几何外形，显示出固体的力学性质；中、小粒子在三维网状骨架和孔隙壁间紧密堆积，填充空隙，作为三维网状骨架在孔隙内的延伸，减小凝胶层自身的大孔率，密实凝胶层。在反应后生成的凝胶则通过化学键包裹各种粒子和孔隙壁表面，并把各种粒子和孔隙壁紧密地粘结在一起，形成结构非常稳定、具有不可逆性固体力学性质的凝胶层。在混凝土孔隙中反应生成的多孔凝胶层，通过不同级配超细粒子的填充、密实，以物理填充的方式减小了混凝土表层原有有害孔隙的孔径，减少了开口孔隙率，改变了混凝土表层的孔分级、分孔隙率，使混凝土和外部环境相联的有害孔变成了无害孔。反应生成的凝胶则通过包裹、粘结粒子和孔隙壁，以化学的方式巩固凝胶层结构，使凝胶层稳定、牢固地存在于混凝土孔隙中。
溶胶在物理和化学两种方式的共同作用下，使凝胶层自身具有极小的孔径、很好的孔型结构、很大的孔分散度和极大的比表面积，并通过凝胶层使混凝土表层的有害孔级变为无害孔级。
溶胶反应后生成的凝胶层，对混凝土具有双重隔离防护作用。凝胶层在外部环境和混凝土间以无害孔级的多孔凝胶形成混凝土的整体隔离防护层，阻止外部环境水及有害物质进入混凝土内部，并以优良的表面能吸附进入凝胶层的腐蚀介质，使其无法穿越凝胶层进入混凝土内部，形成对混凝土的整体隔离防护；反应时凝胶的包裹、粘结作用，固化、屏蔽了混凝土中易受侵蚀的组分，以及凝胶层自身具有的低 Cl - /OH- 和呈负电性的Ca2+ 及无害凝胶孔，从各类腐蚀的发生条件上形成了有针对性抑制作用的局部隔离防护层。
防护溶胶通过整体和局部隔离防护作用的有机结合，有效抵御、抑制了环境中水及不同腐蚀源对混凝土的侵蚀，在提高了混凝土抗渗漏能力的同时提高了混凝土的耐久性。
4 传统防渗漏材料与防护溶胶的比较
（1）材料生产过程的环保性
有机高分子材料完全依赖于石油化学工业并以石油为主要原料。在生产过程中除了消耗大量煤和石油外，还使用了大量对人体和环境有害的溶剂、颜料和助剂，并向大气排放有机挥发物（VOC），会对环境造成不良影响。
防护溶胶的基料大都为普通且储量丰富的天然矿石或金属氧化物并以水为分散介质。基料不使用溶剂，除水分挥发外没有VOC的危害问题。生产过程只是消耗一定的能量，不会向大气排放有毒有害气体或造成其它严重的环境污染。
（2）施工过程的环保性
为了在混凝土表面形成一个连续、无缝、整体的膜状防水层，卷材或片材的粘结以及有机防水涂料的稀释，都需在施工时使用苯类或甲醛作为溶剂。这些助剂的固含量低、挥发分大，会对环境造成污染并危害施工人员的人身安全。
防护溶胶的基料本身无毒，无需使用有机溶剂，所以不会对环境造成污染，不会危害施工人员的人身安全。
（3）耐老化问题
有机高分子材料用作混凝土防水层时的耐老化寿命和防护对象混凝土相比始终存在较大差距。 防护溶胶能和混凝土基材中的物质发生化学反应，生成无机盐类的新物质，防护溶胶的自身基料和生成物的性质决定了其具有较好的耐久性，并且涂料自身和基材是牢固的化学结合。
（4）施工条件要求
有机高分子材料施工条件要求高且工艺复杂易留隐患。
防护溶胶施工条件要求低，工艺简单。
5 结语
污水集中处理、垃圾焚烧和垃圾填埋等措施，本身就旨在努力减少有害物质对环境的不利影响。所以对于污水和垃圾填埋渗滤液处理设施防渗漏材料的选择，应该选择在生产过程中对环境无害，在使用过程中对环境无不利影响，并且材料自身寿命长，能够有效提高混凝土结构耐久性的抗腐蚀、耐老化、防渗漏混凝土环保工程防护溶胶，在今后制定的环境保护工程技术规范中也将会采用其技术参数。
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