Corrosion resistance of an experimental highly alkaline shotcrete to biogenic sulfuric acid in a controlled sewer environment
Translated title
Korrosionsbestandighed af en eksperimentel stærkt alkalisk skudbeton over for biogen svovlsyre i et kontrolleret kloakmiljø
Author
Gionti, Vincenzo
Term
4. term
Publication year
2020
Submitted on
2020-06-10
Pages
62
Abstract
This thesis evaluates whether an experimental highly alkaline shotcrete (ASC) can resist biogenic sulfuric acid attack in sewers and how it compares with a standard concrete (STDC) used in Danish sewer mains. In laboratory reactors, carbon dioxide uptake was measured to assess carbonation, and a simple model was applied to estimate carbonation depth. Concrete discs of both materials were then incubated under sewer-like conditions to promote sulfur-oxidizing bacteria, after which hydrogen sulfide (H2S) uptake was measured in small reactors and fitted with a kinetic model. The results show that CO2 uptake in ASC is about 24 times higher than in STDC, with a 10–12 mm ASC layer becoming fully carbonated in 2–3 months. At H2S concentrations below 40 ppm, ASC’s H2S uptake is roughly twice that of STDC. Despite this, the calculated corrosion rates for the two materials are similar at constant H2S below 100 ppm; at 100 ppm, a 10 mm layer is projected to corrode in about 3.8 years for STDC and 4.3 years for ASC. Using a 365-day H2S time series from a manhole downstream of a force main near the wastewater treatment plant in Ikast, the corrosion rate was estimated at approximately 0.91 mm per year, implying nearly 11 years to consume 10 mm. Overall, although ASC corrodes at a rate comparable to STDC, its higher H2S uptake can lower downstream H2S levels and thereby help protect concrete further along the network; coupled with spray application, ASC appears to be a practical maintenance tool.
Dette speciale undersøger, om en eksperimentel høj-alkalisk sprøjtebeton (ASC) kan modstå biogen svovlsyrekorrosion i kloakker, og hvordan den klarer sig i forhold til en standardbeton (STDC) anvendt i danske kloakledninger. I laboratoriereaktorer blev optaget af kuldioxid (karbonatisering) målt, og en simpel model blev brugt til at estimere karbonatiseringsdybden. Herefter blev betonskiver af begge materialer inkuberet under kloaklignende forhold for at fremme vækst af svovloxiderende bakterier, hvorefter optaget af svovlbrinte (H2S) blev målt i små reaktorer og beskrevet med en kinetisk model. Resultaterne viste, at CO2-optaget var cirka 24 gange højere i ASC end i STDC, og at et 10–12 mm lag ASC blev fuldt karbonatiseret på 2–3 måneder. Ved H2S-koncentrationer under 40 ppm var ASC’s H2S-optag omtrent dobbelt så højt som STDC’s. På trods af dette var de beregnede korrosionsrater for de to materialer ens ved konstante H2S-koncentrationer under 100 ppm; ved 100 ppm blev et 10 mm lag estimeret til at korrodere på cirka 3,8 år for STDC og 4,3 år for ASC. Baseret på en 365-dages tidsserie med H2S-målinger fra en brønd nedstrøms en trykledning nær renseanlægget i Ikast blev en korrosionsrate på cirka 0,91 mm pr. år beregnet, svarende til næsten 11 år for at nedbryde 10 mm. Samlet peger resultaterne på, at selv om ASC korroderer i omtrent samme tempo som STDC, kan det højere H2S-optag sænke H2S-niveauerne nedstrøms og dermed beskytte beton længere ude i nettet; samtidig gør mulighed for sprøjteanvendelse ASC til et praktisk værktøj til vedligeholdelse.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]
Keywords