表面涂层对混凝土污水腐蚀防治的应用及机理研究

发布时间：2020-07-23 19:02

【摘要】：污水腐蚀导致混凝土结构失效问题日益严重,所造成的经济损失引起世界范围的广泛关注。污水腐蚀导致建筑物砂浆剥落、骨料外露,缩短了建筑物使用寿命。目前混凝土微生物腐蚀防护措施主要包括混凝土改性、生物灭杀技术、表面涂层措施三大类,其中表面涂层措施在抗污水腐蚀工程中应用最广泛。本研究选取了环氧煤沥青防腐涂层(ECTPC)、水泥基渗透结晶防水涂层(CCCWC)和功能性杀菌剂涂层(CBC)三种典型涂层。对比了三种涂层的耐水、耐酸、抗冲刷基本性能以及污水环境下涂层耐微生物性能和腐蚀前后宏观、微观性能变化;进一步分析了污水腐蚀后有无涂层混凝土试件强度、粗糙度、显微形貌、矿物组成和孔隙结构。基于灰关联分析得到涂层性能对混凝土抗污水腐蚀的关键性影响因素;最后利用图像分析对涂层内部试件S元素渗透规律进行分析。研究结果表明:环氧煤沥青防腐涂层具有良好的耐水、耐酸和耐冲刷性能,浸泡100d酸溶液pH仅为2.64,质量变化率最小,粘结强度≥5.0 MPa,耐磨时间为900 s。功能性杀菌剂涂层试件浸泡酸溶液pH接近4.0。水泥基渗透结晶防水涂层耐水实验中试件强度最高。无机类涂层平均粘结强度为2.0 MPa,耐磨时间仅为20~25 s。三种涂层生物膜质量均比无涂层生物膜质量少,尤其是功能性杀菌剂涂层生物膜质量最少。通过定量分析无涂层混凝土表面生物膜细胞量最多,约为1.81%,尤其是活细胞占比约为1.36%,表面涂刷功能性杀菌剂涂层生物膜活死细胞量最少,约为0.59%。污水腐蚀60d后,水泥基渗透结晶防水涂层和功能性杀菌剂涂层质量损失率分别达到8.6%和8.0%,且粗糙度变化大。环氧煤沥青防腐涂层质量损失率和粗糙度变化均最小。腐蚀90d后,水泥基渗透结晶防水涂层几乎检测不到Ca(OH)_2晶体的存在,功能性杀菌剂涂层表面搭接紧密,环氧煤沥青防腐涂层出现化学键断裂破坏。污水腐蚀90d后,环氧煤沥青防腐涂层内部混凝土抗压强度与浸泡在清水中混凝土强度一样高,水泥试样Ca(OH)_2含量较高,具有致密的低孔隙结构。功能性杀菌剂涂层在混凝土抗污水腐蚀方面也有较好的应用效果,涂刷该涂层混凝土的强度和显微结构仍明显优于无涂层混凝土。水泥基渗透结晶防水涂层是一种很好的防水材料,但不适用于污水中腐蚀环境,经过腐蚀几乎所有的Ca(OH)_2晶体与污水中微生物代谢酸性产物发生反应。因此,涂刷水泥基渗透结晶涂层混凝土的强度和孔隙结构仅比无涂层混凝土稍好一些。此外,通过灰关联分析表明涂层耐微生物性能是影响混凝土抗污水腐蚀的最主要因素,其次是涂层耐水性能和抗冲刷性能,而涂层耐酸性能与混凝土抗污水腐蚀影响相关程度最低。通过MATLAB图像分析量化,得到S元素随浓度渗透变化,并划分出腐蚀层和过渡层,其中无涂层试样中S元素含量最高,Ca、Si元素含量最低。对于涂刷涂层内部试样S元素含量均有所降低,Ca、Si元素含量相应增加。综上,环氧煤沥青防腐涂层对混凝土抗污水腐蚀具有最佳的保护作用,其次是功能性杀菌剂涂层,最后是水泥基渗透结晶防水涂层。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

形貌,混凝土构筑物,形貌

凝土是目前土木工程中最主要的建筑材料。由于原料丰富，价格低廉艺简单等特点，使混凝土用量越来越大，同时具有优良的耐久性在建基础设施建设中得到了广泛的应用。根据报道德国下水道总长为 600 而混凝土污水管道约为 240 000 km，约为总管道的 42%。包括荷兰在内家混凝土管道约占污水排污管一半以上。然而，混凝土是高度碱性的酸性环境下易遭到破坏。轻微腐蚀会在混凝土外墙产生污点、斑块，。严重的会改变混凝土的成份、结构，导致表面砂浆脱落，骨料外露裂、内部钢筋锈蚀，如图 1-2 所示，缩短了使用寿命，大大降低了建筑能，影响了城市的整体功能，在后期重建和维修过程中增加了经济投入

机理,微生物腐蚀,污水,微生物

上部未充水空间；在好氧条件下，具有充足的水分、氧气，，H2S 氧化为生物硫酸与混凝土水化产物 Ca(OH)2发应生成解，生成无胶结性的腐蚀产物。石膏会与混凝土中的 C3A 矾石体积膨胀，导致混凝土开裂，污水腐蚀性介质进一步渗强烈腐蚀。生物酸对混凝土的腐蚀远大于化学纯酸。微生物，然后繁殖代谢形成生物膜，膜内微生物高度繁殖代谢并向使混凝土受到不同程度腐蚀。Islander[20]等人提出混凝土污的微生物与非微生物复杂的交互作用过程，涉及多种微生物设计可以改变不同腐蚀条件的实验装置，模拟了微生物腐相关研究学者对当地下水管路劣化问题进行调查从使用前凝土表面脱落、钢筋锈蚀，管壁有硫化氢的存在，从微生物酸菌生成硫酸的机理[21]。

过程图,微生物腐蚀,混凝土,过程

图 1-4 混凝土微生物腐蚀过程微生物的生命活动代谢过程与水位区域有关。微生物主代谢过程。在污水水位变动区域氧气充足，主要是好氧于水下区域氧气含量少，主要是厌氧微生物繁殖代谢。微生物代谢产物大有不同，腐蚀机理也不一样[23]。生物在代谢过程中以污水中有机物为营养源，并不断消谢产生有机酸、无机酸。其中有机生物硫酸对混凝土具着生物硫酸逐步渗入会与混凝土中碱性水化产物发生中Al2(SO4)3等物质，破坏了 Ca(OH)2晶体结构，使混凝土微生物引起的腐蚀属于弱酸腐蚀，是由微生物代谢所导见的有硫杆菌属（Thiobacillus）中的排硫硫杆菌（T.thl菌（T．ferrooxidans）、氧化硫硫杆菌（T．hiooxidans生物对混凝土腐蚀主要受到硫酸盐还原菌（SRB）的影响污水中的 S 组份如：SO42-还原成 S2-，释放能量，使其生2S，H2S 遇到氧气生成对混凝土有腐蚀的硫酸。从而使混

【参考文献】