【摘要】：污水腐蝕導致混凝土結(jié)構(gòu)失效問題日益嚴重,所造成的經(jīng)濟損失引起世界范圍的廣泛關(guān)注。污水腐蝕導致建筑物砂漿剝落、骨料外露,縮短了建筑物使用壽命。目前混凝土微生物腐蝕防護措施主要包括混凝土改性、生物滅殺技術(shù)、表面涂層措施三大類,其中表面涂層措施在抗污水腐蝕工程中應(yīng)用最廣泛。本研究選取了環(huán)氧煤瀝青防腐涂層(ECTPC)、水泥基滲透結(jié)晶防水涂層(CCCWC)和功能性殺菌劑涂層(CBC)三種典型涂層。對比了三種涂層的耐水、耐酸、抗沖刷基本性能以及污水環(huán)境下涂層耐微生物性能和腐蝕前后宏觀、微觀性能變化;進一步分析了污水腐蝕后有無涂層混凝土試件強度、粗糙度、顯微形貌、礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)。基于灰關(guān)聯(lián)分析得到涂層性能對混凝土抗污水腐蝕的關(guān)鍵性影響因素;最后利用圖像分析對涂層內(nèi)部試件S元素滲透規(guī)律進行分析。研究結(jié)果表明:環(huán)氧煤瀝青防腐涂層具有良好的耐水、耐酸和耐沖刷性能,浸泡100d酸溶液pH僅為2.64,質(zhì)量變化率最小,粘結(jié)強度≥5.0 MPa,耐磨時間為900 s。功能性殺菌劑涂層試件浸泡酸溶液pH接近4.0。水泥基滲透結(jié)晶防水涂層耐水實驗中試件強度最高。無機類涂層平均粘結(jié)強度為2.0 MPa,耐磨時間僅為20~25 s。三種涂層生物膜質(zhì)量均比無涂層生物膜質(zhì)量少,尤其是功能性殺菌劑涂層生物膜質(zhì)量最少。通過定量分析無涂層混凝土表面生物膜細胞量最多,約為1.81%,尤其是活細胞占比約為1.36%,表面涂刷功能性殺菌劑涂層生物膜活死細胞量最少,約為0.59%。污水腐蝕60d后,水泥基滲透結(jié)晶防水涂層和功能性殺菌劑涂層質(zhì)量損失率分別達到8.6%和8.0%,且粗糙度變化大。環(huán)氧煤瀝青防腐涂層質(zhì)量損失率和粗糙度變化均最小。腐蝕90d后,水泥基滲透結(jié)晶防水涂層幾乎檢測不到Ca(OH)_2晶體的存在,功能性殺菌劑涂層表面搭接緊密,環(huán)氧煤瀝青防腐涂層出現(xiàn)化學鍵斷裂破壞。污水腐蝕90d后,環(huán)氧煤瀝青防腐涂層內(nèi)部混凝土抗壓強度與浸泡在清水中混凝土強度一樣高,水泥試樣Ca(OH)_2含量較高,具有致密的低孔隙結(jié)構(gòu)。功能性殺菌劑涂層在混凝土抗污水腐蝕方面也有較好的應(yīng)用效果,涂刷該涂層混凝土的強度和顯微結(jié)構(gòu)仍明顯優(yōu)于無涂層混凝土。水泥基滲透結(jié)晶防水涂層是一種很好的防水材料,但不適用于污水中腐蝕環(huán)境,經(jīng)過腐蝕幾乎所有的Ca(OH)_2晶體與污水中微生物代謝酸性產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)。因此,涂刷水泥基滲透結(jié)晶涂層混凝土的強度和孔隙結(jié)構(gòu)僅比無涂層混凝土稍好一些。此外,通過灰關(guān)聯(lián)分析表明涂層耐微生物性能是影響混凝土抗污水腐蝕的最主要因素,其次是涂層耐水性能和抗沖刷性能,而涂層耐酸性能與混凝土抗污水腐蝕影響相關(guān)程度最低。通過MATLAB圖像分析量化,得到S元素隨濃度滲透變化,并劃分出腐蝕層和過渡層,其中無涂層試樣中S元素含量最高,Ca、Si元素含量最低。對于涂刷涂層內(nèi)部試樣S元素含量均有所降低,Ca、Si元素含量相應(yīng)增加。綜上,環(huán)氧煤瀝青防腐涂層對混凝土抗污水腐蝕具有最佳的保護作用,其次是功能性殺菌劑涂層,最后是水泥基滲透結(jié)晶防水涂層。
【學位授予單位】：石家莊鐵道大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU528
【圖文】：

凝土是目前土木工程中最主要的建筑材料。由于原料豐富，價格低廉藝簡單等特點，使混凝土用量越來越大，同時具有優(yōu)良的耐久性在建基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)報道德國下水道總長為 600 而混凝土污水管道約為 240 000 km，約為總管道的 42%。包括荷蘭在內(nèi)家混凝土管道約占污水排污管一半以上。然而，混凝土是高度堿性的酸性環(huán)境下易遭到破壞。輕微腐蝕會在混凝土外墻產(chǎn)生污點、斑塊，。嚴重的會改變混凝土的成份、結(jié)構(gòu)，導致表面砂漿脫落，骨料外露裂、內(nèi)部鋼筋銹蝕，如圖 1-2 所示，縮短了使用壽命，大大降低了建筑能，影響了城市的整體功能，在后期重建和維修過程中增加了經(jīng)濟投入

上部未充水空間；在好氧條件下，具有充足的水分、氧氣，，H2S 氧化為生物硫酸與混凝土水化產(chǎn)物 Ca(OH)2發(fā)應(yīng)生成解，生成無膠結(jié)性的腐蝕產(chǎn)物。石膏會與混凝土中的 C3A 礬石體積膨脹，導致混凝土開裂，污水腐蝕性介質(zhì)進一步滲強烈腐蝕。生物酸對混凝土的腐蝕遠大于化學純酸。微生物，然后繁殖代謝形成生物膜，膜內(nèi)微生物高度繁殖代謝并向使混凝土受到不同程度腐蝕。Islander[20]等人提出混凝土污的微生物與非微生物復雜的交互作用過程，涉及多種微生物設(shè)計可以改變不同腐蝕條件的實驗裝置，模擬了微生物腐相關(guān)研究學者對當?shù)叵滤苈妨踊瘑栴}進行調(diào)查從使用前凝土表面脫落、鋼筋銹蝕，管壁有硫化氫的存在，從微生物酸菌生成硫酸的機理[21]。

圖 1-4 混凝土微生物腐蝕過程微生物的生命活動代謝過程與水位區(qū)域有關(guān)。微生物主代謝過程。在污水水位變動區(qū)域氧氣充足，主要是好氧于水下區(qū)域氧氣含量少，主要是厭氧微生物繁殖代謝。微生物代謝產(chǎn)物大有不同，腐蝕機理也不一樣[23]。生物在代謝過程中以污水中有機物為營養(yǎng)源，并不斷消謝產(chǎn)生有機酸、無機酸。其中有機生物硫酸對混凝土具著生物硫酸逐步滲入會與混凝土中堿性水化產(chǎn)物發(fā)生中Al2(SO4)3等物質(zhì)，破壞了 Ca(OH)2晶體結(jié)構(gòu)，使混凝土微生物引起的腐蝕屬于弱酸腐蝕，是由微生物代謝所導見的有硫桿菌屬（Thiobacillus）中的排硫硫桿菌（T.thl菌（T．ferrooxidans）、氧化硫硫桿菌（T．hiooxidans生物對混凝土腐蝕主要受到硫酸鹽還原菌（SRB）的影響污水中的 S 組份如：SO42-還原成 S2-，釋放能量，使其生2S，H2S 遇到氧氣生成對混凝土有腐蝕的硫酸。從而使混

【參考文獻】

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本文編號：2767720