Titelaufnahme

Titel
Bacteriogenically induced sulfuric acid attack on concrete in an Austrian sewer system / by Cyrill Grengg
Verfasser/ VerfasserinGrengg, Cyrill
Begutachter / BegutachterinDietzel, Martin
Erschienen2014
Umfang55 Bl. : Zsfassung (2 Bl.) ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Masterarb., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. und engl. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (GND)Kanal / Beton / Korrosion / Schwefelsäure / Kanal / Beton / Korrosion / Schwefelsäure / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-65605 Persistent Identifier (URN)
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Bacteriogenically induced sulfuric acid attack on concrete in an Austrian sewer system [3.08 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In dieser Masterarbeit wurde ein stark korrodiertes Kanalsystem intensiv über die Verknüpfung umfangreicher Kerngrößen untersucht. Ziel der Arbeit war die Gründe sowie den Ablauf der Korrosionsmechanismen für das verwendete Baumaterial zu verstehen, um in weiterer Folge Vorgaben für mögliche Restaurierungs- und Instandhaltungsmaßnahmen geben zu können. Chemische und physikalische Parameter, wie pH Wert, Leitfähigkeit, Redox Potentiale und Temperaturen der Wasserphasen wurden vor Ort gemessen. Weiteres wurden Proben des Abwassers sowie Feststoffproben des korrodierten Materials entlang der gesamten Fließstrecke genommen. Im Labor wurden Alkalinität, Konzentrationen gelöster anorganischer Inhaltsstoffe sowie des organischen Kohlenstoffgehalts bestimmt. Besonderer Fokus wurde zudem auf mineralogische Analysen des korrodierten Materials, wie XRD, REM und EMPA im Feststoff gelegt. Des Weiteren wurden intensive Analysen in Bezug auf den Chemismus der Porenfluide durchgeführt. Außerdem wurde die Verteilung der stabilen Isotope des Schwefels in der Wasserphase, Gasphase, sowie in den Porenfluiden des Betons bestimmt. Aufgrund der Ergebnisse kann der Korrosionsmechanismus einer Reihe von komplexen chemischen Reaktionen zugeschrieben werden, welcher als "Micro biologisch induzierter Schwefelsäure Angriff" bezeichnet wird. Im Verlauf dieses Prozesses wird über anaerobe Sulfat Reduktion biogener Schwefelwasserstoff produziert. H2S entgast in die Atmosphäre der betongesicherten Schächte, wo es in weiterer Folge in die äußeren Schichten des Betons diffundiert. Dort kommt es zu einer bakteriellen Rück-Oxidation, welche zur Bildung von Schwefelsäure führt. Diese reagiert mit den Zementphasen aus dem Beton, e.g. Kalziumhydroxid und Calcium Aluminat, was zu einer kontinuierlichen Auflösung der Zementphasen, sowie intensiver Bildung von Gips führt. Die diesbezügliche massive Betonzerstörung, kann innerhalb von wenigen Jahren zum kompletten Versagen des Kanalsystems führen.

Zusammenfassung (Englisch)

This master thesis comprises the application of a multi proxy approach, where a strongly deteriorated Austrian sewer system was intensively investigated .Various crucial parameters for detecting alteration features of the applied concrete were determined in the field and laboratory, including temperature, alkalinity, pH, and conductivity as well as distinct chemical analyses of the solution, respectively. Special focus was given on mineralogical analyses including scanning electron microscopy, X-ray diffraction measurements, as well as on LECO and microprobe analyses. Furthermore, intensive analyses of chemical compositions and parameters of the pore fluids were conducted, in order to gain better understanding of the thriving corrosive forces. Moreover, the concentration of gaseous hydrogen sulfide (H2S), methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) within the sewer pipe atmosphere was measured. Additionally, stable isotope signatures of sulfur within the wastewater, the gaseous hydrogen sulfide and the pore fluids of the damaged concrete were carried out. The deterioration of the sewage system is attributed to a couple of complex reactions, which are referred to microbial induced concrete corrosion (MICC). Anaerobic, heterotrophic bacteria, present within the sewage systems, have consumed the organic matter, thereby reducing SO42- to H2S(g). Subsequently, degassing of the H2S and its diffusion in the concrete lining, followed by its oxidation due to aerobic sulfur oxidizing bacteria occurred, thereby producing sulfuric acid (H2SO4). H2SO4 caused dissolution of the cementitious phases as well as gypsum formation, which finally caused the severe damage of the concrete within only several years.

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