Fraunhofer UMSICHT Raportul MasterSeal 7000 CR RO WEB · 2018-06-14 · Așezarea eșantioanelor de beton Eșantioane de beton așezate în cameră Platforme cu eșantioane de polimer

Raport

Testarea rezistenței MasterSeal 7000CR la coroziunea produsă de acidul sulfuric biogen pentru: BASF plc 19 Broad Ground Road Lakeside, Redditch, Worcestershire B98 8YP Regatul Unit desfășurată de: Fraunhofer Institute for Environmental, Safety, and Energy Technology UMSICHT Osterfelder Straße 3 46047 Oberhausen GERMANIA Dr. Holger Wack Department Material Systems and High Pressure Technology Telefon +49 (0) 2 08/85 98-11 21 Oberhausen, 21 iulie 2016

Cuprins

1 Conținutul proiectului 1

2 Bancul de probă 2

3 Proba de rezistenţă la intemperii 53.1 Orar și parametrii 53.2 Măsurarea valorii pH-ului 6

4 Anexă 7

5 Date de contact 8

1 Conținutul proiectului Obiectivul proiectului a constat în efectuarea unei probe de rezistenţă la intemperii a MasterSeal 7000CR față de coroziunea cauzată de acidul sulfuric biogen. Camera de încercare folosită conduce la o accelerare a intemperiilor datorită condițiilor optimizate pentru bacterii din punct de vedere al concentrației de H2S, al conținutului de nutrienți, al umezelii și temperaturii. Pe baza experimentelor realizate de Universitatea din Duisburg-Essen (Centrul pentru biopelicule, Prof. Wolfgang Sand), factorul de accelerare pentru eșantioanele de beton se încadrează în intervalul 8 - 10. Acest lucru înseamnă că o perioadă de 6 luni în cameră este comparabilă cu o perioadă de 48-60 luni într-un sistem de canalizare real. Coroziunea cauzată de acidul sulfuric biogen (BSA) reprezintă un atac chimic asupra suprafețelor din diferite materiale precum beton, fier și polimeri. Este cauzat de bacteriile care produc acid sulfuric, de ex. din genul Thiobacillus și altele. Procesul are loc în special în sistemele de tratare a apei reziduale unde compușii sulfului sunt descompuși de microorganisme. Compușii gazoși ai sulfului sunt eliberați și se acumulează în spațiul liber. Oxidarea chimică a H2S la sulful elementar și oxidarea biologică ulterioară prin intermediul tiosulfatului și a altor politionați cauzează scăderea pH-ului (< 7). Compușii reduși ai sulfului sunt oxidați în acid sulfuric producând energie pentru dezvoltarea bacteriilor din genul Thiobacillus (T. neapolitanus, T. intermedia), care reduc și mai mult pH-ul. Când pH-ul scade sub 5,5, suprafața este colonizată de Acidithiobacillus thiooxidans. Când nivelul pH-ului este între 2,0 și 3,0, acest organism va avea condiții optime de dezvoltare. Rezultatul îl reprezintă colonizarea succesivă a suprafețelor cu diferite bacterii din genul Thiobacillus. Acidul sulfuric este produs ca metabolit al acestor organisme cauzând un atac asupra materialelor susceptibile. Proba de rezistenţă la intemperii a fost efectuată în perioada 08.08.2013 - 12.02.2014. Eșantioanele individuale au fost examinate pentru a se identifica dezvoltarea microbiană. Examinările au fost desfășurate în colaborare cu Prof. Dr. Wolfgang Sand de la Universitatea din Duisburg-Essen (Centrul pentru biopelicule al Universității din Duisburg-Essen, Biotehnologie acvatică). De asemenea, eșantioanele individuale au fost examinate pentru a se vedea dacă prezintă semne de coroziune și, unde a fost cazul, proprietățile fizice ale materialelor verificate de BASF Construction Chemicals în Global Development Laboratories din cadrul BASF Construction Solutions GmbH, Trostberg (consultați anexa 1). Această activitate a fost desfășurată pe răspunderea BASF, suplimentar față de proiect.

Fraunhofer UMSICHT 1

BASF

2 Descrierea bancului de probă și a procesului de testare Bancul de probă folosit pentru testarea rezistenței la intemperii se află la Fraunhofer UMSICHT și este operat de Fraunhofer UMSICHT. Figura 1 prezintă bancul de probă și camerele de încercare conectate. În acest proiect, camera din stânga a fost folosită pentru efectuarea probei de rezistenţă la intemperii.

Fig. 1 Banc de probă de la Fraunhofer UMSICHT. Bancul de probă simulează atacul acidului sulfuric biogen într-un sistem de canalizare. Apariția hidrogenului sulfurat și coroziunea ulterioară cauzată de acidul sulfuric în sistemul de canalizare sunt descrise schematic în figura 2.

Fig. 2 Dezvoltarea coroziunii produse de acidul sulfuric biogen (sursa: Bock, E., Sand, W., Pohl, A., Bedeutung der Mikroorganismen bei der Korrosion von Abwasserkanälen, TIS Tiefbau – Ingenieurbau – Straßenwesen, Sonderdruck zum 4. Statusseminar »Bauforschung und -technik«, 1983, s. 47-49).

Fraunhofer UMSICHT

2

BASF

Camera de încercare

Bacterii din genul Thiobacillus pe suprafața de beton

Biopeliculă

Sedimente

Absorbția H2S, oxidarea la sulf, formarea H2SO4, atacul acid

Emisia de H2S în spațiul gazos

Sulfură dizolvată/gaz H2S dizolvat

Nivelul total de sulfuri în apa reziduală

Dezvoltarea de sulfuri de către bacterii

Compuși anorganici ai sulfului

Compuși organici ai sulfului

Proba de rezistenţă la intemperii este realizată conform procesului din figura 3. Soluția bacteriană este controlată din punct de vedere al temperaturii și pompată în circuit folosind pompa camerei de încercare. Acest lucru generează o atmosferă saturată în umezeală în camera de încercare. Gazul H2S este produs într-un reactor prin reacția dintre HCl și NaS2, iar gazul este pompat discontinuu în camera de încercare printr-un impuls de presiune folosind aerul. Alimentarea cu gaz se realizează pe deasupra eșantioanelor din compartimentul de gaze al camerei de încercare. Fig. 3 Schema procesului tehnologic. Eșantioanele de beton au fost așezate la baza camerei folosind un suport din oțel inoxidabil. În figura 4 este prezentată așezarea eșantioanelor de beton. Peliculele de polimer au fost așezate peste eșantioanele de beton pe două suporturi din PVC (figura 4). Peliculele au fost așezate pe straturi din gazon artificial (polipropilenă) pentru a evita contactul pe întreaga zonă cu suportul PVC și au fost acoperite cu cadre mici din policarbonat pentru a evita mișcarea.

Fraunhofer UMSICHT 3

BASF

Eșantioane de polimeri

Eșantioane de beton

Soluție bacteriană

Aer

Așezarea eșantioanelor de beton Eșantioane de beton așezate în cameră Platforme cu eșantioane de polimer Pelicule de polimer cu cadre din carbonat Fig. 4 Așezarea eșantioanelor de beton și a peliculelor de polimer. Poziția fiecărui eșantion în cameră a fost documentată și este indicată în anexa 1 privind eșantioanele de beton și anexa 2 privind peliculele de polimer. Eșantioanele de beton au fost supuse la două cicluri separate de testare a rezistenței la intemperii. Primul set de eșantioane a rămas permanent în etapa gazoasă, în timp ce al doilea a fost introdus și extras din soluția bacteriană săptămânal pentru a simula efectul de variație a liniei apei în canalele colectoare.

Fraunhofer UMSICHT 4

BASF

3 Probă de rezistenţă la intemperii 3.1 Orar și parametrii Proba de rezistenţă la intemperii a fost efectuată în perioada 01.08.2013 - 12.02.2014. La data de 01.08.2014 eșantioanele de beton și peliculele de polimer au fost așezate în cameră de catre personalul BASF dupa o procedura prestabilită. Pe 13.11.2014, personalul BASF a inspectat testul și a documentat fotografic eșantioanele. La data de 12.02.2014 eșantioanele au fost scoase din cameră împreună cu personalul BASF și redate acestora. Soluția bacteriană a fost încălzită până la 30°C și temperatura controlată în timpul probei. Concentrația de H2S a fost între 30 și 60 ppm. Prin urmare, H2S este produs continuu și introdus în camera de încercare la fiecare 10 minute printr-un impuls de presiune folosind aerul. Inoculările de eșantioane au avut loc manual folosind o pompă de pulverizare și au început pe 08.08.2014. Eșantioanele de beton au fost inoculate o dată pe săptămână timp de 4 săptămâni iar peliculele de polimer au fost inoculate o dată pe săptămână timp de 3 săptămâni. Proba de rezistenţă la intemperii a fost însoțită de o analiză microbiologică efectuată de Universitatea din Duisburg-Essen (Centrul pentru biopelicule, Prof. Wolfgang Sand) pentru confirmarea creșterii bacteriologice. Rezultatele sunt indicate în tabelul 2 și 3.

Mostră Chemoorganotrofic Fungi

bacterii [cfu/cm2]

[cfu/cm2]

MasterSeal 7000CR + amorsă 1E+03 u.d.

MasterSeal 7000CR u.d. u.d.

beton fără înveliș protector 3E+03 1E+02

Tab. 2: Numărul celulelor bacteriilor chemoorganotrofice și ale fungilor microscopici

[cfu/cm2], cfu= unitate de formare colonii; u.d.= sub limita de detecție a 3 celule/cm2. Testele pentru sulf-oxidanții neutrofili și acidofili au fost pozitive din punct de vedere calitativ, însă nu au

fost cuantificabile din cauza a mai puțin de 1 celulă per ml (comparabil cu2).

Fraunhofer UMSICHT 5

BASF

Mostră Chemoorgano- Fungi Neutrofil Acidofil

bacterii trofice [cfu/cm2]

sulf-oxidant sulf-oxidant

[cfu/cm2] [celule/ cm2] [celule/ cm2]

MasterSeal 7000CR + amorsă 8E+02 2E+04 5E+01 3E+03

MasterSeal 7000CR (a) 3E+03 5E+03 3E+02 3E+02

MasterSeal 7000CR (b) 3E+03 1E+04 3E+02 3E+02

beton fără înveliș protector 3E+03 2E+03 3E+02 3E+03

Tab. 3: Rezultatele generale ale eșantionării după 6 luni de incubare în camera Fraunhofer

UMSICHT, cfu= unitate de formare colonii; u.d.= sub limita de detecție a 3 celule/cm2. 3.2 Măsurarea valorii pH-ului Pentru determinarea valorilor pH-ului de pe suprafețe, s-au folosit benzi de măsurare a pH-ului. În perioada de testare, s-au efectuat măsurători la 21 de zile. Rezultatele sunt indicate în figura 5.

Fig. 5 Valorile pH-ului pentru eşantioane în timpul probei de rezistenţă la intemperii.

Fraunhofer UMSICHT

6

BASF

Beton fără înveliș protector MasterSeal 7000CR MasterSeal 7000CR + amorsă

Numărul de zile

valo

area

pH

-ulu

i [-]

4 Anexă Anexă 1 Rezultatele obținute după proba de rezistenţă la intemperii.

Fraunhofer UMSICHT

7

BASF

5 Date de contact BASF Construction Chemicals GmbH 19 Broad Ground Road Lakeside, Redditch Worcestershire, B98 8YP Andrew Tasker Tel. +44 (0) 1527 / 512255 [email protected] UDE Universität Duisburg Essen Campus Essen – Biofilm Centre Aquatische Biotechnologie Universitätsstraße 5 45141 Essen Prof. Dr. Wolfgang Sand Tel. +49 (0) 201 / 183-7080 [email protected] UMSICHT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT Osterfelder Straße 3 46047 Oberhausen Dr. Holger Wack Tel. +49 (0) 208 / 8598-1121 [email protected] Frank Pape Tel. +49 (0) 208 / 8598-1175 [email protected]

Fraunhofer UMSICHT 8

BASF

Anexa 1 Rezultatele obținute după proba de rezistenţă la intemperii. Testele au fost efectuate de Global Development Laboratories din cadrul BASF Construction Solutions GmbH, Trostberg. Această activitate a fost desfășurată pe răspunderea BASF, suplimentar față de proiect.

1. Imaginile eșantioanelor MasterSeal 7000CR după testare Eșantion inițial Eșantion după Eșantion curățat Beton de referință

6 luni de testare Fig. 1 Imaginile eșantioanelor MasterSeal 7000CR după testare. 2. Testarea aderenței conform EN1542:1999 Fig. 2 Eșantioane după testarea aderenței.

BASF

1

Toate testele au indicat că betonul nu a prezentat nicio diminuare a aderenței și niciun atac asupra betonului nu a afectat aderența.

3. Rezistenţa de rupere la întindere și alungirea conform En ISO 527-1b:1996 Pentru eșantioanele de peliculă s-au testat rezistenţa de rupere la întindere și alungirea în comparație cu materialele de referință nealterate de intemperii.

Nealterat de

intemperii Alterat de intemperii

Rezistenţa de rupere la întindere [MPa] 23,1 26,6

Alungirea la rupere [%] 17,1 18,7

Rezultatele nu indică o modificare semnificativă a proprietăților.

4. Permeabilitatea la vapori conform ASTM E96

Nealterat de

intemperii Alterat de intemperii

Permeabilitatea [US Perms] 0,95 1,22

Permeabilitatea [ng/s/m/Pa]] 0,013 0,017

Rezultatele nu indică o modificare semnificativă a proprietăților.

BASF

2