Μελέτη της προστασίας των υλικών κατασκευής αγωγών αποχετευτικών δικτύων από τη διάβρωση με την εφαρμογή καινοτόμων υλικών επίστρωσης ενώσεων μαγνησίου
Creators: name: Μεραχτσάκη, Δόμνα Δ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Επιστρώματα υδροξειδίου του μαγνησίου
Διάβρωση
Σκυρόδεμα
Χάλυβας
Magnesium hydroxide coatings
Corrosion
Concrete
Steel

description: Η Μικροβιολογικά Επηρεασμένη Διάβρωση είναι η διάβρωση που οφείλεται στις βιολογικές διεργασίες των μικροοργανισμών, που αναπτύσσονται στο εσωτερικό των αγωγών, και είναι υπεύθυνη κυρίως για την φθορά του σκυροδέματος, το οποίο είναι το βασικό δομικό υλικό κατασκευής των αγωγών μεταφοράς υγρών αποβλήτων μεγάλης διαμέτρου του αποχετευτικού δικτύου. Η χρήση προστατευτικών επιστρωμάτων που εφαρμόζονται στην επιφάνεια των αγωγών αποτελεί μια οικονομική μέθοδο πρόληψης ή/και αντιμετώπισης των προβλημάτων που δημιουργεί η μικροβιολογική διάβρωση. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη επιστρωμάτων οξειδίου και υδροξειδίου του μαγνησίου ως προστατευτικά επιστρώματα για επιφάνειες σκυροδέματος, ενάντια στην διάβρωση από θειικό οξύ, καθώς και ο προσδιορισμός των χαρακτηριστικών των υλικών που προσδίδουν τη βέλτιστη αντιδιαβρωτική ικανότητα. Ο μηχανισμός προστασίας των επιστρωμάτων αυτών βασίζεται στην αυξημένη αλκαλικότητά τους, καθώς και στην ικανότητά τους να αντιδρούν με το θειικό οξύ. Αρχικά, πραγματοποιήθηκαν προκαταρκτικές δοκιμές ώστε να γίνει επιλογή της κατάλληλης μεθοδολογίας. Με βάση τα αποτελέσματα των προκαταρκτικών δοκιμών, επιλέχθηκε η χρήση του οξειδίου του μαγνησίου και της μεθυλοκυτταρίνης ως ενισχυτικά συγκόλλησης. Στη συνέχεια, επιλέχθηκε η δοκιμή ψεκασμών με διάλυμα θειικού οξέος, ως η δοκιμή διάβρωσης. Έπειτα, συντέθηκε η πρώτη σειρά επιστρωμάτων με συνδυασμό οξειδίου και υδροξειδίου του μαγνησίου. Τέσσερα επιστρώματα συντέθηκαν και εφαρμόστηκαν σε δοκίμια σκυροδέματος. Με βάση τα αποτελέσματα, τα επιστρώματα συνδυασμού οξειδίου και υδροξειδίου του μαγνησίου φαίνεται να προστατεύουν ικανοποιητικά το υπόστρωμα σκυροδέματος, με βασικό μειονέκτημα τους την χαμηλή συγκολλητικότητά τους. Η δεύτερη σειρά επιστρωμάτων αποτελείται από επιστρώματα υδροξειδίων του μαγνησίου με διαφορετικά χαρακτηριστικά, όσον αφορά την καθαρότητα τους, την ειδική τους επιφάνεια και την κατανομή μεγέθους των σωματιδίων τους, με προσθήκη μεθυλοκυτταρίνης. Η μεγάλη καθαρότητα και δραστικότητα της αρχικής ύλης, από την οποία προκύπτουν οι σκόνες υδροξειδίων του μαγνησίου, φαίνεται να ευνοεί σημαντικά την προστατευτική ικανότητα των επιστρωμάτων. Όσον αφορά την κατανομή μεγέθους σωματιδίων, προκύπτει ότι το αυξημένο μέγεθος σωματιδίων δεν ευνοεί την δραστικότητα των επιστρωμάτων και άρα μειώνει την προστασία που προσφέρουν τα επιστρώματα. Όλα τα επιστρωμένα δοκίμια σκυροδέματος παρουσίασαν μηδενικό σχηματισμό γύψου κατά τη δοκιμή ψεκασμού σε θάλαμο ψεκασμού, γεγονός που επιβεβαιώνει ότι τα επιστρώματα υδροξειδίου του μαγνησίου μπορούν αν προστατεύσουν το υπόστρωμα σκυροδέματος. Με βάση τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την αξιολόγηση των επιστρωμάτων υδροξειδίου του μαγνησίου επιλέχθηκε ένα υλικό που συγκέντρωνε τις επιθυμητές ιδιότητες, ώστε να ερευνηθεί η προστασία που μπορεί να παρέχει σε υπόστρωμα σκυροδέματος από το θειικό οξύ. Το επίστρωμα αυτό αξιολογήθηκε για την προστατευτική του ικανότητα σε μια δοκιμή ψεκασμού μεγάλης διάρκειας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το επίστρωμα εμφανίζει ικανοποιητικές επιδόσεις. Η δοκιμή μεγάλης διάρκειας έδειξε ότι το επίστρωμα μπορεί να προστατεύσει το σκυρόδεμα για μεγάλο χρονικό διάστημα, διατηρώντας αλκαλικό επιφανειακό pH. Τα πειραματικά αποτελέσματα των επιστρωμάτων χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυσή τους με τη μέθοδο πολλαπλών κριτηρίων PROMETHEE, ώστε να προκύψει κατάταξη των επιστρωμάτων, σχετικά με την αποτελεσματικότητά τους για την προστασία του σκυροδέματος από τη διάβρωση. Τέλος, ένα μικρό κομμάτι της διδακτορικής διατριβής αφορά την μελέτη επιλεγμένων επιστρωμάτων εφαρμοσμένα σε μεταλλικά υποστρώματα. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι τα επιστρώματα αυτά μπορούν να προστατεύσουν και τις μεταλλικές επιφάνειες που υπάρχουν μέσα σε έναν αγωγό.
description: Microbiologically Induced Corrosion is a kind of corrosion created due to biological processes taking place in a sewer pipe, and it is responsible for concrete deterioration, which is the main construction material especially of the larger diameter sewer pipes. The use of protective coatings applied on the concrete pipe inner surface is an inexpensive corrosion control method. The aim of this doctoral thesis is the study of magnesium oxide and hydroxide, as protective coatings applied onto concrete surfaces, against sulfuric acid corrosion, as long as the determination of the materials characteristics that enhance the anticorrosion properties of the coatings. The protective mechanism of these coatings is based on their increased alkalinity and their ability to react/neutralize the sulfuric acid. Firstly, preliminary studies were conducted to select the appropriate methodology. Based on the preliminary test results magnesium oxide and methylcellulose were chosen as adhesion promoters. As far as the corrosion test is concerned, sulfuric acid spraying tests were chosen. The first series of coatings was synthesized by combining magnesium oxide and magnesium hydroxide, using the oxide. Four coatings were synthesized applied onto concrete specimens. Based on the results, these coatings seemed to efficiently protect the concrete substrate, with only drawback the reduced adhesion ability. The second series of coatings consisted of magnesium hydroxide coatings with different starting properties, regarding their purity, surface area and particle size distribution, with the addition of methylcellulose. The high purity and activity of the raw materials, from which the magnesium hydroxide powders were synthesized, seemed to enhance the coatings’ protective performance. Moreover, the larger particles did not favor the coatings’ activity, hence the protection of the coating. All coated specimens presented zero gypsum formation during the spraying tests, a fact that confirms that the magnesium hydroxide coatings can protect the concrete substrate. Based on the previous-mentioned results, a magnesium hydroxide powder was selected, which gathers the desirable properties, so that to be examined for its protection performance. The resulting coating was subjected to a long duration spraying test. The results showed that the coating presented satisfying performance. The long duration spraying test showed that this coating can protect the concrete substrate for a long duration time, by maintaining alkaline pH surface value. The experimental results of the coatings were used for the multiple decision criteria analysis, performed with PROMETHEE method, to rank the coatings, regarding their protection ability. Finally, a small part of this doctoral thesis concerns the study of selected coatings onto metallic substrates. The results showed that these coatings can protect the metallic substrates existing into a sewer pipe.