Accelerated Biodeterioration Test for the Study of Cementitious Materials in Sewer Networks: Experimental and Modeling
Résumé
Important deteriorations have been observed in concrete sewers, due to hydrogen sulfide (H2S) production. Hydrogen sulfide environment involves the selection of sulfur-oxidizing bacteria (bacteria able to oxidize the reduced sulfur compounds) in contact with the cementitious materials. These biological reactions lead to a local production of sulfuric acid and, as a consequence, to the dissolution of cement matrix and its mineralogical transformations (gypsum and ettringite formation). This phenomenon disturbs the sewer system and leads to expansive works of rehabilitation. As a consequence, a project was initiated in order to propose more efficient solutions. The main objectives of this project are to set up an accelerated test and to develop an associated model. To date, experimental studies and some improvements of the model previously setting up were performed. The first study describes the impact of several parameters, including type of cementitious materials, on hydrogen sulfide adsorption. These abiotic tests involve monitoring hydrogen sulfide concentration as a function of time. This experiment was realized in a hermetic chamber with five types of mortars (cast with calcium aluminate cement (CAC), blended Portland cement (CEM III, CEM IV and CEM V) and super sulfated cement (SSC)) and under different relative humidity. The second study is deterioration state of mortars characterization, thanks to some analyses (SEM - EDX). After three months of exposition, different types of sulphur species are observed on mortar surfaces, which vary with the nature of mortar. All these experiments allow providing improvements to model previously setting up. Abiotic tests measurements are used to determine mathematical law, which modelises hydrogen sulphide adsorption on each type of cementitious material.
D'importantes dégradations sont obserÎes dans les égouts en béton, en raison de la présence de sulfure d'hydrogène (H2S). Cet environnement conduit à la sélection de bactéries oxydant le soufre (bactéries capables d'oxyder les composés soufrés réduits) en contact avec les matériaux cimentaires. Ces réactions biologiques conduisent à une production locale d'acide sulfurique et, en conséquence, à la dissolution de la matrice cimentaire avec des transformations minéralogiques (formation de gypse et d'ettringite). Ces dégradations perturbent le fonctionnement des égouts et conduit à des travaux de réparation couteux. En conséquence, un projet a été lancé afin de proposer des solutions plus efficaces.
Les principaux objectifs de ce projet sont de mettre en place un test accéléré et de développer un modèle associé. À ce jour, des études expérimentales et des améliorations du modèle précédemment mise en place ont été effectuées. La première étude décrit l'impact de plusieurs paramètres, y compris le type de matériau cimentaire, sur l'adsorption du sulfure d'hydrogène. Ces essais abiotiques impliquent le suivi de la concentration de sulfure d'hydrogène en fonction du temps. Ces expériences ont été réalisées dans une enceinte hermétique avec cinq types de mortiers (ciment d'aluminate de calcium (CAC), ciment Portland avec additions (CEM III, CEM IV et CEM V) et u ciment sur-sulfaté (SSC)). La deuxième étude est la caractérisation de l'état de mortiers à partir d'analyses (MEB - EDX) . Après trois mois d'exposition, différents types d'espèces de soufre sont obserÎes sur les surfaces de mortiers, qui varient avec la nature du mortier. Toutes ces expériences permettent de fournir des améliorations au modèle précédemment mise en place.