Abiotic interaction between hydrogen sulphide and cementitious materials
Résumé
Concrete deterioration is extensively observed due to hydrogen sulphide emission in sewerage networks. The presence of this gas leads to the development of sulphur-oxidizing bacteria which produce sulphuric acid. Local deterioration of concrete sewer pipes, based on dissolution-precipitation mechanisms and the formation of ettringite and gypsum, degrades their mechanical properties and prevents optimum waste water collection. Due to expensive rehabilitation works, innovative sewerage network construction or repair approaches must be established and evaluated. The main final objective of this study is to put forward a representative, quick and standardized test and to develop a predictive model for the service life of different types of concrete in the environment of sewer pipes. This study focuses on interaction between cementitious materials and hydrogen sulphide (H2S) which is the first step of the degradation mechanism. Mortars based on different types of cement (CEM I, CEM IV and CAC) were exposed to H2S under various conditions (relative humidity, pre-exposure to H2S or otherwise). Changes in the H2S concentration were monitored as a function of time and the H2S adsorption rate was calculated. After 6 months of exposure, the state of deterioration of mortars was assessed. Some gypsum crystals on mortar surfaces based on CEM I and CAC cements and a mix of elemental sulphur and gypsum crystals on mortar surfaces based on CEM IV cement were observed by SEM-EDS. The decrease in the H2S adsorption rate, highlighted when the relative humidity decreased and when gypsum was present, must be taken into account in the modelling process.
La détérioration du béton dans les réseaux d'assainissement est très souvent obserÎe en raison des émissions de sulfure d'hydrogène. La présence de ce gaz conduit au développement de bactéries oxydant le soufre et produisant de l'acide sulfurique. La détérioration locale des canalisations en béton, basée sur les mécanismes de dissolution-précipitation et la formation de l'ettringite et du gypse, dégrade leurs propriétés mécaniques et empêche la collecte optimale des eaux usées. En raison des travaux de réhabilitation coûteux, il faut établir et évaluer des approches novatrices de construction ou de réparation du réseau d'assainissement. L'objectif final de cette étude est de proposer un test représentatif, rapide et standardisé et de développer un modèle prédictif pour la durée de vie de différents types de béton dans l'environnement des tuyaux d'égout. Cette étude se concentre sur l'interaction entre les matériaux de ciment et le sulfure d'hydrogène (H2S), qui est la première étape du mécanisme de dégradation. Les mortiers à base de différents types de ciment (CEM I, CEM IV et CAC) ont été exposés à H2S dans diverses conditions (humidité relative, pré-exposition à H2S). Les évolutions de la concentration de H2S ont été mesurées en fonction du temps et le taux d'adsorption de H2S a été calculé. Après 6 mois d'exposition, l'état de détérioration des mortiers a été évalué. Des cristaux de gypse sur des surfaces de mortier à base de ciments CEM I et CAC et un mélange de cristaux de soufre et de gypse élémentaires sur des surfaces de mortier à base de CEM IV ont été obserÎs par MEB-EDS. La diminution du taux d'adsorption H2S, mise en évidence lorsque l'humidité relative a diminué et lorsque le gypse était présent, doit être pris en compte dans le processus de modélisation.