演讲人：James Aldred
所属机构：Concrete Future Pty Ltd
描述：铝酸钙水泥 (CAC) 混凝土可耐受 pH 值低至约 3.5 的酸性环境，在酸性越来越强的环境中，CAC 会做出反应以维持 pH 值，从而减缓嗜酸细菌的生长速度。然而，CAC 仍会受到下水道环境的侵蚀，尽管侵蚀速度大大降低，如果 CAC 是主要保护系统，则应考虑添加一层牺牲混凝土覆盖层。CAC 在废水应用中已有 70 多年的历史。然而，由于担心转化导致强度降低，CAC 的使用通常仅限于非结构应用，例如修复和衬砌。在欧洲，CAC 受 EN 14647 的约束，该标准总结了在建筑中使用 CAC 的指南，尤其是管理转化导致的强度降低。CAC 与波特兰水泥和矿渣结合使用时的性能令人鼓舞。土聚合物是指碱活化的铝硅酸盐粘合剂，涵盖了各种潜在产品，其特性因所用铝硅酸盐和活化剂的来源而异。有关其 MICC 抗性和其他特性的信息令人鼓舞。土聚合物混凝土似乎在下水道应用中具有显著优势，但长期现场应用实例有限。如果用作唯一的保护系统，则需要牺牲层以确保在所需的设计寿命内达到最小结构厚度。
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## 介绍
我想谈谈一些关于实际提议的污水系统的研究，目的是研究不同种类的材料及水泥材料，以改善微生物诱导腐蚀的抵抗力。这项研究已在几个不同的项目中进行。基本问题在于，波特兰水泥基混凝土在酸性环境中存在一些问题，而微生物诱导腐蚀正是一个酸性环境。虽然我们讨论的是污水系统，但这种环境也存在于其他结构中。值得注意的是，即使是极高质量的波特兰水泥基系统在这些环境中也会遇到相当大的困难。
由于这个原因，其他发言者提到过微生物诱导腐蚀的复杂性。我想补充的是，尽管焦点在于硫酸，但它实际上是一个非常复杂的化学和生物反应链，涉及许多微生物的影响。我将提到一些在基瓦和昆士兰大学进行的实验工作，以及与德国标准有关的一些研究。
## 湿度的影响
湿度条件的影响是一个非常重要的因素。这个问题在澳大利亚进行的一些现场研究中得到了探讨，研究显示了相对湿度与不同区域腐蚀速率之间的关系。这些研究强调了在悉尼某个设施的不同检查井中测得的腐蚀速率的高度可变性。这也是我认为，采用更具微生物诱导腐蚀抵抗力的混凝土以改善这些恶化参数，而不是在整个系统中使用非常昂贵的衬里，是一种经济有效的方式。
## 测试
关于可用测试的种类，杰森已经进行了讨论。我将关注几个使用不同类型的粘合剂系统进行的测试示例。德国标准称为生物源硫酸耐受性测试。这与现行提案的ASTM实验室测试不同，后者只涉及硫酸。这个程序是一个浸泡测试，类似于C267类型的测试，但他们有一些指导方针。某个公用事业公司希望使用这个测试，因为它是一个正式的国际标准，并且提供了不同耐受性水平的性能参数。
测试程序涉及的样本是相对较小的，需要非常准确地进行抗压强度测试。通过在悉尼大学进行的研究可以看到不同酸度（如pH0和pH1）下的混凝土腐蚀情况。某些混凝土在这种环境下表现不佳，即便使用了抗微生物成分。
## 现场污水
基瓦设施直接接入真实的污水系统，主要位于柏林。他们创造了真实的暴露条件，以评估混凝土在极端微生物诱导腐蚀环境下的表现。随着时间推移，他们开发了一套性能参数，用于评估混凝土在这样恶劣环境下的表现，包括微裂缝的冻融抗性等。
## 测试结果
在某个项目中，使用了钙铝酸盐水泥与矿渣的混合物，并添加少量波特兰水泥，表现极为良好。这一领域的研究有着70多年的历史，虽然钙铝酸盐水泥成本较高且较复杂，但通过与矿渣混合，似乎在改善多项性能的同时降低了成本。
## 生物腐蚀试验室
昆士兰的先进水管理系统中心设有一个生物腐蚀试验室，测试多个参数。主要关注的是光测量和腐蚀速率，这是他们得出的关键数据。他们还观察了硫化物吸收和表面pH随时间的变化。关于不同水泥系统对阶段一和阶段二的影响，研究发现初始pH的下降可以在这方面有所帮助。钙铝酸盐水泥由于其缓冲潜力，能够有效提高pH，防止pH过度下降。
在新西兰的一个项目中，使用了一种高质量的波特兰水泥系统，配合其他水泥材料，表现良好。他们的实验室使用的混凝土样本分为气相和部分浸没两种状态，部分浸没的条件更为恶劣。然而，这些高质量的参考混凝土经过一定改进后，在微生物的帮助下表现出不错的性能。
## 石灰石基波特兰水泥
在亚洲的另一个项目中，他们要求进行为期一年的30度暴露试验，氢硫化物浓度为每百万100个部分。这是在相同的试验室条件下进行的。经过四、八和十二个月的实验，结果显示石灰石基波特兰水泥系统的腐蚀程度更高。大多数混合物中使用了80%的矿渣替代，旨在复制欧洲曾用的超硫酸盐水泥，这种水泥因耐火灰而被广泛使用。
## 污水设计手册
在南非，早年制定了污水设计手册，其中包括钙铝酸盐和硅酸盐骨料。他们估算了每年的腐蚀速率，并提供了与白云石骨料或钙铝酸盐基骨料相关的非常低的腐蚀数据。这是一份有用的文件，因为它基于大量的调查工作，提供了如何通过不同材料（如钙铝酸盐）减少牺牲层的建议。
## 其他研究
还有一些不同的研究，例如几年前Rockler进行的研究，他们使用了热固化的粉煤灰基地聚合物混凝土，开展了为期三年的污水室实验，表现非常良好。他们在一条污水管道中同时安装了标准的波特兰水泥混凝土和地聚合物混凝土，结果显示在这种情况下地聚合物混凝土表现极为优异。
在英国的泰晤士潮流项目中，涉及到应对洪水和污水的管理，某些部分也采用了80%矿渣的材料。这些真实的项目和较小的试验项目正在帮助验证这些系统的性能。
## 结论
显然，钙铝酸盐水泥在这一领域内一直表现卓越，是性能的基准。地聚合物混凝土展示了巨大的潜力，其化学特性与标准的波特兰水泥水化产物截然不同。而高比例矿渣混凝土在某些暴露条件下也表现出良好的性能，并正在被广泛应用。感谢大家的时间，希望你们觉得这些信息有趣。
