26
Report Testing of the biogenic sulfuric acid corrosion resistance of MasterSeal 7000CR for: BASF plc 19 Broad Ground Road Lakeside, Redditch, Worcestershire B98 8YP United Kingdom carried out by: Fraunhofer Institute for Environmental, Safety, and Energy Technology UMSICHT Osterfelder Straße 3 46047 Oberhausen GERMANY Dr. Holger Wack Department Material Systems and High Pressure Technology Telefon +49 (0) 2 08/85 98-11 21 Oberhausen, 21 July 2016

Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Report Testing of the biogenic sulfuric acid corrosion resistance of MasterSeal 7000CR

for: BASF plc 19 Broad Ground Road Lakeside, Redditch, Worcestershire B98 8YP United Kingdom carried out by: Fraunhofer Institute for Environmental, Safety, and Energy Technology UMSICHT Osterfelder Straße 3 46047 Oberhausen GERMANY Dr. Holger Wack Department Material Systems and High Pressure Technology Telefon +49 (0) 2 08/85 98-11 21

Oberhausen, 21 July 2016

Page 2: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Contents

1 Content of project 1

2 Test bench 2

3 Weathering test 5 3.1 Timetable and parameters 5 3.2 Measurement of pH-value 6

4 Annex 7

5 Contact data 8

Page 3: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Fraunhofer UMSICHT BASF 1

1 Content of project

The purpose of the project was to carry out a weathering test for MasterSeal 7000CR against biogenic sulfuric acid corrosion.

The test chamber used leads to an acceleration of weathering because of the optimized con-ditions for the bacteria regarding H2S concentration, nutrient content, moisture, and temperature. Based on experiences of the University of Duisburg-Essen (Biofilm Centre, Prof. Wolfgang Sand) the acceleration factor concerning concrete samples is in the range of 8 up to 10. That means, a 6 month period in the chamber is comparable to a 48 up to 60 month period in a real sewer system.

Biogenic sulfuric acid corrosion (BSA) is a chemical attack to surfaces of different materials such as concrete, iron and polymers. It is caused by sulfuric acid producing bacteria e.g. from the genus Thiobacillus and others. It mainly occurs in waste water systems, where sulfur compounds are degraded by microorganisms. Gaseous sulfur compounds are released and accumulate in the head space. Chemical oxidation of H2S to elemental sulfur and the following biological oxidation via thiosulfate and other polythionates cause a decrease of pH (< 7). The reduced sulfur com-pounds are oxidized to sulfuric acid yielding energy for the growth of thiobacilli (T. neapolitanus, T. intermedia), which further decrease the pH. Below pH 5.5 A.thiooxidans colonizes the surface. Between pH 2.0-3.0 this organism will find optimal growth conditions. Result is a successive colonization of surfaces by different thiobacilli. Sulfuric acid is produced as a metabolite of these organisms causing an attack onsusceptible materials.

The weathering test was carried out from 08.08.2013 to 12.02.2014.

Individual samples were examined for microbially growth. These examinations were conducted in cooperation with Prof. Dr. Wolfgang Sand of the University Duisburg-Essen (Biofilm Centre of the University Duisburg-Essen, Aquatic Biotechnology).

Individual samples were also examined for signs of corrosion and where possible, physical pro-perties of the materials checked by BASF Construction Chemicals in their Global Development Laboratories at BASF Construction Solutions GmbH, Trostberg (s. Annex 1). This work was carried out additionally to the project by BASF and was on responsibility of BASF.

Page 4: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Fraunhofer UMSICHT BASF 2

2 Description of the test bench and test process

The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and operated by Fraunhofer UMSICHT. Figure 1 shows the test bench and the connected test chambers. In this project the chamber on the left hand side was used to carry out the weathering test.

Fig. 1 Test bench at Fraunhofer UMSICHT.

The test bench simulates the attack of biogenic sulfuric acid in a sewer system. The emergence of hydrogen sulfide and the resulting corrosion caused by sulfuric acid in a sewer system is schematically described in figure 2.

Fig. 2 Development of biogenic sulfuric acid corrosion (source: 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).

Page 5: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Fraunhofer UMSICHT BASF 2

2 Description of the test bench and test process

The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and operated by Fraunhofer UMSICHT. Figure 1 shows the test bench and the connected test chambers. In this project the chamber on the left hand side was used to carry out the weathering test.

Fig. 1 Test bench at Fraunhofer UMSICHT.

The test bench simulates the attack of biogenic sulfuric acid in a sewer system. The emergence of hydrogen sulfide and the resulting corrosion caused by sulfuric acid in a sewer system is schematically described in figure 2.

Fig. 2 Development of biogenic sulfuric acid corrosion (source: 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 BASF 3

The weathering is conducted by making use of the process described in figure 3. The bacteria solution is temperature controlled and pumped in circiut through the test chamber sump. This leads to a moisture saturated atmosphere in the test chamber. The H2S gas is produced in a reactor by a reaction of HCl wiht NaS2 and the gas is flushed discontinuously in the test chamber by a pressure impuls using air. The gas is fed above the samples in the gas compartment of the test chamber.

Fig. 3 Schematic flow diagram of the process.

The concrete samples were placed in the bottom of the chamber using a rack made of stainless steel. In figure 4 the placement of the concrete samples is shown.

The polymer films were placed above the concrete samples in two racks made of PVC (s. figure 4). The films were placed on sheets of artificial turf (polypropylene) to avoid an all area contact with the PVC rack and were covered with small frames made of polycarbonate to avoid movement.

Page 6: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Fraunhofer UMSICHT BASF 4

placement of concrete samples concrete samples placed in chamber

platforms with polymer samples polymer films with frames of carbonate Fig. 4 Placement of concrete samples and polymer films.

The position of each sample in the chamber was documented and is listed in annex 1 concerning the concrete samples and annex 2 concerning the polymer films.

Concrete samples were subjected to two seperate cycles of weathering. The fist set of samples remained permanantly in the gas phase while a second set was cycled in and out of the bacteria solution on a weekly basis to simulate the effect of the varying water line in sewer environments.

Page 7: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Fraunhofer UMSICHT BASF 4

placement of concrete samples concrete samples placed in chamber

platforms with polymer samples polymer films with frames of carbonate Fig. 4 Placement of concrete samples and polymer films.

The position of each sample in the chamber was documented and is listed in annex 1 concerning the concrete samples and annex 2 concerning the polymer films.

Concrete samples were subjected to two seperate cycles of weathering. The fist set of samples remained permanantly in the gas phase while a second set was cycled in and out of the bacteria solution on a weekly basis to simulate the effect of the varying water line in sewer environments.

Fraunhofer UMSICHT BASF 5

3 Weathering test

3.1 Timetable and parameters

The wethering was carried out from 01.08.2013 to 12.02.2014. At 01.08.2014 the concrete samples and polymer films were placed in the chamber together with BASF using a defined nomenclature. On 13.11.2014 BASF inspected the test and documented the samples by taking photos. On 12.02.2014 the samples were taken out from the chamber together with BASF and given back to BASF.

The bacteria solution was heated up to 30 °C and the temperature was controlled during the test. The concentration of H2S was between 30 und 60 ppm. Therefore H2S is produced continously and fed in the test chamber every 10 minutes by a pressure impuls using air. The inoculations of the samples were carried out by hand using a spray pump and were started on 08.08.2014. The concrete samples were inoculated once a week for 4 weeks and the polymer films were inoculated once a week for 3 weeks.

The weathering test was accompanied by a microbiological analysis that was carried out by the University of Duisburg-Essen (Biofilm Centre, Prof. Wolfgang Sand) to confirm bacterial growth. The results are listed in table 2 and table 3.

Sample Chemoorganotrophic bacteria [cfu/cm2]

Fungi

[cfu/cm2]

MasterSeal 7000CR + primer 1E+03 u.d.

MasterSeal 7000CR u.d. u.d.

concrete no coating 3E+03 1E+02 Tab. 2: Cell numbers of chemoorganotrophic bacteria and microscopic fungi in [cfu/cm2], cfu= colony forming unit; u.d.= under the detection limit of 3 cells/cm2, The tests for neutrophilic and acidophilic sulfur-oxidizers were qualitatively positive, but were not quantifiable due to less than 1 cell per mL (comparable with cm2).

Page 8: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Fraunhofer UMSICHT BASF 6

Sample Chemoorgano-trophic bacteria

[cfu/cm2]

Fungi

[cfu/cm2]

Neutrophilic sulfur-oxidizer

[cells/ cm2]

Acidophilic sulfur-oxidizer

[cells/ cm2]

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

MasterSeal 7000CR (a) MasterSeal 7000CR (b)

3E+03 3E+03

5E+03 1E+04

3E+02 3E+02

3E+02 3E+02

concrete no coating 3E+03 2E+03 3E+02 3E+03 Tab. 3: Overview results of sampling after 6 months of incubation in the Fraunhofer UMSICHT cabinet, cfu= colony forming unit; u.d.= under the detection limit of 3 cells/cm2.

3.2 Measurement of pH-value

To determine the pH-values on surfaces of the pH strips were used. In the test period at 21 days measurements were carried out. The results are listed in figure 5.

Fig. 5 pH-values of samples during the weathering test.

Page 9: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Fraunhofer UMSICHT BASF 6

Sample Chemoorgano-trophic bacteria

[cfu/cm2]

Fungi

[cfu/cm2]

Neutrophilic sulfur-oxidizer

[cells/ cm2]

Acidophilic sulfur-oxidizer

[cells/ cm2]

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

MasterSeal 7000CR (a) MasterSeal 7000CR (b)

3E+03 3E+03

5E+03 1E+04

3E+02 3E+02

3E+02 3E+02

concrete no coating 3E+03 2E+03 3E+02 3E+03 Tab. 3: Overview results of sampling after 6 months of incubation in the Fraunhofer UMSICHT cabinet, cfu= colony forming unit; u.d.= under the detection limit of 3 cells/cm2.

3.2 Measurement of pH-value

To determine the pH-values on surfaces of the pH strips were used. In the test period at 21 days measurements were carried out. The results are listed in figure 5.

Fig. 5 pH-values of samples during the weathering test.

Fraunhofer UMSICHT BASF 7

4 Annex

Annex 1 Results obtained after the weathering test.

Page 10: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Fraunhofer UMSICHT BASF 8

5 Contact data

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]

Page 11: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Fraunhofer UMSICHT BASF 8

5 Contact data

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]

BASF 1

Annex 1

Results obtained after the weathering test. The tests were carried out by the Global Development Laboratories at BASF Construction Solutions GmbH, Trostberg.

This work was carried out additionally to the project by BASF and was on responsibility of BASF.

1. Images of MasterSeal 7000CR samples after testing

Initial sample Sample after Cleaned sample Reference concrete 6 months testing Fig. 1 Images of MasterSeal 7000CR samples after testing.

2. Adhesion testing in accordance with EN1542:1999

Fig. 2 Samples after adhesion testing.

Page 12: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

BASF 2

All tests failed in concrete showing no reduction in adhesion and no attack of the concrete that was affecting adhesion.

3. Tensile strength and elongation in accordance with En ISO 527-1b:1996

The free film samples were tested for tensile strength and elongation in comparison with un weathered reference materials.

Un weathereded Weathered

Tensile strength [MPa] 23.1 26.6

Elongation at break [%] 17.1 18.7

Results show no significant change in properties.

4. Vapour permeability in accordance with ASTM E96

Un weathereded Weathered

Permeability [US Perms] 0.95 1.22

Permeability [ng/s/m/Pa]] 0.013 0.017

Results show no significant change in properties.

Page 13: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

BASF 2

All tests failed in concrete showing no reduction in adhesion and no attack of the concrete that was affecting adhesion.

3. Tensile strength and elongation in accordance with En ISO 527-1b:1996

The free film samples were tested for tensile strength and elongation in comparison with un weathered reference materials.

Un weathereded Weathered

Tensile strength [MPa] 23.1 26.6

Elongation at break [%] 17.1 18.7

Results show no significant change in properties.

4. Vapour permeability in accordance with ASTM E96

Un weathereded Weathered

Permeability [US Perms] 0.95 1.22

Permeability [ng/s/m/Pa]] 0.013 0.017

Results show no significant change in properties.

Page 14: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Tłumaczenie na język polski dokumentu:„MasterSeal7000CR Resistance to BSA corrosion Fraunhofer Institute Report”

Page 15: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Raport

Badanie odporności systemu MasterSeal 7000CR na korozję wywołaną działaniem biogenicznego kwasu siarkowego dla: BASF plc 19 Broad Ground Road Lakeside, Redditch, Worcestershire B98 8YP Regatul Unit wykonane przez: Instytut Technologii Środowiska, Bezpieczeństwa i Energetyki Fraunhofer UMSICHT Osterfelder Straße 3 46047 Oberhausen NIEMCY Dr. Holger Wack Wydział Systemów Materiałowych i Technologii Wysokociśnieniowych Telefon +49 (0) 2 08/85 98-11 21 Oberhausen, 21 lipca 2016

Page 16: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Zawartość

1 Zawartość projektu 1

2 Stanowisko pomiarowe 2

3 Próba na starzenie w warunkach atmosferycznych 5

3.1 Harmonogram i parametry 53.2 Pomiar wartości pH 6

4 Załącznik 7

5 Dane kontaktowe 8

Page 17: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

1 Zawartość projektu Celem tego projektu było przeprowadzenie próby na starzenie w warunkach atmosferycznych dla materiału MasterSeal 7000CR pod kątem korozji wywołanej działaniem biogenicznego kwasu siarkowego. Komora pomiarowa wykorzystana do tego badania powoduje przyspieszone starzenie w wyniku optymalizacji warunków rozwoju bakterii poprzez zapewnienie odpowiedniego stężenia H2S, zawartości substancji odżywczych, wilgoci i temperatury. W oparciu o doświadczenia Uniwersytetu w Duisburgu-Essen (Centrum Warstwy Biologicznej, Prof. Wolfgang Sand), wartość współczynnika przyspieszenia dla próbek betonu wynosi od 8 do 10. Oznacza to, że 6 miesięczny okres w komorze porównywalny jest z okresem od 48 do 60 miesięcy w rzeczywistych warunkach dla sieci kanalizacyjnej. Korozja wywołana działaniem biogenicznego kwasu siarkowego to szkodliwe działanie chemiczne na powierzchnie różnego rodzaju materiałów, takich jak beton, żelazo i polimery. Spowodowana jest działaniem bakterii produkujących kwas siarkowy, takich jak bakterie gatunku thiobacillus i innych. Zjawisko to występuje głównie w sieciach kanalizacyjnych, gdzie związki siarki ulegają degradacji pod wpływem działania mikroorganizmów. Uwalniane są gazowe związki siarki, które zbierają się nad poziomem cieczy w kanalizacji. Proces chemicznego utleniania H2S do postaci wolnej siarki, oraz późniejsze biologiczne utlenianie poprzez tiosiarczan i inne kwasy politionowe powodują redukcję współczynnika pH (< 7). Zredukowane związki siarki utleniane są do postaci kwasu siarkowego, produkując energię potrzebną do rozwoju bakterii gatunku thiobacillus (T. neapolitanus, T. intermedia), które jeszcze bardziej redukują poziom pH. Przy wartości pH poniżej 5,5 powierzchnię zaczynają porastać bakterie gatunku A.thiooxidans. Przy wartości pH w zakresie 2,0-3,0 organizm ten ma optymalne warunki do rozwoju. Rezultatem jest kolonizacja powierzchni przez różne bakterie gatunku thiobacillus. Kwas siarkowy wytwarzany jest jako metabolit tych organizmów, i oddziałuje szkodliwie na podatne materiały. Próba na starzenie w warunkach atmosferycznych została przeprowadzona między 08.08.2013 r. a 12.02.2014 r. Poszczególne próbki przebadano pod kątem rozwoju mikroorganizmów. Badania te przeprowadzono we współpracy z prof. dr Wolfgangiem Sandem z Uniwersytetu w Duisburgu-Essen (Centrum Warstwy Biologicznej Uniwersytetu w Duisburgu-Essen, Biotechnologia Wodna). Poszczególne próbki przebadano również pod kątem śladów korozji, i tam gdzie to było możliwe właściwości fizyczne materiałów zostały przebadane przez BASF Construction Chemicals w firmowych Globalnych Laboratoriach Rozwoju znajdujących się w BASF Construction Solutions GmbH, Trostberg (p. Załącznik 1). Badania te zostały wykonane w formie badań dodatkowych do projektu, przez BASF i na odpowiedzialność BASF.

Fraunhofer UMSICHT 1

BASF

Page 18: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

2 Opis stanowiska pomiarowego i procedury pomiarowej Stanowisko pomiarowe wykorzystane do próby na starzenie w warunkach atmosferycznych znajduje się w instytucie Fraunhofer UMSICHT i jest obsługiwane przez instytut Fraunhofer UMSICHT. Fig. 1 przedstawia stanowisko pomiarowe i powiązane z nim komory pomiarowe. Dla celów realizacji tego projektu, komora po lewej stronie została wykorzystana do przeprowadzenia próby na starzenie w warunkach atmosferycznych.

Fig. 1 Stanowisko pomiarowe w instytucie Fraunhofer UMSICHT. Stanowisko pomiarowe symuluje szkodliwe działanie biogenicznego kwasu siarkowego w sieci kanalizacyjnej. Pojawienie się siarkowodoru i w konsekwencji korozji spowodowanej obecnością kwasu siarkowego w sieci kanalizacyjnej zostały przedstawione schematycznie na fig. 2.

Fig. 2 Rozwój korozji spowodowanej biogenicznym kwasem siarkowym (źródło: Bock, E., Sand, W., Pohl, A., Bedeutung der Mikroorganismen bei der Korrosion von Abwasserkanalen, TIS Tiefbau - Ingenieurbau - StraBenwesen, Sonderdruck zum 4. Statusseminar »Bauforschung und -technik«, 1983, s. 47-49).

Fraunhofer UMSICHT 2

BASF

komora pomiarowa

Bakterie gatunku thiobacillus; na powierzchni betonu

Warstwa biologiczna

Osady

Absorpcja H2S, utlenianie do postaci siarki, powstawanie H2SO4, działanie kwasu

emisja H2S do przestrzeni gazowej

rozpuszczona siarka/rozpuszczony gaz H2S

ogólna zawartość siarczków w ściekach

Wytwarzanie siarczków przez bakterie

nieorganiczne związki siarki

organiczne związki siarki

Page 19: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Starzenie przeprowadzane jest za pomocą procesu opisanego na fig. 3. Roztwór bakterii jest kontrolowany temperaturowo i pompowany w obiegu przez studzienkę komory pomiarowej. Prowadzi to do powstania w komorze pomiarowej atmosfery nasyconej wilgocią. Gaz H2S wytwarzany jest w reaktorze, w wyniku reakcji HCl z NaS2, i jest w sposób przerywany wypłukiwany z komory pomiarowej za pomocą powietrznych impulsów ciśnieniowych. Gaz doprowadzany jest do przedziału gazowego komory pomiarowej, powyżej próbek. Fig. 3 Schemat technologiczny procesu. Próbki betonowe umieszczono na dnie komory, na stojaku wykonanym ze stali nierdzewnej. Na fig. 4 pokazano układanie próbek betonowych. Powłoki polimerowe umieszczono powyżej próbek betonowych na dwóch stojakach wykonanych z PVC (p. fig.4). Powłoki ułożono na arkuszach sztucznego torfu (polipropylenu) by uniemożliwić im kontakt na ich całym obszarze ze stojakiem wykonanym z PVC, i przykryto niewielkimi ramkami wykonanymi z poliwęglanu, by uniemożliwić ich przemieszczanie.

Fraunhofer UMSICHT 3

BASF

próbki polimerowe

próbki betonowe

roztwór bakterii

powietrze

Page 20: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

układanie próbek betonowych próbki betonowe układane w komorze platformy z próbkami polimerowymi powłoki polimerowe i ramki węglanowe Fig. 4 Układanie próbek betonowych i powłok polimerowych. Położenie każdej z próbek w komorze zostało udokumentowane i wyszczególnione w załączniku nr 1 dotyczącym próbek betonowych, i w załączniku nr 2 dotyczącym powłok polimerowych. Próbki betonowe zostały poddane dwóm osobnym cyklom starzenia w warunkach atmosferycznych. Pierwszy zestaw próbek pozostał na stałe w fazie gazowej, podczas gdy drugi zestaw był cyklicznie zanurzany i wynurzany z roztworu bakterii w ramach cykli tygodniowych, w celu symulacji efektu zmiennego poziomu linii wody w środowisku kanalizacyjnym.

Fraunhofer UMSICHT 4

BASF

Page 21: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

3 Próba na starzenie w warunkach atmosferycznych 3.1 Harmonogram i parametry Starzenie w warunkach atmosferycznych zostało przeprowadzone między 01.08.2013 r. a 12.02.2014 r. Dnia 01.08.2014r. próbki betonowe i powłoki polimerowe zostały umieszczone w komorze przy udziale pracowników BASF zgodnie z określoną nomenklaturą. Dnia 13.11.2014r. pracownicy BASF dokonali inspekcji badania i wykonali dokumentację zdjęciową próbek. Dnia 12.02.2014r. próbki zostały wyjęte z komory przy udziale pracowników BASF i przekazane z powrotem do BASF. Roztwór bakterii podgrzano do 30°C a jego temperatura była stale kontrolowana podczas badania. Stężenie H2S wynosiło od 30 do 60 ppm. W związku z tym H2S był nieprzerwanie wytwarzany i doprowadzany do komory pomiarowej co 10 minut za pomocą ciśnieniowych impulsów powietrza. Inokulację próbek przeprowadzono ręcznie, za pomocą pompki natryskowej, zaczynając od dnia 08.08.2014r. Inokulacja próbek betonowych wykonywana była raz na tydzień przez 4 tygodnie, a powłok polimerowych raz na tydzień przez 3 tygodnie. Próbie starzenia w warunkach atmosferycznych towarzyszyła analiza mikrobiologiczna, którą wykonał Uniwersytet w Duisburgu-Essen (Centrum Warstwy Biologicznej, Prof. Wolfgang Sand) w celu potwierdzenia rozwoju bakterii. Wyniki podano w tabeli 2 i tabeli 3.

Próbka Bakterie

chemoorganotrofowe Grzyby

[cfu/cm2]

[cfu/cm2]

MasterSeal 7000CR + powłoka gruntowa 1E+03 p.d.

MasterSeal 7000CR p.d. p.d.

beton bez powłoki 3E+03 1E+02

Tab. 2: Liczba komórek bakterii chemoorganotrofowych i grzybów mikroskopowych na

jednostkę [cfu/cm2], cfu= jednostka tworząca kolonię; p.d.= poniżej granicy detekcji 3 komórek/cm2. Badania na obecność neutrofilowych i kwasolubnych bakterii utleniających siarkę były jakościowo pozytywne, ale nie były policzalne z uwagi na ilość mniejszą niż 1 komórka na mL (porównywalny z cm2).

Fraunhofer UMSICHT 5

BASF

Page 22: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Próbka Bakterie

chemoorganotrofowe

Neutrofilowe bakterie

utleniające siarkę

Kwasolubne bakterie

utleniające siarkę

Grzyby [cfu/cm2] [cfu/cm2] [komórki/cm2] [komórki/cm2]

MasterSeal 7000CR + powłoka gruntowa 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 bez powłoki 3E+03 2E+03 3E+02 3E+03

Tab. 3: Przegląd wyników próbkowania po 6 miesiącach inkubacji w szafce w instytucie Fraunhofer

UMSICHT, cfu= jednostka tworząca kolonię; p.d.= poniżej granicy detekcji 3 komórek/cm2. 3.2 Pomiar wartości pH Do ustalenia wartości pH na powierzchni użyto pasków pomiarowych pH. Pomiary wykonano podczas okresu badania wynoszącego 21 dni. Wyniki podano na fig. 5.

Fig. 5 wartości pH dla próbek podczas próby na starzenie w warunkach atmosferycznych.

Fraunhofer UMSICHT 6

BASF

beton bez powłoki MasterSeal 7000CR MasterSeal 7000CR + powłoka gruntowa

liczba dni

war

tość

pH

[-]

Page 23: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

4 Załącznik Załącznik 1 Wyniki uzyskane podczas próby na starzenie w warunkach atmosferycznych.

Fraunhofer UMSICHT 7

BASF

Page 24: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

5 Dane kontaktowe BASF Construction Chemicals GmbH 19 Broad Ground Road Lakeside, Redditch Worcestershire, B98 8YP Andrew Tasker Tel. +44 (0) 1527 / 512255 [email protected] UDE Uniwersytet Duisburg Essen Kampus Essen - Centrum Warstwy Biologicznej, Biotechnologia Wodna 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

Page 25: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Załącznik 1 Wyniki uzyskane podczas próby na starzenie w warunkach atmosferycznych. Badania przeprowadzone zostały przez Globalne Laboratoria Rozwoju znajdujące się w BASF Construction Solutions GmbH, Trostberg. Badania te zostały wykonane w formie badań dodatkowych do projektu, przez BASF i na odpowiedzialność BASF.

1. Zdjęcia próbek materiału MasterSeal 7000CR po badaniach Próbka w kondycji początkowej

Próbka po 6 miesiącach badań

Oczyszczona próbka

Beton referencyjny

Fig. 1 Zdjęcia próbek materiału MasterSeal 7000CR po badaniach. 2. Badania przyczepności zgodnie z EN1542:1999 Fig. 2 Próbki po badaniach przyczepności.

BASF

1

Page 26: Fraunhofer UMSICHT Raport MasterSeal 7000 CR PL WEB · 2 Description of the test bench and test process The test bench used for the weathering is located at Fraunhofer UMSICHT and

Wszystkie próby wykazały wynik negatywny dla betonu, wskazując na brak redukcji przyczepności i brak szkodliwego działania na przyczepność do betonu.

3. Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie zgodnie z En ISO 527-1b:1996 Swobodne próbki powłok przebadano pod kątem wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenie, porównując z materiałami referencyjnymi niepoddawanymi starzeniu..

Niepoddawane

starzeniu Poddawane

starzeniu

Wytrzymałość na rozciąganie [MPa] 23,1 26,6

Wydłużenie przy zerwaniu [%] 17,1 18,7

Wyniki nie wykazały znaczącej zmiany właściwości.

4. Przepuszczalność pary zgodnie z ASTM E96

Niepoddawane

starzeniu Poddawane

starzeniu

Przepuszczalność [w permach USA] 0,95 1,22

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

Wyniki nie wykazały znaczącej zmiany właściwości.

BASF

2