Біогенна сірчанокислотна корозія бетонних конструкцій каналізаційних мереж: алгоритм комплексної діагностики технічного стану

Abstract

UA: Розглянуто проблему біогенної сірчанокислотної корозії бетонних конструкцій каналізаційних мереж, яка є однією з основних причин передчасного руйнування колекторів, камер та інших споруд систем водовідведення. Проаналізовано механізм розвитку корозійного процесу та визначено найбільш інформативні діагностичні показники для оцінювання ступеня деградації бетону. На основі аналізу літературних джерел і практичного досвіду розроблено алгоритм комплексної діагностики технічного стану бетонних конструкцій каналізаційних мереж. Алгоритм передбачає послідовне виконання візуального обстеження, неруйнівного контролю, відбору проб, фізико-хімічних і фізикомеханічних досліджень із подальшим інтегральним оцінюванням отриманих результатів. Для перевірки працездатності запропонованого підходу виконано його апробацію на експлуатованій залізобетонній споруді каналізаційної мережі з ознаками біогенної корозії. Встановлено, що для досліджуваної конструкції найбільш інформативними показниками стали результати визначення pH і мікроструктурного аналізу. Показано, що застосування повного комплексу діагностичних процедур дає змогу адаптувати алгоритм для споруд із різним ступенем деградації та формувати обґрунтовані рекомендації щодо їхньої подальшої експлуатації, ремонту або заміни.

EN: Biogenic sulfuric acid corrosion is one of the major causes of premature deterioration of concrete and reinforced concrete structures in sewer networks. The paper analyzes the mechanisms of biogenic sulfuric acid corrosion and identifies the most informative diagnostic indicators for assessing the degradation degree of concrete structures exposed to this type of attack. Particular attention is paid to visual damage characteristics, surface strength indicators, moisture content, pH measurements, and microstructural and elemental analyses. It is shown that no single parameter can provide a reliable assessment of the technical condition of a structure affected by biogenic corrosion. Therefore, a comprehensive approach combining several complementary diagnostic methods is required. Based on an analysis of the corrosion mechanisms and a review of current diagnostic approaches, a comprehensive algorithm for technical condition assessment of concrete structures in sewer networks is proposed. The algorithm integrates field inspections, non-destructive testing methods, sampling procedures, laboratory physicochemical investigations, and physical-mechanical evaluations. A key feature of the algorithm is its flexibility, allowing the selection of the most informative diagnostic parameters depending on the specific condition of the investigated structure. The applicability of the proposed algorithm was verified through a case study involving an operating reinforced concrete sewer structure exhibiting typical signs of biogenic sulfuric acid corrosion. The obtained results demonstrated that pH measurements and microstructural investigations provided the most representative information for the examined structure. Low pH values in the surface layer indicated a complete loss of the protective alkaline properties of the cement matrix, while differences between surface and internal pH values made it possible to estimate the depth of corrosion propagation. Scanning electron microscopy combined with energy-dispersive spectroscopy confirmed the presence of corrosion products and substantial degradation of the cementitious matrix. The study demonstrates that the proposed diagnostic algorithm can be effectively applied to concrete sewer structures at different stages of deterioration. The results may be used to support maintenance planning, rehabilitation strategies, and decision-making concerning continued operation, repair, strengthening, or replacement of damaged structures.