University of Oulu

Betonityypin vaikutus kalsiumhydroksidin liukenemiseen vesijohtoverkostoputkien asennushuuhtelussa

Saved in:
Author: Ruottinen, Joni1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Process Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, )
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201809052702
Language: Finnish
Published: Oulu : J. Ruottinen, 2018
Publish Date: 2018-09-05
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Rossi, Pekka
Heiderscheidt, Elisangela
Reviewer: Rossi, Pekka
Heiderscheidt, Elisangela
Description:
Uusien betonoitujen teräsvesijohtoverkostoputkien käyttöönottoa ennen ne pitää huuhdella. Yksi syy miksi huuhtelua tarvitaan, on, koska betonin pinnalta liukenee veteen vapaata kalkkia tai kalsiumhydroksidia, joka nostaa veden pH:ta, alkaliteettia ja kalsiumpitoisuutta. Erityisesti veden pH voi nousta nopeasti niin korkealle, että vesi ei täytä hetkellisesti vedenlaadun kelpoisuusvaatimuksia. Huuhtelun aikana betonin pinnalla olevan kalsiumhydroksidin määrä laskee, joka johtaa liukenemisen vähenemiseen ja veden pH:n laskuun. Käytetyn huuhteluveden laatu vaikuttaa huuhteluun tarvittavaan aikaan ja liukenemiseen. Tässä työssä tutkittiin keinoja vähentää huuhteluveden pH-arvoa ja lyhentää putkien huuhteluaikaa. Kirjallisuustutkimuksessa on esitetty vedenhuollon perusperiaatteet. Aikaisemmin tehty tutkimukset on käyty läpi ja ne ovat myös esitetty työssä. Löydetyt tiedot otettiin huomioon, kun laboratoriokoetta suunniteltiin. Betonityypin ja huuhteluveden laadun vaikutusta veteen liuenneiden alkalisten yhdisteiden määrään ja siitä johtuvan pH:n nousuun tutkittiin laboratorio-olosuhteissa tehdyllä liukenemiskokeella. Betonoitujen putkien liukenemista voidaan vähentää usealla tavalla kuten maalien tai korroosionestoaineiden käytöllä tai osittain sementin korvaaminen aineilla kuten masuunikuonalla. Sementin korvaaminen muilla aineilla on johtanut hyviin tuloksiin ja se on kustannustehokasta. Tämän takia betonityypin (sulfaatinkestävää Portland-sementtiä 60% ja 40% masuunikuonaa) vaikutusta liukenemiseen tutkittiin laboratorio-olosuhteissa. Kokeessa tutkittiin myös huuhteluvedenlaadun vaikutusta betonin aineiden liukenemiseen. Kokeessa käytetyn korkean alkaliteetin vesi oli peräisin Keminmaalta ja matalan alkaliteetin vesi oli peräisin Helsingistä. Kokeessa betonipalat upotettiin veteen 34:ksi päiväksi, jonka aikana vedet vaihdettiin yhdeksän kertaa. Vesistä mitattiin pH ja sähkönjohtavuus paikan päällä ennen vedenvaihtoa. Vesistä otettiin näytteet, joista analysoitiin alkaliteetti, kalsiumpitoisuus, veden kovuus, alumiinipitoisuus, liuennut hiili ja vapaa kloori. Koetulosten perusteella masuunikuonasementit johtavat pienempään alkaliaineiden liukenemiseen ja samalla pienempään pH:n nousuun. Mitä enemmän masuunikuonaa betonissa on, sitä vähemmän pH nousee. Masuunikuonapitoisuus rajoitti myös alkaliteetin ja kalsiumpitoisuuden kasvua. Korkean alkaliteetin omaavan veden pH nousi vähemmän, kuin matalan alkaliteetin. Käytetyn veden laadulla on suurempi vaikutus liukenemiseen kuin sementtityypillä. Siksi, vaikka tietyillä alueilla vedenlaatua ei voida valita, pitää se ottaa huomioon sen liukenemisen vaikutuksen vuoksi. Tulosten perusteella voidaan suositella masuunikuonasementin käyttöä betonoiduissa putkissa Portland-sementin sijasta Pohjoismaisissa vesissä, joissa alkaliteetti on matala.
see all

Before newly installed cement mortar lined steel pipes are put in operation, they have to be flushed. One of the reasons why flushing is required is leaching of free lime also known as calcium hydroxide from the concrete surface to the water. The dissolution of calcium hydroxide results in an increase in the water pH, alkalinity and calcium concentration of the water. The increase in pH in particularity, can be significant and reach levels far above drinking water requirements. During flushing the water is discarded and with time the available calcium hydroxide at the concrete surface will decrease, thus leaching is reduced and the effect on the water pH will decrease. The required flushing time and the leached concentration are depended on quality of the water used during the flushing. In this thesis, the suitability of different methods for reducing leaching from concrete lined pipes was investigated. Basics principles related to water supply networks are presented in the background section. Previous research conducted in the topic was reviewed and it is also presented. Main finding from the literary review was taken under consideration when designing practical experiments. The influence of concrete type and flushing water quality on the leaching of alkaline compounds and consequently on water pH was investigated via leaching experiment under laboratory conditions. In general, a number of solutions can be applied to minimize the leaching from concrete line pipes such as the use of paints and corrosion preventative additives and partial replacement of portions of the cement used in the concrete mixture with materials like blast-furnace slag. Among the suggested solutions, the addition of aggregate materials to the concrete mixture have achieved good results and is a cost-effective alternative. Therefore, the influence of cement type (sulphate resistant, normal Portland cement, 60% and 40% added slag content) on leaching of alkaline compounds was evaluated under laboratory conditions. Furthermore, the effect of flushing water quality was also investigated. High alkalinity water sample from Keminmaa and lower alkalinity water sample from Helsinki areas were used in the experiment. In the experiment, concrete pieces were submerged in water for 34 days during which the waters were changed nine times. Electric conductivity and pH where measured before the test and before each water change. Water samples (raw water and flushing water) were sent to an outsourced laboratory for analysis of alkalinity, calcium, aluminium, hardness, dissolved organic carbon and free chlorine. Results of the experiment shows that, the use of blast-furnace slag cement lead to lower leaching and consequently lower water pH. Increased amount of slag in the cement increased the effect. It follows that, blast-furnace slag limited the rise of alkalinity and calcium concentrations in the water. The increased pH observed in the high alkalinity water sample pH was lower than the one observed in the low alkalinity water sample. Overall, the influence of flushing water quality on leaching was higher than the influence of cement type. Therefore, although in a particular location the water quality cannot be selected, it must be taken under consideration due to the effect it has on leaching. Overall, the use of slag-furnace cement instead of Portland cement in cement mortal lined pipes can be recommended in Northern Europe based on the results of the experiment because the low alkalinity of the water.
see all

Subjects:
Copyright information: © Joni Ruottinen, 2018. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.