CN107589064A - 一种混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置 - Google Patents

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田梅
田一梅
宋雅荣
郑波
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Abstract

本发明涉及一种混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,包括管道主体,所述管道主体内设置有中空支架,以及倒置于中空支架顶部的混凝土试块,其用于非浸没状态下的气相腐蚀研究;所述中空支架的下方设置有一混凝土试块,其用于半浸没状态下的腐蚀研究;所述管道主体两端设置有密封盖,两端所述密封盖上分别设置有污水进出口,在所述管道主体的顶部开设有顶盖。本发明打破传统混凝土污水管道腐蚀研究的局限性,同时模拟实际污水及气态硫化氢环境下管道顶部及污水界面处混凝土的腐蚀,定量分析混凝土厚度变化,易于进行混凝土表面的pH检测及腐蚀产物的取样分析,增强了该装置的普遍适用性,对城市排水管道的寿命预测和腐蚀防护意义重大。

Description

一种混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置
技术领域
本发明属于模拟管道装置技术领域,主要涉及一种混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置。
背景技术
市政排水管网是重要的城市基础设施,对城市的发展建设,人民生活水平的提高,以及生态环境的维护意义重大。管网腐蚀严重影响着城市输水安全,一方面由于腐蚀产物的释放而影响输送水质,另一方面腐蚀产物在管壁的累积会造成输水能力的下降、能耗的增加甚至引发爆管、污染环境。重力自流混凝土管(非满流)作为一种典型的排水管道,在污水、污泥及气态硫化氢的作用下腐蚀问题极为严重。其中,在高湿度、高硫化氢浓度的腐蚀性气体作用下,混凝土重力管内管道顶部及污水界面处最易发生腐蚀,造成原有水化硅酸钙和氢氧化钙转变为钙矾石和石膏两种主要腐蚀产物,结构疏松,机械强度低,极易产生破损、地面塌陷、污水泄漏等事故,造成严重的环境污染。然而,国内外关于混凝土污水管道腐蚀的研究大多局限于对现役管道内壁腐蚀产物进行定性取样分析,取样困难、不确定性大。现有研究难以实现实验室条件下可控的腐蚀试验,以同时模拟实际污水管道中管顶及污水界面处的腐蚀情况,进而定量表征腐蚀现象、深入理解腐蚀机理、全面探索防腐措施。因此,寻找一种行之有效的混凝土污水管道模拟装置、解析混凝土管的腐蚀行为迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷,提供一种混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,打破传统混凝土污水管道腐蚀研究的局限性,同时模拟实际污水及气态硫化氢环境下管道顶部及污水界面处混凝土的腐蚀,定量分析混凝土厚度变化,易于进行混凝土表面的pH检测及腐蚀产物的取样分析,增强了该装置的普遍适用性,对城市排水管道的寿命预测和腐蚀防护意义重大。
为解决上述背景技术中技术问题,本发明提出一种技术方案是:一种混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,包括管道主体,所述管道主体内设置有中空支架,以及倒置于中空支架顶部的混凝土试块,其用于非浸没状态下的气相腐蚀研究;所述中空支架的下方设置有一混凝土试块,其用于半浸没状态下的腐蚀研究;所述管道主体两端设置有密封盖,两端所述密封盖上分别设置有污水进出口,在所述管道主体的顶部开设有顶盖。
所述中空支架为设置有四个支脚的立体梯形结构,为PVC防腐材料,其顶部设置有方孔,用于架设混凝土试块。
所述混凝土试块为立方体,所述用于非浸没状态下的气相腐蚀研究的混凝土试块的下表面、下表面以上30-40cm处的壁面固封于环氧树脂内,所述环氧树脂上表面的两侧、侧壁以及底面采用不锈钢框架包裹。
所述管道主体上设置有硫化氢传感器和理化性质检测孔。
所述顶盖设置有两个,两个所述顶盖之间设置有硫化氢传感器和理化性质检测孔。
所述顶盖的弧长为所述管道主体周长的1/3。
所述顶盖与所述管道主体的切缝采用防腐胶带粘合。
所述管道主体切缝处设置有支撑条。
所述管道主体为PVC管。
所述密封盖由聚四氟乙烯材料构成。
与现有技术相比,本发明具有的优点:
(1)、打破了传统污水管道腐蚀研究中不可控、取样困难、不确定性强的研究壁垒,可同时模拟实际污水及气态硫化氢环境下管道顶部及污水界面处两种不同条件下的混凝土腐蚀,节约试验空间,便于对比分析,实现了实验室条件下高效、可控的混凝土污水管道腐蚀研究。(2)、利用现有PVC管道,对其顶部进行切割、加工,制作而成带有顶盖的模拟管道,便于试验过程中混凝土试块的放置、提取,腐蚀产物的取样,以及混凝土表面的pH检测等操作,大大提高了试验的简便性及可操作性。
(3)、自主设计了被环氧树脂固封并带有不锈钢框架的标准混凝土试块,其制作方法规范可行,反应面积方便计算;以不锈钢框架为基准面,通过构建表面腐蚀形貌的三围效果图,可实现混凝土腐蚀速率的定量检测,大大提高了混凝土腐蚀测量的准确性和规范性。
(4)、通过自主设计与管道、混凝土配套的混凝土试块支架,实现了混凝土试块在污水液面以上气态环境中的腐蚀暴露试验。支架与试块成套置于模拟管道中,其位置、数量灵活可变,大大增强了该装置的灵活性及实用性。
(5)、在管道顶部设置了硫化氢传感器及气态理化性质监测孔,可实时监测气态硫化氢浓度,监测探头可通过该孔伸入气态环境中进行温度、湿度等实时理化性质监测,从而获得相关气态数据资料。
附图说明
图1为混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置的结构主视图。
图2为混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置的结构俯视图。
图3为混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置的横截面示意图。
图4为被环氧树脂固封并带有不锈钢框架的标准混凝土试块的结构三视图。
图5为混凝土试块支架的结构三视图。
附图标记如下:
1—管道主体 2—顶盖
3—把手 4—密封盖
5—污水进口 6—污水出口
7—防腐胶带 8—硫化氢传感器
9—理化性质监测孔 10—支撑条
11—混凝土试块 12—环氧树脂
13—不锈钢框架 14—中空支架
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明,并不对本发明作任何的限制。
本发明一种混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,包括管道主体1,如图1、2所示,所述管道主体1为PVC管,如图3所示,所述管道主体1内设置有中空支架14,以及倒置于中空支架14顶部的混凝土试块11,其用于非浸没状态下的气相腐蚀研究;所述中空支架14的下方设置有一混凝土试块11,其用于半浸没状态下的腐蚀研究;如图5所示,所述中空支架14为设置有四个支脚的立体梯形结构,为PVC防腐材料,其顶部设置有方孔,用于架设混凝土试块11;如图4所示,所述混凝土试块11为立方体,所述用于非浸没状态下的气相腐蚀研究的混凝土试块11的下表面、下表面以上30-40cm处的壁面固封于环氧树脂12内,所述环氧树脂12上表面的两侧、侧壁以及底面采用不锈钢框架13包裹;所述用于半浸没状态下的腐蚀研究的混凝土试块无需设置环氧树脂及不锈钢框架结构。
所述管道主体1两端设置有密封盖4,所述密封盖由聚四氟乙烯材料构成,两端所述密封盖4上分别设置有污水进出口5、6,在所述管道主体1的顶部开设有顶盖2,所述管道主体1切缝处设置有支撑条10,用于防止顶盖2陷落入腔体内,所述顶盖2与所述管道主体1的切缝采用防腐胶,7粘合,所述顶盖2的弧长为所述管道主体1周长的1/3;所述顶盖2设置有两个,两个所述顶盖2之间设置有硫化氢传感器8和理化性质检测孔9。
以下对本发明给出一个具体实施例来详细说明:
管道主体1为PVC管段,PVC管段的顶部被切割、加工制成两个顶盖2,PVC管段1两端设置有密封盖4;
顶盖2上设置有两个把手3,两顶盖2之间的管顶处设置有硫化氢传感器8和理化性质检测孔9,理化性质监测探头通过该检测孔伸入实验装置内部;右侧密封盖4上部设置有污水进口5,管端密封盖4下部设置有污水出口6;
混凝土试块11被环氧树脂12固封并嵌于不锈钢框架13中,将被环氧树脂12固封并带有不锈钢框架13的混凝土试块11倒置于横截面为梯形的中空支架14上,并将中空支架14与混凝土试块11成套置于PVC管段中,以模拟混凝土在污水管道气相中的腐蚀;同时,可在各中空支架14下方另外放置一混凝土试块11,以模拟半浸没条件下污水界面处混凝土的腐蚀。
所述PVC管段管道内径225mm,管长2400mm。
所述顶盖2切割于PVC管段顶部,以管道周长三分之一(120°圆心角对应圆弧)为弧长,沿管长方向1000mm;两顶盖2之间水平间隔200mm;顶盖2与PVC管段1之间的切缝用防腐胶带7粘合,以防止硫化氢气体外溢;PVC管段内壁切缝处设置支撑条10,防止顶盖2陷落于PVC管段1内部。
所述管端密封盖4为聚四氟乙烯材料,其上污水进口5和污水出口6内径为80mm。
所述硫化氢传感器8型号采用Oda-Log Type 2,理化性质检测孔9直径为40mm。
所述混凝土试块11尺寸为70(长)×70(宽)×70(高)mm,切割于退役老旧混凝土管道或新混凝土管;混凝土试块11上表面及上表面以下厚度为30mm以内侧面部分暴露于空气中,其余部分固封于100(长)×100(宽)×85(高)mm的环氧树脂12内;环氧树脂12上表面混凝土两侧、左右侧壁及底面用厚度为2mm的不锈钢框架13包裹。
所述中空支架14采用PVC材料,其横截面为下部中空的梯形,外部梯形高100mm,腰长110mm,上底100mm,下底175mm;内部梯形高75mm,腰长82mm,上底70mm,下底125mm;上表面为中空正方形,外部正方形边长100mm,内部正方形边长70mm。
所述中空支架14与混凝土试块11成套置于PVC管段1中,其位置、数量(1-15块)灵活可变,可依据试验需求具体设定。
所述PVC管段1内污水深度为40-60mm,半浸没混凝土试块11浸没深度为35-55mm;污水液面上方管道内硫化氢气体浓度为50-200ppm。
本发明混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置的具体安装步骤如下:
先将PVC管段的顶部切割、加工制成两个顶盖2,将两个顶盖2取下,在PVC管段内壁切缝处设置支撑条10,再将带有污水进口5、污水出口6的管端密封盖与PVC管段密封固定,同时安装硫化氢传感器8。另一方面,利用退役老旧混凝土管道或新混凝土管道切割制作混凝土试块11,利用模具将混凝土试块11固封于环氧树脂12内,并嵌于不锈钢框架13中。将被环氧树脂12固封并带有不锈钢框架13的混凝土试块11倒置于横截面为梯形的中空支架14上,并将中空支架13与混凝土试块11成套置于PVC管段中,同时在各中空支架14下方另外放置混凝土试块11。将顶盖2盖于PVC管段的顶部,用防腐胶带7粘合顶盖2与PVC管段之间的切缝。污水经由污水进口5和污水出口6通过实验装置。理化性质监测孔9通入理化性质监测探头以实时监测,同时开启硫化氢传感器8,从而获得更多的数据资料。定期取样时,可除去防腐胶带7,取下顶盖2,取出气态或半浸没状态下的标准混凝土试块11,进行pH检测、腐蚀产物取样以及厚度测量等操作。
本发明与可编程逻辑控制器(PLC)联用,通过监测PVC管段内硫化氢气体的浓度,进而控制污水流量及管段通风等操作。通过定期的混凝土表面pH检测、腐蚀产物取样及分析、混凝土厚度测量、硫化氢吸收速率检测、微生物细胞提取及DNA测序等试验手段,可定性、定量分析出气态、半浸没两种条件下,混凝土的腐蚀速率、腐蚀产物类型及分布以及微生物作用机理等。
下面以研究气态、半浸没状态下混凝土污水管道腐蚀速率及腐蚀产物为例,本装置于管段中的污水液面以上和污水中分别放置了8块混凝土试块,以模拟实际污水管道中管顶和污水界面处的混凝土腐蚀。管段中硫化氢气体浓度为150-200ppm,管道内气体温度25℃,污水pH 6-7。在腐蚀进行1、3、6个月时进行取样。结果表明,气态下混凝土表面pH为3-6,污水界面处混凝土表面pH为2-4,随着时间的推移,pH由原来的12逐渐下降;两种情况下混凝土厚度变化均为1-2mm,但半浸没状态下混凝土腐蚀形貌更为显著。两者的腐蚀产物均以石膏和钙矾石为主,硫还原菌在混凝土腐蚀过程中起主要作用。这与文献[1]中结果是基本一致的。
应当理解的是,这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明,对本领域技术人员来说,可以加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
相关文献:
[1].周学章,宋佩娣,倪桂华.硫化氢导致的混凝土污水管腐蚀机理及预防措施[J].混凝土,2008(4):100-101.

Claims (10)

1.一种混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,包括管道主体,其特征在于,所述管道主体内设置有中空支架,以及倒置于中空支架顶部的混凝土试块,其用于非浸没状态下的气相腐蚀研究;所述中空支架的下方设置有一混凝土试块,其用于半浸没状态下的腐蚀研究;所述管道主体两端设置有密封盖,两端所述密封盖上分别设置有污水进出口,在所述管道主体的顶部开设有顶盖。
2.根据权利要求1所述的混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,其特征在于,所述中空支架为设置有四个支脚的立体梯形结构,为PVC防腐材料,其顶部设置有方孔,用于架设混凝土试块。
3.根据权利要求1所述的混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,其特征在于,所述混凝土试块为立方体,所述用于非浸没状态下的气相腐蚀研究的混凝土试块的下表面、下表面以上30-40cm处的壁面固封于环氧树脂内,所述环氧树脂上表面的两侧、侧壁以及底面采用不锈钢框架包裹。
4.根据权利要求1所述的混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,其特征在于,所述管道主体上设置有硫化氢传感器和理化性质检测孔。
5.根据权利要求1所述的混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,其特征在于,所述顶盖设置有两个,两个所述顶盖之间设置有硫化氢传感器和理化性质检测孔。
6.根据权利要求1所述的混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,其特征在于,所述顶盖的弧长为所述管道主体周长的1/3。
7.根据权利要求1所述的混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,其特征在于,所述顶盖与所述管道主体的切缝采用防腐胶带粘合。
8.根据权利要求1所述的混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,其特征在于,所述管道主体切缝处设置有支撑条。
9.根据权利要求1所述的混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,其特征在于,所述管道主体为PVC管。
10.根据权利要求1所述的混凝土污水管腐蚀研究用模拟管道装置,其特征在于,所述密封盖由聚四氟乙烯材料构成。
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