Submitted:
04 November 2024
Posted:
06 November 2024
You are already at the latest version
Abstract
Keywords:
1. Introduction
2. Literature Review
3. Materials and Methods
3.1. Description of the Three-Layer Polyurea Coating System
3.2. Substrate Preparation
3.3. Injecting and Bonding Tapes
- Fill cracks with injections and additionally reinforce with special reinforcement to prevent further widening, using available sealing and waterproofing systems.
- Additionally reinforce crack areas with extra reinforcement (e.g., mesh, or bonding carbon mats/tapes) from the inside of the tank.
3.4. Application of The Moisture-Blocking Layer On The Entire Internal Surface
3.5. Application of the repair layer
3.6. Finishing works and membrane application
4. Results and Discussion
4.1. Performance of the Three-Layer Coating in Aggressive Environments
4.2. Cost Analysis of Anti-Corrosion Protection Methods
4.3. Evaluation of Coating Tightness and Chemical Resistance
4.4. Application Process and Layer Thickness Optimization
4.5. Structural Load-Bearing Improvement
4.6. Execution Time and Efficiency
5. Conclusions
Author Contributions
Funding
Institutional Review Board Statement
Informed Consent Statement
Data Availability Statement
Acknowledgments
Conflicts of Interest
References
- Wysocki, L. Trwałość betonowych kolektorów kanalizacyjnych [The durability of concrete sewage pipes]. Instal 2007, 4, 67–70. [Google Scholar]
- Czarnecki, L.; Emmons, P. H. Naprawa i ochrona konstrukcji betonowych [Repair and protection of reinforced concrete construction]; Polski Cement: Kraków, Poland, 2002. [Google Scholar]
- PN EN 206-1; Beton. Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność [Concrete. Part 1: Specification, performance, production and conformity].
- PN-80/B 01800; Antykorozyjne zabezpieczenia w budownictwie. Konstrukcje betonowe i żelbetowe. Klasyfikacja i określenie środowisk [Protection against corrosion in building. Concrete and reinforced concrete structures. Classification and determination of environment].
- Podraza, Z. Korozja siarczanowa jako realny problem sieci przewodów kanalizacyjnych [Sulphate corrosion as a real problem in a sewage network systems]. Acta Sci. Pol. Tech. Agrar. 2014, 13(1–2), 41–48. [Google Scholar] [CrossRef]
- Dąbrowski, W. Nieporozumienia dotyczące korozji siarczanowej [Misunderstandings regarding sulfate corrosion of concrete sewers]. Instal 2013, 1, 33–36. [Google Scholar]
- Dąbrowski, W. Prognozowanie korozji siarczanowej w kanałach betonowych [Forecasting of concrete sanitary sewers corrosion by sewer gas]. Instal 2017, 11, 65–69. [Google Scholar]
- Dąbrowski, W. Zapobieganie korozji siarczanowej w kanalizacji betonowej [Prevention of sulfide corrosion of concrete sewerage]. Instal 2017, 12, 57–61. [Google Scholar]
- Przybyła, B. Zagrożenie korozją siarczanową w kanalizacji [Sulphate corrosion threat in the sewers]. Inżynieria Bezwykopowa 2018, 3, 74–81. [Google Scholar]
- De Muynck, W.; De Belie, N.; Verstraete, W. Effectiveness of admixtures, surface treatments and antimicrobial compounds against biogenic sulfuric acid corrosion of concrete. Cem. Concr. Compos. 2009, 31(3), 163–170. [Google Scholar] [CrossRef]
- Bylka, H.; Dymaczewski, Z.; Harasymowicz, E.; Jaroszyński, T. Wodociągi i kanalizacja w Polsce - tradycja i współczesność [Water supply and sewerage systems in Poland - tradition and contemporary (present day)]; Polska Fundacja Zasobów Wodnych: Poznań-Bydgoszcz, Poland, 2002. [Google Scholar]
- Kwietniewski, M. Awaryjność infrastruktury wodociągowej i kanalizacyjnej w Polsce w świetle badań eksploatacyjnych [Failure of water supply and sewage infrastructure in Poland in the operational studies]; XXV Konferencja Naukowo Techninczna Awarie budowlane: Międzyzdroje, Poland, 2011. [Google Scholar]
- Jiang, G.; Keller, J.; Bond, P.L.; Yuan, Z. Predicting concrete corrosion of sewers using artificial neural network. Water Research 2016, 92, 52–60. [Google Scholar] [CrossRef]
- Abdollahi, M.; Hosseini, A. Hydrogen Sulfide, Encyclopedia of Toxicology, Third Edition; P. Wexler, Red, Ed.; Academic Press: USA, 2014; pp. 971–974. [Google Scholar]
- Czapliński, T. Kanały Krakowa. Osady kanalizacyjne. Cz. II [Sewers of Krakow. Sewage sludge. Part II]. Woda i My 2006, 3(37), 3–5. [Google Scholar]
- Jakubke, H.D.; Jeschkeit, H. Concise Encyclopedia Chemistry; Walter de Gruyter: Berlin, Germany, 1993; p. 513. [Google Scholar]
- Little, B.; Wagner, P.; Mansfeld, F. An overview of microbiologically influenced corrosion. Electrochim. Acta 1992, 37(12), 2185–2194. [Google Scholar] [CrossRef]
- O’Connell, M.; McNally, C.; Richardson, M.G. Biochemical attack on concrete in wastewater applications: A state of the art. Review. Cem. Concr. Compos. 2010, 8, 479–485. [Google Scholar] [CrossRef]
- Racki, J.; Kurtz, W. Korozja mikrobiologiczna oraz rola bakterii w przemyśle kopalin chemicznych [Microbiological corrosion and the role of bacteria in the chemical minerals industry]. Wiad. Bot. 1964, 8(2), 163–170. [Google Scholar]
- Stöcker, F.W. Concise Encyclopedia Biology; Walter de Gruyter: Berlin, Germany, 1995; p. 1153. [Google Scholar]
- Węglewski, W. Modelowanie zniszczenia betonu wywołanego korozją siarczanową [Modeling the failure of concrete caused by sulfate corrosion]; Rozprawa doktorska, Instytut Podstawpwych Problemów Technicznych PAN: Warszawa, 2008; pp. 6–9. [Google Scholar]
- Dobór urządzeń systemu AWA-AEROB do napowietrzania ścieków w rurociągu tłocznym. Materiały pomocnice firmy Corol Spółka z o.o. [Selection of AWA-AEROB system equipment for aeration of wastewater in the discharge pipeline. Auxiliary materials of Corol Company Ltd.].
- Dąbrowski, W. Zwalczanie zapachów i korozji siarczanowej w kanalizacji [Fighting sulphate smells and corrosion in sewage systems]. Gaz Woda i Technika Sanitarna 2001, 3, 95–99. [Google Scholar]
- Rozporządzenie Ministra Budownictwa z dnia 14 lipca 2006 r. w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych. Dz.U. nr 136 poz.964 z dnia 28.07.2006. (tekst jednolity z dnia 25 października 2016 r. Poz. 1757. Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 28 września 2016 r.).
- Cwalina, B.; Dzierżewicz, Z. Czynniki sprzyjające biologicznej korozji konstrukcji żelbetowych. Cz. I. [Factors promoting biological corrosion of reinforced concrete structures. Part I.]. Przegl. Bud. 2007, 7–8, 52–59. [Google Scholar]
- PN-88/B-01807; Antykorozyjne zabezpieczenia w budownictwie. Konstrukcje betonowe i żelbetowe. Zasady diagnostyki konstrukcji [Protection against corrosion in building. Concrete and reinforced concrete constructions. Principles of construction diagnosis].
- Dohnalik, K.; Golec, J. Korozja w urządzeniach wodociągowych i kanalizacyjnych (poradnik) [Corrosion in water and wastewater facilities (guidebook)]; Agencja Wydawnicza Instytutu Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej: Warszawa, Poland, 1991. [Google Scholar]
- Domka, F.; Gąsiorek, J. Investigation on the microbial reduction of sulfates. Acta Microbiol. Pol. 1975, 1, 61–72. [Google Scholar]
- Gąsiorek, J.; Domka, F. Effect of the concentration of available carbon compounds on the microbial reduction of sulfates. Acta Microbiol. Pol. 1975, 2, 97–101. [Google Scholar]
- Gruener, M. Korozja i ochrona betonu [Concrete corrosion and protection]; Arkady: Warszawa, Poland, 1983. [Google Scholar]
- Jaroszyński, T. Ekspertyza techniczna wpływu ścieków nieoczyszczonych na przyśpieszoną korozję kanałów i studzienek znajdujących się na dopływie do oczyszczalni oraz studzienek i zbiornika buforowego na terenie Oczyszczalni Ścieków [Technical report on the effect of untreated wastewater on accelerated corrosion of sewers and manholes located on the inflow to the treatment plant and manholes and buffer tank at the Wastewater Treatment Plant], 2003.
- Jasiczak, J. Ekspertyza dotycząca Bioreaktorów na LOŚ w Poznaniu [Technical report on Bioreactors at LOŚ in Poznań], Seminarium BASF Ochrona zbiorników w oczyszczalniach ścieków, Poland, 22-23 marca 2018 r.
- Lens, P.; Hulshoff Pol, L. Enviromental Technologies to Treat Sulfur Pollution; IWA Publishing: London, England, 2000. [Google Scholar]
- PN-86/B-01802; Antykorozyjne zabezpieczenia w budownictwie. Konstrukcje betonowe i żelbetowe. Nazwy i okreslenia [Protection against corrosion in building. Concrete and reinforced concrete constructions. Nomenclature definitions].
- PN-82/B-01801; Antykorozyjne zabezpieczenia w budownictwie. Konstrukcje betonowe i żelbetowe. Podstawowe zasady projektowania [Protection against corrosion in building. Concrete and reinforced concrete constructions. Basic design principles].
- Weismann, D. Komunalne przepompownie ścieków [Communal sewage pumping stations]; Wyd. I, Wydawnictwo Seidel-Przywecki: Warszawa, Poland, 2001. [Google Scholar]
- Badowska, H.; Danilecki, W.; Mączyński, M. Ochrona budowli przed korozją [Corrosion protection of structures]; Wydawnictwo Arkady: Warszawa, Poland, 1974. [Google Scholar]
- Baszkiewicz, J.; Kamiński, M. Korozja Materiałów [Material Corrosion; Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej: Warszawa, Poland, 2006. [Google Scholar]
- Stańczak, D.; Kuziak, J.; Woyciechowski, P.; Czarnecki, L. Experimental verification of carbonation models used for estimation of reinforced concrete structures durability. Bull. Pol. Acad. Sci. 2020, 68(5), 1159–1166. [Google Scholar] [CrossRef]
- Raman, S. N.; Jamil, M.; Ngo, T.; Mendis, P.; Pham, T. Retrofitting of RC panels subjected to blast effects using elastomeric polymer coatings, Conference Paper, Proceedings of Concrete Solutions, 5th International Conference on Concrete Repair, Belfast, Northern Ireland, 09.2014.
- Davidson, J. S.; Fisher, J. W.; Hammons, M. I.; Porter, J. R.; Dinan R., J. Failure Mechanisms of Polymer-Reinforced Concrete Masonry Walls Subjected to Blast. J. Struct. Eng. 2005, 08, 1194–1205. [Google Scholar] [CrossRef]
- Goswami, A.; Adhikary, S. D. Retrofitting materials for enhanced blast performance of Structures: Recent advancement and challenges ahead. Constr. Build. Mater. 2019, 204, 224–243. [Google Scholar] [CrossRef]
- Alldredge, D. J.; Gilbert, J. A.; Asce, M.; Toutanji, H. A.; Asce, F.; Lavin, T.; Balasubramanyam, M. S. Uplifit Capacity of Polyurea-Coated Light Frame Rafter to Top Plate Connections. J. Mater. Civ. Eng. 2012, 8, 1201–1210. [Google Scholar] [CrossRef]
- Marawan, A. E.; Debaiky, A. S.; Khalil, N. N. Shear and flexural behavior of R. C. beams strengthened with polyurea spray. IJARSE 2015, 4(11), 12–26. [Google Scholar]
- Ha, S. K.; Lee, H. K.; Kang, I. S. Structural behavior and performance of water pipes rehabilitated with a fast-setting polyurea-urethane lining. Tunn. Undergr. Space Technol. 2016, 52, 192–201. [Google Scholar] [CrossRef]
- Szafran, J.; Matusiak, A. Structural behavior and compressive strength of concrete rings strengthened with a polyurea coating system, XXIII Lightweight Structures in Civil Engineering, Bydgoszcz, Poland, 01.12.2017.
- Available online: https://www.steinzeug-keramo.com/studni-duraport (accessed on 10 August 2024).
- Available online: https://www.predl.eu/pl/nasze-produkty/flexliner/ (accessed on 10 August 2024).
- Banera, J.; Maj, M.; Ubysz, A. Powłoki polimocznikowe w budownictwie [Polyurea coatings in construction]; DTP: D-CONCEPT, Grupa MD: Poznań, Poland, 2017. [Google Scholar]
- Szafran, J.; Matusiak, A. Polyurea coating systems: definition, research, applications, XXII Lightweight Structures in Civil Engineering, Olsztyn, Poland, 02.12.2016.
- Szafran, J.; Matusiak, A. Nowoczesne izolacje natryskowe w budownictwie na przykładzie pianki PUR i polimocznika [Modern spray insulation in construction on the example of PUR foam and polyurea], III Konferencja Naukowo-Techniczna Nowoczesne materiały, techniki i technologie we współczesnym budownictwie, Kraków, Poland, 15-17.11.2017.
- Szafran, J.; Matusiak, A. Piana PUR i polimocznik – innowacyjne izolacje natryskowe [PUR foam and polyurea - innovative spray insulation]. Inżynier budownictwa 2018, 4, 45–50. [Google Scholar]
- Davidson, J. S.; Porter, J. R.; Dinan, R.J.; Hammons, M. I.; Connell, J. D. Explosive Testing of Polymer Retrofit Masonry Walls.
- J. Perform. Constr. Fac. 2004, 5, 100–106.
- Parniani, S.; Toutanji, H. Monotonic and fatigue performance of RC beams strengthened with a polyurea coating system. Constr. Build. Mater. 2015, 101, 22–29. [Google Scholar] [CrossRef]
- Dokumentacja techniczna polimocznika udostępniona przez firmę BASF Polska [Technical documentation of polyurea provided by BASF Poland] (accessed on 10.08.2024).












| Parameter | Typical Value1 | Method |
|---|---|---|
| Tensile strength | 30 N/mm² | DIN 53504 |
| Elongation at break | 300% | DIN 53504 |
| Tear resistance | 120 N/mm | DIN 53515 |
| Impact resistance | Class III | EN ISO 6272-1 |
| Adhesion to substrate (steel) | >5 MPa | EN ISO 4624 |
| Adhesion to substrate (concrete) | >1.5 MPa | EN 1542 |
| Shore hardness | 60D | EN ISO 868 |
| Abrasion resistance | ≤3000 mg | EN ISO 5470-1 |
| Abrasion | 80 mm³ | DIN 53516 |
| No | Renovation method | Cost | Tightness | Resistance to sulfuric acid | Monolithic nature | Layer thickness | Load-bearing improvement |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Construction chemicals - polymer-cement mortars | 1 | no | none | none | high | yes |
| 2 | Resins - epoxy/polyurethane | 2 | yes | partial | partial | low | no |
| 3 | GRP (TWS) liners | 2.5 | no | partial | none | medium | yes |
| 4 | Polymer membrane modules | 5 | no | partial | none | high | yes |
| 5 | Polyurea liners | 3 | no | full | none | medium | no |
| 6 | Three-layer membrane | 2 | yes | full | full | high | yes |
| No | Stage I - Cleaning | Stage II | Stage III | Stage IV | Stage V | Stage VI | Total Time |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Yes | Application of bonding layer | Application of mortars | Curing | - | - | 14 days |
| 2 | Yes | Application of bonding layer | Application of mortars | Curing | Application of resins | Curing | 16 days |
| 3 | Yes | Installation of GRP liners | Filling the space | Lamination of bottom joints | Curing | - | 10 days |
| 4 | Yes | Removal of cover/neck | Installation of modules | Execution of resin joints | Filling the space | - | 5 days |
| 5 | Yes | Kinetic removal | Kinetic installation | Installation of polyurea liners | Execution of joints | - | 5-6 days |
| 6 | Yes | Drying | Application of 3-layer membrane | - | - | - | 1 |
Disclaimer/Publisher’s Note: The statements, opinions and data contained in all publications are solely those of the individual author(s) and contributor(s) and not of MDPI and/or the editor(s). MDPI and/or the editor(s) disclaim responsibility for any injury to people or property resulting from any ideas, methods, instructions or products referred to in the content. |
© 2024 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
