تآكل الخرسانة الحيوي في شبكات الصرف: حمض الكبريتيك الحيوي وأنظمة التبطين

التآكل الحيوي للخرسانة (MICC) في شبكات الصرف، ويُعرف بالتآكل بحمض الكبريتيك الحيوي، عملية كيميائية حيوية من مرحلتين: بكتيريا اختزال الكبريتات (SRB) في الحمأة المغمورة تحوّل الكبريتات إلى كبريتيد الهيدروجين (H2S)؛ ينتقل الغاز إلى الفراغ الهوائي أعلى المنسوب، حيث تكيْسده بكتيريا أكسدة الكبريت (SOB) في الغشاء الحيوي الرطب على التاج إلى حمض الكبريتيك، فيذيب هيدرات الأسمنت ويكوّن الجبس والإترينجيت. تتركز الإصابة في تاج المواسير غير الممتلئة وآبار التفتيش وأحواض التهوية فوق منسوب المياه، وهو النطاق الذي تُقاس فيه قيمة أنظمة التبطين.

TL;DR — تنخفض درجة الحموضة في الغشاء السطحي للتاج إلى 1-3 بينما محلول المسام عند 12.5-13.5. الحماية تقطع المرحلتين: خلطة كثيفة (نسبة الماء إلى المادة الرابطة ≤0.45، غطاء ≥40 مم، فئة XA وفق EN 206)، وحاجز مقاوم للأحماض (إيبوكسي برقاقات الزجاج السميك، مونة الإستر الفينيلي، البولي يوريا، أو تبطين ستانلس ستيل)، مع تثبيط H2S بالجرعات عند اللزوم. تُقبل الأعمال بقياسات فعلية: سماكة الغشاء الجاف، الاستمرارية، وقوة التمسك بالشد.

بيانات أساسية

• محلول مسام الخرسانة قلوي قوي (pH ≈ 12.5-13.5)؛ وعند استمرار الغشاء الحيوي على التاج في إفراز الحمض يهبط الغشاء السائل السطحي إلى pH 1-3، نطاق الإذابة السريع لهيدرات الأسمنت.
• تركيز H2S في الفراغ الهوائي عادة أقل من 10 ppm في التدفق المنزلي الطبيعي، وقد يبلغ عشرات إلى مئات ppm في المقاطع الراكدة الآسنة؛ والرائحة تُدرك قرب 0.1 ppm.
• تجري الأكسدة وفق H2S + 2O2 → H2SO4 + H2O بوساطة الميكروبات؛ ويسود على الأسطح المتآكلة نوع Acidithiobacillus thiooxidans الذي يتحمل pH أقل من 1 (Appl. Environ. Microbiol., 2007, PMID 17142362).
• ترصد المراجعات الميدانية والاختبارات المتسارعة فقدانه للمادة في التاج بمرتبة 0.5-2 مم سنوياً في المقاطع الشديدة الإصابة (Materials Reports 2025, 39(7):108-118).
• يحتل الجبس (CaSO4·2H2O) والإترينجيت حجماً أكبر من الطور الأصلي، فتتدهور مقاومة الانحناء قبل الانضغاط بسبب الإجهادات الداخلية.
• مرجعات التصميم: فئات XA1-XA3 في EN 206 تحدد المقاومة ونسبة الماء والغطاء (قيم إرشادية w/b ≤0.45 وغطاء ≥40 مم)؛ والمنشآت الصناعية تتبع GB/T 50046؛ والسماكة الكلية الجافة للتبطين ≥1.5-2.5 مم.

الآلية: سلسلة من مرحلتين من الكبريتات إلى الحمض

المنطقة المغمورة: SRB تنتج H2S

تعمل الكبريتات في مياه الصرف وحمأة القاع (30-300 ملغم/لتر في المياه المنزلية، وأكثر مع التصريفات الصناعية) كمستقبل للإلكترونات لبكتيريا Desulfovibrio في الغشاء الحيوي اللاهوائي، فيتكون الكبريتيد ويذوب كـ H2S. ترتفع درجة الحرارة والسرعة المنخفضة وزمن المكوث وترسب الحمأة من الإنتاج أضعافاً؛ وآبار السقوط والمقاطع المضطربة نقاط انبعاث.

التاج: SOB تصنع الحمض في الموقع

يمتص الغشاء الشعري والمكثفات على سطح الخرسانة غاز H2S القادم من الفراغ الهوائي، وتؤكسده بكتيريا أكسدة الكبريت (Acidithiobacillus/Thiobacillus مع Beggiatoa المصاحبة) تدريجياً إلى حمض كبريتيك. ينساب الغشاء الحمضي للأسفل، فيكون أتعب الأجزاء قمة التاج ويتلاشى على الجوانب: بصمة MICC الميدانية.

التلف: إذابة وانتفاخ معاً

يعادل الحمض البورتلانديت أولاً ثم يفكك هلام C-S-H مكوّناً الجبس والإترينجيت. الجبس لين وذواب يجرفه تيار الهواء كاشفاً سطحاً قلوياً جديداً لدورة غشاء حيوي تالية؛ والإترينجيت المتبلور في حيز محصور ينتفخ مشققاً ومقشراً للطبقة. وعند وصول pH المنخفض والكلوريدات إلى التسليح تتسارع تمددات الصدأ. صمم للحمل المركب: الحمض الحيوي الداخلي مع كبريتات التربة وثاني أكسيد الكربون من الخارج.

خمسة متغيرات تشغيلية تتحكم بالسرعة

درجة الحرارة (20-35 °C النطاق النشط لمياه الصرف البلدية)؛ وزمن المكوث وترسب الحمأة (يحددان إنتاج H2S)؛ والميل ودرجة الامتلاء (يحددان زمن ترطيب التاج)؛ ونوعية المياه (خلفية الكبريتات، التصريفات الصناعية الكبريتية، المغذيات)؛ وجودة الخرسانة—نسبة الماء والإدماك ونفاذية السطح. بين المقاطع المتماثلة تعود فروقات الدفعات أساساً إلى المتغير الأخير.

مقارنة أنظمة الحماية

التنفيذ والقبول

السطح يحدد النتيجة

الطبقة المتآكلة أساس زائف: أزِل الطبقة المفتتة حتى الخرسانة السليمة (عادة 2-5 مم)، اغسل بالضغط العالي، جفف حتى رطوبة أقل من 6-8 % لأنظمة الإيبوكسي؛ واملأ تعشيش الإدماك بمونة إيبوكسية. إذا كانت قوة الشد أدنى من 1.0-1.5 ميغاباسكال قوِّ الأساس قبل التبطين.

نافذة الظروف

نفذ عند ≥5 °C وبفارق 3 °C فوق نقطة الندى على الأقل؛ التاج المواجه للأعلى يتطلب صوراً ثيكسوتروبية مقاومة للانهيار. ابنِ نظام الإيبوكسي برقاقات الزجاج كأساس—طبقتان سميكتان—طبقة نهائية مع مراعاة فترات إعادة الطلاء؛ والسماكة الجافة الكلية ≥1.5-2.5 مم.

الفحص أثناء الخدمة

صنف المقاطع حسب الخطورة؛ راقب لون التاج (قشرة رمادية مفتتة = نشاط حمضي)، قس السماكة ونسبة التقشر، وتتبع H2S وpH السطح كمؤشرات إنذار. أصلح التلف الموضعي بالقصّ والسفع وتراكب الإصلاح ≥50 مم.

أسئلة متكررة

لماذا يتآكل التاج بينما يبدو القاع سليماً؟

تحتاج مرحلة الأكسدة إلى أكسجين، فلا يتكون الحمض إلا فوق منسوب المياه في الغشاء الحيوي الرطب. تحت الماء تنتج SRB غاز H2S دون حمض؛ وتلف القاع ناشئ عن الكشط أو تمدد صدأ التسليح أو هجوم التربة—آليات مختلفة وحماية مختلفة.

هل حمض الصناعة الكبريتي نفس المشكلة؟

الإجابة المادية متقاربة (تبطين مقاوم للأحماض)، لكن الحمض الكيميائي قد يمس أي سطح مبلل بتراكيز أعلى محتملة، بينما الحمض الحيوي يتركز في شريط التاج. اقرأ تقرير نوعية المياه والمقطع الهيدروليكي معاً قبل تحديد النظام.

هل يحل الحقن الكيميائي محل التبطين؟

التثبيط يخفض H2S أثناء التشغيل، لكن إيقافات الصيانة وطفح العواصف تفتح نوافذ بلا حماية. للمقاطع الحرجة تقضي الممارسة بردفء مزدوج: تثبيط و تبطين.

هل تجدي معالجات السيلان المنفذة؟

كوقاية للأسطح قليلة التعرض: الكرهنة للماء ترقق الغشاء السائل وتجوع الغشاء الحيوي. وإن وُجدت قشرة مفتتة فأصلح الأساس أولاً—فالمواد المنفذة ليست حلاً إنشائياً.

كيف نجعل الفحص رقمياً في مشاريع التجديد؟

ثلاث مجموعات قياس: السماكة الجافة (مقياس مغناطيسي أو فوق صوتي، قاعدة 80/20 على المساحة)، والتمسك (شد موضعي)، والاستمرارية (الإسفنجة الرطبة منخفض الجهد للأنظمة الرقيقة). ادرج القيم في الملحق الفني فتنتهي الخلافات.

كيف نبدأ التعينات لمشاريع B2B؟

أرسل صور المقطع وقيم H2S وتحليل المياه والسماكة المستهدفة والجدول الزمني؛ تحصل على نظام إيبوكسي برقاقات زجاج أو إستر فينيلي مع شروط الاختبار، بعروض EXW/FOB وتوجيه التنفيذ في الاتفاق الفني.

آخر تحديث: 2026-09-26
المراجع: US EPA/OSMA, Guidelines for Prevention of Corrosion on Concrete Sewer Pipe (1975);‏ Appl. Environ. Microbiol. 2007 (PMID 17142362);‏ Materials Reports 2025, 39(7):108-118;‏ EN 206;‏ GB/T 50046.
Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd.