ORIGINAL ARTICLE
Three-layer Repair Coating System for Manholes, Pump Stations, and Tanks in Aggressive Sulfate Environment
1
Department of Construction and Geoengineering, Poznan University of Life Sciences
2
Department of Construction and Geoengineering, Poznan University of Life Sciences, Poland
3
Department of Biosystems Engineering, Poznan University of Life Sciences
Submission date: 2024-11-11
Final revision date: 2024-11-25
Acceptance date: 2024-12-02
Online publication date: 2024-12-08
Publication date: 2024-12-08
Corresponding author
Anna Szymczak-Graczyk
Department of Construction and Geoengineering, Poznan University of Life Sciences, Piatkowska 94 street, 60-649, Poznan, Poland
Department of Construction and Geoengineering, Poznan University of Life Sciences, Piatkowska 94 street, 60-649, Poznan, Poland
Civil and Environmental Engineering Reports 2025;35(1):1-19
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
Advancements in the repair and protection of water and wastewater infrastructure are now focused on using an innovative material called polyurea. Distinguished by its rapid curing time and versatile applications, polyurea is applied using a spray gun with high-pressure pumps. The introduction of new building materials is part of ongoing efforts to meet stringent environmental, health, and performance standards, and polyurea offers significant improvements by eliminating solvents and volatile organic compounds (VOCs). This paper presents a technological protocol starting with inspection and cleaning, followed by drying, and ending with the application of three layers: a moisture-blocking base layer, a rigid polyurethane middle layer for structural reinforcement, and a final sealing and anti-corrosion layer. This innovative method ensures a homogeneous, seamless structure, enhances construction durability, and accelerates the repair process, allowing immediate resumption of operation. Designed specifically for aggressive wastewater environments, this system is characterized by excellent corrosion resistance, making it ideal for water and wastewater infrastructure elements such as reinforced concrete manholes, sewage pumping stations, and tanks. Customizable polyurea properties allow personalization based on environmental aggressiveness, structure size, and abrasion resistance, representing a significant advancement in infrastructure maintenance technology. The paper showcases this modern repair and renovation method, highlighting its applications, benefits, and potential to revolutionize water and wastewater infrastructure maintenance in challenging conditions. The effectiveness of this solution is also compared with traditional methods, demonstrating the superiority of the three-layer system in terms of waterproofing, sulfuric acid resistance, monolithic structure, and application time.
REFERENCES (55)
1.
Wysocki, L 2007. Trwałość betonowych kolektorów kanalizacyjnych [The durability of concrete sewage pipes]. Instal 4, 67–70.
2.
Czarnecki, L and Emmons, PH 2002. Naprawa i ochrona konstrukcji betonowych [Repair and protection of reinforced concrete construction]. Kraków, Poland: Polski Cement.
3.
PN EN 206-1: Beton. Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność [Concrete. Part 1: Specification, performance, production and conformity].
4.
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].
5.
Podraza, Z 2014. Korozja siarczanowa jako realny problem sieci przewodów kanalizacyjnych [Sulphate corrosion as a real problem in a sewage network systems]. Acta Sci. Pol., Tech. Agrar. 13(1–2), 41–48.
6.
Dąbrowski, W 2013. Nieporozumienia dotyczące korozji siarczanowej [Misunderstandings regarding sulfate corrosion of concrete sewers]. Instal 1, 33–36.
7.
Dąbrowski, W 2017. Prognozowanie korozji siarczanowej w kanałach betonowych [Forecasting of concrete sanitary sewers corrosion by sewer gas]. Instal 11, 65–69.
8.
Dąbrowski, W 2017. Zapobieganie korozji siarczanowej w kanalizacji betonowej [Prevention of sulfide corrosion of concrete sewerage]. Instal 12, 57–61.
9.
Przybyła, B 2018. Zagrożenie korozją siarczanową w kanalizacji [Sulphate corrosion threat in the sewers]. Inżynieria Bezwykopowa 3, 74–81.
10.
De Muynck, W, De Belie, N and Verstraete, W 2009. Effectiveness of admixtures, surface treatments and antimicrobial compounds against biogenic sulfuric acid corrosion of concrete. Cement and Concrete Composites 31(3), 163–170.
11.
Bylka, H, Dymaczewski, Z, Harasymowicz, E and Jaroszyński, T 2002. Wodociągi i kanalizacja w Polsce - tradycja i współczesność [Water supply and sewerage systems in Poland - tradition and contemporary]. Poznań-Bydgoszcz, Poland: Polska Fundacja Zasobów Wodnych.
12.
Kwietniewski, M 2011. 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-Techniczna Awarie budowlane, Międzyzdroje, Poland, 24-27.05.2011.
13.
Jiang, G, Keller, J, Bond, PL and Yuan, Z 2016. Predicting concrete corrosion of sewers using artificial neural network. Water Research 92, 52–60.
14.
Abdollahi, M and Hosseini, A 2014. Hydrogen Sulfide. In: Wexler, P (ed). Encyclopedia of Toxicology, Third Edition. Academic Press, USA, 971–974.
15.
Czapliński, T 2006. Kanały Krakowa. Osady kanalizacyjne. Cz. II [Sewers of Krakow. Sewage sludge. Part II]. Woda i My 3(37), 3–5.
16.
Jakubke, HD and Jeschkeit, H 1993. Concise Encyclopedia Chemistry. Berlin, Germany: Walter de Gruyter.
17.
Little, B, Wagner, P and Mansfeld, F 1992. An overview of microbiologically influenced corrosion. Electrochimica Acta 37(12), 2185–2194.
18.
O’Connell, M, McNally, C and Richardson, MG 2010. Biochemical attack on concrete in wastewater applications: A state of the art review. Cement and Concrete Composites 32(7), 479–485.
19.
Racki, J and Kurtz, W 1964. Korozja mikrobiologiczna oraz rola bakterii w przemyśle kopalin chemicznych [Microbiological corrosion and the role of bacteria in the chemical minerals industry]. Wiadomości Botaniczne 8(2), 163–170.
20.
Stöcker, FW 1995. Concise Encyclopedia Biology. Berlin, Germany: Walter de Gruyter.
21.
Węglewski, W 2008. Modelowanie zniszczenia betonu wywołanego korozją siarczanową [Modeling the failure of concrete caused by sulfate corrosion]. Doctoral Thesis, Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa.
22.
Dobór urządzeń systemu AWA-AEROB do napowietrzania ścieków w rurociągu tłocznym. Materiały pomocnicze 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.].
23.
Dąbrowski, W 2001. Zwalczanie zapachów i korozji siarczanowej w kanalizacji [Fighting sulphate smells and corrosion in sewage systems]. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 3, 95–99.
24.
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.).
25.
Cwalina, B and Dzierżewicz, Z 2007. Czynniki sprzyjające biologicznej korozji konstrukcji żelbetowych. Cz. I [Factors promoting biological corrosion of reinforced concrete structures. Part I.]. Przegląd Budowlany 7–8, 52–59.
26.
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].
27.
Dohnalik, K and Golec, J 1991. Korozja w urządzeniach wodociągowych i kanalizacyjnych (poradnik) [Corrosion in water and wastewater facilities (guidebook)]. Warszawa, Poland: Agencja Wydawnicza Instytutu Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej.
28.
Domka, F and Gąsiorek, J 1975. Investigation on the microbial reduction of sulfates. Acta Microbiologica Polonica 7(24), 1, 61–72.
29.
Gąsiorek, J and Domka, F 1975. Effect of the concentration of available carbon compounds on the microbial reduction of sulfates. Acta Microbiologica Polonica 7(24), 2, 97–101.
30.
Gruener, M 1983. Korozja i ochrona betonu [Concrete corrosion and protection]. Warszawa, Poland: Arkady.
31.
Jaroszyński, T 2003. 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].
32.
Jasiczak, J 2018. 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.
33.
Lens, P and Hulshoff Pol, L 2000. Enviromental Technologies to Treat Sulfur Pollution. London, England: IWA Publishing.
34.
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].
35.
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].
36.
Weismann, D 2001. Komunalne przepompownie ścieków [Communal sewage pumping stations]. Warszawa, Poland: Seidel-Przywecki.
37.
Badowska, H, Danilecki, W and Mączyński, M 1974. Ochrona budowli przed korozją [Corrosion protection of structures]. Warszawa, Poland: Arkady.
38.
Baszkiewicz, J and Kamiński, M 2006. Korozja Materiałów [Material Corrosion]. Warszawa, Poland: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
39.
Stańczak, D, Kuziak, J, Woyciechowski, P and Czarnecki, L 2020. Experimental verification of carbonation models used for estimation of reinforced concrete structures durability. Bulletin of the Polish Academy of Sciences 68(5), 1159–1166.
40.
Raman, SN, Jamil, M, Ngo, T, Mendis, P and Pham, T 2014. 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.
41.
Davidson, JS, Fisher, JW, Hammons, MI, Porter, JR and Dinan, RJ 2005. Failure Mechanisms of Polymer-Reinforced Concrete Masonry Walls Subjected to Blast. Journal of Structural Engineering 8, 1194–1205.
42.
Goswami, A and Adhikary, SD 2019. Retrofitting materials for enhanced blast performance of structures: Recent advancement and challenges ahead. Construction and Building Materials 204, 224–243.
43.
Alldredge, DJ, Gilbert, JA, Toutanji, HA, Lavin, T and Balasubramanyam, MS 2012. Uplift Capacity of Polyurea-Coated Light Frame Rafter to Top Plate Connections. Journal of Materials in Civil Engineering 8, 1201–1210.
44.
Marawan, AE, Debaiky, AS and Khalil, NN 2015. Shear and flexural behavior of RC beams strengthened with polyurea spray. International Journal of Advanced Research in Science and Engineering 4(11), 12–26.
45.
Ha, SK, Lee, HK and Kang, IS 2016. Structural behavior and performance of water pipes rehabilitated with a fast-setting polyurea-urethane lining. Tunnelling and Underground Space Technology 52, 192–201.
46.
Szafran, J and Matusiak, A 2017. Structural behavior and compressive strength of concrete rings strengthened with a polyurea coating system. XXIII Lightweight Structures in Civil Engineering, Bydgoszcz, Poland, 01.12.
47.
Steinzeug-Keramo, Duraport studni (accessed on 10.08.2024). Available online: https://www.steinzeug-keramo.c....
48.
Predl, Flexliner produkty (accessed on 10.08.2024). Available online: https://www.predl.eu/pl/nasze-....
49.
Banera, J, Maj, M and Ubysz, A 2017. Powłoki polimocznikowe w budownictwie [Polyurea coatings in construction]. Poznań, Poland: DTP: D-CONCEPT, Grupa MD.
50.
Szafran, J and Matusiak, A 2016. Polyurea coating systems: definition, research, applications. XXII Lightweight Structures in Civil Engineering, Olsztyn, Poland, 02.12.
51.
Szafran, J and Matusiak, A 2017. 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.
52.
Szafran, J and Matusiak, A 2018. Piana PUR i polimoczniki – innowacyjne izolacje natryskowe [PUR foam and polyurea - innovative spray insulation]. Inżynier Budownictwa 4, 45–50.
53.
Davidson, JS, Porter, JR, Dinan, RJ, Hammons, MI and Connell, JD 2004. Explosive Testing of Polymer Retrofit Masonry Walls. Journal of Performance of Constructed Facilities 5, 100–106.
54.
Parniani, S and Toutanji, H 2015. Monotonic and fatigue performance of RC beams strengthened with a polyurea coating system. Construction and Building Materials 101, 22–29.
55.
Dokumentacja techniczna polimocznika udostępniona przez firmę BASF Polska [Technical documentation of polyurea provided by BASF Poland] (accessed on 10.08.2024).
| eISSN: | 2450-8594 |
| ISSN: | 2080-5187 |
We process personal data collected when visiting the website. The function of obtaining information about users and their behavior is carried out by voluntarily entered information in forms and saving cookies in end devices. Data, including cookies, are used to provide services, improve the user experience and to analyze the traffic in accordance with the Privacy policy. Data are also collected and processed by Google Analytics tool (more).
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
