The influence of the soil environment on the corrosivity of failure infrastructure - case study of the exemplary water network

In the paper the issue connected with water network failure regarding the soil conditions was presented. Water pipes constitute a large part of water company asset. Therefore the analysis concerning the influence of soil conditions into failure occurrence of water pipe is crucial for proper functioning of water supply systems (WSS). In the performed studies the real data from the operation of the exemplary WSS was obtained. The following properties of the ground conditions were taken into consideration among others: the chemical composition and ground phase, based on analysis performed through the following equipment, as the electron microscope with X-ray spectrometer detector and backscattered electrons (BSE) using the powder Debye-Sherrer’s method and X-ray diffractometer. The analysis indicate dependence between soil conditions and corrosivity occurrence, what indicate the importance of performed analysis.

W pracy przedstawiono zagadnienia związane z badaniami mineralogicznymi gruntu oraz awaryjnością sieci wodociągowej w odniesieniu do warunków gruntowych. Przewody wodociągowe stanowią znaczną część majątku przedsiębiorstw wodociągowych, dlatego też analiza dotycząca wpływu warunków gruntowych na wystąpienie awarii na przewodach wodociągowych stanowi ważne znaczenie w prawidłowej ocenie funkcjonowania systemów zaopatrzenia w wodę (WSS). Analizę wykonano na podstawie danych eksploatacyjnych dotyczących awaryjności rozpatrywanej sieci wodociągowej uzyskanych z Miejskiego Przedsiębiorstwa Gospodarki Komunalnej. Analiza rodzaju i stopnia korozyjności środowiska ziemnego ma praktyczne znaczenie w dokonaniu właściwego wyboru materiału przewodu z uwzględnieniem jego przeznaczenia oraz przewidywanym czasem eksploatacji. Największy udział w występowaniu awarii miały korozje. Intensywność uszkodzeń wykazała tendencję rosnącą, a w ostatnim roku przeprowadzonej analizy dla stalowych przewodów wodociągowych wyniosła 0,58 uszkkm-1·rok-1, co klasyfikuje ją jako kategorię wysokiej awaryjności λ≥0,5 uszkkm-1·rok-1. Wysoka awaryjność potwierdza konieczność zmniejszenia awarii powstających na skutek korozji, dlatego też w pracy przedstawiono analizę warunków gruntowych i ich wpływ na zwiększoną awaryjność przewodów wodociągowych. Do analizy wzięto pod uwagę następujące właściwości warunków gruntowych jak: skład chemiczny i fazowy gruntu, w oparciu o analizy przeprowadzone za pomocą następujących urządzeń, jak mikroskop elektronowy z detektorem promieniowania rentgenowskiego spektrometru oraz detektor elektronów wstecznie rozproszonych (BSE) stosując metodę proszkową - Debyea-Sherrera oraz dyfraktometr rentgenowski. Badania mineralogiczne wykazały, że podstawowymi składnikami analizowanych gruntów są różnorodne minerały ilaste. Analiza wyseparowanej frakcji ilastej pozwala stwierdzić, że reprezentują je kaolinit, chloryt, illit oraz minerały mieszanopakietowe. Ze składników nieilastych stwierdzono obecność minerałów węglanowych, kalcytu oraz dolomitu. Faza krzemionkowa reprezentowana jest przez kwarc który występuje w formie ziarn dobrze obtoczonych. Wykonana analiza ilościowa potwierdza w badanych gruntach śladowe ilości plagioklazów oraz skaleni potasowych. W przeprowadzonych analizach na uwagę zwracają liczne skupienia pirytu framboidalnego. Siarczek ten wypełnia puste przestrzenie między składnikami ilastymi. Spotyka się także formy krystaliczne tego minerału o pokroju izometrycznym. Stwierdzona w badanym ośrodku gruntowym obecność pirytu może przyspieszać zjawisko korozyjności przewodów wodociągowych. Podczas utlenienia związków żelaza dochodzi do utworzenia kwasu siarkowego, który intensyfikuje korozyjność materiałów, np. betonu czy żelaza. Ponadto obecne w gruncie minerały ilaste mieszanopakietowe będą potęgowały wzrost wilgotności, zwiększały ilość wody porowej oraz przyśpieszały negatywne efekty zjawiska korozyjności. Dokładna specyfikacja ośrodka gruntowego, oparta na specjalistycznych badaniach mineralogicznych jest pomocna przy określeniu przyczyny awarii obiektów inżynieryjnych. Analiza potwierdziła występowanie warunków gruntowych uznanych za korozyjne.