Surgörning av flytgödsel : Strukturanalyser av betong efter exponering i surgjord och icke surgjord flytgödsel

Samples of three different concrete qualities were prepared and hardened, before exposure in cattle slurry without sulphuric acid (A) and with sulphuric acid added until pH<5.5 (B). The samples were exposed for two years in containers with about 45 L slurry. The boxes with slurry and concrete samples were placed in a ventilated room at 20 °C. The slurry and air temperatures were recorded continuously with temperature loggers, data being recorded every third hour. The slurry level in the boxes and the slurry pH were checked regularly during the experiment. Slurry or acid was added, if necessary, to maintain the level and pH<5.5. Before pH measurements, the slurry was stirred gently in both boxes. To restrict evaporation, the containers had non-airtight plastic covers between measurements. Half-way through exposure, the old slurry was replaced with fresh slurry (acidified and non-acidified treatments) to mimic conditions in farm storage where fresh slurry is added continuously during storage. After two years’ storage, the experiment was finalised. The concrete samples were taken out of the slurry, washed gently with water and put into labelled plastic bags. The samples were delivered to RISE CBI’s concrete laboratory, where the structural analyses were performed. These used petrographic microscopy techniques to examine the effects of exposure to two potentially aggressive environments, non-acidified and acidified cattle slurry, on concrete with three different mixes. The studied surfaces in the concrete samples were oriented vertically in the plastic containers. Polished sections were evaluated with a stereo microscope, and thin sections were evaluated using a polarising microscope and sources for visible and UV light. The results of the study show that the acidified slurry is more chemically aggressive to the cement paste in all the concrete mixes analysed. This can be explained by the solution’s lower pH. The extent of the chemical attack correlates with the initial quality of the concrete mix (water-powder ratio and type of binder). The deepest chemical attacks were observed in samples A1 and B1 consisting of “regular” concrete mix with w/c 0.59. The “long lasting quality” (LLC) concrete with a binder specially developed for low-pH environments shows markedly better resistance to chemical attack. The effects of the chemical attack on concrete after two years’ exposure can be classified as weak, consisting mainly of an increase in the capillary porosity of the cement paste in the outer layer of the concrete. The increase in porosity is considered to be due to the partial leaching of calcium hydroxide.Surgörning av flytgödsel används som en metod för att minska ammoniak­avgången från stallgödsel vid hanteringen. För att minimera emissionerna under lagringen, eftersträvas ett pH-värde av 5,5 hos gödseln. Svavelsyra är den vanligaste syran eftersom svavelsyran är stark och prisvärd. En pH-sänkning hos gödseln kan dock innebära frätskador på betongen i lager, som kan betyda kortare livslängd om inte betongkvaliteten anpassas till gödselns pH. Syftet med denna studie var att se hur surgjord gödsel (B) påverkar betongytan hos olika betongkvaliteter jämfört med icke-surgjord nötflytgödsel (A). I studien ingick betongprover av tre olika kvaliteter, som motsvarade kvaliteten hos 1) bottenplattan hos flytgödsellager, 2) prefabricerade väggelement till flytgödsellager samt 3) en betongkvalité kallad ”Long Lasting Concrete”, som utvecklats av Abetong AB för lagring av material med lågt pH, t.ex. ensilage. Betongprover (0,1 m x 0,1 m x 0,1 m) tillverkades av Abetong AB och exponerades under två år i nötflytgödsel utan syra (A) respektive surgjord nötflytgödsel (B). Behållarna med respektive gödseltyp placerades i rum med konstant temperatur ca 20°C. Under lagringen mättes regelbundet pH och vid behov tillsattes mer gödsel samt syra för att hålla pH-värdet under 5,5. Halvvägs genom studien byttes gödseln ut mot färsk gödsel för att efterlikna verkliga lager och efter två år avslutades studien. Betongproverna togs ut ur gödselbehållarna, duschades försiktigt, paketerades och fördes till RISE CBI:s betonglaboratorium. I laboratoriet utfördes strukturanalyser av betongen, där den studerade ytan hos betongen hade varit vertikalt orienterad i gödselbehållaren. För att undersöka gödseltypernas effekt på de olika betongblandningarna användes betongpetrografiska analysmetoder. Polerade betongsnitt och tunnslip tillverkade av betongproverna utvärderades dels med hjälp av stereomikroskop, dels med polarisationsmikroskop och ljuskällor för synligt och ultraviolett ljus. Resultaten från studierna visade att den surgörande gödseln var mer kemiskt aggressiv mot cementen i alla tre betongblandningarna. Det förklaras med det lägre pH-värdet hos den surgjorda gödseln. Graden av kemiska påverkan hade samband med kvaliteten hos betongen, dvs. förhållandet vatten:cement och typ av bindemedel i betongen. Största kemiska påverkan uppmättes i betongkvalité 1 som består av ”ordinär” betong med vattencementtal 0,59 (prover A1 och B1), motsvarande den som används för bottenplattan i flytgödsellager. Betongkvalité 3, utvecklad för material med lågt pH (LLC), visade betydligt högre motståndskraft mot kemisk påverkan. Den kemiska påverkan på betongen var totalt sett svag efter två års exponering och bestod främst av en ökning av den kapillära porositeten hos bindemedlet i betongens yttre skikt. Den ökade porositeten bedöms bero på att en del av cementpastans kalciumhydroxid har brutits ner och lakats ur betongen. Vanligtvis är livslängden hos ett gödsellager minst 20 år, så det finns anledning att vara observant över tid på hur betongen påverkas eller att som förebyggande åtgärd använda en betong av högre kvalitet