Suscetibilidade à corrosão de potenciais parafusos de rocha em água concentrada simulada multi-iônica aerada

Abstrato

Os chumbadores usados ​​para reforço de minas subterrâneas, túneis e depósitos de resíduos nucleares são feitos de aços de baixo e médio carbono e aços de alta resistência e baixa liga. Os sistemas típicos de parafusos para rocha usados ​​para reforço de rocha são parafusos ancorados mecanicamente, ancorados com argamassa, estabilizadores de rocha por fricção e âncoras de cordão. Para locais de armazenamento de resíduos nucleares, como a Montanha Yucca (YM), bem como para minas e túneis, além das propriedades mecânicas, as propriedades de corrosão também são importantes devido à potencial infiltração de água através das fraturas ou poros da rocha.

Durante o período temporário de suporte rochoso de 50 a 100 anos, a temperatura do túnel em YM deve ser mantida nas condições ambientais. Por qualquer motivo, se os tirantes forem expostos às águas YM e às altas temperaturas no túnel, há uma chance de corrosão dos tirantes de aço. Neste estudo foi feita uma tentativa de estudar as propriedades de corrosão de vários parafusos de rocha potenciais para suporte do túnel YM através do auxílio de testes de corrosão eletroquímica. À temperatura ambiente (25 C) todos os parafusos estudados apresentaram boa resistência à corrosão nestas águas.

Em temperaturas mais altas, 60 C e 90 C, a resistência à corrosão dos parafusos de rocha diminuiu, mas devido ao tratamento térmico especial de alívio de tensão de um dos estabilizadores de fricção de rocha (Swellex Mn 24) as taxas de corrosão foram mais baixas do que todos os outros parafusos de rocha testados. Observação: Swellex, Split set e Williams são nomes proprietários da Atlas Copco, International Roll Forms, Inc. e Williams Form Engineering Corp, respectivamente.

Introdução

A Montanha Yucca (YM) está sendo considerada um local de repositório para descarte permanente de até 70.000 toneladas métricas de resíduos radioativos de alto nível. As escavações subterrâneas são apoiadas com reforço de rocha, como parafusos e vigas I. O projeto de deriva de colocação do Repositório de Resíduos Nucleares da Montanha Yucca é mostrado na Fig. 1 (//www.ocrwm.doe.gov/ym_repository/studies/engdesign/tunneldesign.shtml). O desenvolvimento de sistemas internos de suporte rochoso começou no início do século XX. Em 1936, a mina de chumbo St. Joseph, no Missouri, usou pela primeira vez chumbadores de cunha dividida para reforço do telhado da mina (USBM, 1987) e, em meados da década de 1940, o chumbador de expansão foi desenvolvido.

Em 1960, parafusos de argamassa à base de resina foram usados ​​para reforço de rochas subterrâneas e, em meados da década de 1970, os estabilizadores de rocha friccional, tubos de aço deformáveis, foram usados ​​para suporte de rocha. Agora, em todo o mundo, diferentes tipos de tirantes, como ancorados mecanicamente, ancorados com argamassa, âncoras estabilizadoras de fricção, âncoras de cordão e outros acessórios secundários para rochas, são usados ​​para reforço de rochas em mineração, escavação de túneis e repositórios nucleares (Leedy, 1993). Os sistemas de tirantes comumente usados ​​são mostrados na Fig. 2 (http://www.williamsform.com/Ground_Anchors/ground_anchors.html;http://www.splitset.com/rock-bolts.html).

Os parafusos de rocha são projetados principalmente para boa resistência mecânica e rigidez para sustentar a carga da rocha (Brady e Brown, 2006; Pariseav, 2007). No entanto, a durabilidade do tirante também pode depender de outras propriedades, como corrosão devido à temperatura e ao ambiente ao qual o tirante está sujeito. YM está localizado em uma região árida desértica com uma precipitação média anual atual mais queda de neve total de 19 cm, a infiltração de uma fração desta água nos montes de neve pode possivelmente atacar os parafusos da rocha (Gordon, 2002). Mas o total de água devido à chuva e neve é ​​trivial em comparação com a água na zona rochosa saturada de YM, rocha porosa (Gordon, 2002). Devido às mudanças no maciço rochoso, existe a possibilidade de a água dos poros entrar em contato com os parafusos da rocha. O dano potencial dos parafusos de rocha no local YM pode ser devido à corrosão úmida. Com base na química das rochas e nas águas dos poços nos tufos YM, diferentes tipos de químicas da água com vários níveis de ânions, como cloreto, nitrato, sulfato, silicatos e bicarbonato, e cátions como sódio, cálcio, potássio e magnésio podem encontrar ( Gordon, 2002). Considerando todos os ânions e cátions mencionados acima, a água multiiônica, chamada água YM, foi simulada na Universidade de Nevada, Reno (UNR). Esta água YM foi projetada com íons que melhoram a corrosão (por exemplo, cloretos) e íons inibidores de corrosão (por exemplo, silicatos).

O parafuso de fricção Swellex é um dos parafusos de rocha que está sendo considerado como material de reforço de rocha. Diferentes tipos de parafusos Swellex estão disponíveis, como Swellex padrão, super Swellex, Swellex Mn 24 e Swellex Pm 24. Super Swellex™ foi instalado no laboratório subterrâneo YM, Exploratory Studies Facility (ESF) para estudo de informantes de rochas (http://www .noov.com/old-mining/arch/feat/auni.htm). O estabilizador Split set™ também é um estabilizador de tubo de fricção bem conhecido usado em muitas minas subterrâneas (Ranasooriya, 1999). Outros parafusos de rocha, como o parafuso de rocha Williams (http://www.williamsform.com/Ground_Anchors/ground_anchors.html) também são comumente usados ​​para reforço e suporte subterrâneo. Neste estudo, um breve estudo de corrosão eletroquímica foi realizado em três tirantes Swellex, conjunto derramado, tirante Williams de aço de médio carbono e viga I de aço de baixo carbono (Yilmaz, 2003; Deodeshmukh et al., 2004). A carga última de ruptura dos parafusos usados ​​neste estudo é dada na Tabela 1 (Stimpson, 1998; http://sg01.atlascopco.com/SGSite/default_prod.asp?redirpage=products/product_group.asp&redirid=Rock%20bolts). A composição química do parafuso e a química da água utilizadas neste estudo são apresentadas nas Tabelas 2 e 3, respectivamente.

Conclusões

À temperatura ambiente, não há diferença na resistência à corrosão entre os tirantes testados. O aumento da temperatura até 60 C não tem grande efeito na taxa de corrosão dos tirantes, exceto para o conjunto Split. A degradação dos parafusos de rocha é severa a 90°C devido à influência de cloretos e oxigênio dissolvido. Entre todos os tirantes, o Swellex Mn 24 parece ser o mais confiável em termos de resistência à corrosão em todas as temperaturas.

Referência

Suresh Divi; Dhanesh Chandra; Jaak Daemen (2011).Suscetibilidade à corrosão de potenciais parafusos de rocha em água concentrada simulada multi-iônica aerada. , 26(1), 124–129.doi:10.1016/j.tust.2010.07.003