Susceptibilidad a la corrosión de posibles pernos de roca en agua concentrada simulada multiiónica aireada

Abstracto

Los pernos para roca utilizados para el refuerzo de minas subterráneas, túneles y depósitos de desechos nucleares están hechos de aceros con bajo y medio carbono y aceros de alta resistencia y baja aleación. Los sistemas típicos de pernos para roca utilizados para el refuerzo de roca son pernos anclados mecánicamente, anclajes con lechada, estabilizadores de roca por fricción y anclajes de cordones. Para los sitios de depósito de desechos nucleares como Yucca Mountain (YM), así como para minas y túneles, además de las propiedades mecánicas, las propiedades de corrosión también son importantes debido a la posible filtración de agua a través de las fracturas o poros de la roca.

Durante el período temporal de soporte de roca de 50 a 100 años, la temperatura del túnel en YM debe mantenerse en las condiciones ambientales. Por cualquier motivo, si los pernos de roca están expuestos a aguas de YM y a altas temperaturas en el túnel, existe la posibilidad de corrosión de los pernos de roca de acero. En este estudio se intentó estudiar las propiedades de corrosión de varios pernos de roca potenciales para el soporte del túnel YM mediante la ayuda de pruebas de corrosión electroquímica. A temperatura ambiente (25 C) todos los pernos de roca estudiados mostraron buena resistencia a la corrosión en estas aguas.

A temperaturas más altas, 60 C y 90 C, la resistencia a la corrosión de los pernos para roca disminuyó, pero debido al tratamiento térmico especial para aliviar la tensión de uno de los estabilizadores de roca por fricción (Swellex Mn 24), las tasas de corrosión fueron más bajas que las de todos los demás pernos para roca probados. Nota: Swellex, Split set y Williams son nombres de propiedad de Atlas Copco, International Roll Forms, Inc. y Williams Form Engineering Corp, respectivamente.

Introducción

Yucca Mountain (YM) se está considerando como un sitio de depósito para la eliminación permanente de hasta 70.000 toneladas métricas de desechos radiactivos de alto nivel. Las excavaciones subterráneas están sostenidas con refuerzo de roca, como pernos de roca y vigas en I. El diseño de deriva del emplazamiento del depósito de desechos nucleares de Yucca Mountain se muestra en la Fig. 1 (http://www.ocrwm.doe.gov/ym_repository/studies/engdesign/tunneldesign.shtml). El desarrollo de sistemas internos de soporte de rocas comenzó a principios del siglo XX. En 1936, la mina de plomo St. Joseph en Missouri utilizó por primera vez pernos de roca de cuña dividida para reforzar el techo de la mina (USBM, 1987) y, a mediados de la década de 1940, se desarrolló el perno de anclaje de expansión.

En 1960, se utilizaron pernos de roca con lechada a base de resina para reforzar la roca subterránea y, a mediados de la década de 1970, se habían utilizado estabilizadores de roca por fricción, tubos de acero deformables, para soportar la roca. Actualmente, en todo el mundo, se utilizan diferentes tipos de pernos para roca, como los anclados mecánicamente, los anclados con lechada, los anclajes estabilizadores por fricción, los anclajes de cordón y otros accesorios secundarios para roca, para el refuerzo de roca en minería, construcción de túneles y depósitos nucleares (Leedy, 1993). Los sistemas de pernos de roca comúnmente utilizados se muestran en la Fig. 2 (http://www.williamsform.com/Ground_Anchors/ground_anchors.html;http://www.splitset.com/rock-bolts.html).

Los pernos para roca están diseñados principalmente para brindar buena resistencia mecánica y rigidez para soportar la carga de la roca (Brady y Brown, 2006; Pariseav, 2007). Sin embargo, la durabilidad del perno para roca también puede depender de otras propiedades, como la corrosión debida a la temperatura y el entorno al que está sometido el perno para roca. YM está ubicado en una región desértica árida con una precipitación anual promedio actual más nevadas totales de 19 cm, la filtración de una fracción de esta agua en los ventisqueros puede atacar los pernos de roca (Gordon, 2002). Pero el agua total debida a la lluvia y las nevadas es trivial en comparación con el agua en la zona de roca saturada de YM, roca porosa (Gordon, 2002). Debido a los cambios en la masa rocosa, existe la posibilidad de que el agua de los poros entre en contacto con los pernos de roca. El daño potencial a los pernos de roca en el sitio de YM podría deberse a la corrosión húmeda. Según la química de las rocas y las aguas de pozo en las tobas YM, se pueden encontrar diferentes tipos de químicas del agua con varios niveles de aniones como cloruro, nitrato, sulfato, silicatos y bicarbonato y cationes como sodio, calcio, potasio y magnesio ( Gordon, 2002). Teniendo en cuenta todos los aniones y cationes mencionados anteriormente, se simuló agua multiiónica, llamada agua YM, en la Universidad de Nevada, Reno (UNR). Esta agua YM fue diseñada tanto con iones que mejoran la corrosión (por ejemplo, cloruros) como con iones que inhiben la corrosión (por ejemplo, silicatos).

El perno de fricción Swellex es uno de los pernos de roca que se consideran material de refuerzo de roca. Hay diferentes tipos de pernos Swellex disponibles, como Swellex estándar, súper Swellex, Swellex Mn 24 y Swellex Pm 24. Super Swellex™ se instaló en el laboratorio subterráneo de YM, Exploratory Studies Facility (ESF) para el estudio de informantes de rocas (http://www .noov.com/old-mining/arch/feat/auni.htm). El estabilizador Split set™ también es un conocido estabilizador de tubo de fricción utilizado en muchas minas subterráneas (Ranasooriya, 1999). Otros pernos para roca, como el perno para roca Williams (http://www.williamsform.com/Ground_Anchors/ground_anchors.html) también se usan comúnmente para refuerzo y soporte subterráneo. En este estudio, se realizó un breve estudio de corrosión electroquímica en tres pernos de roca Swellex, un conjunto derramado, un perno de roca Williams de acero con medio carbono y una viga en I de acero con bajo contenido de carbono (Yilmaz, 2003; Deodeshmukh et al., 2004). La carga de rotura máxima de los pernos para roca utilizados en este estudio se proporciona en la Tabla 1 (Stimpson, 1998; http://sg01.atlascopco.com/SGSite/default_prod.asp?redirpage=products/product_group.asp&redirid=Rock%20bolts). La composición química de los pernos de roca y la química del agua utilizadas en este estudio se dan en las Tablas 2 y 3, respectivamente.

Conclusiones

A temperatura ambiente, no hay diferencia en la resistencia a la corrosión entre los pernos de roca probados. El aumento de temperatura hasta 60 C no tiene un efecto importante en la velocidad de corrosión de los pernos de roca, excepto en el caso del conjunto dividido. La degradación de los pernos de roca es severa a 90 C debido a la influencia de los cloruros y el oxígeno disuelto. Entre todos los pernos para roca, Swellex Mn 24 parece ser más confiable en términos de resistencia a la corrosión a todas las temperaturas.

Referencia

Suresh Divi; Dhanesh Chandra; Jaak Daemen (2011).Susceptibilidad a la corrosión de posibles pernos de roca en agua concentrada simulada multiiónica aireada. , 26(1), 124-129.doi:10.1016/j.tust.2010.07.003