Подверженность коррозии потенциальных анкерных крепей в аэрированной мультиионной моделируемой концентрированной воде

Абстрактный

Анкерные болты, используемые для армирования подземных шахт, тоннелей и хранилищ ядерных отходов, изготавливаются из низко- и среднеуглеродистых сталей, а также высокопрочных низколегированных сталей. Типичными системами анкерных болтов, используемых для армирования горных пород, являются анкеры с механическим креплением, анкеры с цементным раствором, фрикционные стабилизаторы породы и прядные анкеры. Для хранилищ ядерных отходов, таких как Юкка-Маунтин (YM), а также для шахт и туннелей, помимо механических свойств, важны также коррозионные свойства из-за потенциальной просачивания воды через трещины или поры в породе.

В течение периода временной крепи породы продолжительностью 50–100 лет температура в тоннеле ЮМ должна поддерживаться на уровне окружающей среды. По любой причине, если анкерные болты подвергаются воздействию воды YM и высоких температур в туннеле, существует вероятность коррозии стальных анкерных крепей. В этом исследовании была предпринята попытка изучить коррозионные свойства различных потенциальных анкерных крепей для опор туннеля YM с помощью электрохимических коррозионных испытаний. При температуре окружающей среды (25°С) все исследованные анкера показали хорошую коррозионную стойкость в этих водах.

При более высоких температурах, 60 С и 90 С, коррозионная стойкость анкеров снижалась, но благодаря специальной термообработке для снятия напряжений одного из фрикционных стабилизаторов породы (Swellex Mn 24) скорость коррозии была ниже, чем у всех остальных испытанных анкеров. Примечание. Swellex, Split set и Williams являются собственностью компаний Atlas Copco, International Roll Forms, Inc. и Williams Form Engineering Corp. соответственно.

Введение

Юкка Маунтин (YM) рассматривается как место захоронения для постоянного захоронения до 70 000 метрических тонн высокоактивных радиоактивных отходов. Подземные выемки поддерживаются каменной арматурой, такой как анкерные болты и двутавровые балки. Проект дрейфа хранилища ядерных отходов Юкка-Маунтин показан на рис. 1 (http://www.ocrwm.doe.gov/ym_repository/studies/engdesign/tunneldesign.shtml). Разработка систем внутренней крепи горных пород началась в начале 20 века. В 1936 году на свинцовом руднике Сент-Джозеф в Миссури впервые были использованы разрезные клиновые анкерные болты для укрепления кровли шахты (USBM, 1987), а в середине 1940-х годов были разработаны распорные анкерные болты.

В 1960 году для укрепления подземных горных пород использовались анкеры на основе смолы, а к середине 1970-х годов для укрепления горных пород стали использоваться фрикционные стабилизаторы горных пород и деформируемые стальные трубы. В настоящее время во всем мире для укрепления горных пород в горнодобывающей промышленности, туннелях и хранилищах ядерных материалов используются различные типы анкеров, такие как механически закрепленные, закрепленные цементным раствором, анкеры-стабилизаторы трения, прядные анкеры и другие вспомогательные приспособления для горных пород (Leedy, 1993). Обычно используемые системы анкерных креплений показаны на рис. 2 (http://www.williamsform.com/Ground_Anchors/ground_anchors.html;http://www.splitset.com/rock-bolts.html).

Анкерные болты в первую очередь рассчитаны на хорошую механическую прочность и жесткость, чтобы выдерживать горную нагрузку (Брэди и Браун, 2006; Паризив, 2007). Однако долговечность анкера может также зависеть от других свойств, таких как коррозия из-за температуры и окружающей среды, воздействию которой подвергается анкер. YM расположен в засушливом пустынном регионе, где в настоящее время среднегодовое количество осадков плюс снегопад составляет 19 см; возможно просачивание части этой воды в сугробы, поражающие скальные болты (Гордон, 2002). Но общее количество воды из-за дождя и снегопада незначительно по сравнению с водой в зоне насыщенных пород ЮМ, пористой породы (Гордон, 2002). Из-за смещений горной массы существует вероятность попадания поровой воды на анкера. Потенциальное повреждение анкерных крепей на площадке ЮМ может быть вызвано влажной коррозией. В зависимости от химического состава горных пород и колодезных вод в туфах ЮМ могут встречаться различные типы вод с различным содержанием анионов, таких как хлориды, нитраты, сульфаты, силикаты и бикарбонаты, а также катионов, таких как натрий, кальций, калий и магний ( Гордон, 2002). Учитывая все вышеупомянутые анионы и катионы, в Университете Невады, Рино (UNR) была смоделирована мультиионная вода, названная YM-водой. Эта вода YM содержит как ионы, усиливающие коррозию (например, хлориды), так и ионы, ингибирующие коррозию (например, силикаты).

Фрикционный анкерный болт Swellex является одним из анкерных крепей, которые считаются материалом для армирования горных пород. Доступны различные типы болтов Swellex, такие как стандартный Swellex, Super Swellex, Swellex Mn 24 и Swellex Pm 24. Super Swellex™ был установлен в подземной лаборатории YM в Центре поисковых исследований (ESF) для изучения горных информаторов (http://www .noov.com/old-mining/arch/feat/auni.htm). Стабилизатор Split set™ также является хорошо известным трубчатым стабилизатором трения, используемым на многих подземных рудниках (Ranasooriya, 1999). Другие анкеры, такие как анкер Williams (http://www.williamsform.com/Ground_Anchors/ground_anchors.html), также широко используются для подземного армирования и поддержки. В этом исследовании было проведено краткое исследование электрохимической коррозии трех анкерных болтов Swellex, разливного набора, анкера Williams из среднеуглеродистой стали и двутавровой балки из низкоуглеродистой стали (Yilmaz, 2003; Deodeshmukh et al., 2004). Предельная разрушающая нагрузка анкеров, использованных в этом исследовании, приведена в Таблице 1 (Stimpson, 1998; http://sg01.atlascopco.com/SGSite/default_prod.asp?redirpage=products/product_group.asp&redirid=Rock%20bolts). Химический состав анкера и химический состав воды, использованные в данном исследовании, приведены в таблицах 2 и 3 соответственно.

Выводы

При температуре окружающей среды нет различий в коррозионной стойкости между испытанными анкерными болтами. Повышение температуры до 60°С не оказывает существенного влияния на скорость коррозии анкерных болтов, за исключением комплекта Split. Разрушение анкерных крепей происходит при температуре 90°С из-за воздействия хлоридов и растворенного кислорода. Среди всех анкеров Swellex Mn 24 кажется более надежным с точки зрения коррозионной стойкости при любых температурах.

Ссылка

Суреш Диви; Дханеш Чандра; Яак Даемен (2011).Подверженность коррозии потенциальных анкерных крепей в аэрированной мультиионной моделируемой концентрированной воде. , 26(1), 124–129.doi:10.1016/j.tust.2010.07.003