Danos por corrosão e previsão de vida útil da estrutura de concreto na oficina de coqueamento de sulfato de amônio da indústria siderúrgica

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2826 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As usinas siderúrgicas emitem uma grande quantidade de CO2 e SO2 no processo de produção, e as altas concentrações de gases ácidos levam a sérios danos por corrosão nas estruturas de concreto. Neste artigo, foram investigadas as características ambientais e o grau de dano por corrosão do concreto em uma oficina de coqueamento de sulfato de amônio com 7 anos de idade, e foi realizada a previsão da vida de neutralização da estrutura de concreto. Além disso, os produtos de corrosão foram analisados ​​através de ensaios de simulação de neutralização do concreto. A temperatura e a umidade relativa médias na oficina foram de 34,7 °C e 43,4%, sendo 1,40 vezes maiores e 1,70 vezes menores que as do ambiente atmosférico geral, respectivamente. Ambas as concentrações de CO2 e SO2 foram significativamente diferentes em várias secções do workshop e foram muito mais elevadas do que as do ambiente atmosférico geral. O aparecimento de corrosão e a perda de resistência à compressão do concreto foram mais graves nas seções com alta concentração de SO2, como seção do leito de vulcanização e seção do tanque de cristalização. A profundidade de neutralização do concreto na seção do tanque de cristalização foi a maior, com valor médio de 19,86 mm. Os produtos de corrosão gesso e CaCO3 eram obviamente visíveis na camada superficial do concreto, enquanto apenas CaCO3 pôde ser observado a 5 mm. O modelo de previsão da profundidade de neutralização do concreto foi estabelecido, e a vida útil restante de neutralização no armazém, seção de síntese (interna), seção de síntese (externa), seção do leito de vulcanização e seção do tanque de cristalização foi 69,21 a, 52,01 a, 88,56 a, 29,62 a e 7,84 a, respectivamente.

O CO2 e o SO2 difundem-se no concreto e reagem com os produtos de hidratação do cimento. O CO2 converte Ca(OH)2, hidrato de silicato de cálcio (C – S – H) e aluminato de cálcio em CaCO31,2,3,4. O SO2 reage com todos os compostos de cálcio dos produtos de hidratação, incluindo o CaCO3, e os converte em compostos contendo enxofre5,6,7. A lista de compostos contendo enxofre inclui principalmente sulfito de cálcio (CaSO3·1/2H2O), sulfatos de cálcio (CaSO4, CaSO4·1/2H2O e CaSO4·2H2O) e sulfoaluminatos de cálcio (3CaO·Al2O3·CaSO4 12H2O e 3CaO·Al2O3·3CaSO4 ·31–32H2O)7.

Tanto a carbonatação quanto a sulfuração do concreto podem reduzir o pH da solução de poros 6,7,8,9, e os sulfoaluminatos de cálcio são difíceis de existir de forma estável devido à diminuição do pH da solução de poros 10. Foi relatado que o desaparecimento da etringita (3CaO·Al2O3·3CaSO4·31–32H2O) e do hidrato de monosulfoaluminato (3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O) a 20 °C ocorreu em pH ≤ 10,7 e pH ≤ 11,6, respectivamente11. As faixas de pH da etringita que poderiam existir de forma estável a 25 °C, 50 °C e 85 °C foram 10,43–12,52, 10,52–12,41 e 10,87–12,25, respectivamente12. A decomposição da etringita devido à carbonatação do concreto foi relatada por autores13,14,15, e os produtos da reação foram CaCO3, gesso e gel de alumina.

O pH da solução de poros do concreto está geralmente na faixa de 12,5–13,816,17,18, onde a fina película protetora de óxidos de ferro ao redor do vergalhão é estável. A diminuição do pH da solução dos poros devido à carbonatação e sulfuração leva à desestabilização do filme passivo no vergalhão. Quando o pH cai para cerca de 9, o vergalhão começa a corroer devido à quebra do filme passivo19. Portanto, é necessário o desenvolvimento de tecnologias e estratégias para resistência ao CO2 e SO2 do concreto. Para atingir esta meta, deverá ser realizado o estudo experimental e a investigação de campo sobre a neutralização do concreto sob a ação combinada de CO2 e SO2.

Existem poucos estudos experimentais sobre a neutralização do concreto sob a ação combinada de CO2 e SO2, e estes são expostos a uma atmosfera artificial com altas concentrações de meios corrosivos20,21. A taxa de difusão do CO2 no concreto foi superior à do SO2 sob a ação combinada de CO2 e SO2. A principal razão foi que a concentração de CO2 era muito superior à de SO2 no ambiente industrial7,20. Enquanto isso, a taxa de difusão do CO2 com a mesma concentração de volume foi mais rápida que a do SO2. Leah21 observou o processo de difusão de gases no concreto sob condição de CO2 e SO2 com a mesma concentração volumétrica. Verificou-se que o concreto se combinou com o CO2 na fase inicial da reação, e o produto de carbonatação CaCO3 foi gerado continuamente. Posteriormente, o SO2 converteu o CaCO3 em gesso. Portanto, o CO2 reagiu inicialmente com os produtos de hidratação, e a essência da sulfuração do concreto foi a reação entre o SO2 e o produto de carbonatação.