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

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2826 (2023) Citar este artigo

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As usinas de ferro e aço 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 trabalho, foram investigadas as características ambientais e o grau de dano por corrosão do concreto em uma oficina de sulfato de amônio de coque de 7 anos de idade, e a previsão da vida de neutralização da estrutura de concreto foi realizada. Além disso, os produtos de corrosão foram analisados ​​através de ensaio de simulação de neutralização de concreto. A temperatura média e a umidade relativa do ar na oficina foram de 34,7 °C e 43,4%, sendo 1,40 vezes maior e 1,70 vez menor que as do ambiente atmosférico geral, respectivamente. Ambas as concentrações de CO2 e SO2 foram significativamente diferentes em várias seções da oficina e foram muito mais altas do que as do ambiente atmosférico geral. A corrosão aparente e a perda de resistência à compressão do concreto foram mais graves nas seções com alta concentração de SO2, como a seção do leito de vulcanização e a 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 foram 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 da neutralização no armazém, seção de síntese (interior), seção de síntese (externa), seção do leito de vulcanização e seção do tanque de cristalização foram 69,21 a, 52,01 a, 88,56 a, 29,62 a e 7,84 a, respectivamente.

O CO2 e o SO2 se difundem 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 pH6,7,8,9 da solução porosa, e os sulfoaluminatos de cálcio são difíceis de existir de forma estável devido à diminuição do pH10 da solução porosa. Foi relatado que o desaparecimento de etringita (3CaO·Al2O3·3CaSO4·31–32H2O) e monosulfoaluminato hidratado (3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O) a 20 °C foram em pH ≤ 10,7 e pH ≤ 11,6, respectivamente11. As faixas de pH da etringita que podem 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 dos poros do concreto geralmente está na faixa de 12,5 a 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. Uma vez que 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 de resistência ao CO2 e SO2 do concreto. Para atingir este objetivo, deve ser realizado o estudo experimental e investigação de campo sobre a neutralização do concreto sob a ação combinada de CO2 e SO2.

Existem poucos estudos experimentais sobre a neutralização de concretos 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 de CO2 no concreto foi maior que a de SO2 sob a ação combinada de CO2 e SO2. O principal motivo foi que a concentração de CO2 era muito maior que a 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 do gás no concreto na condição de CO2 e SO2 com a mesma concentração volumétrica. Verificou-se que o concreto combinou com o CO2 no estágio inicial da reação, e o produto de carbonatação CaCO3 foi gerado continuamente. Posteriormente, SO2 converteu 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.