Susceptibilité à la corrosion des boulons d'ancrage potentiels dans de l'eau concentrée simulée multi-ionique aérée

Abstrait

Les boulons d'ancrage utilisés pour le renforcement des mines souterraines, des tunnels et des dépôts de déchets nucléaires sont constitués d'aciers à faible et moyenne teneur en carbone et d'aciers faiblement alliés à haute résistance. Les systèmes de boulons d'ancrage typiques utilisés pour le renforcement des roches sont les boulons ancrés mécaniquement, les stabilisateurs de roche à friction, les ancrages à torons et les ancrages au coulis. Pour les sites de stockage de déchets nucléaires tels que Yucca Mountain (YM) ainsi que pour les mines et tunnels, outre les propriétés mécaniques, les propriétés de corrosion sont également importantes en raison de l'infiltration potentielle d'eau à travers les fractures ou les pores de la roche.

Pendant la période temporaire de soutènement rocheux de 50 à 100 ans, la température du tunnel à YM doit être maintenue aux conditions ambiantes. Pour une raison quelconque, si les boulons d'ancrage sont exposés aux eaux YM et aux températures élevées dans le tunnel, il existe un risque de corrosion des boulons d'ancrage en acier. Dans cette étude, une tentative a été faite pour étudier les propriétés de corrosion de divers boulons d'ancrage potentiels pour le support du tunnel YM à l'aide d'essais de corrosion électrochimiques. A température ambiante (25 C), tous les boulons d'ancrage étudiés ont montré une bonne résistance à la corrosion dans ces eaux.

À des températures plus élevées, 60 C et 90 C, la résistance à la corrosion des boulons d'ancrage a diminué, mais en raison du traitement thermique spécial de soulagement des contraintes de l'un des stabilisateurs de roche par friction (Swellex Mn 24), les taux de corrosion étaient inférieurs à ceux de tous les autres boulons d'ancrage testés. Remarque : Swellex, Split set et Williams sont les noms exclusifs d'Atlas Copco, International Roll Forms, Inc. et Williams Form Engineering Corp, respectivement.

Introduction

Yucca Mountain (YM) est envisagée comme site de stockage pour l'élimination permanente de jusqu'à 70 000 tonnes de déchets hautement radioactifs. Les excavations souterraines sont soutenues par des renforts rocheux tels que des boulons d'ancrage et des poutres en I. La conception de la dérive de mise en place du dépôt de déchets nucléaires de Yucca Mountain est illustrée à la figure 1 (//www.ocrwm.doe.gov/ym_repository/studies/engdesign/tunneldesign.shtml). Le développement de systèmes de soutènement internes en roche a commencé au début du 20e siècle. En 1936, la mine de plomb St. Joseph, dans le Missouri, a utilisé pour la première fois des boulons d'ancrage à coin fendu pour renforcer le toit de la mine (USBM, 1987) et au milieu des années 1940, le boulon d'ancrage à expansion a été développé.

En 1960, des boulons d'ancrage à base de résine étaient utilisés pour renforcer les roches souterraines et, au milieu des années 1970, les stabilisateurs de roches à friction, des tubes en acier déformables, étaient utilisés pour le support des roches. Aujourd'hui, partout dans le monde, différents types de boulons d'ancrage, tels que des ancrages à ancrage mécanique, à ancrage par coulis, des ancrages stabilisateurs par friction, des ancrages à torons et d'autres accessoires de roche secondaires, sont utilisés pour le renforcement des roches dans les mines, les tunnels et les dépôts nucléaires (Leedy, 1993). Les systèmes de boulons d'ancrage couramment utilisés sont illustrés à la Fig. 2 (http://www.williamsform.com/Ground_Anchors/ground_anchors.html ;http://www.splitset.com/rock-bolts.html).

Les boulons d'ancrage sont principalement conçus pour offrir une bonne résistance mécanique et une bonne rigidité afin de supporter la charge rocheuse (Brady et Brown, 2006 ; Pariseav, 2007). Cependant, la durabilité du boulon d'ancrage peut également dépendre d'autres propriétés telles que la corrosion due à la température et à l'environnement auquel le boulon d'ancrage est soumis. YM est situé dans une région désertique aride avec une pluviométrie annuelle moyenne actuelle plus des chutes de neige totales de 19 cm, l'infiltration d'une fraction de cette eau dans les galeries pourrait éventuellement attaquer les boulons d'ancrage (Gordon, 2002). Mais l’eau totale due à la pluie et aux chutes de neige est insignifiante comparée à l’eau de la zone rocheuse saturée de YM, roche poreuse (Gordon, 2002). En raison des déplacements de la masse rocheuse, il existe un risque que l'eau interstitielle entre en contact avec les boulons d'ancrage. Les dommages potentiels aux boulons d'ancrage sur le site YM pourraient être dus à la corrosion humide. Sur la base de la chimie des roches et des eaux de puits dans les tufs YM, différents types de produits chimiques de l'eau avec différents niveaux d'anions tels que le chlorure, le nitrate, le sulfate, les silicates et le bicarbonate et des cations tels que le sodium, le calcium, le potassium et le magnésium peuvent rencontrer ( Gordon, 2002). Compte tenu de tous les anions et cations mentionnés ci-dessus, une eau multi-ionique, appelée eau YM, a été simulée à l'Université du Nevada à Reno (UNR). Cette eau YM a été conçue avec à la fois des ions améliorant la corrosion (par exemple les chlorures) et des ions inhibiteurs de corrosion (par exemple les silicates).

Le boulon d'ancrage à friction Swellex est l'un des boulons d'ancrage considérés comme un matériau de renforcement des roches. Différents types de boulons Swellex sont disponibles, tels que le Swellex standard, le super Swellex, le Swellex Mn 24 et le Swellex Pm 24. Super Swellex™ a été installé au laboratoire souterrain YM, Installation d'études exploratoires (ESF) pour l'étude des informateurs sur les roches (http://www .noov.com/old-mining/arch/feat/auni.htm). Le stabilisateur Split set™ est également un stabilisateur à tube à friction bien connu utilisé dans de nombreuses mines souterraines (Ranasooriya, 1999). D'autres boulons d'ancrage tels que le boulon d'ancrage Williams (http://www.williamsform.com/Ground_Anchors/ground_anchors.html) sont également couramment utilisés pour le renforcement et le support souterrains. Dans cette étude, une brève étude de corrosion électrochimique a été réalisée sur trois boulons d'ancrage Swellex, un ensemble déversé, un boulon d'ancrage Williams en acier au carbone moyen et une poutre en I en acier à faible teneur en carbone (Yilmaz, 2003 ; Deodeshmukh et al., 2004). La charge de rupture ultime des boulons d'ancrage utilisés dans cette étude est indiquée dans le tableau 1 (Stimpson, 1998 ; http://sg01.atlascopco.com/SGSite/default_prod.asp?redirpage= products/product_group.asp&redirid=Rock%20bolts). La composition chimique des boulons d’ancrage et la chimie de l’eau utilisées dans cette étude sont indiquées respectivement dans les tableaux 2 et 3.

Conclusions

À température ambiante, il n’y a aucune différence de résistance à la corrosion entre les boulons d’ancrage testés. L'augmentation de la température jusqu'à 60 °C n'a pas d'effet majeur sur le taux de corrosion des boulons d'ancrage, à l'exception du jeu Split. La dégradation des boulons d'ancrage est sévère à 90 °C en raison de l'influence des chlorures et de l'oxygène dissous. Parmi tous les boulons d’ancrage, le Swellex Mn 24 semble être le plus fiable en termes de résistance à la corrosion à toutes les températures.

Référence

Suresh Divi ; Dhanesh Chandra ; Jaak Daemen (2011).Susceptibilité à la corrosion des boulons d'ancrage potentiels dans de l'eau concentrée simulée multi-ionique aérée. , 26(1), 124-129.est ce que je:10.1016/j.tust.2010.07.003