Un'indagine sperimentale sulla scabbia laser sul cemento

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12202 (2022) Citare questo articolo

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In questo studio, l’influenza di un laser a fibra pulsata di potenza 250 W con una dimensione dello spot di 40 µm è stata analizzata con successo durante la scabbling di sei tipi di malta cementizia e tre tipi di calcestruzzo ad altissime prestazioni (UHPC). La microscopia confocale sulla superficie dei campioni scabbiati ha chiarito la formazione di tre zone distinte: strato vetroso (GL), zona parzialmente fusa (PMZ) e zona alterata dal calore (HAZ) con aspetti morfologici unici. Lo strato vetroso presentava formazione di bolle, mentre lungo l'area crostosa sono state individuate crepe. La differenza nella profondità della crosta tra l'inizio e la fine del processo è stata rivelata utilizzando immagini topografiche 3D. Inoltre, utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM), sono stati osservati lo sviluppo dei pori e i cambiamenti nella microstruttura di ciascuna zona. Ulteriori analisi a raggi X a dispersione di energia (EDX) hanno rivelato anche cambiamenti significativi nella percentuale di silicio e calcio all'interno dello strato vetroso e della zona non trattata (NPZ).

I materiali a base di cemento sono ampiamente utilizzati in molti cantieri edili grazie al loro basso costo, disponibilità, proprietà ingegneristiche e durata. Sono utilizzati per la costruzione di strutture civili e industriali come unità produttive di fabbriche e centrali elettriche. Al giorno d’oggi, le centrali elettriche sono estremamente importanti per la crescita di qualsiasi società civile. Negli ultimi anni, le centrali elettriche alimentate a combustibili fossili sono state gradualmente trasformate in centrali elettriche a combustibile nucleare con l’obiettivo di ridurre il consumo di combustibili fossili e le emissioni di CO21,2. Tuttavia, con l’emergere dell’energia verde e per far fronte agli aspetti di sicurezza nell’era moderna, negli ultimi quattro anni in Corea più di 170 reattori nucleari sono stati spenti permanentemente. Negli ultimi 40 anni, più di 85 reattori commerciali, 45 reattori sperimentali o prototipi, oltre 250 reattori di ricerca e molti impianti del ciclo del combustibile sono stati ritirati dal funzionamento regolare3,4.

Di conseguenza, ciò ha imposto un aumento del numero di smantellamenti e decontaminazioni di strutture e componenti in calcestruzzo delle centrali nucleari. È stato specificamente riferito che nello smantellamento dei reattori ad acqua raffreddata a gas e ad acqua pressurizzata possono essere generate 750 e 900 tonnellate di materiali di calcestruzzo radioattivi. Lo smantellamento del reattore di ricerca coreano (KKR-2) ha prodotto 260 tonnellate di cemento radioattivo e più di 60 tonnellate di rifiuti di cemento contaminati da composti di uranio5,6. La generazione di questo calcestruzzo radioattivo è principalmente attribuita all'esposizione di liquidi e aerosol radioattivi durante l'operazione. Inoltre, la sua percentuale di spessore cresce maggiormente all'interno delle strutture vicine ai reattori nucleari. Lo smaltimento di questo prodotto di scarto può essere relativamente costoso e impegnativo poiché deve rispettare le norme sullo smaltimento dei rifiuti nucleari7.

Pertanto, per ridurre il volume delle scorie nucleari durante lo smantellamento dopo un uso prolungato di quasi 40 anni, uno strato di cemento contaminato di 8-12 mm di spessore viene rimosso mediante un processo meccanico, chimico o biologico5,8. Il tradizionale processo meccanico distruttivo come la rasatura, la sabbiatura e la scabbiatura si traduce principalmente in prodotti di scarto secondari fini, finiture grossolane, vibrazioni elevate, coinvolgimento di attrezzature pesanti e consumo di costi di manodopera più elevati. Nello specifico, la produzione di rifiuti secondari fini comporta talvolta anche il rischio di causare anossia ai lavoratori vicini9. Inoltre, nel caso del processo chimico e biologico non distruttivo, si riduce la generazione di rifiuti secondari. Tuttavia, i rifiuti chimici secondari sotto forma di liquidi o liquami contaminano le falde acquifere o sfociano nell’oceano, ostacolando l’habitat acquatico naturale. Inoltre, per la decontaminazione chimica, vengono utilizzati acidi nocivi e agenti chelanti, che possono provocare danni anche agli operatori a causa dei fumi tossici. A parte i rischi naturali, la profondità del materiale rimosso dalle decontaminazioni chimiche e biologiche è limitata e può richiedere molto tempo5.