Osady pomi dzy trzonem a wyk adzin wtórnym zagro eniem korozyjnym elbetowych kominów przemys owych

Transkrypt

1 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 3, (2012), Osady pomi dzy trzonem a wyk adzin wtórnym zagro eniem korozyjnym elbetowych kominów przemys owych TERESA STRYSZEWSKA*, STANIS AW KA KA Politechnika Krakowska, ul. Warszawska 24, Kraków * teresastryszewska@gmail.com Streszczenie W typowych przemys owych kominach elbetowych mi dzy trzonem, a wymurówk ceramiczn znajduje si przestrze przeznaczona na izolacj termiczn. W artykule przedstawiono ocen zagro enia tego typu kominów w wyniku oddzia ywania gromadz cych si tam produktów korozji. Przeprowadzone przez autorów badania materia ów pobranych z wielu kominów wykaza y, e w miejscu tym powstaje gruba warstwa osadu, która jest bardzo mocno agresywna zarówno w stosunku do betonu trzonu, ceramiki i materia u spoinuj cego wymurówk. Przedstawione wyniki bada dotycz wp ywu powsta ego osadu na stopie wtórnego ska enia i destrukcji materia ów w eksploatowanych kominach. S owa kluczowe: komin przemys owy, korozja, wtórne ska enie, mikrostruktura, siarczan DEPOSITS BETWEEN A SHANK AND A LINING AS THE SECONDARY CORROSIVE MENACE OF INDUSTRIAL FERROCONCRETE CHIMNEYS In typical industrial ferroconcrete chimneys, there is the space between a shank and a lining assigned for the thermal insulation. In the paper, the assessment of menaces coming from corrosion products accumulated within that space to the ferroconcrete chimneys is shown. The studies of materials taken from many chimneys indicated that the thick layer of deposits has been formed in the shank/lining space, displaying very aggressive chemical behaviour relating to both the shank concrete, ceramics and pointing material for lining. The results of the study concern effects of the deposit on a degree of secondary contamination and destruction of materials in the operated chimneys. Keywords: Industrial chimney, Corrosion, Secondary contamination, Microstructure, Sulfate 1. Wst p Kominy przemys owe b d ce przedmiotem prezentowanej analizy z punktu widzenia konstrukcyjnego sk adaj si z zewn trznego trzonu elbetowego oraz warstw wewn trznych, tj. izolacji termicznej oraz wyk adziny ceramicznej, wspartych na wspornikach podwyk adzinowych utwierdzonych w trzonie. Jako materia izolacji termicznej w tego typu konstrukcjach stosowano granulowany u el, we n u low, a obecnie stosuje si we n mineraln lub szk o piankowe. Wewn trzn wyk adzin w zale no ci od warunków pracy komina wykonuje si z ceg y ceramicznej zwyk ej, kominówki, klinkierowej lub kwasoodpornej, rzadziej z ceg y szamotowej. Na Rys. 1 przedstawiono schematycznie przekrój komina z uwzgl dnieniem przestrzeni przeznaczonej na izolacj termiczn. W artykule przyj to, e powsta e w przestrzeni mi dzy trzonem elbetowym, a wyk adzin ceramiczn produkty korozji (wysolenia) b d okre lane jako osady. W ocenie stanu technicznego eksploatowanych kominów przemys owych bierze si pod uwag wiele czynników [6, 7]. Bardzo istotnym jest ustalenie stopnia ska enia lub zniszczenia poszczególnych warstw materia owych. Mo liwo okre lania stanu materia ów w takich obiektach daj Rys. 1. Schemat przekroju komina. Fig. 1. Schematic of chimney cross-section. 378

2 OSADY POMI DZY TRZONEM A WYK ADZIN WTÓRNYM ZAGRO ENIEM KOROZYJNYM ELBETOWYCH KOMINÓW PRZEMYS OWYCH Rys. 2. Odwiert przelotowy przez warstwy komina ze wskazaniem miejsc, które poddano badaniom. Fig. 2. Samples from well through chimney layers with indicated places subjected to studies. badania próbek pobranych w formie odwiertów wyci tych ze wszystkich warstw przekroju komina [1-3]. W praktyce in ynierskiej du ym problemem badawczym jest diagnostyka izolacji termicznej (a raczej tego, co zalega w przestrzeni dla niej przewidzianej), zw aszcza w kominach o wieloletnim okresie u ytkowania. Wynika to z faktu, e przestrze pomi dzy elbetowym trzonem a wyk adzin ceramiczn jest niedost pna. Z tego obszaru mo na pobra próbk w zasadzie tylko poprzez wykonanie odwiertu w trzonie. Z obserwacji autorów wynika, e izolacja termiczna, zw aszcza z we ny u lowej, po d u szym okresie eksploatacji komina ma tendencj do osiadania na wspornikach podwyk adzinowych (za wyj tkiem szk a piankowego), b d te ulega ca kowitej destrukcji, a w jej miejsce pojawiaj si produkty korozji. Prezentowane poni ej wyniki bada pozwalaj s dzi, e s one niebezpiecznym ród em wtórnej destrukcji zarówno betonu, jak i ceramiki. Prezentowane badania mia y na celu poznanie mechanizmu powstawania osadów w przestrzeni mi dzy elbetowym trzonem, a wyk adzin ceramiczn oraz okre lenie ich wp ywu na trwa o tych materia ów. Badania prowadzono na próbkach pobranych w formie odwiertów ze wszystkich warstw przekrojowych komina eksploatowanego przez ponad 40 lat w jednej z krajowych elektrowni. Na Rys. 2 pokazano przyk adowy odwiert ilustruj cy powsta e osady (produkty wysole ) przylegaj ce zarówno do trzonu betonowego, jak i wyk adziny ceramicznej. Na Rys. 2 wskazano miejsca pobrania próbek do bada laboratoryjnych wszystkich analizowanych materia ów. 2. Mechanizm powstawania osadu w miejscu izolacji termicznej Kominami przemys owymi odprowadzane s gazy spalinowe, w sk ad których wchodz mi dzy innymi tlenki w gla, tlenki siarki, tlenki azotu i chlorowodór. W trakcie przep ywu spalin przez wn trze komina wnikaj one w materia y wymurówki. Niewielka cz z nich ulega akumulacji w ceramice i materiale spoiny, a pozosta e migruj w kierunku ni szej temperatury i wi kszej wilgotno ci, czyli w stron trzonu elbetowego. Efektem tego procesu jest powstanie nalotów (osadów) na wyk adzinie ceramicznej od strony trzonu. Osady te krystalizuj na powierzchni wymurówki i wraz z up ywem czasu rozrastaj si w kierunku wolnej przestrzeni, wype niaj c j. W wielu przypadkach powstaj ce osady wrastaj w izolacj termiczn, niszcz c j. W konsekwencji prowadzi to do bezpo redniego kontaktu osadu z betonem trzonu w wyniku czego beton podlega procesom korozji, a efektem ko cowym jest jego destrukcja. Zatem mo na powiedzie, e powstaj cy osad jest wtórnym ród em procesów korozyjnych zachodz cych zarówno w betonie, jak i w wymurówce ceramicznej Badania osadów Aby wyja ni mechanizm powstawania osadów przeprowadzono badania, które mia y na celu okre lenie ich sk adu i struktury. Na tej podstawie podj to prób podania ród a pochodzenia poszczególnych zwi zków wchodz cych w sk ad przedmiotowych osadów. W próbce osadu pobranego z analizowanego komina oznaczono metod analizy chemicznej na mokro zawarto jonów siarczanowych, chlorkowych, azotanowych, magnezowych i elazowych. Ponadto okre lono odczyn oraz wyznaczono zawarto kwarcu. Otrzymane wyniki przedstawiono w Tabeli 1. W celu oznaczenia substancji krystalicznych (powsta ych produktów korozji) przeprowadzono analiz rentgenowsk. Otrzymany wynik w postaci dyfraktogramu przedstawiono na Rys. 3. Ze wzgl du na znacz cy udzia faz krystalicznych w badanej próbce wykonano analiz rentgenowsk ilo ciow. Procentowy udzia poszczególnych faz krystalicznych przedstawiono w Tabeli 2. Wykonano równie zdj cia mikrostruktury osadu wraz z analiz EDS faz obecnych w próbce. Dzi ki tej analizie zidenty kowano obecno faz niekrystalicznych, których nie wykaza y badania rentgenowskie. Na Rys. 4 zaprezentowano przyk adowe zdj cie mikrostruktury osadów wraz z analiz EDS. MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 3, (2012) 379

3 T. STRYSZEWSKA, S. KA KA Tabela 1. Wyniki analizy chemicznej osadu. Table 1. Results of chemical analysis of deposit. Parametr Wynik analizy Jony siarczanowe 38,0* Jony chlorkowe 0,65 Jony azotanowe brak Jony elazowe 0,7* Jony magnezowe 3,6* Kwarc 3,0* ph 2,0 * zawarto jonów oraz kwarcu podano w [%] w odniesieniu do masy próbki osadu Tabela 2. Fazy krystaliczne w osadzie na podstawie analizy rentgenowskiej. Table 2. Crystalline phases in deposit determined by XRD analysis. Faza krystaliczna Zawarto [%] Anhydryt 35,0 Alunogen 29,0 Siarczan elaza hydrat 7,0 Kwarc 3,5 Bezwodny siarczan elaza 2,0 Siarczan magnezu hydrat 8,0 Gips 6,0 W glany, wodorow glany 2,5 a) Rys. 4. Mikrostruktura osadu (a) wraz z powierzchniow analiz EDS (, pow.1000x. Fig. 4. Microstructure of deposit (a) and chemical analysis EDS (, magn. x Analiza wyników bada osadu Badania w mikroskopie skaningowym oraz badania rentgenogra czne wskazuj, e w sk ad osadu wchodz : anhydryt, gips, alunogen (hydrat siarczan glinu), siarczan magnezu i elaza oraz w glan wapnia. Ponadto obecny jest równie kwarc (ziarna piasku). Fazy te tworz si w wyniku reakcji siarczanów, maj cych swoje ród o w zasiarczeniu w gla, ze sk adnikami ceg y ceramicznej, materia u izolacji termicznej oraz betonu. Rys. 3. Dyfraktogram rentgenowski osadu wraz z opisem g ównych faz. Fig. 3. X-ray diffraction pattern of deposit: main phases indicated. 380 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 3, (2012)

4 OSADY POMI DZY TRZONEM A WYK ADZIN WTÓRNYM ZAGRO ENIEM KOROZYJNYM ELBETOWYCH KOMINÓW PRZEMYS OWYCH Tabela 3. Wyniki analizy chemicznej ceg y ceramicznej. Table 3. Results of chemical analysis of ceramic bricks. Parametr Ceramika od strony dr y Ceramika od strony trzonu Jony siarczanowe 1,80* 3,75* Jony chlorkowe 0,23* 1,75* Jony azotanowe 0,05 0,05 Jony elazowe 0,07* 0,45* Jony magnezowe 2,10* 4,15* ph 2,7 1,9 * zawarto jonów podano w [%] w odniesieniu do masy próbki które w kontakcie z innymi jonami wchodz w reakcje tworz c nowe fazy. Wyniki analizy chemicznej ceg y ceramicznej pochodz cej z obu warstw zamieszczono w Tabeli 3. Natomiast wyniki bada rentgenogra cznych jako ciowych dotycz cych obecno ci faz krystalicznych w obu próbkach ceg y ceramicznej przedstawiono na Rys. 5. Przy wi kszej wilgotno ci, co zapewne ma miejsce na powierzchni wyk adziny ceramicznej od strony trzonu, powstaj hydraty siarczanowe tych jonów, cz sto o charakterze silnie kwasowym, o czym wiadczy bardzo niskie ph na poziomie 2. W reakcji sk adników ceg y ceramicznej i izolacji termicznej z siarczanami powstaje siarczan elaza, magnezu i glinu. Przy czym nale y pami ta, e podstawowym sk adnikiem osadu jest gips i anhydryt. Du a zawarto tych ostatnich w masie osadu (oko o 35% do 40% masy), wskazuje na reakcj siarczanów z jonami wapnia pochodz cymi nie z ceramiki, a z betonu. Zatem mo na za o y, e du a cz siarczanów, która przesz a przez przegrod ceramiczn reaguje z jonami wapnia pochodz cymi z zaczynu cementowego. W ród produktów korozji obecne s równie w glany wapnia, które powstaj w kontakcie dwutlenku w gla z wodorotlenkiem wapnia z zaczynu cementowego. W miar up ywu czasu ilo produktów korozji znacznie si zwi ksza i stopniowo wype nia przestrze, zajmowan pierwotnie przez izolacj termiczn. W ten sposób tworzy si niebezpieczna strefa, w której powstaj i gromadz si produkty korozji, ograniczona z jednej strony wymurówk, a z drugiej betonem. Nagromadzone w ten sposób osady staj si wtórn przyczyn korozji betonu i wyk adziny ceramicznej. 3. Zmiany korozyjne w ceg ach wymurówki W elbetowych kominach przemys owych ceg a ceramiczna, z której wykonuje si wewn trzne warstwy, pozostaje w bezpo rednim i ci g ym kontakcie ze sk adnikami odprowadzanych gazów spalinowych. Skutkiem tych oddzia- ywa jest uszczenie si i kruszenie ceg y od strony dr y. Natomiast od strony trzonu na powierzchni ceg y powstaje omówiony wcze niej osad [4, 5] Badania ceg y ceramicznej W celu rozpoznania mechanizmów prowadz cych do destrukcji ceg y ceramicznej zarówno od strony dr y, jak i od strony trzonu badaniami obj to próbki materia u pobrane ze skrajnych warstw odwiertu z wymurówki. Miejsca, z których przygotowano próbki ceg y do prezentowanych bada pokazano na Rys. 2. W badaniach rentgenostrukturalnych i mikrostrukturalnych okre lono rodzaj produktów korozji. Wykonano równie analiz chemiczn, która wskazuje na zdolno migracji niektórych jonów wchodz cych w sk ad czerepu ceramicznego, a) Rys. 5. Dyfraktogramy rentgenowskie ceg y ceramicznej: a) od strony dr y, od strony trzonu, wraz ze wskazaniem g ównych faz. Fig. 5. X-ray diffraction patterns of ceramic brick: a) drill side, shank side: main phases indicated. Wyniki bada w mikroskopie skaningowym wraz analiz EDS przeprowadzon w punktach charakterystycznych dla ceg y od strony dr y przedstawiono na Rys. 6, a dla ceg y od strony trzonu na Rys Analiza wyników badania ceg y ceramicznej Ocena wp ywu zarówno gazów spalinowych, jak i osadów na proces destrukcji ceg y ceramicznej jest bardzo trudna. Dotyczy to zw aszcza ceramiki nara onej na bezpo rednie dzia anie gazów spalinowych, poniewa ceramika w tej stre e ulega destrukcji warstwowej. Oznacza to, e najsilniej ska one warstwy materia u uszcz si i w zasadzie nie ma mo liwo ci ich zbadania. To, co zostaje pobrane do bada jest mniej ska one. Potwierdzeniem takiej hipotezy mog by wyniki analizy chemicznej, gdzie zawarto wszystkich oznaczanych jonów jest mniejsza od strony dr y, a wi ksza od strony trzonu. Zatem wynik mo e nie do ko ca odzwierciedla stan faktyczny tego materia u. Inaczej wygl da sytuacja wyk adziny ceramicznej, od strony izolacji termicznej. Produkty korozji, które powstaj w tym miejscu s bar- MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 3, (2012) 381

5 T. STRYSZEWSKA, S. KA KA dzo silnie zwi zane z czerepem. Mo na nawet powiedzie, e s one wro ni te w materia. Z czasem prowadzi to do sytuacji, w której trudno okre li, gdzie ko czy si ceramika, a zaczyna osad. Pod wp ywem dzia ania osadu struktura ceramiki ulega rozlu nieniu. W wielu przypadkach skutkiem tego jest silniejsza destrukcja ceramiki od strony izolacji termicznej, czyli tam gdzie powstaj osady, ni od strony bezpo redniego oddzia ywania gazów spalinowych. Ponadto ni szy odczyn oraz wi kszy udzia jonów siarczanowych, magnezowych i elazowych w masie ceramiki od strony trzonu (izolacji termicznej) mo e wskazywa na bardziej intensywny proces korozyjny w tym obszarze i na wi ksz kumulacj produktów korozji w ceramice w tej stre- e. Mo e to wskazywa na migracj tych jonów we wn trzu ceg y ceramicznej od strony gazów spalinowych w stron wolnej przestrzeni, która znajduje si mi dzy wyk adzin a trzonem. Zatem transport masy zachodzi w stron ni szej temperatury i wy szej wilgotno ci. W obu badanych warstwach obecny jest kwarc, minera y ilaste ska one siarczanami, hematyt, glino siarczan potasu, oraz siarczan elaza i magnezu. Ponadto badania rentgenogra czne w ceramice od strony dr y wskazuj na obecno siarczanu magnezu, którego nie ma z drugiej strony wyk adziny, a jak wynika z analizy chemicznej na mokro joa) Materia spoinuj cy, podobnie jak ceg a ceramiczna, ulega procesom korozyjnym zarówno od strony dr y, czya) Rys. 6. Mikrostruktura ceramiki od strony dr y (a) wraz z analiz EDS w pkt. 2 (, pow. 500x. Fig. 6. Microstructure of ceramic brick on drill side (a), and chemical analysis EDS in point 2 (, magn. x500. Rys. 7. Mikrostruktura ceramiki od strony trzonu (a) wraz z analiz EDS w pkt. 2 (, pow. 1500x. Fig. 7. Microstructure of ceramic brick on shank side (a), and chemical analysis EDS in point 2 (, magn. x1500. nów magnezu w tej stre e jest du o. Przyczyn takiego stanu mo e by podstawianie jonów wapnia przez magnez w gipsie. W stre e bezpo redniego kontaktu gazów spalinowych z ceramik nie stwierdzono w niej obecno ci gipsu i anhydrytu, co wynika prawdopodobnie z uszczenia si silnie ska onych siarczanami warstw ceg y lub ze wzgl du na stosunkowo ma zawarto jonów wapnia w czerepie ceramicznym. Siarczan wapnia nie tworzy si w tej stre e, natomiast powstaje po drugiej stronie wyk adziny, gdzie jony wapnia s dost pne i pochodz z zaczynu cementowego. 4. Zmiany korozyjne w spoinach wymurówki Jak ju wspomniano wyk adzin ceramiczn omawianych kominów wykonuje si z ceg y ceramicznej czonej materia em spoinuj cym. Jako spoin stosuje si zaprawy na bazie spoiwa cementowego lub kitów krzemianowych. Omawiane wyniki bada dotycz spoiny wykonanej z zaprawy cementowej Badania zaprawy 382 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 3, (2012)

6 OSADY POMI DZY TRZONEM A WYK ADZIN WTÓRNYM ZAGRO ENIEM KOROZYJNYM ELBETOWYCH KOMINÓW PRZEMYS OWYCH li od strony bezpo redniego dzia ania gazów spalinowych, jak równie od strony trzonu, czyli od strony izolacji termicznej. Spoina stanowi s abe ogniwo wymurówki. Pod wp ywem dzia ania czynników agresywnych ulega rozk adowi, tym samym u atwiaj c transport sk adników gazowych od strony dr y w stron trzonu komina. Do bada pobrano próbki materia u spoinuj cego, podobnie jak ceg y ceramicznej, z obu stron wymurówki (Rys. 2). Wyniki analizy chemicznej pobranych próbek spoiny od strony dzia ania gazu i od strony izolacji termicznej przedstawiono w Tabeli 4, natomiast wyniki bada rentgenogra cznych jako ciowych próbek tego materia u przedstawiono odpowiednio na Rys. 8. Przedstawione wyniki bada wskazuj na brak istotnych ró nic co do rodzaju powsta ych produktów korozji w pobranych próbkach spoiny. W ród obecnych faz krystalicznych jest kwarc i glinokrzemiany jako sk adniki wynikaj ce ze sk adu pierwotnego spoiny. Ponadto jak wykaza y badania rentgenogra czne w obu próbkach spoiny znajduje si gips, przy czym jego ilo w materiale pobranym od strony dr y jest trzykrotnie wy sza. Obecny jest równie kalcyt. Badania rentgenogra czne nie da y jednoznacznej odpowiedzi, co do obecno ci anhydrytu. Natomiast badania EDS potwierdzaj obecno gipsu w obu warstwach. Struktura badanej spoiny jest rozlu niona i porowata, przy czym zdecydowanie wi ksz porowato i rozlu nienie struktury zaobserwowano w spoinie od strony dr y. Badania nie wykaza- y obecno ci wodorotlenku wapnia, a szcz tkowa faza CSH jest silnie ska ona siarczanami. Zawarto jonów siarczanowych wynosi 1-1,5% masy spoiny, przy czym wi ksze ska ea) a) Rys. 9. Mikrostruktura spoiny od strony dr y (a) wraz z analiz EDS w pkt. 1 (, pow. 3000x. Fig. 9. Microstructure of joint on drill side (a), and chemical analysis EDS in point 1 (, magn. x3000. Rys. 8. Dyfraktogramy rentgenowskie spoiny: a) warstwa od strony dr y, od strony trzonu, wraz z ze wskazaniem g ównych faz. Fig. 8. X-ray diffraction patterns of joint: a) drill side layer shank side layer: main phases indicated. Tabela 4. Wyniki analizy chemicznej spoiny. Table 4. Results of chemical analysis of joint. Parametr Spoina od strony dr y Spoina od strony trzonu Jony siarczanowe 1,5* 1,0* Jony chlorkowe 0,05* 0,45* Jony azotanowe ladowo ladowo Jony elazowe ladowo 0,01* Jony magnezowe >1,5* >1,5* ph (odczyn) 3,3 6,7 * zawarto jonów podano w [%] w odniesieniu do masyj próbki Wykonano równie badania mikrostrukturalne w mikroskopie skaningowym wraz z analiz EDS spoiny od strony dr y (Rys. 9) i od strony trzonu (Rys. 10) Analiza wyników bada spoiny MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 3, (2012) 383

7 T. STRYSZEWSKA, S. KA KA ma o ciowych tego materia u. Zniszczona spoina z czasem staje si drog atwej migracji agresywnych sk adników spalin w stron izolacji termicznej i betonu trzonu. 5. Korozja betonu trzonu komina Na beton w trzonie komina od strony wyk adziny ceramicznej dzia a wiele czynników agresywnych. G ównie nale do nich dwutlenek w gla, siarczany oraz osad powsta y na powierzchni ceg y ceramicznej od strony trzonu. Procesy zachodz ce w tej stre e prowadz w krótkim czasie do destrukcji betonu, co skutkuje zmniejszeniem grubo ci trzonu Badania betonu nie jonami siarczanowymi zaobserwowano w spoinie od strony dr y. Jak wynika z analizy chemicznej zaprawa od strony izolacji termicznej jest równie ska ona chlorkami na poziomie 0,4% masy spoiny, co potwierdzaj badania przeprowadzone w mikroskopie skaningowym wraz z analiz EDS. Istotne ró nice zarejestrowano w przypadku odczynu, który w spoinie od strony dr y wynosi ph = 3,3, a od strony trzonu ph = 6,7. W przypadku spoiny cementowej tak niski odczyn wiadczy o silnym ska enia produktami korazji o charakterze kwasowym, przy czym mo na przypuszcza, e procesy korozyjne przebiegaj intensywniej w spoinie od strony dr y. Jest to sytuacja nieco odmienna ni w przypadku ceg y, gdzie wyniki sugeruj intensy kacj procesów korozyjnych od strony trzonu. Mo e to wynika z innego mechanizmu procesu korozji obu tych materia ów, albo jak sugerowano wcze niej, silnie ska one warstwy ceg y mog ulec z uszczeniu ods aniaj c tym samym kolejne warstwy mniej ska one. Zatem mo na przypuszcza, e spoina ulega ska eniu w sposób ci g y i nast puje w niej kumulacja produktów korozji. W efekcie procesów korozyjnych nast puje utrata w a- ciwo ci wi cych spoiwa i obni enie parametrów wytrzya) Omawianymi badaniami obj to beton pobrany z dwóch warstw trzonu komina tzn. beton pozostaj cy w bezpo rednim s siedztwie agresywnego osadu oraz nast pnej, czyli beton znajduj cy si nieco g biej (Rys. 2). Badania przeprowadzono na plastrach betonu odci tych z odwiertu od strony wewn trznych trzonu komina obejmuj cych analizowane warstwy. Otrzymane wyniki analizy chemicznej zamieszczono w Tabeli 5, a wyniki bada rentgenogra cznych jako- ciowych przedstawiona na Rys. 11. Tabela 5. Wyniki analizy chemicznej próbek betonu. Table 5. Results of chemical analysis of concrete samples. Rys.10. Mikrostruktura spoiny od strony trzonu (a) wraz z analiz EDS w pkt. 1 (, pow. 3000x. Fig. 10. Microstructure of joint on shank side (a), and chemical analysis EDS in point 1 (, magn. x3000. Parametr Beton z wn trza ciany trzonu Beton od strony osadu Jony siarczanowe 0,46* 1,2* Jony chlorkowe 0,08* 0,12* Jony azotanowe >0,3* 0,15* Jony elazowe ladowo ladowo Jony magnezowe brak 0,38* ph 11,6 6,2 * zawarto jonów podano w [%] w odniesieniu do masy próbki Przyk adowe zdj cia mikrostruktury wraz z analiz EDS przeprowadzon w charakterystycznych punktach dla próbek betonu pobranych od strony osadu przedstawiono na Rys. 12, natomiast dla próbek z warstw wewn trznych trzonu na Rys Analiza wyników bada betonu W kominach przemys owych beton ulega korozji przede wszystkim od jego wn trzna. Jest on poddany agresywnemu dzia aniu zarówno gazów spalinowych, jak i osadu, który powstaje w wyniku procesów korozyjnych w przestrzeni pierwotnie zajmowanej przez izolacj termiczn. Zachodzi reakcja mi dzy tlenkami siarki i dwutlenkiem w gla pochodz cymi ze spalin, a sk adnikami zaczynu cementowego w wyniku czego beton ulega korozji siarczanowej i w glanowej. Prowadzi to do powstania gipsu, ettringitu, w glanu i wodorow glanu wapnia oraz w glanu glino-magnezowego. Obecno gipsu wiadczy o zaawansowanym stadium korozji siarczanowej w tej warstwie betonu. Ponadto na beton dzia a destrukcyjnie osad. O jego oddzia ywaniu 384 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 3, (2012)

8 OSADY POMI DZY TRZONEM A WYK ADZIN WTÓRNYM ZAGRO ENIEM KOROZYJNYM ELBETOWYCH KOMINÓW PRZEMYS OWYCH a) a) Rys. 11. Dyfraktogramy rentgenowskie betonu: a) warstwa z wn trza ciany trzonu, warstwa od strony osadu, wraz z opisem g ównych faz. Fig. 11. X-ray diffraction patterns of concrete: a) layer of shank wall inside, joint side layer: main phases indicated. wiadczy obecno w betonie przede wszystkim siarczano glinokrzemianów wapnia, elaza i magnezu, które jak nale- y przypuszcza powstaj w reakcji alunogenu (siarczanu glinu) obecnego w osadzie z faz CSH, powoduj c jej rozk ad. Silnie kwasowy odczyn osadów sprzyja korozji kwasowej betonu, którego ph w tej stre e jest na poziomie 6. Tak Rys. 12. Mikrostruktura betonu od strony osadu (a) wraz z analiz EDS w pkt. 1 (, pow.4000x. Fig. 12. Microstructure of concrete on joint side (a), and chemical analysis EDS in point 1 (, magn. x4000. niskie ph prowadzi, a jednocze nie jest skutkiem, rozk adu wodorotlenku wapnia i fazy CSH. W analizowanych próbkach betonu stwierdzono równie (w odniesieniu do spoiny i ceg y ceramicznej) znaczn ilo azotanów. Mo na wi c przypuszcza, e azotany migruj przez wyk adzin ceramiczn, a zw aszcza przez spoin w stron trzonu i dopiero tam si akumuluj. a) Rys.13. Mikrostruktura betonu z wn trza ciany trzonu (a) wraz z analiz EDS w pkt.1 (, pow.5000x. Fig. 13. Microstructure of concrete on shank wall inside (a), and chemical analysis EDS in point 1 (, magn. x5000. MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 3, (2012) 385

9 T. STRYSZEWSKA, S. KA KA Przesuwaj c si w stron wn trza betonowej ciany trzonu obserwuje si mniejsz ilo zwi zków o charakterze korozyjnym, na rzecz zwi zków charakterystycznych dla zdrowego betonu takich jak faza CSH, gliniany wapnia oraz wodorotlenek wapnia. Beton wewn trz ciany trzonu charakteryzuje si wy szym ph (oko o 11-12) i generalnie ni sz zawarto ci siarczanów. W badaniach nie stwierdzono obecno ci gipsu, a jedynie ettringit, co wiadczy o znacznie wolniejszym przebiegu korozji siarczanowej w tej stre e. Wy sze ph betonu, mniejsza zwarto jonów siarczanowych oraz brak jonów magnezu i elaza wiadczy o strefowym post pie korozji. Wyj tkiem s jony chlorkowe, które atwo migruj, zatem ich zawarto w ca ym przekroju badanego odwiertu betonowego jest zbli ona. Obecno chlorków na poziomie 0,08% masy betonu (w przeliczeniu na mas spoiwa wynosi oko o 0,5%) stanowi realne ród o korozji zbrojenia, nie tylko w bezpo rednim s siedztwie osadu, ale równie w warstwach wewn trznych betonu. 6. Podsumowanie Materia y w elbetowych kominach przemys owych zw aszcza eksploatowanych przez d u szy okres czasu s nara one na dwa ród a korozji. Pierwotn przyczyn niszczenia materia ów jest oddzia ywanie agresywnych sk adników odprowadzanych gazów spalinowych, które migruj przez wyk adzin ceramiczn w stron betonowego trzonu. Wtórnym ród em korozji s powsta e osady w miejscu izolacji termicznej. W przypadku ceg y ceramicznej dominuj cym mechanizmem korozji jest destrukcja powierzchniowa spowodowana oddzia ywaniem siarczanów. Natomiast w betonie oraz spoinie zaobserwowano zarówno produkty korozji siarczanowej, jak i kwasowej. W przestrzeni mi dzy wyk adzin ceramiczn a trzonem betonowym, w miejscu izolacji termicznej gromadz si osady, które krystalizuj pocz tkowo na powierzchni ceg y. Wraz z up ywem czasu ilo powsta ych osadów bardzo silnie wzrasta, a ich sk ad jest przyczyn dalszej korozji betonu oraz wyk adziny ceramicznej. Osady s szczególnie agresywne wobec betonu. Powoduje to przyspieszony proces jego destrukcji skutkuj cy ubytkiem grubo ci ciany elbetowego trzonu komina. Szczególnie zagro one skutkami takiej destrukcji s miejsca nad wspornikami podwyk adzinowymi, gdzie sukcesywnie gromadz si wraz z osiadaj c izolacj termiczn produkty korozji. Pami ta nale y, e wszystkie te procesy zachodz w zamkni tej przestrzeni, co uniemo liwia ich nale yte monitorowanie. Opisane procesy korozyjne mog prowadzi do miejscowej utraty no no ci zarówno elbetowego trzonu, jak i wyk adziny ceramicznej, co skutkowa mo e utrat stateczno ci ca ej wysokiej budowli, jak jest komin przemys owy. Literatura [1] Broniewski T., Fiertak M.: Badania stanu technicznego materia ów w kominach energetycznych przeznaczonych do odprowadzania odsiarczonych spalin, Monogra a, Politechnika Krakowska, (1995). [2] Fiertak M., Ka ka S.: Methods and interpretation of material testing in power sector chimneys, Proceedings of the 5th International Conference Concrete and concrete structures, Zilina October, (2009), [3] Stryszewska T., Ka ka S.: Wp yw ska enia siarczanami na trwa o wyk adziny ceramicznej w kominach energetycznych, Przegl d Budowlany, 6, (2010), [4] McCauley Rondla A.: Corrosion of Ceramic and Composite Materials, Marcel Dekker, New York, (1994). [5] Tokarski Z., Wolfke S.: Korozja ceramicznych materia ów budowlanych, Arkady, Warszawa, (1969). [6] Oruba R.: Oddzia ywanie rodowiska przemys owego i eksploatacji górniczej na bezpiecze stwo elbetowych kominów przemys owych, Rozprawy Monogra e nr 211, Wydawnictwa AGH, Kraków, (2010). [7] The CICIND Chimney Book. CICIND, Zurych, (2005). Otrzymano 8 grudnia 2011, zaakceptowano 31 stycznia MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 3, (2012)