Uma investigação experimental de raspagem a laser em cimento

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12202 (2022) Cite este artigo

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Neste estudo, a influência de um laser de fibra pulsada de 250 W de potência com tamanho de ponto de 40 µm foi analisada com sucesso durante a raspagem de seis tipos de argamassa de cimento e três tipos de concreto de ultra-alto desempenho (UHPC). A microscopia confocal na superfície das amostras scabbled elucidou a formação de três zonas distintas: camada vítrea (GL), zona parcialmente fundida (PMZ) e zona afetada pelo calor (HAZ) com aparências morfológicas únicas. A camada vítrea exibiu formação de bolhas, enquanto rachaduras foram localizadas ao longo da área escamosa. A diferença na profundidade da crosta entre o início e o fim do processo foi revelada usando imagens de topografia 3D. Além disso, o desenvolvimento dos poros e as mudanças na microestrutura de cada zona foram observados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Análises adicionais de raios-X de energia dispersiva (EDX) também revelaram mudanças significativas na porcentagem de silício e cálcio dentro da camada vítrea e da zona não processada (NPZ).

Os materiais à base de cimento são amplamente utilizados em muitos canteiros de obras devido ao seu baixo custo, disponibilidade, propriedades de engenharia e durabilidade. Eles são usados ​​para a construção de estruturas civis e industriais, como unidades de produção fabril e usinas de energia. Nos tempos atuais, as usinas são de extrema importância para o crescimento de qualquer sociedade civil. Nos últimos anos, as usinas movidas a combustíveis fósseis foram gradualmente transformadas em usinas movidas a energia nuclear com o objetivo de diminuir o consumo de combustível fóssil e a emissão de CO21,2. No entanto, com o surgimento da energia verde e para lidar com aspectos de segurança na era moderna, mais de 170 reatores nucleares foram desligados permanentemente na Coréia nos últimos quatro anos. Nos últimos 40 anos, mais de 85 reatores de energia comercial, 45 reatores de energia experimentais ou protótipos, mais de 250 reatores de pesquisa e muitas instalações de ciclo de combustível retiraram-se da operação regular3,4.

Consequentemente, isso impôs um número crescente de descomissionamento e descontaminação de estruturas e componentes de concreto de usinas nucleares. É especificamente relatado que 750 e 900 toneladas de materiais de concreto radioativo podem ser gerados no desmantelamento de reatores de água pressurizada e resfriados a gás. O desmantelamento do reator de pesquisa coreano (KKR-2) produziu 260 toneladas de concreto radioativo e mais de 60 toneladas de resíduos de concreto contaminados com compostos de urânio5,6. A geração deste concreto radioativo é atribuída principalmente à exposição de líquidos radioativos e aerossóis durante a operação. Além disso, sua porcentagem de espessura aumenta dentro das estruturas próximas aos reatores nucleares. O descarte desse produto residual pode ser relativamente caro e desafiador, pois tem que aderir às regras de descarte de lixo nuclear7.

Assim, para diminuir o volume de resíduos nucleares durante o descomissionamento após uso prolongado de quase 40 anos, 8–12 mm de espessura da camada de concreto contaminado é removido por processos mecânicos, químicos ou biológicos5,8. O processo mecânico destrutivo tradicional, como raspagem, jateamento abrasivo e raspagem, resulta principalmente em produtos residuais secundários finos, acabamento grosseiro, alta vibração, envolvimento de equipamentos pesados ​​e consumo de custos de mão de obra mais altos. Especificamente, a produção de resíduos secundários finos às vezes também representa a ameaça de causar anóxia aos trabalhadores próximos9. Além disso, no caso do processo químico e biológico não destrutivo, reduz-se a geração de resíduos secundários. No entanto, os resíduos químicos secundários na forma de líquido ou lama contaminam as águas subterrâneas ou escoam para o oceano, prejudicando o habitat natural da água. Além disso, para a descontaminação química, são utilizados ácidos nocivos e agentes quelantes, que também podem causar danos aos operadores devido aos vapores tóxicos. Além dos riscos naturais, a profundidade do material removido pelas descontaminações químicas e biológicas é limitada e pode consumir muito tempo5.