ES2242975T3 - Metodo para prevenir la corrosion en conductos de hormigon. - Google Patents

Abstract

SE LLEVA A CABO UN METODO DE TRATAMIENTO DE CONDUCCIONES DE HORMIGON (10) PROPORCIONANDO UN SUMINISTRO DE LECHADA ACUOSA DE CAL CON UN CONTENIDO EN SOLIDOS DE CAL POR ENCIMA DEL 35 % EN PESO DE LA LECHADA. ESTA SE MEZCLA CON UNA CANTIDAD DE AGENTE DISPERSANTE Y PUEDE CONTENER UN HIDROXIDO DE METAL ALCALINO DE MODO QUE LA LECHADA PRESENTA UNA VISCOSIDAD QUE LA HACE BOMBEABLE. SE DISPONE UN DISPOSITIVO DE PULVERIZACION (28) EN EL INTERIOR DE LA CONDUCCION. SE BOMBEA LA LECHADA DE CAL DE ESTE SUMINISTRO DE LECHADA DE CAL A TRAVES DEL DISPOSITIVO DE PULVERIZACION (28) DE MODO QUE SE APLICA LA LECHADA DE CAL A LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CONDUCCION PARA NEUTRALIZAR LOS ACIDOS QUE HAYA EN ELLA. LA APLICACION DE LA PULVERIZACION DE CAL PROPORCIONA TAMBIEN UNA CAPA DE PROTECCION DE LA LECHADA DE CAL EN LAS SUPERFICIES INTERIORES DE LA CONDUCCION.

Description

Método para prevenir la corrosión en conductos de hormigón.

Referencias cruzadas de patentes relacionadas

Esta patente se refiere a la solicitud de patente copendiente "Cal con alto contenido de sólidos como sustitución caústica", Serial nº 08/519.292, depositada el 25 de agosto de 1995.

Campo del invento

Este invento se refiere a un método para tratar y proteger estructuras de hormigón, particularmente conducciones de hormigón de la corrosión por ácido.

Descripción del arte relacionado

Las estructuras de hormigón son susceptibles de ataque por varios ácidos que reaccionan con el hormigón, haciendo que el hormigón se corroa y deteriore. Esto ha sido un problema particular en conductos de hormigón de aguas residuales y de drenaje en donde cientos, aún miles, de millas de conductos de hormigón pueden soterrarse como parte del sistema de alcantarillado de muchas ciudades y poblaciones grandes. El azufre dentro de las aguas residuales o agua de desecho reacciona con bacterias que convierte el azufre en gas de sulfuro de hidrógeno (H_{2}S). Este gas de sulfuro de hidrógeno genera ácido sulfúrico (H_{2}SO_{4}) que corroe el hormigón. Este daño, si se deja que prosiga, puede conducir, eventualmente, a la rotura del conducto, precisando su sustitución.

Debido a los muchos cientos de millas de conducto que se soterran la sustitución de las conducciones de hormigón pueden ser impracticables, si no imposible. Han sido extremadamente importantes los métodos de tratamiento del conducto para impedir o inhibir su daño, sin necesidad de la sustitución del conducto.

Estos métodos implican, usualmente, rociar los laterales y corona del conducto con un inhibidor de corrosión alcalino. Los presentes inhibidores de corrosión incluyen hidróxido sódico (NaOH) e hidrógeno de magnesio (Mg(OH)_{2}. Estos se aplican por medio de equipo de rociado comportado por un recipiente, tal como un autocamión o barcaza flotante, que se mueve por el interior del conducto.

Si bien inhibidores de corrosión corrientes eliminan o reducen la necesidad de sustituir el conducto de hormigón estos tienen muchos inconvenientes. El hidróxido sódico es una solución efectiva y tiene una viscosidad relativamente baja. Cuando se aplica el hidróxido sódico la solución no se adhiere fácilmente a las paredes del conducto y tiende a escurrirse por los laterales de modo que se reduce la efectividad del tratamiento. El hidróxido sódico es altamente corrosivo para la piel, requiriendo precauciones de seguridad durante la manipulación. Las suspensiones de hidróxido de magnesio tienen un pH inferior y reaccionan de forma mucho mas lenta que el hidróxido sódico, requiriendo el empleo de cantidades mayores de hidróxido de magnesio. Además estas dos soluciones son muy costosas.

Intentos de utilizar suspensiones de cal para neutralizar ácido en el tratamiento de conducto de aguas residuales no han tenido éxito. El empleo de cal viva apagada que es mas económico que el hidróxido sódico o hidróxido de magnesio, resulta en una suspensión de cal que es de difícil empleo. Las suspensiones de cal hidratada convencionales pueden contener partículas toscas, y tener también inferior contenido de sólidos y una viscosidad que es de difícil control. Las partículas grandes de estas suspensiones de cal resultan en el atasco y mal funcionamiento del equipo de rociado.

Lo que se precisa es un método para utilizar cal en forma de permita rociarse sobre el interior de un conducto de hormigón para neutralizar el ácido y proteger el conducto de la corrosión por ácido.

De conformidad con el invento se proporciona un método para tratar conducto de alcantarillado de hormigón que tiene un interior de conducto para proteger las superficies expuestas del interior del conducto de la corrosión por ácido, cuyo método comprende:

proporcionar un suministro de suspensión de cal acuosa mezclando primero agua, sólidos de cal en una cantidad entre alrededor de 35% y 55% en peso de la suspensión, y una cantidad de un agente dispersante de modo que la suspensión tenga una viscosidad inferior a 2000 cps medido a 100 rpm sobre un viscosímetro Brookfield, y en donde por lo menos el 95% de la cal tiene un tamaño de partícula mas fino de alrededor de 20 mallas;

pasar un dispositivo de pulverización que tiene una boquilla de pulverización a través del interior del conducto; y

bombear la suspensión de cal del suministro de suspensión de cal al dispositivo de pulverización a medida que el dispositivo de pulverización pasa a través del interior del conducto de modo que la suspensión de cal se pulveriza a través de la boquilla de pulverización y se aplica a las superficies interiores expuestas del conducto a lo largo de la longitud del conducto para neutralizar los ácidos y en donde se forma un revestimiento protector de la suspensión de cal sobre las superficies interiores expuestas del conducto,

en donde la cantidad de agente dispersantes se encuentra entre alrededor de 0,1 y 3% en peso de cal,

en donde la suspensión acuosa contiene además un hidróxido de metal alcalino en una cantidad entre alrededor de 0,1 y 1,5% en peso de cal.

Otras realizaciones del método de conformidad con el presente invento se indican en las reivindicaciones anexas.

El método tiene particular aplicación en el tratamiento de conductos de hormigón. Se forma una suspensión como se ha indicado antes que tiene un contenido de sólidos de cal por encima del 35% en peso de la suspensión. El suministro de suspensión tiene también una cantidad de agente dispersantes y puede tener una cantidad de entre 0% y 1,5% en peso de cal de un hidróxido de metal alcalino de modo que la suspensión tenga una viscosidad bombeable. Se dispone un dispositivo de pulverización dentro del conducto y se proporciona con una boquilla de pulverización. La suspensión de cal se bombea luego del suministro de suspensión al dispositivo de pulverización de modo que la suspensión de cal se pulveriza a través de la boquilla de pulverización y se aplica a las superficies internas expuestas del conducto. La suspensión de cal neutraliza los ácidos y proporciona un revestimiento protector sobre las superficies expuestas del conducto.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una representación esquemática de equipo de proceso y una sección transversal de conducto de hormigón siendo tratado de conformidad con el método del invento.

Descripción detallada del invento

Se ha encontrado que pueden formarse suspensiones de cal de alto contenido de sólidos estables para uso en el tratamiento de conducto de alcantarillado de hormigón para neutralizar ácidos y formar un revestimiento protector sobre las superficies del hormigón que superan las desventajas de las suspensiones de cal convencionales formadas a partir de cal hidratada o cal viva. Las suspensiones de cal deben tener una viscosidad inferior a 2.000 cps y de preferencia inferiores a 1.000 cps, medido a 100 rpm sobre una viscosímetro Bookfield o Labline. Estas suspensiones de cal bombeables se forman adicionando primero un agente de dispersión de polímero al agua de suspensión inicial y luego adicionando la cantidad requerida de cal.

Los dispersantes utilizados son dispersantes de electrolito polimérico, de preferencia polielectrolitos aniónicos. Los polielectrolitos aniónicos apropiados utilizados como agentes de desembolso incluyen ácido poliacrílico, ácido policarboxílico y ácido polifosfórico, copolímeros de ácido poliacrílico, ácido policarboxílico y ácido polifosfórico, y sus sales de metal alcalino. Puede utilizarse también ácido polimetacrílico junto con sus sales de metal alcalino. De preferencia se utilizan los ácidos poliacrílicos y el ácido policarboxílico junto con sus sales de metal alcalino. Un poliacrilato que se encuentra en el comercio es "DISPEX N40V", disponible a partir de Allied Colloids. Ejemplos de dispersantes de policarboxolato que se encuentran en el comercio son "ACUMER 9000" y "ACUMER 9400", disponibles a partir de Rhom and Haas. Los agentes dispersantes poliméricos se utilizan de preferencia en una cantidad de menos del 3% en peso basado en el peso en seco de cal. De preferencia se utiliza entre 0,1 y 2% en peso de cal de los dispersantes y mas preferentemente se utiliza de 0,5 a 1% basado en el peso en seco de la cal.

La cal utilizada en la formación de la suspensión de cal debe tener un tamaño de partícula fino para asegurar una suspensión mas prolongada de las partículas. El menor tamaño de la partícula resulta también en una mejor reactividad de la cal. Se prefiere el empleo de una suspensión de cal con un tamaño de partícula de cal entre el 95% de las partículas tienen menos de 20 mallas, mas preferentemente inferior a 60 mallas y todavía mas preferentemente inferior a 100 mallas. El tamaño de partícula pequeño permite que la suspensión sea bombeada mas fácilmente para evitar el atasco y embozado del equipo y de las boquillas de pulverización. Son apropiadas para la formación de suspensiones de cal en el tratamiento de alcantarillado de hormigón cal dolomítica normal (Tipo N) e hidratada. La cal se utiliza en una cantidad entre alrededor de 35% y 55% en peso de la suspensión.

Puede utilizarse un medio de dispersión de un hidróxido de metal alcalino para reducir la viscosidad de la suspensión sin requerir dispersante de polímero adicional. De preferencia el medio de dispersión de hidróxido de metal alcalino se adiciona después que el agente dispersantes y la cal ya se han mezclado. Este orden de adición se ha encontrado extremadamente importante, puesto que reduce la viscosidad de la suspensión de cal aún mas que si el medio de dispersión se adiciona antes del dispersantes. Los medios de dispersión de hidróxido de metal alcalino apropiados incluyen hidróxido sódico, hidróxido potásico e hidróxido de litio. Sin embargo se prefiere el hidróxido sódico ya que se encuentra facilmente disponible. La cantidad de hidróxido sódico puede oscilar en cualquier caso entre alrededor de 0,1% y 1,5% en peso de la cal. Se utiliza de preferencia entre 0,3% y 0,8% de hidróxido sódico en peso de cal.

En adición a lo anterior pueden adicionar otros compuestos. En ocasiones es beneficioso la adición de un agente de suspensión tal como bentonita, hectorita sintética o agente de suspensión orgánico de alto peso molecular. Típicamente los agentes de suspensión se utilizan en la cantidad de menos del 1% en peso de cal. La adición de biocidas a la suspensión puede mejorar también la efectividad de la suspensión en la destrucción de bacterias que facilitan la formación de ácido sulfúrico.

Ejemplos de suspensiones de tratamiento de cal apropiadas se ofrecen a continuación en la Tabla 1. Las viscosidades se determinan con el empleo de un viscosímetro Brookfield o Labline a 100 rpm para una suspensión de cal del 47% de sólidos. En cada caso se adicionó por último el medio de dispersión de hidróxido sódico. En todos los ejemplos la cal utilizada tiene un tamaño de partícula en donde el 95% de las partículas fueron mas finas de 20 mallas.

TABLA 1

Ejemplo	Agua	Ca(OH)_{2}	Dispersante	NaOH	Viscosidad
1	325 g	325 g	3.25 g Acumer 94000	2.6 g	279 cps
2	325 g	345 g	4.31 g Acumer 94000	3.9 g	58 cps
3	345 g	325 g	1.62 g Acumer 94000	1.3 g	1179 cps
4	325 g	325 g	6.5 g Dispex N40V	2.6 g	70 cps
5	300 g	325 g	6.5 g Acumer 94000	4.8 g	18 cps

Las suspensiones de cal producidas como se ha expuesto antes tienen un alto pH que las hace deseables para la neutralización de ácidos cuando se tratan conductos de hormigón. Típicamente las suspensiones de cal producidas de este modo tienen un pH de aproximadamente 12,4. Estas suspensiones de cal se caracterizan también por excelentes propiedades tixotrópicas, en donde la suspensión exhibe un comportamiento de adelgazamiento por cizalladura cuando se bombea, pero se espesa después de aplicarse. Esto es beneficioso ya que la suspensión tiende a adherirse a las paredes del conducto después de aplicarse para asegurar la completa neutralización de ácidos y formar un recubrimiento protector.

Las características de las suspensiones de tratamiento de cal pueden verse mas claramente cuando se contrastan con suspensiones de cal convencionales. La Tabla 2 expone las diversas propiedades de una suspensión para empleo en tratamiento de conductos de hormigón y una suspensión de cal apagada convencional. Las viscosidades se determinaron con viscosímetro Brookfield DV-1+. El comportamiento de la suspensión de tratamiento de adelgazamiento por cizalladura se aprecia por la menor viscosidad a 100 rpm comparado con la viscosidad a 20 rpm. Una cantidad conocida de cada suspensión se pasó sobre un tamiz de 100 mallas y la porción retenida sobre el tamiz se secó y pesó. La cantidad retenida sobre el tamiz se expone como un porcentaje de la porción de sólidos original. El contenido de sólidos en cada suspensión se determinó con el método de copa Gardner en donde se mide la densidad de una cantidad conocida de suspensión y el resultado se convierte en contenido de sólidos porcentual.

TABLA 2

Características de la suspensión	CRS 45 Suspensión	Suspensión de cal
	Crown Capping	apagada normal
Viscosidad a 20 rpm	90 cps	972 cps
Viscosidad cps a 100 rpm	37 cps	275 cps
% retenido sobre tamiz de 100 mallas	0,85%	11,6%
Contenido de sólidos %	44,9%	37,9%
Formulación (cantidad en gramos)
Cal viva	0	1000
Cal hidratada	1200	0
Yeso	0	12,0
Acuemr 9400 de Rohm and Haas	12,0	0
NaOH	11,7	0
Agua	1467	2420

Con referencia a la figura 1 se muestra un conducto de alcantarilla de hormigón soterrado 10 utilizado para transportar aguas residuales 12. Se proporcionan pasos 14, 16 para acceder al interior del conducto 10 desde la superficie. En la superficie se sitúa un suministro de cal almacenado en un tanque de suministro de cal 18 en la proximidad y conectado a una bomba de alimentación 20 para bombear la suspensión de tratamiento a través de una manguera 22, que se almacena en un carrete de suministro de manguera 24.

Un recipiente 26, que puede adoptar forma de una barcaza flotante, se sitúa en el interior del conducto de hormigón 10 y se desplaza a lo largo de la longitud del conducto 10 llevado sobre la superficie del agua de desecho 12. El recipiente 26 puede ser también un autocamión o vehículo con ruedas en situaciones en donde el conducto es lo suficiente grande y no existe suficiente agua de desecho para llevar un recipiente flotante.

La suspensión de cal se suministra al recipiente 28 por la manguera 22. La manguera 22 se extiende desde la bomba de suministro 20 a través de uno de los pasos 14, 16, y en el interior del conducto 10. La manguera 22 se une a un dispositivo de pulverización 28 montado sobre el recipiente 26. El dispositivo de pulverización 28 se proporciona con una boquilla o boquillas de pulverización 30 orientadas de modo que la suspensión de tratamiento se dirige a lo largo de la corona y laterales del interior del conducto.

Situado en la superficie, adyacente a los pasos 14, 16, se encuentran tambores de arrollamiento 32, 34, respectivamente. Para mover el recipiente 26 en el interior del conducto 10, los cables 36, 38 comportados por los tambores 32, 34, respectivamente, pasan a través de los pasos 14, 16 y se conectan a extremos opuestos del recipiente 26 situado en el interior del conducto. Como se aprecia en la figura 1, el tambor de arrollamiento 32 que comporta el cable 36 es un tambor de arrollamiento corriente arriba, y el tambor de arrollamiento 34 que lleva el cable 38 es un tambor de arrollamiento corriente abajo. Con la alimentación y recogida del cable con los tambores de arrollamiento 32, 34 puede moverse el flotador 26 a lo largo de la longitud del conducto de alcantarilla 10 entre los pasos 14, 16.

A medida que el recipiente 26 pasa a través del interior del conducto de hormigón 10 la bomba 20 alimenta un suministro continuo de la suspensión de tratamiento de cal desde el tanque de alimentación 18 a través de la manguera 22 al dispositivo de pulverización 28 y boquillas de pulverización 30. La manguera 22 se alimenta o recoge sobre el carrete de suministro 24 cuando el recipiente 26 se desplaza dentro del conducto 10. La cantidad de suspensión de cal aplicada a las superficies del conducto 10 se controla mediante la capacidad de la bomba 20 y boquillas de pulverización 30 y el ratio con el que el recipiente 26 se desplaza por la longitud del conducto 10.

En un tratamiento típico de un conducto de hormigón de 10 pies de diámetro convencional puede aplicarse aproximadamente un galón de suspensión de tratamiento de cal por pie de conducto. Sin embargo, resultará evidente que pueden utilizarse cantidades de tratamiento variables dependiendo de las condiciones particulares encontradas, tal como la cantidad de ácido que ha de neutralizarse y el tamaño del conducto. Se apreciará también que la viscosidad de la suspensión de cal puede ajustarse para que se ajuste al tipo de equipo utilizado variando las cantidades de agente de dispersión o medio de dispersión de hidróxido sódico utilizado.

El método de tratamiento de conducto de alcantarilla de hormigón como se ha descrito tiene muchas ventajas sobre el arte anterior. La suspensión de cal es económica en comparación con las soluciones hidróxido de magnesio y de hidróxido sódico. Debido a las propiedades tixotrópicas de la suspensión de tratamiento la suspensión de cal es delgada durante el bombeo, pero se vuelve espesa después de aplicarse. Así pues, la suspensión no se escurre o gotea sino que se adhiere fácilmente a las paredes del conducto. Las suspensiones de hidróxido de magnesio y soluciones de hidróxido sódico son delgadas y tienden a escurrirse hacia abajo de las paredes del conducto después de aplicación. La suspensión de tratamiento de cal es también mucho mas segura de manipular que las soluciones de hidróxido sódico, y debido a que la suspensión de tratamiento tiene un pH superior que el hidróxido de magnesio, que tiene un pH de alrededor de 10, la suspensión de tratamiento es mas efectiva en exterminar o retardar el desarrollo de las bacterias patogénicas que conducen a la formación de ácido sulfúrico.

Otra ventaja importante de la suspensión de tratamiento de cal es que el hidróxido de calcio reacciona con ácido sulfúrico para formar un recubrimiento insoluble sobre las paredes del conducto tratado. La reacción se caracteriza como sigue:

(Ec. 1)Ca(OH)_{2} + H_{2}SO_{4} \rightarrow CaSO_{4}\cdot 2H_{2}O

El producto producido, yeso, es una sal ligeramente soluble que tiende a adherirse a los poros del hormigón y a llenarlos para proporcionar de este modo un recubrimiento protector, además de prevenir o reducir la corrosión por ácido. Cuando se utiliza hidróxido de magnesio o hidróxido sódico el producto producido durante la neutralización de ácido es una sal soluble, o sea, sulfato de magnesio (MgSO_{4}) o sulfato sódico(NaSO_{4}). Ambas de estas sales tienden a disolverse fácilmente y precipitarse de las paredes del conducto tratado.

Debido a que la suspensión de tratamiento tiene un tamaño de partícula fino y una baja viscosidad cuando se bombea, es utilizable en donde no lo son suspensiones de cal convencionales. En suspensiones de cal convencionales las suspensiones se caracterizan por una alta viscosidad y gran tamaño de partícula, tendiendo los sólidos a sedimentar rápidamente de la suspensión. Las suspensiones de cal convencionales también tienen un contenido de sólidos inferior, usualmente inferior al 35%, que requieren el empleo de mas suspensión para la neutralización del ácido.

Si bien el invento se ha representado en solo una de sus formas resultará evidente para los expertos en el arte que no se limita a esta forma sino que es susceptible a diversos cambios sin apartarse del alcance del invento como se indica en las reivindicaciones anexas.

Claims (7)

1. Un método para tratar conducto de alcantarilla de hormigón que tiene un interior de conducto para proteger las superficies expuestas del interior del conducto de corrosión por ácido, cuyo método comprende:

proporcionar un suministro de suspensión de cal acuosa mezclando primero agua, sólidos de cal en una cantidad entre alrededor de 35% y 55% en peso de la suspensión, y una cantidad de un agente dispersante de modo que la suspensión tenga una viscosidad inferior a 2000 cps medido a 100 rpm sobre un viscosímetro Brookfield, y en donde por lo menos el 95% de la cal tiene un tamaño de partícula mas fino de alrededor de 20 mallas;

pasar un dispositivo de pulverización que tiene una boquilla de pulverización a través del interior del conducto; y

bombear la suspensión de cal del suministro de suspensión de cal al dispositivo de pulverización a medida que el dispositivo de pulverización pasa a través del interior del conducto de modo que la suspensión de cal se pulveriza a través de la boquilla de pulverización y se aplica a las superficies interiores expuestas del conducto a lo largo de la longitud del conducto para neutralizar los ácidos y en donde se forma un revestimiento protector de la suspensión de cal sobre las superficies interiores expuestas del conducto,

en donde la cantidad de agente dispersantes se encuentra entre alrededor de 0,1 y 3% en peso de cal,

en donde la suspensión acuosa contiene además un hidróxido de metal alcalino en una cantidad entre alrededor de 0,1 y 1,5% en peso de cal.

2. El método de la reivindicación 1, en donde por lo menos el 95% de la cal tiene un tamaño de partícula mas fino que unas 60 mallas.

3. El método de la reivindicación 1, en donde la suspensión de cal tiene un pH de alrededor de 12.

4. El método de la reivindicación 1, en donde:

el hidróxido de metal alcalino se elige de un grupo constituido por hidróxido sódico, hidróxido lítico e hidróxido potásico.

5. El método de la reivindicación 1, en donde:

el agente dispersante es un polielectrolito aniónico.

6. El método de la reivindicación 1, en donde:

el agente dispersantes se elige del grupo constituido por un ácido poliacrílico, ácido policarboxílico y ácido polifosfórico, copolímeros de ácido poliacrílico, ácido policarboxílico y ácido polifosfórico, y sus sales de metal alcalino.

7. El método de la reivindicación 1, en donde:

la cantidad de hidróxido de metal alcalino está comprendida entre alrededor de 0,3 a 1,5% en peso de cal.