AT394409B - Vorrichtung zur elektrokinetischen entsalzung von mauerwerken - Google Patents

Description

AT 394 409 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerken bestehend aus mindestens einer positiven, salzsammelnden, am oder im Mauerwerk angeordneten Elektrode, die mit einem porösen, wasserhaltigen Puffermaterial in Berührung steht, und mindestens einer negativen Elektrode, gegen welche eine Gleichspannung angelegt ist.

Das Prinzip der elektrokinetischen Ladungstrennung und Wanderung der Ionen im elektrischen Feld durch Anlegen einer Gleichspannung wird großtechnisch z. B. zur Meerwasserentsalzung ausgenutzt.

Verfahren zur Entsalzung von Mauerwerken mit Hilfe der elektrokinetischen Effekte sind bereits bekannt und werden angewandt

Die am häufigsten vorkommenden bauschädlichen Salze sind Sulfate, Chloride und Nitrate. Die Herkunft der Salze ist verschiedenartig, wie z. B. - aus den Baustoffen selbst die meist aus natürlichen Rohstoffen hergestellt werden - Düngemittel aus dem umgebenden Erdreich durch kapillaren Wassertransport - vom Streusalz, speziell im Sockelbeieich - aus der Atmosphäre, wie z. B. durch den "sauren Regen”.

Mauersalze sind meist hygroskopisch und nehmen daher abhängig von der Luftfeuchtigkeit aus der Luft Wasser auf. Diese Volumenvergrößerung der Salzkristalle bewirkt hohe Hydratationsdrücke, die wiedmim den porösen Baustoff zerstören.

Diese Mauersalze zerstören außerdem Beton- und Spannstähle durch Korrosion.

Elektrophysikalische Trockenverfahren nach dem Prinzip der Elektroosmose im porösen Mauerwerk können nur funktionieren, wenn sich zwischen der Porenwand und dem Elektrolyten ein ausreichendes Zetapotential ausbilden kann. Zu hohe Konzentrationen an löslichen Salzen behindern die Ausbildung dieses Zetapotentials und eine Trockenlegung durch Elektroosmose wird unmöglich. Aus diesem Grund müssen vor der Anwendung der Elektroosmose die Mauern weitgehend entsalzt werden.

Das Prinzip der Salzentfemung aus dem Mauerwerk beruht auf der Ausnutzung der elektrokinetischen Ladungstrennung.

Beim Anlegen einer Gleichspannung in einem Elektrolyten bewegen sich die Ladungsträger (Ionen) in einem elektrischen Feld zu den entsprechenden Elektroden und konzentrieren sich an diesen Elektroden bzw. um diese herum (negative Ionen, Anionen wandern zur Anode, positive Ionen, Kationen wandern zur Kathode). Auf diese Weise ist es möglich, die hohen Anionenkonzentrationen an der Anode aus dem Mauerwerk kontinuierlich und weitgehend zu entfernen. Die Wanderungsgeschwindigkeiten hängen von der Ionenart, ihrer Größe, und von den äußeren Bedingungen wie Druck, Temperatur, Lösungsmittel und Konzentration ab und betragen für OH* 0,00167 cm^/sV er 0,00062 cm^/sV no-3 0,00058 cm^/sV SO'4 0,00059 cm^/sV.

Im Mauerwerk ist der Ionentransport erheblich langsamer, jedoch noch ausreichend, um ein Mauerwerk in einem akzeptablen Zeitraum zu entsalzen.

Die bekannten Verfahren zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerken verwenden meist Metallanoden, die korrosiv abgebaut werden und deren flüssige Korrosionsprodukte durch eine Kunststoffrinne aus dem Mauerwerk entfernt werden.

Ein weiteres Verfahren zur Entsalzung von Betonbauten ist bekannt, bei dem die Eisenarmierung im Beton als Kathode dient und die Anionen am Weg zur oberflächlich angelegten Anode durch Ionentauscherharze oder Ca(OH)2, CaCOj und/oder CaO-Aufschlämmungen gebunden werden. Bei beiden Verfahren konnte die Rückdiffusion der Reaktionsprodukte in das Mauerwerk nicht gänzlich verhindert werden. Somit verringert sich die Stromausbeute, aber auch die Handhabung dieser Verfahren ist aufwendig und kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung für die elektrokinetische Entsalzung von Mauerwerken, bei deren Betrieb die den bekannten Entsalzungsverfahren anhaftenden Nachteile ausgeschaltet sind. Außerdem soll die Handhabung und Installation einer solchen Vorrichtung einfach und wenig aufwendig sein, wobei insbesondere auch vorgefertigte Elektroden bzw. Elektrodenanordnungen einsetzbar sein sollen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode abgesehen von Anschlußenden vollständig mit einer Schicht des Puffermaterials umgeben ist und daß an der Puffermaterialschicht eine Separatorschicht anliegt. Der Vorteil dieser Ausbildung liegt vor allem darin, daß die Elektrode durch die Puffermaterialschicht, soweit dies eben möglich ist, optimal vor allzu starker Korrosion geschützt wird und außerdem durch die Anordnung der Separatorschicht eine Barriere gegen das Zurückdiffundieren der Reaktionsprodukte in das Mauerwerk geschaffen wird. Die Separatorschicht soll hiezu zumindest überall dort an der immobilisierenden Puffermaterialschicht anliegen, wo das Mauerwerk unmittelbar angrenzt. -2-

AT 394 409 B

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, daß die Separatorschicht die Puffermaterialschicht ummantelt Ein anderes Merkmal der Erfindung ist es, daß bei flächiger Ausbildung der Puffermaterialschicht die Separatorschicht lediglich an einer Fläche angeordnet ist

Ein anderes, weiteres Merkmal der Erfindung ist es, daß die Separatorschicht eine mikroporöse und gegebenenfalls ionenselektive Membran, z. B. aus PTFE, Asbest PVC, PE, PP, kunststoffgebundener und/oder glasfaserverstärkter Cellulose, regenerierter Cellulose, Cellophan oder gereckt»' Kunststoffolie ist

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, daß die positive Elektrode aus einem leitfähigen Kunststoff oder einem oder ein» mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Metall-, vorzugsweise Kupferleiter, oder Graphitfas» besteht

Ein anderes M»kmal d» Erfindung ist es, daß die positive Elektrode patronen-, stab- oder stangenförmig bzw. flächig od» plattenförmig ausgebildet ist

Ein anderes, weiteres Merkmal d» Erfindung ist es, daß die Separatorschicht an ein» Seite angeordnet ist und die Elektrode sich über die gesamte Fläche der Separatorschicht erstreckend als Platte, Gitt» oder in Form von Schlangenwindungen in d» Puffermaterialschicht angeordnet ist

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung näh» »läutert worin Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerweik; Fig. 2 eine andere Ausführungsform d» erfindungsgemäß»! Vorrichtung und Fig. 3 bis 5 verschiedene Ausfiihrungsformen einer in ein» Entsalzungsvorrichtung verwendbaren Anodenanordnung zeigen.

Fig. 1 zeigt eine Entsalzungsvorrichtung mit mehreren in Bohrlöchern in der Wand (1) verlegten Anoden (2), die miteinander verdrahtet sind. Die Anoden (2) sind dabei jeweils bis auf ihre Anschlußenden vollständig von ein» Ionen immobilisierenden Puffermaterialschicht umgeben; diese ist wied»um von ein» Separatorschicht umschlossen, die unmittelbar an den Bohrlochwandungen angrenzt Über eine Stromquelle (3) ist gegen eine Kathode, vorliegendenfalls einen Erderstab (4), eine Gleichspannung angelegt. In Fig. 2 ist schematisch eine Entsalzungsvorrichtung dargestellt, bei welcher flächig ausgebildete Anoden (5) an d» Mauer (1) angeordnet sind. Die bis auf ihre Anschlußenden jeweils vollständig in Ionen immobilisierenden Puffermaterial eingebetteten Anoden sind wiederum miteinander verdrahtet und an eine Stromquelle (3) angeschlossen, wobei gegen einen Erd»stab (4) eine Gleichspannung angelegt ist. Bei dies» Ausführungsform der Entsalzungsvorrichtung ist die an d» Puffermaterialschicht anliegende Separatorschicht nur an der Mau» zugekehrten Fläche angeordnet.

Fig. 3 zeigt eine patronenförmig ausgebildete Anodenanordnung (6), die sich besonders zur V»legung in im zu entsalzenden Mauerw»k angebrachten Bohrlöchern eignen. Den Kern der Anodenanordnung bildet ein Metallvorzugsweise Kupferleiter (7), der mit leitfähigem Kunststoff (8) ummantelt ist Um diesen Kem ist eine Schicht (9) aus einem Puffermaterial angeordnet, welches die Reaktionsprodukte chemisch und physikalisch bindet Das Puffermaterial umfaßt im wesentlichen Wasser, Ca(OH)2, CaCOg und/oder CaO oder Mischungen hievon, wobei ein Zusatz eines Gelierungsmittels vorteilhaft ist Dieses wirkt immobilisierend und ist feuchtigkeitshaltend, so daß keine Austrocknungsgefahr des B»eiches um die Anode besteht

Die Schicht des Puffermaterials ist von einer aus einer mikroporös»i Membran gebildeten Separatorschicht (10) vollständig umschlossen, die im v»legten Zustand d» Anodenanordnung in einem Bohrloch im Mauerwerk an die Bohrlochwandung angrenzt.

Gemäß Fig. 4 ist die Anodenanordnung (11) Stangen- bzw. stabförmig ausgebildet. Diese Anordnung eignet sich besond»s zur Verlegung in Mauerschlitzen. Dabei ist die wiederum aus einem mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Metalleiter bestehende Elektrode (12) bis auf ihre beiden Anschlußenden rundherum von der Puffermaterialschicht (13) umschlossen, die außen von der Separatorschicht (14) ummantelt ist. Diese grenzt dann im montierten Zustand d» Anodenanordnung in einem Mauerschlitz an dessen Wandungen an.

In Fig. 5 ist eine flächig an einer Mauer (15) angeordnete Anodenanordnung (16) gezeigt. Die aus einem mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Metalleiter gebildete Elektrode (17) ist in Form von sich über die ganze Fläche d» Anodenanordnung »streckenden Schlangenwindungen in d» Mfermaterialschicht (18) eingebettet. Auf der d» Mau» zugekehrten Seite der Puffermaterialschicht ist die Separatorschicht (19) angeordnet.

Die Anoden können als Stab-, Band- oder Flächenelektroden ausgebildet werden und bestehen aus Metall, Graphit, leitfähigem Kunststoff oder aus mit einem solchen ummantelten Metalleit» bzw. Giaphitfas»leiter. Das Puffermaterial umfaßt im wesentlichen Wasser Ca(OH)2, CaCOg und/od» CaO od» Mischungen hievon, wobei ein Zusatz eines Gelierungsmittels vorteilhaft ist. Dieses wirkt immobilisi»end und ist feuchtigkeitshaltend, so daß keine Austrocknungsgefahr des Bereiches um die Anode besteht. Als Geliermittel können grundsätzlich alle handelsüblichen, vorzugsweise jedoch Agar-Agar od» Carboxymethylcellulose eingesetzt werden.

Die im v»legten Zustand an das Mauerwerk unmittelbar angrenzende Separatorschicht dient als Barri»e gegen das Zurückdiffundieren der Reaktionsprodukte in das Mauerwerk. Solche Separatoren sind an sich aus der Batterietechnik bekannt Sie sind mikroporöse Membranen, die auf Grund ihrer Porenverteilung vorzüglich bestimmte Ionen durchlassen, jedoch größ»e Agglomerate am Durchtritt hindern. Auch ionenselektive Membranen sind geeignet. -3-

Claims (8)

1. AT 394 409 B Diese Membranen sollen folgende Eigenschaften aufweisen: - gute ionische Leitfähigkeit - große Selektivität bezüglich des Transports bestimmter Ionen - gute Benetzbarkeit - hohe mechanische Festigkeit - keine elektrische Leitfähigkeit - chemische Beständigkeit gegenüber Elektrolyt und Reaktionsprodukten Diese Membranen bestehen aus: PTFE, Asbest, PVC, PE, PP, kunststoffgebundener und/oder glasfaserverstärkter Cellulose, regenerierter Cellulose, Cellophan oder gereckten Kunststoffolien. Die angelegten Gleichspannungen sollen so hoch wie möglich sein, um einen ausreichend schnellen lonen-transport zu gewährleisten (10 bis 50 V). Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich der in ihr verwendeten Anodenanordnung wird nachfolgend an Hand einer Versuchsanlage dargelegt: Bei der Versuchsanlage wurden Stabelektroden aus mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Kupferdrähten gefertigt, die in einem Gemisch von 4 Gew.-% Carboxymethylcellulose und % Gew.-% CaCO^ eingebettet waren. Als Separator diente ein Strumpf aus Wursthaut, an beiden Enden verschlossen. Diese Stabelektroden wurden in die Bohrlöcher im Mauerwerk eingeschoben. Die Bohrlöcher waren in der Veidunstungszone auf einem Meter über dem Fundament angebracht Als Gegenelektrode diente ein in das Erdreich eingeschlagenes Eisenrohr. Die Anlage wurde mit einer Gleichspannung von 36 V betrieben. Der Coulombsche Wirkungsgrad der Anionen-(Mauersalz-) Umwandlung an der Anode betrug zwischen 40 und 50 %, je nach Versalzungsgrad und Feuchtigkeit des umgebenden Mauerweiks. Nach einer Zeit von 60 Tagen waren die 40 Gramm an CaCO^ verbraucht, und die Elektroden konnten mit den Reaktionsprodukten aus der Mauer entfernt werden. Eine Analyse ergab, daß über 90 % der Reaktionsprodukte an der Elektrode gebunden waren. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerken, bestehend aus mindestens einer positiven, salzsammelnden, am oder im Mauerwerk angeordneten Elektrode, die mit einem lernen immobilisierenden Puffer-material in Berührung steht, und mindestens einer negativen Elektrode, gegen welche eine Gleichspannung angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode abgesehen von Anschlußenden vollständig mit einer Schicht des Puffermaterials (9) umgeben ist und daß an der Puffermaterialschicht eine Separatorschicht (10) anliegt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorschicht (10) die Puffermaterial-schicht (9) ummantelt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei flächiger Ausbildung der Puffermaterialschicht (9) die Separatorschicht (10) lediglich an einer Fläche angeordnet ist
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorschicht eine mikroporöse und gegebenenfalls ionenselektive Membran, z. B. aus PTFE, Asbest, PVC, PE, PP, kunststoffgebundener und/oder glasfaserverstärkter Cellulose, regenerierter Cellulose, Cellophan oder gereckter Kunststofffolie ist
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode aus einem leitfähigen Kunststoff oder einem oder einer mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Metall-, vorzugsweise Kupferleiter, oder Graphitfaser besteht
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode patronen-, stab- oder stangenförmig ausgebildet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode flächig oder plattenförmig ausgebildet ist -4- 5 AT 394 409 B
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorschicht an ein» Seite angeordnet ist und die Elektrode sich über die gesamte Fläche der Separatorschicht erstreckend als Platte, Gitter oder in Form von Schlangenwindungen in der Puffermaterialschicht (18) angeordnet ist Hiezu 2 Blatt Zeichnung»! -5-