CZ9904684A3 - Způsob elektrochemického zpracování betonu - Google Patents

Abstract

Způsob elektrochemické realkalizace vyztuženého betonu zahrnuje průchod stejnosměrného elektrického proudu mezi anodou (12) sdruženou s vrstvou alkalického elektrolytu (10) aplikovaného na vnější povrch (4) betonu (2) a katodou (6), kteráje umístěna uvnitř v betonu. Tento způsob zvyšuje vnitřní pH betonu a povrchové vrstvy, která má být impregnována roztokem elektrolytu a která obsahuje roztok uhličitanu draselného o koncentraci alespoň 0,3 molární. Tento způsob může být aplikován na zónu (8) betonu, která má pH menší než 10,0 a může pokračovat až pH dosáhne úrovně alespoň 10,5, výhodně alespoň 11,0.

Description

Způsob elektrochemického zpracování betonu

Oblast techniky

Tento vynález se týká způsobu elektrochemického zpracování vyztuženého betonu.

Dosavadní stav techniky

Ve vyztuženém betonu je ocelová výztuž normálně chráněna vůči korozi alkalickým prostředím v betonové hmotě. Postupně se však alkalita snižuje působením oxidu uhličitého a jiných plynů v atmosféře jako jsou oxidy síry.

Výraz daný tomuto procesu je karbonatace a beton, který je podroben působení atmosferických plynů se označuje jako karbonatovaný.

Důsledkem je postupné snižování hodnoty pH a když se proces nechá pokračovat, pH klesá a když dosáhne hodnoty asi 9,5, ocel není dále chráněna proti korozi. Koroze výztuže sa pak může uskutečnit, což vede k zeslabení výztuže a drobení betonu.

Způsob zvýšení alkality betonu, který byl karbonatován, byl dříve popsán například v Evropském patentu číslo 264 421 a US patentu číslo 4 865 702. V tomto způsobu elektrický proud prochází mezi vnější elektrodou, která je v kontaktu s alkalickým elektrolytem aplikovaným na vnější povrch betonu a vnitřní výztuží betonu jako katodou.

Děhem tohoto způsobu nastávají dva účinky: alkalický elektrolyt se pohybuje do betonu a vzrůstá alkalita v oblasti katody. Prospěch z toho je ten, že ocel se repasivuje a vrstva elektrolytu, který pronikl do betonu, udržuje krycí zónu na a kolem oceli s dostatečně vysokým pH, aby se udržela ocel pasivní.

- 2 Tento způsob je znám jako realkalizace.

Jako alkalický elektrolyt pro tento způsob je navrhován v Evropském patentu číslo 264 421 vodný roztok sodných a/nebo draselných solí buS v kapalině nebo absorbovaný v porézním mediu jako je minerální vlna, celulóza, piliny, písek, jíl a podobně nebo může být elektrolyt silně retardován betonem, maltou, cementovou kaší nebo vápennou pastou.

Britská patentová přihláška číslo 2 271 123 A zveřejňuje způsob, ve kterém se použije uhličitan sodný nebo borát sodný ve vodném elektrolytu. Avšak při provádění tohoto způsobu v komerčním měřítku je alkalickým elektrolytem, který byl použit, vodný roztok uhličitanu sodného.

Problém řešený vynálezem

Ačkoli výsledky způsobu používajícího roztok uhličitanu sodného jako alkalického elektrolytu byly obecně velmi úspěšné, povrch betonu po zpracování často vykazuje výkvěty. To jsou hutné usazeniny krystalických solí, které jsou nevzhledná a jsou nevhodné pro aplikaci dekorativních povlaků. Následně je nutně pečlivě čistit tento beton po zpracování k odstranění výkvětů.

Řešení výše popsaného problému bylo nyní nalezeno v tom, že se použije roztok uhličitanu draselného jako elektrolyt.

Podstata vynálezu

Podle předloženého vynálezu způsob elektrochemické realkalizactbetonu zahrnuje průchod stejnosměrného elektrického proudu mezi anodou v kontaktu s vrstvou vodného elektrolytu aplikovaného na vnější povrch betonu a katodou, která je uložena uvnitř v betonu, což vyvolá vzrůst vnitřního pil betonu a povrchové vrstvy betonu, jež je impregnována roztokem elektrolytu, přičemž vrstva elektrolytu obsahuje vodný roztok uhličitanu draselného v koncentraci alespoň 0,3'molární.

Výhodný účinek vynálezu

Výhoda předloženého vynálezu získaná použitím vodného roztoku uhličitanu draselného jako alkalického elektrolytu je v tom, že se výkvět na vnějším povrchu betonu po zpracování snižuje nebo eliminuje. Tato výhoda nemohla být předpokládána ze známého stavu techniky a je tudíž neočekávaná .

Detailní popis vynálezu

Vnějším povrchem je míněn povrch, který je vystaven atmosféře. Výraz elektrolyt se vztahuje k vodnému roztoku uhličitanu draselnáh®

Anoda může být ponořena v roztoku elektrolytu nebo při některých provedeních vynálezu spojených s adherentním povlakem, který obsahuje organický vodu zadržující materiál, který tvoří adhesivní směs s vodou.

Koncentrace roztoku uhličitanu draselného je výhodně alespoň 0,5 molární a roztoky o koncentraci od 0,5 molární až ke koncentraci nasycení jsou zvlášt výhodné.

• · · ·

Uhličitan draselný může být vytvořen in šitu ze zdroje draselných iontů a zdroje uhličitanových iontů. Například hydroxid draselný jako zdroj draselných iontů a uhličitan lithný jako zdroj uhličitanových iontů mohou být přidány do vody k vytvoření elektrolytu. Výhodně však elek trolyt bude v podstatě bez jiných iontů, než jsou ionty odvozené z uhličitanu draselného a vody, ačkoli malá množství jiných iontů, například vápníku, sodíku a lithia (například v množstvích, která se vyskytují v komerčně dostup ných formách uhličitanu draselného) jsou akceptovatelná.

Je tudíž výhodné přidat uhličitan draselný (jako sloučeninu) do vody, aby se vytvořil elektrolyt. Uhličitan draselný může být obecně průmyslové jakosti, například obsahující alespoň 97 % hmotnostních uhličitanu draselného v sušině.

Je přítomny, výhodná, aby množství sodných iontů, když jsou bylo menší než 5 % hmotnostních uhličitanu draselného vztaženo původci zjistili na sušinu uhličitanu draselného, že uhličitan sodný je materiál, poněvadž který vyvolává výkvět na betonovém povrchu po zpracování.

Výhodně je pH elektrolytu při rozmezí 10,5 až 12,5, výhodněji 10,9 zahájení způsobu v až 12,0.

Elektrolyt může být udržován v kontaktu s vnějším povrchem betonu adherentním povlakem, který obsahuje adhesivní směs organického vodu zadržujícího materiálu a vody.

Alternativně se elektrolyt udržuje v kontaktu s vně ším povrchem betonu pomocí nádrže, která obsahuje elektrolyt a je odstranitelně upevněna k betonu.

Když se použije adherentní povlak, adhesivní směs může být nanesena postřikem a směšování vody se směsí obsahující uhličitan draselný a vodu zadržující materiál se provádí při postřikovačům procesu.

Vodu zadržující materiál je výhodně vlákno celulosy, například jak je popsáno Evropském patentu 398 117 nebo US patentu čísla 5 198 032, 5 228 959 a 5 407 543 a vhodná směs vláken celulosy a uhličitanu draselného obsahuje alespoň 10 % hmotnostních uhličitanu draselného vztaženo na sušinu z vláken celulosy, výhodně od 20 do 150 hmotnostních uhličitanu draselného, vztaženo na sušinu vláken celulosy .

je více uhličitanu dravody přítomné ve směsi.

Adhesivní směs výhodně obsahu solného, než se požaduje k nasycení

V tomto případě bude povlak obsahovat nerozpuštěný uhličitan draselný, který působí jako zásoba pro opětné doplnění elektrolytu. V tomto případě se může opětná doplnění elektrolytu provést přídavkem vody, například postřikem povlaku v intervalech. Když v nádrži, opětné doplnění se je obsažen roztok elektrolytu může provádět přídavkem čerstvého roztoku do nádrže.

Během tohoto postupu se elektrolyt může znovu doplňovat. Výhodně vodou zadržující materiál může držet alespoň 100 % své vlastní hmotnosti vody a výhodně alespoň 200 %, výhodněji alespoň 300 %, například 300 až 500 %.

Když je vodu zadržujícím materiálem vlákno celulosy, může být toto vlákno předmíseno s uhličitanem draselným, například v továrně, takže na místě potřeby se požaduje jen aby byla do vlákna přidána voda.

Pro použití v předloženém vynálezu se suchá vlákna ·· 99 ·· • 999 9 9 výhodně smíchají s uhličitanem draselným (jako tuhou látkou) v procesu přípravy vláken, například rozmělněním celulosy a dodáním do pracovního místa ve formě směsi, kde jsou smíchána s vodou, například přídavkem směsi calulosového vlákna/uhličitan draselný a vody jako dvou komponent do vhodné postřikové trysky, ve které se smíchají a ze které je emitován postřik obsahující směs těchto dvou látek.

Celulosová vlákna mohou být recyklovaná nebo rekonstituovaná celulosová buničina.

Výhodně se celulosová buničina získá z novinového nebo jiného odpadního papíru.

Způsoby pro produkci celulosových vláken jsou známy ve stavu techniky a provozně se provádějí.

Celulosové vlákno je známo jako náhrada za azbestová vlákna v početných aplikacích jako jsou panely, obkladačková lepidla, žárovzdorné obklady a zejména vláknité cementové panely.

V typickém procesu pro přípravu celulosových vláken dodávka ve formě odpadního novinového papíru ve vrstvené formě prochází do rozvlákňovače, kde se nechá rozvlákněný papír procházet skrz první ze dvou kladivových mlýnů jako je Jacobsonův mlýn. Tento mlýn má rotační kladiva nebo lopatky, které společně se sáním vzduchu tlačí materiál skrz perforované kovové síto. Materiál, který je v tomto bodě částečně rozvlákněn, prochází do druhého kladivového mlýna.

V tomto bodě mezi dvěma kladivovými mlýny se přidávají chemikálie, jako jsou zhášedla. Při přípravě vlákna pro použití v předloženém vynálezu se v tomto bodě přidá uhličitan draselný.

Materiál se pak nechá procházet přes druhý kladivový mlýn, ve kterém se dále rozvlákňuje. Produkt se pak stlačí a protlačuje do pytlů pro uskladnění.

po opuštění druhého kladivového mlýna mají 0,5 až 2,0 mm. Stupeň mletí vláken může být až 75o SR (Shopper-Riegler).

Vlákna obvykle dálku v rozmezí 45

Katoda je výhodně připojena k, nebo vytvořena výztuží betonu.

Tento postup je zvlášt výhodný pro použití u betonu, jako při tomto který byl karbonatován na pK 10,5 nebo nižší, tak 10,0 nebo nižší, zejména 9,5 nebo nižší, protože pH není výztužncí ocel dále chráněna vůči korozi.

Způsob tohoto vynálezu může být prováděn jako je popsáno v Evropském patentu č. 264 241 a US patentu číslo 4 855 702.

například aplikované napětí mezi anodou a katodou může být výhodně od 30 do 40 voltů, výhodněji od 5 do 20 voltů a obvykle se nastavuje, aby se vytvořila proudová hustota, v rozmezí od 0,15 do 6, výhodně od 0,5 do 2,5 ampérů na čtverečný metr povrchu betonu.

Alkalita může být monitorována měřením pH například pomocí indikátoru jako je fenolftalein, nastříkaného na. čerstvě ulomený beton a když požadované pl-l dosáhne například pH větší než 10,5, obvykle větší než asi 11, postupu může být ukončen.

Protože ztráta alkality je vyvolána atmosférickými plyny jako je oxid uhličitý, pro beton, který je zvětralý, • · je pil na povrchu nebo blízko povrchu často nižší, než dále do tělesa betonu a plí v bezprostřední blízkosti vyztužení může být stále ještě dostatečně vysoké pro zajištění pasivace oceli. Je v rozsahu tohoto vynálezu realkalizovat takovýto beton.

Ačkoli při betonu může kolísat v jeho tloustce, může být zvolena jakákoli zóna jako zóna, jejíž pH se měří k určení zda realkalizovat beton. Zóna, jejíž píl je měřeno pro určení konce postupu, bude obvykle ve stejné vzdálenosti od povrchu jako první zvolená zóna.

Způsob může zahrnovat měření pil zvolené zóny batonu a když je pil 10,0 nebo menší, provede se způsob jak je popsáno výše a po určité časové periodě se provede měření pH znovu a když je pl-l 10,5 nebo vyšší, zastaví se průchod elektrického proudu.

Anoda, která může obsahovat dráty, tkaniny, desky, folie nebo plachy a její sdružený elektrolyt, může být před tvořena a aplikována na povrch betonu jako sestava.

Anodou může být spotřebovatelný kov jako je ocel nebo inertní kov jako je titan.

Elektrolyt se výhodně udržuje v kontaktu s povrchem betonu pomocí nádrže, která obsahuje elektrolyt a která je odnímatelně uchycena k povrchu betonu. Použití zásobní nádrže umožňuje, aby byl elektrolyt udržován v kontaktu se skleněnými vertikálními a stropními povrchy a umožňuje, aby byl způsob aplikován na spodní stranu betonových struktur jako jsou podhledy nebo stropy a podobně.

• · ·· ·« • · · 4 • · 4 • · <

• · 4 ··· · ·· • · · • · · • · · • · ·

Výkres

Vynález je znázorněn na přiloženém výkresu. Ve vztahu k tomuto výkresu těleso betonu 2 má vnější povrch 4, ocelovou výztuž S a zónu 8 přilehlou k povrchu 4, který má být karbonatován. Udržován v kontaktu s vnějším povrchem 4 pomocí odstranitelné nádrže (neznázorněného) je elektrolyt 10, který je 1 molárním vodným roztokem uhličitanu draselného Ponořena v elektrolytu 10 je ocelová anoda.

Při provádění tohoto způsobu předloženého vynálezu se aplikuje napětí mezi vyztužením 6 jako katodou a ocelovou anodou 12, aby se vytvořil stejnosměrný proud při proudové hustotě 1 ampéru na čtverečný metr povrchu batonu.

Elektrolyt 10 panetruje do povrchu 4 betonu a do batonu, jali je označeno dolů směřujícími šipkami. Čelo postupujícího elektrolytu je označeno 16. To je ukázáno jako směs uhličitanu draselného a hydrogenuhličitanu draselného, poněvadž uhličitan draselný se převede oxidem uhličitým v atmosféře na směs (ne nutně v ekvimolárních podílech).

Pod vlivem elektrického proudu se ionty pohybují v označených směrech, to je draselné a sodné ionty se pohybují ke katodě a hydroxylové ionty k anodě.

Příklad provedení vynálezu

Vynález je znázorněn následujícím příkladem provedení.

Příklad 1

Vyztužená betonová konstrukce, která byla karbonatována vystavením atmosféře po dobu několika roků a jejíž pH v okolí ocelového vyztužení kleslo na asi 9,5, byla podrobena následujícímu zpracování.

»· ·· ·· • · · · · • · · · ·

- 10 Zpracovávaná betonová konstrukce byl betonový podhled/ (který vytváří stropní povrch). Pro zpracování této podhledové plochy byla použita nádrž k udržování elektrolytu tak, že tento elektrolyt byl udržován v přímém kontaktu s povrchem betonu. Rozměry nádrže 1100mm.900mn.10mm byl vyroben za 4mm perspexových desek s 40mm.25mm polyethylenovými nebo neoprenovýni těsněními v okrajích a zahrnovala 20mm.20mm rámu z měkké oceli pro zajištění tuhosti a stlačení těsnění. Nádrž byla uchycena k betonu pomocí šroubů. Nádrž obsahovala 1 molární vodný roztok uhličitanu draselného, jehož pil bylo 12,0.

Směsným oxidem kovu povlečená titanová síťovina (velikost 210) byla udržovaná v nádrži ponořená v roztoku elektrolytu a připojena ke kladnému konci zdroje stejnosměrného proudu, přičemž vyztužení betonu bylo připojeno k zápornému konci. Napětí bylo nastaveno .tak, aby se vytvořila proudová hustota 1 ampéru na čtverečný metr betonového povrchu a bylo aplikováno po dobu 4 dnů.

Hodnota pH betonu v zóně mezi vyztužením a povrchem betonu byla měřena po zpracování pomocí fenolftaleinového indikátoru připraveného ve vodě a ethanolu, který se stal jasně růžovým při indikaci pH asi 11.

Nádrž obsahující roztok elektrolytu byla odstraněna a vnější povrch betonu prohlédnut po vysušení. Nebyl zjištěn žádný výkvět.

Příklad byl prováděn přesně jak je popsáno výše s výjimkou, že byl použit 1 molární roztok uhličitanu sodného. Po odstranění nádrže a vysušení byl provrch prohlédnut a byl zjištěn výkvět, který by bylo nutné odstranit před aplikací dekorativního povlaku.

Experimentální práce ukázala, že uhličitan draselný • · • · · · • · · ···· ··

- 11 má další výhody oproti uhličitanu sodnému:

(i) roztok uhličitanu draselného penetruje do batonu rychleji, než roztok uhlčitanu sodného za identických podmínek a molárních koncentrací. To znamená, že pH betonové vrstvy přilehlé k povrchu se zvýší rychleji.

(ii) Uhličitan draselný má daleko lepší rozpustnost při nízkých teplotách, například při 4 C je uhličitan sodný v nasyceném roztoku pod lmolární koncentrací. Uhličitan draselný má však nasycený roztok nad Smolární koncentrací při této teplotě. To je významné, protože jedna z hlavních aplikací tohoto vynálezu je pro zpracování vnějších povrchů budov a jiných betonových konstrukcí a znamená to, že uhličitan draselný může být spolehlivěji použit během zimy.

7U-W7- t/Wl

9 9 9

9 9 9

9 9 9 9

9 9 9

99

Claims (7)

1. PATE N T O V É

   1. Způsob elektrochemické realkalizace vyztuženého betonu vyznačený tím, že se nechá procházet stejnosměrný elektrický proud mezi anodou v kontaktu s vrstvou vodného alkalického elektrolytu aplikovanou na vnější povrch betonu a katodou, která je uložena uvnitř betonu, k vyvolání vzrůstu vnitřního pH betonu a impregnaci povrchové vrstvy batonu roztokem elektrolytu, přičemž se použije vodný roztok elektrolytu obsahující vodný roztok uhličitanu draselného o koncentraci ítlespoň 0,3molární.
2. 2. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že elektrolyt se udržuje ve styku s externím povrchem betonu adherentním povlakem, který obsahuje adhesivní směs organického vodu zadržujícího materiálu a vodu.
3. 3. Způsob podle nároku 2 vyznačený tím, že adhesivní směs obsahuje více uhličitanu draselného než je potřebné k nasycení vody přítomné k vytvoření zásoby uhličitanu draselného k opětnému doplnění elektrolytu.
4. 4. Způsob podle nároku 2 vyznačený tím, že vodu zadržujícím materiálem jsou celulosová vlákna a množství přítomného uhličitanu draselného je aslepoň 10 % vztaženo na společnou sušinu celulosových vláken a uhličitanu draselného.
5. 5. Způsob podle nároku 4 vyznačený tím, že množství přítomného uhličitanu draselného je od 20 do 150 % hmotnostních vztaženo na společnou sušinu celulosových vláken a uhličitanu draselného.

   5. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že elektrolyt se udržuje v kontaktu s vnějším povrchem betonu pomocí

   ΦΦ ·· ΦΦ • Φ Φ · · ·

   Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φ ΦΦΦ «

   ΦΦΦ Φ Φ

   ΦΦΦΦ ΦΦ ·» • ·Φ ΦΦ ·· Φ Φ · * • ΦΦΦΦ • Φ Φ Φ Φ Φ

   Φ ΦΦΦφ

   ΦΦΦ ΦΦ φ*

   - 13 nádrže, která obsahuje elektrolyt a je odstranitelně upevněna k betonu.
6. 7. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 5 vyznačený tím, že aplikované napětí mezi anodou a katodou je od 3 do 4 voltů a proudová hustota je od 0,15 do S ampér na čtverečný metr povrchu betonu.
7. 8. Způsob podle nároku 7 vyznačený tím, že aplikované napětí je od 5 do 20 volt a proudová hustota od 0,5 do 2,5 ampér na metr čtverečný.

   9. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 Ci. Zj tím, že se aplikuje na beton, jehož zóna má pH 10. Způsob podle nároku 9 vyznačený tím, ž e až pl-l : dosáhne úrovn a alespoň 10,5, výhodně ale

   8 vyznačený