DE102012024731A1 - Method for rehabilitation of building structures, involves providing electrodes that acts around reticulated surface electrodes, which is made from conductive carbon, where electrodes are galvanostatically charged with current - Google Patents

Method for rehabilitation of building structures, involves providing electrodes that acts around reticulated surface electrodes, which is made from conductive carbon, where electrodes are galvanostatically charged with current Download PDF

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Winfried Vonau
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Abstract

The method involves providing the electrodes that acts around reticulated surface electrodes (1), which is made from conductive carbon. The electrodes are fixed on the locations and reorganized. The electrodes are galvanostatically charged with current. The fixation is carried out in a case of wall dehydration by introducing carbon-based electrodes in a lime-cement plaster. An unpolarized counter electrode (3) is provided for searching desired periods of time. The fixation of the carbon-based mesh electrodes is temporarily attached to a surface by recovery object auxiliary elements.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von massiven Baukörpern oder Teilen davon durch Anwendung elektrischer Felder und flächiger Elektroden auf der Grundlage von Kohlenstoff. Erfindungsgemäße Sanierungen sind u. a. elektrochemischer Salzentzug aus Stahlbeton und Entfeuchtung von Mauerwerk verschiedenster Ausführung. Der Einsatz spezieller Carbonflächenelektroden als Arbeitselektroden garantiert neben einer sehr hohen elektrochemischen Beständigkeit eine optimale Feldverteilung und damit einen hohen Wirkungsgrad des Verfahrens.The invention relates to a method for the rehabilitation of massive structures or parts thereof by using electric fields and planar electrodes based on carbon. Inventive renovations are u. a. Electrochemical removal of salt from reinforced concrete and dehumidification of masonry of various types. The use of special carbon surface electrodes as working electrodes guarantees, in addition to a very high electrochemical resistance, an optimal field distribution and thus a high efficiency of the process.

Stand der TechnikState of the art

Zur elektrodenbasierten drahtgebundenen Mauerentfeuchtung nutzt man überwiegend zylinderförmige metallische Stabelektroden, die im Falle eines Sanierungsbedarfes des Bauwerk(teiles) in zu schaffende Bohrlöcher oder dgl. eingebracht werden [ ÖNORM B 3355-2, Ausgabe: 1999-06-01, ICS 91.060.10; 91.120.30, Trockenlegung von feuchtem Mauerwerk, Maßnahmen gegen aufsteigende Feuchtigkeit im Mauerwerk ].For electrode-based wired wall dehumidification, predominantly cylindrical metallic rod electrodes are used, which, in the case of a renovation requirement of the building (part), are introduced into boreholes or the like to be created [ ÖNORM B 3355-2, Publication date: 1999-06-01, ICS 91.060.10; 91.120.30, Drying of damp masonry, Measures against rising damp in masonry ].

Beim elektrochemischen Chloridentzug aus Stahlbeton können korrosionsauslösende und -fördernde Chloride, die beispielsweise durch Tausalze in Brücken- oder Parkdeckkonstruktionen gelangen, zerstörungsfrei und umweltschonend entfernt werden, wobei ein Ionentauscher verhindert, dass beim Sanierungsprozess entstehendes Chlorgas in die Umwelt gelangt [ Herrmann, S.; Berthold, F.; Vonau, W.; Grünzig, H.; Schneck, U.: Messmodule zur Chloridbestimmung bei der Stahlbetonsanierung GVC/DECHEMA-Jahrestagungen 2005. Wiesbaden, 06.–08.09.2005, Kurzfassung des Beitrages in: Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, No. 8, 1115, P 10.02, Poster und Postervortrag ]. Vorerst müssen rechnerische Annahmen und Massereserven bei der Auslegung des Ionentauschers gewährleisten, dass es nicht zu einer Übersättigung mit Chlorid kommt.In the case of electrochemical chloride removal from reinforced concrete, corrosion-inducing and -promoting chlorides, which, for example, are obtained by deicing salts in bridge or parking deck constructions, can be removed in a non-destructive and environmentally friendly manner, with an ion exchanger preventing chlorine gas arising during the remediation process from being released into the environment [ Herrmann, S .; Berthold, F .; Vonau, W .; Grünzig, H .; Schneck, U .: Measuring Modules for Determining Chlorides in Reinforced Concrete Reinforcement GVC / DECHEMA Annual Meetings 2005. Wiesbaden, 06.-08.09.2005, Abstract of the Paper in: Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, no. 8, 1115, P 10.02, poster and poster presentation ]. For the time being, mathematical assumptions and mass reserves in the design of the ion exchanger must ensure that there is no supersaturation with chloride.

Kritik am Stand der TechnikCriticism of the state of the art

Bei den bisher eingesetzten zylindrischen Arbeitselektroden für die Mauerentfeuchtung mittels Elektroosmose durch drahtgebundene Verfahren herrscht eine ungleichmäßige Verteilung des operativen elektrischen Feldes, was zwangsläufig zu Inhomogenitäten im Entfeuchtungsgrad und zur oberflächigen Aufkonzentration von in der Mauer befindlichen Salzen führt.In the case of the previously used cylindrical working electrodes for wall dehumidification by means of electro-osmosis by means of wired processes, there is an uneven distribution of the operative electric field, which inevitably leads to inhomogeneities in the degree of dehumidification and superficial concentration of salts present in the wall.

Durch die relativ kleine Elektrodenoberfläche von zylindrischen Arbeitselektroden, die häufig trocken ins Mauerwerk eingetrieben werden, ist die Stromdichte punktuell sehr hoch.Due to the relatively small electrode surface of cylindrical working electrodes, which are often driven dry into the masonry, the current density is selectively very high.

Dies führt durch die elektrochemische Belastung derselbigen und der Anwesenheit unterschiedlicher mineralischer Salze in der Mauer zu ausgeprägten Korrosionserscheinungen an den Arbeitselektroden und somit zu geringen Lebensdauern.Due to the electrochemical loading of the same and the presence of different mineral salts in the wall, this leads to marked corrosion phenomena at the working electrodes and thus to short lifetimes.

Bei dem Verfahren zum elektrochemischen Chloridentzug aus Stahlbeton werden metallische Gitternetzelektroden auf eine Vliestasche mit integriertem Ionenaustauscher aufgebracht. In Folge der mechanischen Eigenschaften bestehen hierbei außer in Bezug auf die Materialbeständigkeit vor allem auch Probleme in Bezug auf die Herstellung des vollflächigen Kontaktes auf der Vliestasche.In the process of electrochemical chloride removal from reinforced concrete, metallic grid electrodes are applied to a non-woven bag with integrated ion exchanger. As a result of the mechanical properties, in addition to the material resistance, there are above all problems with regard to the production of full-surface contact on the non-woven bag.

Aufgabetask

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Sanierung von Baukörpern mittels flächiger Elektroden, die die Ausbildung einer gleichmäßigen Verteilung des elektrischen Feldes gewährleisten. Diese planaren Arbeitselektroden sollen hochgradig inert gegenüber allen, die Korrosion verursachenden und -fördernden Medien sein und eine gute elektrische Eigenleitfähigkeit aufweisen. Desweiteren sollen sie eine Langzeitstabilität bei elektrochemischer Belastung besitzen, wie sie bei der elektroosmotischen Mauerentfeuchtung und bei der Entsalzung von Stahlbeton erforderlich ist.The object of the invention is to provide a method for the rehabilitation of structures by means of flat electrodes, which ensure the formation of a uniform distribution of the electric field. These planar working electrodes are said to be highly inert to all the corrosion causing and promoting media and to have good electrical intrinsic conductivity. Furthermore, they should have a long-term stability under electrochemical stress, as required in the electro-osmotic wall dehumidification and desalination of reinforced concrete.

Die Verwendung von Carbonflächenelektroden muss eine Abschirmung von elektromagnetischen Wellen (Elektrosmog) ermöglichen.The use of carbon surface electrodes must allow shielding of electromagnetic waves (electrosmog).

Lösungsolution

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, indem als Arbeitselektroden für die elektroosmotische Mauerentfeuchtung Flächenelektroden, die in Analogie zu Armierungsgeweben in die Putzschicht eingebracht werden, genutzt werden. Stoffliche Basis der Arbeitselektroden sind korrosionsstabile Gewebe und Gewirke, vorzugsweise aus leitfähigen Kohlefasern (z. B. Spez. Widerstand 1,7·10–3 Q·cm). Die Gewebe können problemlos in die Putzschicht eingearbeitet werden und legen sich auf Grund ihrer hohen Flexibilität sehr gut an einen unregelmäßigen Baukörper an. Die Kontaktierung erfolgt über eine bautypische Sammelschiene aus einem metallischen Stromleiter (z. B. Kupfer oder Edelstahl) oder spezielle Carbon- bzw. Graphittextilien. Im Falle des Salzentzuges ersetzt man die metallischen Gitternetzelektroden durch die kohlenstoffbasierten Elemente.The object of the invention is achieved by using as working electrodes for the electro-osmotic wall dewatering surface electrodes, which are introduced in analogy to Armierungsgeweben in the plaster layer. Substantive basis of the working electrodes are corrosion-resistant woven and knitted fabrics, preferably of conductive carbon fibers (eg spec. Resistance 1.7 · 10-3 Ω · cm). The fabrics can be easily incorporated into the plaster layer and due to their high flexibility fit very well to an irregular structure. The contacting takes place via a building-typical busbar made of a metallic conductor (eg copper or stainless steel) or special carbon or graphite textiles. In the case of salt removal, the metallic grid electrodes are replaced by the carbon based elements.

Ausführungsbeispiel embodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel, in diesem Falle die Mauerentfeuchtung betreffend, näher erläutert: Zugrundegelegt wird ein Modellmauerwerk aus NF Mauerziegeln Mz 20/2 1 (2) in Mörtelgruppe IIa mit einer Wanddicke von 36,5 cm im Kreuzverband erstellt. Die Carbonflächenelektroden gemäß 1 (1) bestehen aus einem modifizierten Carbongewebe mit einem Flächengewicht von 400 g/m2 in Leinwandbindung, wobei 50% des Gewebes entfernt wurden, um eine gute Putzdurchdringung zu gewährleisten. Eingelegt wurde diese Elektrode in einem bautypischen Kalk-Zementputz der Mörtelgruppe PII mit einer Putzstärke von 1,5 cm. Die Arbeitselektroden werden galvanostatisch mit einem eingeprägten Strom von 50 mA betrieben (Stromrichtung s. 1). Gegen eine zentral angeordnete unpolarisierte Gegenelektrode gemäß 1 (3) kann die Wirksamkeit der Elektroosmose mittels Impedanzplots nachgewiesen werden (2). Eine entsprechend Elektrodenanordnung kann vom Operator optional gewählt werden (s. ebenfalls 1), wenn er den Erfolg der Entfeuchtungsprozedur verfolgen und nachweisen möchte. Deutlich ist in der Messkurve anhand zunehmender Impedanzwerte die Verringerung des Feuchtegrades im Mauerwerk in Abhängigkeit von der Dauer des Entfeuchtungsprozesses erkennbar.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, in this case relating to wall dehumidification: Based on a model masonry of NF bricks Mz 20/2 1 ( 2 ) in mortar group IIa with a wall thickness of 36.5 cm in the cross dressing created. The carbon surface electrodes according to 1 ( 1 ) consist of a plain weave modified 400 g / m 2 carbon fabric with 50% of the fabric removed to ensure good penetration. This electrode was inserted in a building-typical lime cement plaster of the mortar group PII with a plaster thickness of 1.5 cm. The working electrodes are galvanostatically operated with an impressed current of 50 mA (current direction s. 1 ). Against a centrally arranged unpolarized counter electrode according to 1 ( 3 ), the effectiveness of electroosmosis can be demonstrated by impedance plots ( 2 ). A corresponding electrode arrangement can optionally be selected by the operator (see also FIG 1 ) if he wants to track and prove the success of the dehumidification procedure. The reduction in the degree of moisture in the masonry as a function of the duration of the dehumidification process is clearly recognizable in the measuring curve on the basis of increasing impedance values.

Darstellung der Vorteile der ErfindungPresentation of the advantages of the invention

Vorteile der Erfindung bestehen in der, bedingt durch die korossionstabilen flächig aufliegenden kohlenstoffbasierten Elektroden, hohen und langfristigen Homogenität des für die Entfeuchtung und den Salzentzug verfahrensbedingenden elektrischen Feldes sowie in der guten Verarbeitbakeit der hochflexiblen Elektroden. So sind diese auf den jeweils erforderlichen Flächenbedarf leicht zuschneidbar und besitzen eine hohe Langzeitstabilität und Korrosionsbeständigkeit.Advantages of the invention consist in the high and long-term homogeneity of the process for the dehumidification and the salt removal process-related electric field as well as in the good processability of the highly flexible electrodes due to the corrosion-resistant surface-lying carbon-based electrodes. So these are easily cut to the required space requirement and have a high long-term stability and corrosion resistance.

Bilderimages

1 Mauerwerk während des Entfeuchtungsprozesses mit angebrachten Arbeitselektroden sowie zusätzlicher Messelektrode für die Prozesskontrolle 1 Masonry during the dehumidification process with attached working electrodes and additional measuring electrode for process control

2 Impedanzen der Netzelektroden im Kalk-Zement-Putz zum Nachweis der Wirksamkeit der Methode 2 Impedances of the mesh electrodes in the lime-cement plaster to demonstrate the effectiveness of the method

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
netzartige Flächenelektroden aus leitfähigem Carbonnet-like surface electrodes made of conductive carbon
22
Baukörperstructure
33
unpolarisierte Gegenelektrodeunpolarized counterelectrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ÖNORM B 3355-2, Ausgabe: 1999-06-01, ICS 91.060.10; 91.120.30, Trockenlegung von feuchtem Mauerwerk, Maßnahmen gegen aufsteigende Feuchtigkeit im Mauerwerk [0002] ÖNORM B 3355-2, Publication date: 1999-06-01, ICS 91.060.10; 91.120.30, Drying of wet masonry, Measures against rising damp in masonry [0002]
  • Herrmann, S.; Berthold, F.; Vonau, W.; Grünzig, H.; Schneck, U.: Messmodule zur Chloridbestimmung bei der Stahlbetonsanierung GVC/DECHEMA-Jahrestagungen 2005. Wiesbaden, 06.–08.09.2005, Kurzfassung des Beitrages in: Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, No. 8, 1115, P 10.02, Poster und Postervortrag [0003] Herrmann, S .; Berthold, F .; Vonau, W .; Grünzig, H .; Schneck, U .: Measuring Modules for Determining Chlorides in Reinforced Concrete Reinforcement GVC / DECHEMA Annual Meetings 2005. Wiesbaden, 06.-08.09.2005, Abstract of the Paper in: Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, no. 8, 1115, P 10.02, poster and poster presentation [0003]

Claims (6)

Verfahren zur Sanierung von Baukörpern 1 (2) oder Teilen davon in Bezug auf Entfeuchtung und Salzentzug mittels Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Elektroden um netzartige Flächenelektroden aus leitfähigem Kohlenstoff 1 (1) handelt, die auf den zu sanierenden Stellen fixiert und anschließend galvanostatisch mit einem Strom beaufschlagt werden.Process for the rehabilitation of structures 1 ( 2 ) or parts thereof with respect to dehumidification and salt removal by means of electrodes, characterized in that the electrodes are net-like surface electrodes made of conductive carbon 1 ( 1 ), which are fixed on the sites to be rehabilitated and then subjected to galvanostatic current. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Fixierung im Falle der Mauerentfeuchtung durch Einbringen der kohlenstoffbasierten Elektroden 1 (1) in einen Kalk-Zementputz erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the fixation in the case of wall dehumidification by introducing the carbon-based electrodes 1 ( 1 ) in a lime-cement plaster. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Putzstärke 1 bis 3 cm beträgt.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the plaster thickness is 1 to 3 cm. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld galvanostatisch oder potentiostatisch erzeugt wird.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the field is generated galvanostatically or potentiostatically. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den strombelasteten Arbeitselektroden 1 (1) zur Kontrolle des Entfeuchtungsprozesses eine unpolarisierte Gegenelektrode 1 (3) vorhanden ist, die dazu verwendet wird, um nach beliebigen Zeiträumen jeweils mit einer der Arbeitselektroden 1 (1) Impedanzmessungen am Baukörper 1 (2) durchzuführen, um den Fortschreitungsgrad des Entfeuchtungsprozesses zu kontrollieren.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in addition to the current-loaded working electrodes 1 ( 1 ) to control the dehumidification process, an unpolarized counter electrode 1 ( 3 ), which is used to switch to any of the working electrodes at any one time 1 ( 1 ) Impedance measurements on the structure 1 ( 2 ) to control the progress of the dehumidification process. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des elektrochemischen Salzentzuges aus stahlbetonbasierten Bauwerken oder Bauwerksteilen die Fixierung der kohlenstoffbasierten Netzelektroden 1 (1) temporär mittels an der Oberfläche des Sanierungsobjektes angebrachter Hilfselemente erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that in the case of electrochemical salt removal from reinforced concrete structures or structural parts, the fixation of the carbon-based network electrodes 1 ( 1 ) temporarily by means attached to the surface of the rehabilitation object auxiliary elements.
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