DE2113497C3

DE2113497C3 - Verfahren zur Zerstörung von Stahlbe ton durch elektrisches Erhitzen der eingebetteten Bewehrungen sowie Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2113497C3
Application number: DE19712113497
Authority: DE
Inventors: Yoshishige Itoh; Yoshio Funabashicity Kasai; Masatada Prof. Kawamura
Original assignee: Fujimotors Inc
Current assignee: Fujimotors Inc
Priority date: 1970-03-20
Filing date: 1971-03-19
Publication date: 1973-11-29
Also published as: DE2113497B2; DE2113497A1; FR2084868A5; GB1360651A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zerstörung von Stahlbeton durch elektrisches Erhitzen der eingebetteten Bewehrungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei bekannten Verfahren dieser Art müssen in mühseliger Arbeit Löcher in die zu zerstörenden Bauteile eingebracht werden, ohne daß dabei eine wirksame elektromagnetische Induktionsheizung zu erwarten ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß man bei diesen Verfahren lediglich ein fcrroni ^netisches Material in. die Löcher der zu zerstörenden Teile einbringt und dieses Material mit einer elektromagnetischen Induktionsheizung erwärmt, ohne besonders auf die Erfordernisse des magnetischen Kreises zu achten, ^£o daß ein starker Streufluß in Kauf genommen wird und daher oer magnetische Fluß praktisch nur die Erregerspule voll durchsetzt, jedoch zum großen Teil an dem zu erhitzenden Objekt vorbeifließt, da es sehr schwierig ist, den magnetischen Fluß in diesem Gegenstand ohne Streuung zu konzentrieren.

Auch bei einem anderen Verfahren der anfangs angegebenen Art, bei dem die Bewehrung unmittelbar an den Stromkreis angeschlossen wird, müssen in aufwendiger Arbeit die Bewehrungen freigelegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Arbeitsaufwand wesentlich zu verringern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Erregerspule im Bereich der Bewehrung derart auf die Oberfläche des zu zerstörenden Bauteils aufgesetzt wird, daß die Bewehrung einen Teil des magnetischen Kreises bildet, und daß die Erregerspule mit einem Wechselstrom solcher Stärke gespeist wird, daß die Bewehrung durch den magnetischen Wechselfluß erhitzt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durcii eine Erregerspule gekennzeichnet, die einen Induktoreisenkern aufweist und gegebenenfalls Kondensatoren, an die Abschnitte der Erregerspule oder die ganze Erregerstufe angeschlossen sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 6.

Durch das eründungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird der Vorteil erreicht, daß die Herstellung von Löchern in Beton überflüssig wird, wodurch ein rationelleres Arbeiten ohne Staub- und Lärmentwicklung ermöglicht wird.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen von Ausführungsbeispiclcn näher erläutert. Es zeigt

F i μ. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines magnetischen Induktors,

F i g. 2 einen schematischen Seitenschnitt zur Vcranschaulichung der betriebsmäßigen Anordnung des in Fig. ! schematisch dargestellten magnetischen Induktors und des Magnetflusses des magnetischer Kreises durch ein ferromagnetischex Material ar einer zu zerstörenden Stelle des Bauteils,

F i g. 3 eine Meßschaltung für den Leistungsfaktoi des magnetischen Induktors in einer kapazitiver Schaltung,

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild der in Fig. 3 dargestellten Anordnung,

Fig. 5A, 5B, 5C und 5D verschiedene Ausfüh rungsbeispiele für die Zusammenschaltung von Kapa zitäten und Spulen,

Fig. 6 Darstellungen des Zusammenhangs zwi sehen der Erhitzungstemperatur und der Erhitzungs zeit.

F i g. 7 eine schcmatischc Seitenansicht einer An Ordnung, bei welcher der magnetische Fluß ein in ncrhalb des zu zerstörenden Stabbetonteils angeord notes Bewehrungsstabes durchsetzt,

F i g. S eine schematische Seitenansicht einer ab gewandelten Ausführungsform des magnetischen In duktois und

F i g. 9 eine weitere abgewandelte Ausführung form des magnetischen Induktors.

3 ^X 4

In der nachfolgenden Beschreibung sind unier magnetischen Kreis des effektiven Magnetflusses zu ferromagnetischem Material zu verstehen: Beweh- verringern und die Erhitzungstemperatur des terrorungsstäbe aus Stahl, Stahlrahmen, Stahlgitter, KIa- magnetischen Materials zu erhöhen, kann man den vierdrähte u. dgl. Dieses Material ist entweder voll- Abstand zwischen der äußeren Flache 20 und den ständig in Beton od. dgl. eingebettet, oder ein Teil 5 Innenflächen 18 bzw. 19 der Magnetschenkel oder des Eisens kann auch freiliegen. auch die Dicke des Eisenkerns des Induktors ver-

Die folgende Erläuterung bezieht sich auf einen großein, so daß die Oberfläche der dem erhitzenden Fall, bei dem die Bewehningsstäbi. in einem Stahl- Teil gegenüberliegenden Magnetpole vergrößert wird, beton unter Verwendung eines magnetischen Induk- Hierdurch lassen sich ganz wesentliche Verbesseruntors erhitzt werden, der aus einem magnetischen io gen erreichen.

Eisenkern und einer ErregerspuL- besteht, und bei F i e.. 3 zeigt ein Schaltbild zur Veranschaulichung

dem der Beton zerstört wird. In den Figuren ist der der Verbindungen zwischen dem magnetischen Inmagnetische Eisenkern mit 11 und die Erregerspule duktor gemäß Fig. 1 mit einem Kondensator 25. Uie mit 12 bezeichnet. Fig. 2 zeigt, wie der magnetische Schaltung enthält eine Wechselstromquelle Zb, ein Induktor mit der Oberfläche des Betons in Berührung 15 Voltmeter 27 zur Messung der Spannung am ts.onsteht und das ferromagnetische Material, welches hier densator 25 und der Erregerspannung, ein Ampereais runder Bewehrungsstab 14 dargestellt ist, im Inne- meter 28 zur Messung des Stroms durch die hrregerrcn des Betons ein Teil des magnetischen Kreises ist. spule und ein Wattmeter 29 zur Messung der von der Der Beton ist mit 13, und der Magnetfluß ist mit 15 Erregerspule verbrauchten Leistung. Ferner ist^ein bezeichnet. Er ist hier als effektiver magnetischer 20 weiteres Amperemeter 30 zur Messung des der * ar-Fluß bezeichnet und durchläuft die zu erhitzenden aufschaltung aus Kondensator 25 und der brreger-Teile des Induktors und des Bewehrungsstabes 14. spule zugeführten Stroms vorgesehen. Im Beton ΙΛ Mit 16 ist ein Streufluß bezeichnet, welcher nicht ist ein Bewehrungsstab 14 eingebettet. durch den Bewehrungsstab verläuft. Ein weiterer Fig.4 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der

Streufluß ist mit 17 bezeichnet. Die Innenflächen 18 25 Anordnung nach Fig. 3, wobei mit R der Wiccr- und 19 der Schenkel des U-förmigen Magnets bilden stand der Erregerspule und der in diese hmcintrans- Ucη kürzesten Abstand zweier Magnetpole mit der formierte Widerstand des Bewehrungsstabes bezeicn-Oberfläche des zu zerstörenden Betonteils, die Außen- net ist, welches als Sekundärwiderstand eines aus !lachen der Schenkel sind mit 20 bezeichne·.. Die Er- Erre^erspule und Bewehrungsstab 14 gebildeten ivnerspule hat Wicklungsenden 21 und 22 und ist um 30 Transformators aufgefaßt werden kann. Mit Λ ist die die Schenkel des Eisenkerns 11 gewickelt. Der Be- Induktivität bezeichnet, welche sich aus der hrregervehrungsstab 14 wird an den Stellen 23 und 24 er- spule und dem Bewehrungsstab ergibt. Der Kondenhitzt, also an denjenigen Oberflächen des Beweh- sator 25 ist hier parallel zur gesamten Erregerspule nmgsstabes 14, welche zur Oberfläche des Betons geschaltet. Ein derartiges Schaltbcispiel ist in h ig. 5 A gerichtet sind. Die beiden Erre«erteilspulen sind in 35 angedeutet. Die kapazitive Beschallung kann jedoch Fig. 1 parallel geschaltet, in Fig. 2 hintereinander auch gemäß den Fig. 5B und 5C erfolgen, wo ein ^■schaltet. oder mehrere Kondensatoren zu Teilen der Erreger-

" Wenn ein Strom durch die Erregerspule !ließt, dann spule parallel geschaltet sind. Gemäß Fig. 5D könvsird ein magnetischer Fluß erzeuet. Ist die Spule nen auch zwei parallelgeschaltete Erregerteilspulen dicht gewickelt, so daß zwischen ihren Windungen 40 mit einem Kondensator parallel geschaltet werden. kein großer Zwischenraum besteht und daher ein Diese Ausführungsform ist in Fig. 5A dargestellt. Strculliiß weitgehend vermieden wird, dann wählt Wenn der Leitwert der Erregerspule gemäß F1 g. 4

man die Wicklungsbreite zwischen den Spulenenden mit K₁ bezeichnet ist, gilt die folgende Gleichung: 21 und 22 entsprechend der Eindringstufe des magnetischen Flusses in den Beton (Abstand vom Punkt 23-45 1 R ₀₎L

bzw. 24 zur Betonoberfläche), so daß der mit 17 be- Y₁ . = ~~ ·>τ» ⁼ ~r» + >7-

zeichnete Streufluß tatsächlich nicht auftritt. Auch R-f-i«,L K- o>-u- n--r <■>-1.

der Abstand zwischen den Innenflächen 18 und 19

des Magnets wird mit Rücksicht auf diese Tiefe ge- Wird der Leitwert der Kapazität mit Y₂ bezeichnet,

wählt, beispielsweise mehr als das Zweifache, so daß 50 dann gilt die Gleichung

der magnetische Streufluß 16 nicht zu gro3 wird.

Wenn gemäß Fig. 2 in der Erregerspule 12 ein Y., = j(»C.

Wechselstrom fließt, dann wird ein magnetischer
Wechselfluß erzeugt. Da die Wicklungsbreite der

Erregerspule 12 und der Abstand zwischen den In- 55 Wenn die folgende Gleichung durch <»o erfüllt wird nenflächen der Magnetpole wie vorstehend erläutert

zweckmäßig gewählt ist, tritt praktisch kein Streufluß ^

auf, sondern der magnetische Fluß des Induktors '" = ₀>oC,

läuft so gut wie vollständig durch den Beton in den R -¹- oo-T.

Bewehrungsstab 14. Wenn er den unteren Teil des 60
entgegengesetzten Magnetpols längs des Bewehrungsstabes 14 erreicht, dann entspricht er somit noch dem _{dann werden dic} imaginärteile der Ausdrücke Y₁ unc im Induktor fließenden Magnetfluß und Hießt durch _γ _dem B_{elraee nacrl} gleich für die Frequenz ja. unc das Innere des Betons und kehrt am anderen Ende der Strom wird zum magnetischen Induktor zurück, so daß ein ge- 65

schlossencr Magnetkreis besteht. Auf diese Weise ^ ^

wird der effektiv wirksame Magnetfluß verbessert. IE = ER — ·

I'm den magnetischen Widerstand des Betons im R- ■ <■>(>-1■- L

In dieser Gleichung ist E die angelegte Spannung. Wenn R sehr klein ist, dann wird auch der zugcführle Strom / sehr klein.

Im folgenden werden zahlenmäßige Angaben eines in F i g. 2 dargestellten durchgeführten Ausführungsbeispiels der Erfindung gegeben. Der Abstand zwischen den Innenflächen 18 und 19 beträgt 25 cm, der Abstand zwischen den Wicklungsenden 21 und 22 beträgt 10 cm, die Dicke des Schenkels zwischen den Punkten 18 und 20 beträgt ebenfalls 10 cm, und die Dicke des Eisenkerns des magnetischen Induktors beträgt 2 cm. Die Erregerspule hat 120 Windungen. Die Schaltung entspricht dem in F i g. 3 dargestellten Fall. Der Bewehrungsstab 14 innerhalb des Betons ist eine runde Stahlstange mit einem Durchmesser von 22 mm, und sie licgl in einer Tiefe von 3,5 cm. Der Kondensator 25 hat eine Kapazität von 30 uF und eine Betriebsspannung von 500 V. Die der Spule zugcl'ührte Wechselspannung hat eine Frequenz von 400 Hz. Die Leistung wurde mit Hilfe eines 400-Hz-Motorgencrators erzeugt.

Legt man an die Anschlüsse der Erregerspule und des Kondensators eine Spannung von 430 V. dann zeigt das Amperemeter 28 43 A, das Amperemeter 30

ίο 5,7 A und das Wattmeter 29 2,02 kW. Entfernt man unter sonst gleichen Bedingungen den Kondensator 25, dann zeigen beide Amperemeter 28 und 30 einen Strom von 43 A, und das Wattmeter zeigt 2,02 kW. Für beide Fälle sind die Betriebswerte in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle I

	Spannung an der Erregerspule (V)	Zugeführter Strom (A)	• Erregerspulen strom (A)	Leistung (kW)	Leistungsfaktor ("/o)
mit Kondensator ohne Kondensator	430 430	5,7 43	43 43	2,02 2.02	10,9 82,5

Hieraus ergibt sich, daß der der Spule zugeführte Strom im Falle des angeschlossenen Kondensators 5,7 A gegenüber dem Fall des nicht angeschlossenen Kondensators 43 A beträgt, wobei in beiden Fällen die gleiche Erhitzung und die gleiche Zerstörungswirkung erhalten wird. Bei Verwendung eines Kon- densators kann also die Strombelastbarkeit der Stromquelle und der Leitungsquerschniu auf V: gesenkt werden.

Der bei der vorbeschriebenen Anordnung verwendete Beton hatte ein Wasser-Zement-Verhältnis von 60 %> und war vier Wochen in Luft ausgehärtet. Der Temperaturanstieg des Bewehrungsstabes bei Beaufschlagung der Erregerspulc des magnetischen Induktors mit einem Strom von 60 Λ und 400Hz ist in F i g. 6 dargestellt. Die Überdeckung des Bewehrungs-Stabes betrug 4 cm. Die Temperatur des im Beton eingebetteten Bewehrungsstabes 14 wurde mit Hilfe eines Thermoelementes gemessen. Die Kurve α zeigt den Temperaturanstieg eines Bewehrungseisens von 9 mm Durchmesser, die Kurve b für einen Durchmesser von 16 mm und die Kurve c für einen Durchmesser von 22 mm.

Für einen Stahlbeton mit einer Überdeckung des Bewehrungsstabes 14 von 4 cm hatte sich der Bewehrungsstab 14 innerhalb von 20 Minuten auf 150"C erwärmt, und der erhitzte Teil zerbrach unabhängig von der Dicke des Bewehrungsstabes 14 von der Berührungsfläche zwischen Beton 13 und Bewehrungsstab 14 her zur Oberfläche des Betons 13. und die Adhäsionskräfte zwischen Beton 13 und Bewehrungsstab 14 wurden aufgehoben und die Zerstörung ging sehr leicht vor sich.

F.rhöhtc man die Temperatur des MonicTciscns unterhalb der Betonschicht von 4 cm innerhalb von Id Minuten auf 15t) (", dann ergaben sich die in I,,IkIIi; II dargestellten Verhältnisse bei einer Mcs_suni· ilet restlichen Adhäsionskraft mil Hilfe eines /!■,"sp;uinunj"sinessi:rs.

Tabelle II

Durchmesser	Nicht erhitzte Probe	mittlere	Erhitzte Probe	mittlere
des		Adhäsions		Adhäsions
Bewehrungs	Meß	kraft	Meß	kraft
stabes	zeiten	(kg'cm⁵)	zeilen	(kg/cm²)
(mm)		28,1		1.13
9	5	29,4	15	0.65
16	5	29,3	15	0,46
22	5	15

Der Beton 13, in welchem der Bewehrungsstab erhitzt worden war, ließ sich, da die Adhäsionskraft sehr stark herabgesetzt war, leicht durch ledigHchcs Zerklopfen mit dem Hammer zerstören.

Die Messung des effektiven magnetischen Flusses bei der Anordnung nach F i g. 7 mittels einer Meßspule 31 ergab bei 4 cm Betondeckung 8,79 °/o für einen Bewehrungsstab von 9 mm Durchmesser, 12.1 " 0 für einen Bewehrungsstab von 16 mm Durchmesser und 16,1⁰O für einen Bewehrungsstab mit 22 mm Durchmesser. Wenn man den Abstand zwischen den Innenseiten 18 und 19 der Magnetkernschenkel und den Abstand zwischen den Spulenender 21 und 22 kleiner als die doppelte Einbettungstieff im Beton wählt, also im Falle der Fig.7, wo dii Einbettungstiefe 4 cm beträgt, den Abstand kleine als Scm wählt, dann werden die in Fig. 2 veran schaulichten magnetischen Streuflüsse 16 und 1" groß; man erhält wesentlich bessere Verhältnisse wenn diese Abstände mehr als das Zweifache de Einbetlungstiefe betragen.

Der magnetische Induktor kann auch die in de F i ι·. X und ^l) dargestellte Form haben. Die Ausfültungsform nach I"ig. 8 zeichnet sich dadurch au d;.U die I · rregerspulc um das Joch gewickelt ist un die 1 .ünge der Schenkel auBenmtcntlich kwv ist un

ein Mittelschenkel entfällt. Die Ausführungsform nach F i g. 9 unterscheidet sich darin, daß mehrere aktive magnetische Kreise vorgesehen sind, die von einer Erregerspule versorgt werden.

Die Zerstörung des Betons, Zements usw. läßt sich

bereits mit einem einzigen magnetischen reichen; jedoch ist die Wirkung noch t man mehrere magnetische Induktoren ve parallel aufgesetzt werden und deren M der gleichen Richtung angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Zerstörung von Stahlbeton durch elektrisches Erhitzen der eingebetteten Bewehrungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Erregerspule im Bereich der Bewehrung derart auf die Oberfläche des zu zerstörenden Bauteils aufgesetzt wird, daß die Bewehrung einen Teil des magnetischen Kreises bildet und daß die Erregerspule mit einem Wechselstrom solcher Stärke gespeist wird, daß die Bewehrung durch den magnetischen WechselfluC erhitzt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Erregerspule (12), die einen Induktoreisenkern (H) aufweist und gegebenenfalls durch Kondensatoren (25), an die Abschnitte der. Erregerspule (12) oder die ganze Erregerspule (12) angeschlossen sind bzw. ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktoreisenkern (11) der Erregerspule (12) mindestens zwei Pole hat, deren Innenflächen (18 und 19) einen mindestens doppelt so großen Abstand haben wie die Bewehrung (14) von der Oberfläche des Bauteils.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Induktoreisenkern (11) U-förmig ausgebildet ist, daß die Erregerspulen (12) um die Schenkel des Eisenkerns (11) gewickelt sind und daß der Kondensator (25) parallel zur Erregerspule (12) geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Induktoreisenkern (11) sehr kurze Schenkel hat oder gerade ist, daß die Erregerspüle (12) um den Mittelteil des Eisenkernes (11) gewickelt ist und daß die Erregerspule (12) parallel mit dem Kondensator (25) geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Induktoreisenkern (11) E-förmig mit drei Schenkeln ausgebildet ist, daß die Erregerspule (12) um das Joch des Eisenkernes (11) gewickelt ist und daß die Eiregerspule (12) parallel mit dem Kondensator (25) geschaltet ist.