DE2447264A1

DE2447264A1 - Vorrichtung zum impraegnieren

Info

Publication number: DE2447264A1
Application number: DE19742447264
Authority: DE
Inventors: Joseph John Fedelem; James Hargrave Klein; Lawrence Eugene Kukacka; Anthony Joseph Romano
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1973-10-04
Filing date: 1974-10-03
Publication date: 1975-04-10
Also published as: JPS5061812A; FR2246709B3; FR2246709A1; CA1034367A; US3865075A

Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C. 20545, U.S.A.

Vorrichtung zum Imprägnieren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Imprägnieren eines Betonstücks mit einer flüssigen Mischung mittels einer Imprägnierungsvorrichtung zur Berührung des Stücks und zum Transport der flüssigen Mischung zur Imprägnierungsvorrichtung.

Aus einer kürzlich gemachten Untersuchung ergibt sich, daß von 563 000 untersuchten Brücken ungefähr 89 000 beschädigt waren. Das dabei am häufigsten auftretende strukturelle Problem ist die gesprungene oder zerstörte Betonbrückenabdeckung. Eine einfache Berechnung zeigt, daß hohe Ausgaben dann auftreten, wenn diese Betondecken und andere Betonstraßendecken dadurch repariert werden, daß man die beschädigten Betonabschnitte durch neuen Beton

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gemäß üblichen Reparaturverfahren ersetzt; darüber hinaus wird eine beträchtliche Zeit für diese üblichen Reparaturverfahren benötigt, da der neue Beton aushärten muß, bevor der Verkehr wieder über die Reparaturstelle geleitet werden kann.

In den vergangenen Jahren bestand Interesse an dem sogenannten Polymer-imprägnierten Beton, wie er im US Patent 3 567 496 beschrieben ist; dieser Beton besitzt einen größeren Abriebwiderstand und sollte erwartetermaßen eine längere Lebensdauer aufweisen, wenn er im Straßen- und Brückenbau verwendet wird. Es wurde vorgeschlagen, daß neuer Beton- und Straßenbau unter geeigneter Entwicklung Polymer-imprägnierten Betons verwenden könnte, um Bauwerke zu erhalten, die eine geringere Reparaturanfälligkeit zeigen. Das Problem der Reparatur von bereits vorhandenen Betongebilden war jedoch bisher nicht in einfacher Weise lösbar.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Reparatur von beschädigtem Beton durch Imprägnierung dieses Betons mit einer polymerisierbaren monomeren Mischung zur Erzeugung von "in situ" Polymer-imprägniertem Beton.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist eine Imprägnierungsplatte mit einem Rand zur Berührung des zu imprägnierenden Betonstücks vorgesehen, wobei mit diesem Betonstück eine geschlossene Kammer gebildet wird, und wobei ferner sich ein oder mehrere hohle geschlossene Probenrohre durch die Imprägnierungsplatte in Löcher hineinerstrecken, die zuvor in dem Betonstück vorbereitet wurden, und wobei die Löcher in ihrem Boden unterhalb der Oberfläche des Betonstücks Öffnungen aufweisen, und wobei Mittel vorgesehen sind, um einen negativen Druck, d.h. einen Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks, innerhalb der Kammer aufrechtzuerhalten, wobei dann gleichzeitig durch die Probenrohre eine polymerisierbare monomere Mischung in den beschädigten Beton eingespritzt wird, so daß die Monomermischung die Luft im Beton ersetzt, welche infolge des aufrechterhaltenen Vakuums entfernt wird. Wenn der beschädigte Beton mit der Monomermischung gesättigt ist, so läßt man die Monomermischung in situ polymerisieren, wodurch der beschädigte Betonabschnitt tatsächlich repariert wird.

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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Reparatur eines beschädigten Betonabschnitts durch Imprägnierung mit einer polymerisierbaren monomeren Zusammensetzung vorzusehen, die in situ ausgehärtet wird. Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt und eine teilweise schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1.

In der Zeichnung ist ein beschädigter Abschnitt 5 aus Beton dargestellt, der mit einem in situ hergestellten Polymer imprägniert werden soll. Zu diesem Zweck ist ein Imprägnierüngssystems 10 dargestellt, welches eine flache Imprägnierungsplatte 12 von quadratischer Gestalt - für bestimmte Anwendungsfälle können auch andere Formen benutzt werden - mit einer Lippe oder Rand 14 aufweist; der Rand 14 besitzt Dichtungen 16 aus Gummi oder einem anderen geeigneten Material, die sich in Berührung mit der Stirnfläche des Betons befinden. Die Platte 12 ist mit einer Vielzahl von Injektionsproben oder Injektionssonden 18 ausgestattet, die an ihrem Boden öffnungen 18a aufweisen und sich - wie dargestelltin den Beton hinein erstrecken; die Platte 12 ist ferner mit einem oder mit mehreren Rohren 22 sowie mit einem oder mehreren Sichtfenstern 24 und Handgriffen 26 ausgestattet. Die eben beschriebene Anordnung, die aus der Platte 12 und den verschiedenen Zubehörteilen besteht, wird im folgenden aus Gründen der Bequemlichkeit als Imprägniervorrichtung 30 bezeichnet; diese Imprägniervorrichtung 30 wird auf dem Betonabschnitt angeordnet, der imprägniert werden soll.

Um die Imprägniervorrichtung 30 mit der richtigen Monomermischung zu versorgen, ist ein Paar von Tanks 32 und 34 vorgesehen, die geeignete erste und zweite monomere Mischungen enthalten, was weiter unten im einzelnen beschrieben werden wird; diese Tanks sind durch Leitungen 36 und 38 und Pumpen P1 bzw. P2 angeschlossen, um die monomeren Mischungen durch einen Mischer 42 an die

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Injektionssonden 18 zu liefern. Der Mischer 42 kann eine übliche zylindrische Kammer sein, in der der Mischvorgang erfolgt. Wenn gewünscht, können darin Prallplatten verwendet werden, um den Mischvorgang zu verbessern. Die Eingänge zu den Sonden 18 sind mit Abschlußventilen V₁. und V„ versehen.

Zur Erleichterung der Strömung der monomeren Mischung durch den beschädigten Beton 5 wird ein leicht negativer Druck oder ein Vakuum innerhalb des durch die Imprägnierplatte 12 umschlossenen Volumens aufrechterhalten. Dies wird erreicht durch eine kontinuierlich betriebene Vakuumpumpe P , die über eine Leitung mit einem Rohr oder Rohren 22 verbunden ist, um diesen Zustand verminderten Drucks aufrechtzuerhalten. Die im Beton eingeschlossene Luft wird durch die aus den öffnungen 18a in den Sonden auslaufende monomere Mischung verdrängt und durch die Pumpe P^ entfernt.

Um die richtige Abdichtung längs des Umfangs der Imprägniervorrichtung 30 zu gewährleisten, kann der Rand 14 - wie insbesondere in Fig. 2 dargestellt - mit hintereinanderliegend, stapelartig angeordneten Abstandsstücken 46 ausgestattet sein, die sandwichartig Gummidichtungen 16 umfassen und durch eine Platte 48 mit Schrauben 52 und 54 zusammengehalten werden.

Beim Betrieb der beschriebenen Vorrichtung wird ein Abschnitt des beschädigten Betons zur Imprägnierung ausgewählt und es werden zur Unterbringung der Sonden 18 Löcher in den Beton gebohrt. Die Tiefe, auf welche die Sonden eingesetzt werden, wird nicht als kritisch betrachtet, da infolge des Vorhandenseins des negativen Drucks die Monomerzusammensetzung allgemein in das umgebende Volumen eindringen wird* Es wurde jedoch festgestellt, daß sich die besten Resultate dann ergeben, wenn die Sonde bis auf eine Tiefe von ungefähr 9 Zoll in den beschädigten Beton eindringt. Es wurde ferner festgestellt, daß kein Kanteneffekt auftritt, d.h. das Vorhandensein des atmosphärischen Drucks im Beton unmittelbar außerhalb der durch die Imprägniervorrichtung bedeckten Zone stört den Betrieb der beschriebenen Vorrichtung nicht.

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Unter Verwendung der Handgriffe 26 wird die Imprägniervorrichtung 30 über dem ausgewählten Betonabschnitt angeordnet und Sonden werden in die vorher ausgebildeten Löcher im Beton hineingestossen. Die Pumpe 3 wird betätigt, um den negativen Druck zu erzeugen, worauf dann die Pumpen P und P₂ in Gang gesetzt werden, um die Monomermischung an die Sonden 18 zu liefern. Die Ventile V₁ und V₂ würden dann geöffnet sein. Die Strömung der Monomermischung wird dann beendet, wenn man durch das Sichtloch 24

und erkennt, daß der Beton gesättigt ist,/daß sich Strömungsmittel auf der Oberfläche des Betons ansammelt. Die Ventile V und V₂ werden dann geschlossen, die Pumpe P_ wird abgeschaltet und die Imprägniervorrichtung 30 wird entfernt. Die überschüssige Zusammensetzung an der Oberseite des Betons kann weggewischt werden. Die Polymerisation in situ kann innerhalb weniger Stunden vollendet sein, wobei dann der Verkehr über die reparierte Zone hinweg wieder aufgenommen werden kann. Bezüglich der Menge des im Beton absorbierten Monomers wurde festgestellt, daß die Monomermischungsbeladung allgemein' im Bereich zwischen 5 bis 20 Gewichtsprozent liegt, und zwar abhängig vom Grad der Betonbeschädigung.

Bezüglich der Zusammensetzung der mit der beschriebenen Vorrichtung verwendbaren Monomermischungen sei bemerkt, daß alle im Handel verfügbaren geeigneten Zusammensetzungen verwendet werden können, die beim Zusammenmischen über eine vernünftige Zeitperiode hinweg - beispielsweise einer Stunde oder mehr - in situ unter Umgebungsbedingungen polymerisieren. Im folgenden seien Beispiele spezieller Zusammensetzungen von Monomermischungen angegeben, die erfolgreich gemäß der Erfindung verwendet wurden.

Das monomere Mischungssystem ist grundsätzlich ein sogenanntes "zwei Behälter"-System, bestehend aus:

Behälter Nr. 1(d.h. Tank 32) enthält die Hälfte des Monomers plus den ganzen Initiator (oder Initiatoren)

Behälter Nr. 2 (d.h.Tank 34) enthält die Hälfte des erforderlichen Monomers plus den ganzen Promotor (oder Promotoren)

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Nach, der Zusammenbringung der beiden Mischungen zersetzt der Promotor den Initiator, was "freie Radikale" und Wärme erzeugt. Die freien Radikale beginnen die Polymerisationsreaktion durch Reaktion mit dem Monomer. Wärme beschleunigt die Reaktion.

Zwei typische, erfolgreich erprobte Monomersysterne sind die folgenden:

Monomer Initiator(en) Promotor(en)

1. Methylmetha- Benzoylperoxid, Dimethylanilin, crylat Azo-isobutyronitril p-Toluidin

2. 80% Styrol Methyläthyl- Kobaltnaphthenat 20% Polyester ketonperoxid

Die obenstehenden Monomere, Promotoren, Initiatoren und ihre Mischungen sind in der Technik bekannt und im Handel verfügbar. Es können andere Monomerzusammensetzungen ausgewählt werden. Die genauen Prozentsätze des verwendeten Promotors oder Initiators hängen von den ümgebungstemperaturbedingungen ab. Ein typischer Bereich ist 1/2 bis 2 Gewichtsprozent für Umgebungstemperaturen im Bereich von 95°F bzw. 50 F. Das angelegte Vakuum ist nicht kritisch, es wurde aber festgestellt, daß ein sehr kleiner negativer Druck in der Größenordnung von 1 Zoll Quecksilber normalerweise recht zufriedenstellend ist.

Die Erfindung schlägt einen Weg zur Reparatur beschädigten Betons vor, ohne daß der beschädigte Abschnitt entfernt und durch neuen Beton ersetzt werden muß» Die Anordnung ist einfach, wirtschaftlich und liefert Reparaturen mit einem Minimum an Zeitaufwand. Der reparierte Abschnitt sollte dabei gleichzeitig infolge des Vorhandenseins des in situ Polymers fester sein und einen höheren Abriebswiderstand¹ aufweisen als der ursprüngliche Betonabschnitt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Imprägnieren eines Betonstücks mit einer flüssigen Mischung, wobei eine Imprägniervorrichtung vorgesehen ist, um mit dem Betonstück in Berührung zu kommen, und um die flüssige Mischung an die Imprägniervorrichtung zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung einen Teil des Stücks umschließt, um oberhalb dessen Oberfläche ein Vakuum aufrechtzuerhalten, und daß die Vorrichtung mindestens eine Sonde aufweist, die in das Stück hineinragt, um die flüssige Mischung unter der Oberfläche des Stücks abzugeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägniervorrichtung aus einer Platte mit einem abstehenden Ringrand (14) zur Berührung des Betonstücks besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (14) Abdichtglieder aufweist, um zur Aufrechterhaltung des Vakuums in der Kammer beizutragen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Aufrechterhaltung des negativen Drucks innerhalb der geschlossenen Kammer aus einer sich durch die Platte erstreckenden Leitung und einer Pumpe bestehen, die mit der Leitung verbunden ist, um Luft aus der Kammer abzusaugen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Lieferung der flüssigen Mischung an die Sondenmittel ein Paar von Behältern (32, 34) aufweisen, welche die zu mischenden Flüssigkeiten enthalten, und wobei ferner Mittel zum Mischen der Flüssigkeiten vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Mischung eine Zusammensetzung ist, die in situ unter den Umgebungsbedingungen des Gebrauchs polymerisiert.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch, gekennzeichnet, daß sich die Sondenmittel in das Betonstück hineinerstrecken, und zwar bis zu einer Tiefe von ungefähr 9 Zoll.

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