DE4021068C2

DE4021068C2 - Verfahren zur Injizierung eines flüssigen Konservierungsmaterials, Verfahren zur Konservierung von Bauwerken und Vorrichtung zum Injizieren eines flüssigen Konservierungsmaterials

Info

Publication number: DE4021068C2
Application number: DE4021068A
Authority: DE
Inventors: Jay S Wyner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1990-07-03
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2010-07-04
Also published as: CA2018325C; CA2018325A1; DE4021068A1; US5413808A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Injizierung eines flüssigen Konservierungsmaterials in ein Bauwerk mit poröser Struktur, ferner ein Verfahren zur Konservierung von Bauwerken mit poröser Struktur und eingebettetem Bewehrungsstahl und eine Vorrichtung zum Injizieren eines flüssigen Konservierungsmaterials in ein Bauwerk mit poröser Struktur zur Durchführung solcher Verfahren.

Die Verwendung von Stahlkonstruktionen und Bewehrungsstahl in Beton und anderen Steinbauwerken ist seit langem bekannt. Hierin sind Gebäude, Straßen, Brücken, Tunnel, Infrastrukturbauwerke, Monumente und auch Kunstbauwerke eingeschlossen. Diese Bauwerke sind den Elementen ausgesetzt und neigen zu Schäden, wobei als Gründe der saure Regen, Salze, extreme Temperaturen und Schadstoffe in der Atmosphäre genannt seien. In der Kunstwelt haben viele Skulpturen ihre Identität verloren, und die Konservierung von Bauwerken hat bisher nur eine kurze Wirkung und verursacht zuweilen mehr Schaden als Nutzen.

Um die geläufigen Verfahren der herkömmlichen Konservierungsmethoden mit lediglich kurzzeitigem Schutz zu verstehen, muß untersucht werden, welche Umstände dazu führen, daß diese Beton-, Ziegel- oder Steinbauwerke langsam erodieren, bröckeln oder sogar abfallen. Hierbei spielen unverbrannte Heizmaterialien in Form von SO₂, vermischt mit Regenwasser, eine Rolle, wodurch Schwefelsäure entsteht. Wenn Kalksalze, die sich im Stein befinden und leicht Schadstoffe absorbieren, hinzukommen, wird der Molekularverbund aufgebrochen, mit der Folge einer langsamen Erosion, Rissen und gegebenenfalls einem Zusammenbruch.

Wasserdichte Materialien und sogar Anstriche bewirken, wenn sie mit herkömmlichen Bürsten, als Spray oder mit Rollmethoden aufgebracht werden, lediglich ein flaches Eindringen (Kapillarwirkung), wobei ein einziger Überzug unzureichend ist, während ein zweiter Überzug dazu neigt, die Luftdurchlässe zu verschließen. Dies wurde dem National Bureau of Standards in Tech. Report 1118 berichtet. Die durch Feuchtigkeit, die sich immer im Stein findet, hervorgerufene Bildung von Frost- oder Frost-Tau-Rissen wird durch eine dünne Schutzverkleidung nicht verhindert. Als Ergebnis entstehen innere Wärmespannungen, und da der Dampfdruck nicht entweichen kann, entstehen Risse und Ablösungen, wodurch Bauwerke aufbrechen und Brücken zusammenfallen können. Es gibt zahlreiche andere Verfahren, um zu versuchen, Bauwerke zu konservieren. Eine Methode besteht darin, das Bauwerk aufzubrechen, den verrosteten Stahl zu reinigen und wieder anzustreichen oder erforderlichenfalls zu ersetzen und anschließend die Ziegel- oder Betonkonstruktion zu reparieren. Nach anderen Methoden werden Löcher in den Bereichen der Stahleinlagen gebohrt, woraufhin ein Konservierungsmaterial mit einer Pistole oder unter manuellem oder Pumpendruck eingebracht wird, um anschließend das Loch zu füllen und das Mauerwerk zu reparieren.

Andere an Straßen- oder Bahnkörpern verwendete Methoden sehen vor, langgestreckte Schlitze oder Nuten zu schneiden, die unter Schwerkraft mit einem flüssigen Konservierungsmaterial bzw. Schutzmaterial gefüllt werden. Das Material kann den Bewehrungsstahl oder den strukturellen Stahl erreichen oder aber auch nicht. Danach werden die Schlitze oder Nuten mit Bettungsmaterial wieder aufgefüllt. Bisweilen werden elektrische Anodenbehandlungen angewendet, die ebenfalls ein Aufbrechen und Wiederherstellen des Betons erfordern. Diese sind langwierig und kostspielig und für den Verkehr sehr hinderlich, da die Straßen lange gesperrt werden müssen.

Derselbe saure Regen, der den Stein angreift, wird von Salzen auf katalytische Weise unterstützt, um den Stahl anzugreifen, der in armierten Steinbauwerken verwendet wird. Die Ursachen der Zerstörung des Stahles umfassen vier grundsätzliche Gebiete: das chemische, elektrische, metallurgische und mechanische Gebiet. Bei dem chemischen Prozeß bildet der saure Regen Schwefelsäure H₂SO₄, die als Elektrolyt wirkt. Bei der elektrischen Reaktion erzeugt das Elektrolyt kombiniert mit Kalk und Mörtelsalzen eine galvanische Reaktion unterstützt durch die Hitze und Strahlungswärme der Sonne, wodurch der Stahl Wasserstoffionen freisetzt, mit dem Ergebnis eines chemischen Aufbrechens des Stahls infolge der Elektrolyse. Die metallurgisch galvanische Wirkung der Säure mit Wasser und Sauerstoff bildet Schichten von Eisenoxid (Rost), was mit einer erheblichen Volumenexpansion verbunden ist. In mechanischer Hinsicht entstehen beträchtliche innere Druckspannungen, wodurch auf die benachbarten Steinstrukturen Spannungen ausgehen, so daß diese aufbrechen, wenn der Stahl seine Zugfestigkeit verliert. Das Problem beginnt häufig mit einer Stahlgrundiermasse und einem Farbüberzug, der erhärtet und Expansion und Kontraktion infolge des hohen Ausdehnungskoeffizienten des Stahls widersteht. Dieser bricht auf und ermöglicht es, daß Schadstoffe, Feuchtigkeit und Sauerstoff den Rest bewirken. Das Problem tritt sowohl bei freiliegendem als auch bei eingebettetem Stahl auf.

Es ist aus US-4 395 457 ein Verfahren bekannt, bei dem Flüssigkeit und Luft gemischt werden, bevor sie unter Druck auf die zu behandelnde Fläche aufgebracht werden. Mit diesem Verfahren soll zum einen verhindert werden, daß Feuchtigkeit in ein Bauwerk eindringen kann und zum anderen soll eine Wärmeisolierung erreicht werden. Die Flüssigkeit wird daher so aufgebracht, daß sich mehrere abgeschlossene Luftschichten bilden, die von Lagen des eingespritzten Kunststoffmaterials begrenzt sind. Die Lagen aus Kunststoffmaterial liegen parallel zur Oberfläche des Bauwerks. Die tiefste Schicht kann 5 cm unter der Oberfläche liegen. Es entsteht ein Mehrbarrieren-Wärmedämmeffekt, der Wärmeverluste in eine Wand verringert, die entstehenden Schichten sind luftdurchlässig. Bei diesem bekannten Verfahren wird also eine Atmungsfähigkeit des Bauwerks gerade vermieden, was dazu führen kann, daß die Schichten durch die schon im Bauwerk enthaltene Feuchtigkeit wieder aufbrechen können. Dadurch können wiederum Schadstoffe in das Bauwerk eindringen, und die Mauerwerkstruktur angreifen.

Die US-4 204 495 beschreibt die konstruktion einer mit hoher Geschwindigkeit pulsierenden Luftmaschine. Dabei werden eine Zuführung für Luft und eine Zuführung für Flüssigkeit zusammengeführt. Sie enden in einem gemeinsamen Auslaß, aus dem die Flüssigkeits-Luft-Mischung ausgestoßen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Injizieren eines flüssigen Konservierungsmaterials in ein Bauwerk mit poröser Struktur anzugeben, sowie ein Verfahren zur Konservierung von Bauwerken mit poröser Struktur und eingebettetem Bewehrungsstahl zu schaffen, bei denen die Entstehung von Luftkammern gerade vermieden wird und die Atmungsfähigkeit des Bauwerks erhalten bleibt, sowie eine Vorrichtung zum Injizieren eines flüssigen Konservierungsmaterials der eingangs erwähnten Art zur Durchführung dieser Verfahren anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Injizierung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Konservierung von Bauwerken mit poröser Struktur und eingebettetem Bewehrungsstahl durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zur Durchführung der Verfahren weist die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 10 auf.

Die erfindungsgemäßen Verfahren sind gegenüber dem Stand der Technik neu, da das flüssige Konservierungsmaterial nicht mit der Druckluft gemischt, sondern getrennt und mit geringem Druck direkt auf die Oberfläche gegeben wird, nur daß es nicht von der Oberfläche abprallt, in die Atmosphäre gelangt und damit verloren geht. Gleichzeitig wird der Druckluftstrom so aufgebracht, daß das flüssige Konservierungsmaterial durch die Druckluft fein verteilt und tiefer in die poröse Struktur hineingetrieben wird als dies mit bekannten Verfahren möglich ist. Das sehr fein verteilte flüssige Konservierungsmaterial vernetzt die granularen Struktuern und den Bewehrungsstahl vollständig, doch wird ein Auffüllen der Hohlräume mit dem Konservierungsmaterial verhindert. Dadurch kann weiterhin Luft durch die Strukturteile treten und die Atmungsfähigkeit der Struktur bleibt erhalten. Sowohl die poröse Struktur als auch der Bewehrungsstahl sind vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine dauerhafte Konservierung von porösen Strukturen, einschließlich Infrastrukturbauwerke, Monumente und Strukturen mit eingebettetem Bewehrungsstahl. Es sind zwei Technologien beschrieben, nämlich zur Konservierung bzw. zum Schutz von "Stein" und zum Schutz des darin eingebetteten Bewehrungsstahls. Da die meisten modernen Bauwerke ein Stahl-"Skelett" zur Verstärkung der Steinfassade aufweisen, ist es erforderlich, die Einwirkungen zu verstehen, die diese Strukturen schwächen und Mittel gegen den kostspieligen und -krebsartigen Angriff auf Stein-Stahl-Konstruktionen zu entwickeln.

Die neuen Verfahren und die neue Vorrichtung zur Stein- und Stahl-Konservierung haben eine Langzeitwirkung, um die Lebensdauer der Stein-Stahl-Konstruktionen zu verlängern, ohne daß ein Teil ihrer vertikalen oder horizontalen Flächen zerstört oder repariert werden muß. Dies wird dadurch erreicht, daß ein flüssiges Konservierungsmaterial auf diese Fläche aufgebracht wird, wobei im wesentlichen gleichzeitig mit dieser Aufbringung ein Druckluftstrom auf die Fläche gerichtet wird, so daß dieser annähernd zur gleichen Zeit auftritt und mit der Kraft einer ausreichenden Luftgeschwindigkeit das Material tief in die Fläche des Bauwerks und dessen Hohlräume eingeblasen und injiziert wird. Die Injektionskraft ist in Abhängigkeit von der Dichte und Porosität des Steines fähig, den strukturellen Stahl oder Bewehrungsstahl tief in dem Bauwerk zu erreichen und zu schützen, woraufhin durch Verringerung der Luftgeschwindigkeitskraft das Konservierungsmaterial in Richtung der Außenfläche aufgebracht wird, um die Steinfassade zu schützen, ohne daß die äußeren Stein- oder Betonstrukturen, die direkt den Elementen ausgesetzt sind, aufgebrochen werden müssen. Der Druckluftstrom kann in pulsierender Form aufgebracht werden.

Die Konservierung sowohl des Stahls als auch des Steins dieser Bauwerke mit einem oder mehreren Konservierungsmaterialien bzw. Schutzmaterialien wird ausgeführt unter Verwendung von einem oder mehreren Luftströmen mit unterschiedlichen Luftgeschwindigkeitskräften je nach Art der Stahl- und Steinkombinationen.

Grundlegende Versuche zur Entwicklung der neuen Technologie des Anmelders der vorliegenden Erfindung wurden an dem Sandstein und Kalkstein des US-Capitols von dem National Bureau of Standards in Washington, D. C., durchgeführt, wobei eine Anzahl fundamentaler neuer Kriterien entdeckt wurden.

Anwendungen und Wirkungsprinzipien des Verfahrens zur Steinkonservierung 1. "Nagel und Hammer" und geradlinige Luftgeschwindigkeitskräfte zur Erzielung einer Atmungsfähigkeit

Herkömmliche Techniken der Bürsten-, Aufroll- und Spraymethoden können nur einen flachen, dünnen Schutzüberzug erzeugen mit einem kurzzeitigen Schutz oder einer Zersetzung mit irreversiblen Schaden. Die "Nagel und Hammer"- Methode der Hochgeschwindigkeits-Impuls-Imprägnierung von Luft und Flüssigkeit von Bauwerken mit ungleichmäßiger oder unregelmäßiger Steinkonfiguration, die aus Steinpartikeln unterschiedlicher Größe aufgebaut sind, ist erforderlich, um eine tiefe Imprägnierung des flüssigen Schutzmittels zu erzielen, während geradlinige bzw. gleichförmige Luftgeschwindigkeitskräfte bei gleichmäßigen oder regelmäßigen Steinkonfigurationen verwendet werden, die aus Steinpartikeln annähernd gleicher Größe aufgebaut sind. Auf diese Weise werden bei der Hochgeschwindigkeits- Impuls-Imprägnierung von Luft und Flüssigkeit auftretende Kräfte um ungleichmäßige oder unregelmäßige Steinpartikel bewegt, während geradlinige Luftgeschwindigkeitskräfte ein Durchdringen bewirken, so daß ein tiefreichender Schutz erreicht wird, während das Sprühen einer Flüssigkeit auf eine freie Wand ein sofortiges Ablaufen mit Füllen der äußeren Luftzellen mit einer Flüssigkeit und Blockieren der Luftdurchlässe zur Folge hat, wobei sich diese Erscheinung an der Außenfläche aufbaut. Das Ziel ist es, daß eine Flüssigkeit- Luft-Kombination mit Geschwindigkeit auf den Stein auftrifft und durch den pulsierenden oder gleichförmigen Druckluftstrom versprüht und zerstäubt wird, wodurch die Flüssigkeit tief in die Struktur eindringt und die Steinpartikel umhüllt und/oder von diesen absorbiert wird. Durch den Druckluftstrom wird ein Verschließen der Hohlräume verhindert. Es bleiben Atmungsdurchgänge erhalten. Der Druckluftstrom verlagert die Flüssigkeit nach innen. Dies ist absolut notwendig, um eine Blockierung der Luftdurchlässe zu vermeiden. Die stets im Stein befindliche Feuchtigkeit neigt dazu, in Gas überzugehen, wenn die Außenfläche von der Sonne erwärmt wird, wodurch der Dampfdruck große innere Wärmespannungen erzeugt, die im Stein, Ziegel oder Beton Risse und Ablösungen hervorrufen können.

2. Isolierung gegen Feuchtigkeit, Schadstoffe und sauren Regen

Es können Acrylpolymerkunststoff, ein Silan oder andere wasserdichte Materialien verwendet werden, wobei einige unter schwierigen und wechselnden Bedingungen bessere Eigenschaften haben als andere. Das Luftinjektions-Prinzip bewirkt ein tiefes Eindringen, da es nicht auf Einwirken der Schwerkraft oder atmosphärischem Druck allein beruht. Ein wasserdichtender Effekt wird erzielt, wenn ein Steinpartikel von einer klaren, "glasähnlichen" Substanz eingeschlossen wird oder diese absorbiert, die wasserunlöslich und beständig gegen chemischen Angriff ist. Da der einzelne Steinpartikel von dem Konservierungsmittel bedeckt wird, laufen Wasser und saurer Regen ab und können nicht in die Fläche des Bauwerks eindringen. Dies isoliert gegen Erosionskräfte durch Schwefelsäure.

3. Isolierung gegen innere Spannungen, die Risse und Ablösungen zur Folge haben

Die im Stein befindliche, innere Feuchtigkeit muß einen Weg finden, damit der Dampfdruck entweichen kann. Wenn Ziegel angestrichen werden, bricht die Farbe nach sechs Monaten bis zu einem Jahr infolge des Dampfdrucks auf, woraufhin sich die Farbe ablöst. Wenn Teer eine Brüstungswand abdeckt, bricht er nicht nur auf, sondern die Dampfwirkung läßt Ziegel, Mörtel und Beton pulverisieren. Die Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeits-Luftinjektion des erfindungsgemäßen Konservierungsverfahrens erzeugt durch die tiefe Imprägnierung eine dünne Bienenwabenmembran um die Hohlräume, so daß innerer Druck infolge von Wärmespannungen zwischen den behandelten und unbehandelten Steinen freigeben zu können.

4. Innere Isolierung, die vermeidet, daß in dem Stein Salze und Chloridionen in Lösung und Kristallisation gehen

Alle Kalksalze (Zement enthält über 62% Kalksalze) oder Chloridionen tief im Bauwerk werden mit der erfindungsgemäßen tiefen Wasserdichtigkeit daran gehindert, in Lösung zu gehen, da keine Feuchtigkeit in flüssiger Form durch die Außenflächen eintritt, wobei dennoch die Permeabilität von Gasen in den bereits behandelten Flächen gewährleistet ist, da die Luftdurchlässe unblockiert bleiben.

5. Isolierung gegen das Eindringen äußerer im Winter eingesetzter Enteisungssalze

Es hat bereits Schäden in unzähligen Millionen an Bewehrungsstählen und Beton von Straßendecken und auf Parkdecks gegeben. Das tiefe Eindringen des Konservierungsmaterials versiegelt die Außenfläche der Hohlräume wirkungsvoll und isoliert den Stahl und den Stein gegen einen solchen Angriff.

6. Isolierung gegen äußeren Frost

Frostzyklen, die normalerweise Risse hervorrufen, haben wenig oder keine Wirkung, da eine vielschichtige Luftbarriere vorliegt, die als perfekter Isolator wirkt.

7. Isolierung gegen äußere Frost-Tau-Zyklen

Frost-Tau-Zyklen würden wegen des Vorliegens der tiefliegenden isolierenden Luftbarriere dieselben Wirkungen haben wie oben beschrieben. Flach eindringende Überzüge können keinen Widerstand gegen diese Kräfte bieten. Frostkräfte werden nicht von einem dünnen Schutzüberzug isoliert, noch können die Tau-Dampfdrücke durch blockierte Luftpassagen in den Stein entweichen. Aus diesem Grund haben die nach herkömmlicher Weise aufgebrachten Beschichtungen bestenfalls einen kurzzeitigen Schutz gewährt.

8. Isolierung gegen Haarrisse, Entwicklung von Festigkeit durch Konsolidierung des Molekularverbundes

Acrylpolymerkunststoff, sowie einige Silane sind dafür bekannt, daß sie Risse im Ziegel-Mörtel und Beton verschließen und festigen können. Der Acrylkunststoff kann wie ein Leim den Molekularverbund des Steins verstärken und hat das Erfordernis des Reparierens oder Ersetzens von Ziegel reduziert. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Injektionsverfahrens kann ein zersetztes Denkmal vor weiterer Zerstörung durch sauren Regen und die Elemente bewahrt werden.

9. Isolierung gegen Graffiti-Angriff

Da die Steinpartikel bereits Acrylkunststoff absorbiert haben (unempfindlich gegen chemischen Angriff), können sie keine weiteren Substanzen wie Magic Markers oder Farbspray absorbieren. Silane sind wirkungslos gegen Graffiti. In dieser Hinsicht bietet der injizierte Stein mit tiefer Penetration mit verschiedenen Drücken und Viskositäten einen atmungsfähigen Steinschutz gegen inneren Druck, während die Außenflächen durch den klaren und durchsichtigen Acryl gegen Graffiti-Angriff geschützt sind.

10. Isolierung gegen Energieverluste (Wärme und Klimatisierung)

Die New York University führte einen unabhängigen Test an einer 50 Jahre alten Gebäudewand aus und fand, daß durch den Einschluß von Luftzellen in das Gestein infolge des Injektionsprozesses, wie in der US-PS 4 395 457 beschrieben, die Wärmeverluste (ähnlich die Klimatisierungsverluste) durch die Gebäudewand um 60% reduziert wurden.

11. Isolierung gegen Konservierungs- oder Farbrisse oder Farbablösung auf Holz, Stuck oder anderen Strukturen.

Das Verfahren der Hochgeschwindigkeits-Impuls- oder geradlinigen bzw. gleichförmigen Flüssigkeits-Luft- Injektion sollte nicht begrenzt sein auf Stein und/oder Beton mit eingebettetem strukturellen Stahl oder Bewehrungsstahl. Das Injektionsverfahren kann auch dazu benutzt werden, hölzerne Strukturen zu schützen. Es kann verwendet werden, um ein tieferes Eindringen von Beize oder Farbe zu erreichen. Das vor Ort durchgeführte Injektionsverfahren kann verglichen werden mit der chemischen Druckbehandlung von Holz in einem Werk. Die Injizierung des flüssigen Konservierungsmaterials kommt einem langlebigen Anstrich gleich.

Wirkungsprinzipien des erfindungsgemäßen Stahlkonservierungsverfahrens

Um ein Konservierungsmittel gegen die Kräfte von Rost und Zerfall von Stahl zu entwickeln, wurden bestimmte Charakteristiken, die von konventionellen Beschichtungen abweichen, gebildet, um eiserne Stahlflächen zu schützen. Es wird eine Mischung, die Erdöl- Kohlenwasserstoff enthält, verwendet. Nach der Injektion bildet die Verdampfung der Lösung einen stetigen, gut anhaftenden, flexiblen Überzug. Der Film besteht aus zahllosen ölähnlichen Tröpfchen, die durch intermolekulare Anziehung zusammengehalten sind. Die Schicht bleibt wegen ihres Aufbaus über eine lange Zeitspanne weich und biegsam. Sie wird nicht durch photochemisch zerstörende Sonnenstrahlen beeinträchtigt, da die Polymere beständig gegen UV-Licht sind. Das Stahlkonservierungsmittel schafft eine durchgehende wasserabstoßende Oberfläche, so daß Wasser, Feuchtigkeitskondensat und Sauerstoff nicht zur Stahlfläche durchdringen können.

1. Isolierung gegen chemischen Angriff

Das Stahlkonservierungsmittel dient zur Bekämpfung der Korrosionskräfte von saurem Regen und ist wegen der Polymere bei Anwesenheit von Kalksalzen beständig gegen chemischen Angriff.

2. Isolierung gegen galvanische und elektrolytische Vorgänge

Die intermolekulare Anziehung der Beschichtung, gekoppelt mit einem mechanischen Verbund mit dem Stahlsubstrat, gewährleistet den kontinuierlichen Film, der erforderlich ist, um einen elektrischen Kontakt zu verhindern.

3. Isolierung gegen Sonnenhitze und -strahlung

Das Stahlkonservierungsmittel verhindert die Wärmeleitung. Der Isoliereffekt durch die Luftbarrieren im Stein verringert den Temperaturanstieg infolge der Sonnenwärme.

4. Isolierung gegen Temperaturänderungen, die Kristallisation und Brüchigkeit verursachen können

Untersuchungen an der Lehigh Universität belegen die Beziehung zwischen der Korrosionsstärke, Entstehung von Ermüdungsrissen und der Geschwindigkeit elektrochemischer Reaktionen in Hochfestigkeitsstählen. Die Einflüsse von Temperatur- und Belastungsänderungen stehen in direkter Beziehung zur Festigkeit und Haltbarkeit der Stähle. Die Isolierung gegen Temperaturänderungen durch das Stahlkonservierungsmittel auf dem Stahl und die Luftbarrieren in dem Stein können die Kristallisation und Brüchigkeit reduzieren.

5. Isolierung gegen Stahlexpansion und -kontraktion

Das Prinzip gemäß dem obigen Punkt 3, das den Stein gegen Hitze isoliert, isoliert in gleicher Weise den Stahl gegen größere Expansion und Kontraktion, die insbesondere durch Erderwärmung infolge des Treibhaus-Effektes entsteht.

6. Isolierung gegen Feuchtigkeit und Sauerstoffangriff auf die Stahlfläche

Die gut haftende, flexible Beschichtung erlaubt die Bewegung des Stahls, das Expandieren und Kontrahieren ohne Aufbrechen der Schutzschicht. Dadurch ist der Eintritt von Feuchtigkeit und Sauerstoff zur Entwicklung galvanischer Prozesse verhindert. Der isolierte und wasserdichte Beton hindert Feuchtigkeit, sauren Regen oder Straßensalze am Eintritt in die Fläche zu dem Stahl.

7. Isolierung gegen in Lösung befindliche Salze

Das Stahlkonservierungsmaterial, das undurchdringlich für Salze und chemischen Angriff auf den Stahl ist, bietet mit zusätzlicher Isolierung und Trockenheit des den eingebetteten Stahl umgebenden Steins eine verbesserte Isolierung gegen Salze sowohl von innen als auch von außen.

8. Isolierung gegen Stahlrost und Expansion

Unter Berücksichtigung der obigen Isolierfaktoren gewährleistet das Fehlen von elektrolytischen und galvanischen Prozessen Sicherheit gegen Wasserstoffionenfreigabe, wodurch die Entwicklung von Rost und der Verlust von Zugfestigkeit verhindert sind.

9. Isolierung gegen Steinrissse und Loslösung durch verrostete Stahleinlagen

Die Verhinderung von Eisenoxid und die Vermeidung der Expansion von Rostschichten auf dem Stahl vermeiden die Spannungen, die bisher stahlbewehrte Bauwerke beeinträchtigt haben.

Wirkungsprinzipien des erfindungsgemäßen kombinierten Stahl- und Steinkonservierungsverfahrens

Die Erfindung stellt ein billiges Verfahren der Behandlung und Konservierung der inneren Stahlstruktur in verstärktem Beton sowie von Stahlkonstruktionen bereit, wobei sichergestellt ist, daß die Steinoberfläche geschützt, verstärkt und gegen die Elemente isoliert ist, und zwar durch Luftinjektion des Schutzmaterials, ohne die Außenfläche des vertikalen oder horizontalen Bauwerks aufzubrechen oder zu beeinträchtigen.

1. Durch Kombination der zwei Technologien der Konservierung von Stein und Stahl ist es möglich, ein einziges Konservierungsmaterial mit einer Injektion für beide Oberflächen zu verwenden. In diesem Fall wird das einzige Schutzmittel mit einer höheren Luftgeschwindigkeit je nach Tiefe des eingebetteten Stahls in dem Stein injiziert, gefolgt von derselben Injektion mit einer geringeren Geschwindigkeit, um den Stein, der sich vor dem Stahl befindet, zu schützen. Die Luftgeschwindigkeitskraft kann in Form von Impulsen oder mit stetigen Luftströmen in Abhängigkeit von der Eindringbarkeit aufgebracht werden.
2. Bei Verwendung von mehr als einem Schutzmittel, d. h. einem Schutzmittel für Stein und einem weiteren für Stahl, wird das Stahlschutzmittel zuerst mit höherer Geschwindigkeit injiziert, gefolgt von einer zweiten, getrennten Injektion mit dem Steinschutzmittel mit abweichenden Geschwindigkeiten, wie oben beschrieben, um den bereits dargelegten Isoliereffekt zu erzielen. Zwischen den beiden Beschichtungen kann ein Zwischenreinigungsvorgang erfolgen, falls erforderlich.
3. Wenn weder Bewehrungsstahl noch Konstruktionsstahl vorhanden sind, kann das Steinschutzmittel mit einer einzigen Injektion aufgebracht werden, wobei das flüssige Material mit unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten eingebracht wird. Die unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten rufen eine Mehrschichtbarriere in dem Stein hervor. Die Bedienungsperson kann die Barriere aus Konservierungsmaterial durch einfaches Anheben oder Bewegen der Injektionsdüse weg von der Oberfläche um 2,5 cm oder mehr herstellen. Dies verändert auch die Eindringtiefe.

Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Eine geeignete Vorrichtung zum Injizieren von flüssigem Konservierungsmaterial in das Bauwerk enthält zwei Rohrleitungen, eine für das flüssige Konservierungsmaterial und das andere für die Druckluft. Die Rohrleitungen haben Auslässe für ihre jeweiligen Fluide und sind so zueinander positioniert, daß der Luftstrom im wesentlichen gleichzeitig mit der Aufbringung des flüssigen Konservierungsmaterials auf diese Bauwerksfläche gerichtet ist. Die Rohrleitungen enthalten in Längsrichtung sich erstreckende Bauteile, wobei sich ihre Auslässe seitlich zueinander erstrecken. Die Rohrleitungen können an einem Träger befestigt sein, der Einrichtungen zur Lieferung von Druckluft und des flüssigen Schutzmaterials zu den Rohrleitungen enthält. Ferner sind Mittel zur Zufuhr des flüssigen Konservierungsmaterials zur Bauwerksfläche in Form eines Flüssigkeits-Luft-Stromes oder eines Flüssigkeitsstromes, zur Schwerkraftzufuhr oder mit Druck, je nach Steinbeschaffenheit, vorgesehen. Das Verfahren und die Vorrichtung sind zum Aufbringen flüssiger Konservierungsmaterialien sowohl auf vertikale als auch auf horizontale Flächen geeignet.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung eines Straßenbetts;

Fig. 1A einen Teil eines anderen Bauwerks, nämlich eines Gebäudes;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Behandlung vertikaler Flächen;

Fig. 3A eine vertikale Wand eines anders aufgebauten Bauwerks und

Fig. 4 eine Ansicht des Endes der Luftrohrleitung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Detaillierte Beschreibung

Es wurde entdeckt, daß verstärkte Wandstrukturen mit eingelagertem Verstärkungsstahl oder Stahlkonstruktionselemente wie Stahlstützen, I-Träger oder Winkel wirkungsvoll gegen beeinträchtigende Wirkungen dadurch, daß sie den Elementen ausgesetzt sind, geschützt werden können. Dieses Ausgesetzt-Sein führt zum Zerbröckeln oder zu anderer Verschlechterung der Mauerwerkskörner des Bauwerks sowie zum Rosten und Zugfestigkeitsverlust der Stahlkonstruktion oder des Bewehrungsstahls. Die Hauptursachen solcher Schäden sind saurer Regen, Salze, die sich in den Bauwerken befinden, andere Schadstoffe in der Atmosphäre sowie Temperaturänderungen, die Wärmespannungen erzeugen, wodurch Risse und andere Schäden in Bauwerken wie Straßen, Gebäuden, Brücken, Tunneln und sogar Kunstbauwerken hervorgerufen werden.

Fig. 1 zeigt als Gebäudekonstruktion 10 ein Strraßenbett mit einer Asphaltschicht 12 auf einer Betonbasis 14 oder einem gerade harten Beton 13, der durch lange Stahlstäbe 16 verstärkt ist. Fig. 1A zeigt eine Bauwerkskonstruktion 10a, hier ein Teil eines Gebäudes mit zwei Mauersteinschichten 15, die durch Mörtel 17 verbunden und durch einen strukturellen I-Träger, Winkel etc. 19 verstärkt sind. Eine Vorrichtung 18 enthält ein Luftleitungsrohr 20 und ein Flüssigkeitsleitungsrohr 22, abgedeckt von einer Ummantelung 24. Ein flüssiges Konservierungsmaterial wird dem Flüssigkeitsleitungsrohr 22 aus einer Flüssigkeitszufuhrquelle 26 über eine Pumpe 28 und ein Rohr oder einen Schlauch 30 zugeführt. Druckluft wird unter hoher Geschwindigkeit von einem Luftkompressor 32 über ein Rohr oder einen Schlauch 34 dem Luftleitungsrohr 20 zugeführt.

Wie Fig. 2 zeigt, ist das Luftleitungsrohr 20 ein langgestrecktes Rohr 36 mit Auslaßdüsen 38, die seitlich voneinander entlang der Länge des Rohres 36 beabstandet sind. In ähnlicher Weise ist das Flüssigkeitsleitungsrohr 22 ein langgestrecktes Rohr 40 mit Auslaßdüsen 42, die seitlich in Längsrichtung des Rohres 40 voneinander beabstandet sind. Die Enden der Rohre 36 und 40 sind verschlossen mit Ausnahme einer Flüssigkeit- Luft-Einlaßeinrichtung 43, die an dem Einlaßende des Rohres 40 befestigt ist.

Fig. 1 zeigt am besten, daß die Leitungsrohre und ihre jeweiligen Auslaßdüsen so zueinander angeordnet sind, daß Druckluft aus den Auslaßdüsen 38 auf das flüssige Konservierungsmaterial aus den Auslaßdüsen 42 auf denselben Bereich der Fläche 44 des Bauwerks 10 auftreffen kann, auf den das flüssige Konservierungsmaterial aufprallt, und wobei dies etwa zur gleichen Zeit geschieht. Die Luft aus der Düse 38 fließt um das Rohr 40 herum.

Das flüssige Konservierungsmaterial wird vorzugsweise in Form eines Flüssigkeits-Luft-Stromes zu dem Flüssigkeitsleitungsrohr 22 befördert. Zu diesem Zweck enthält, wie am besten Fig. 4 zeigt, eine Flüssigkeits-Luft-Einlaßeinrichtung 43 ein T-förmiges Bauteil mit einem Flüssigkeitseinlaßzweig 46 und einem Lufteinlaßzweig 48. Luft von dem Luftkompressor 50 (Fig. 2) strömt über die Leitung 45 durch den Zweig 48 (Fig. 4), trifft mit dem ankommenden flüssigen Konservierungsmaterial aus dem Zweig 46 zusammen, was zu einem Flüssigkeits-Luft-Strom führt, der in das Rohr 40 der Flüssigkeitsrohrleitung 22 strömt und aus den Auslaßdüsen 42 austritt. Es könnte auch ein luftloser Flüssigkeitsstrom angewendet werden unter Eliminierung der Leitung 45, des Lufteinlasses 48 und des kleinen Luftkompressors 50, in Abhängigkeit von dem Druck, der zum Eindringen durch die Dichte und Porosität des Bauwerks erforderlich ist.

Gemäß Fig. 2 sind die oben beschriebenen Teile der Vorrichtung 18 vorzugsweise an einer Transporteinrichtung 54 mit Handgriff 56 und Rädern 58 befestigt. Auf diese Weise kann die Vorrichtung in Längsrichtung des Bauwerks bewegt werden, um flüssiges Konservierungsmaterial über die gesamte Länge auf das Bauwerk aufzubringen. Die Rohre 36 und 40 können in der Länge variieren zur Anpassung an unterschiedliche Bauwerksbreiten, die mit dem flüssigen Konservierungsmaterial imprägniert werden sollen. Einstellrollen 60 sind ebenfalls vorgesehen, um den Abstand der Enden der Flüssigkeitsdüsen 42 von der Fläche 44 der Bauwerkskonstruktion, die einer Behandlung mit dem Konservierungsmaterial unterzogen wird, einstellen zu können. Der Kompressor 32 kann an der Transporteinrichtung 54 befestigt sein, jedoch ist er vorzugsweise an einer eigenen Transporteinrichtung (nicht dargestellt) wegen seiner Größe befestigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind als Konservierungsbehandlung sowohl für vertikale Flächen als auch für horizontale Flächen von Bauwerken geeignet, wie die Fig. 3 und 3A zeigen. Die Leitungsrohre sind zweckmäßigerweise tragbar und zur manuellen Handhabung angeordnet, anstatt an einer Transporteinrichtung 54 gemäß Fig. 2 befestigt zu sein.

Beim Betrieb der Vorrichtung 18 (Fig. 1) werden die Rohrleitungen 20 und 22 in Längsrichtung über die Fläche des Gebäudes bewegt, während stetig Flüssigkeitskonservierungsmaterial und Druckluft von den Düsen 38 und 42 auf die Fläche des Bauwerks abgegeben werden. Die Druckluft hoher Geschwindigkeit spritzt das flüssige Material in den Bauwerkskörper, beschichtet die Flächen der Hohlräume der Mauerwerkskörnung sowie die Oberflächen des Konstruktionsstahls oder Bewehrungsstahls des Bauwerks. Damit wird Konservierungsmaterial auf die inneren Teile der Bauwerkskonstruktion einschließlich der Stahleinlage aufgebracht, ohne daß Teile des Bauwerks entfernt oder anderweitig zerstört werden müssen. Die Druckluft wirkt als ein Fluidhammer und treibt in einer Blaswirkung die Flüssigkeit ins Innere des Bauwerks. Der Strom der Druckluft kann auf pulsierende Weise geliefert werden unter Verwendung des Mechanismus, der in der US-PS 4 204 495 des Anmelders der vorliegenden Patentanmeldung offenbart ist, oder mit einem ähnlichen Mechanismus.

Zusätzlich zur Verwendung eines einzigen Materials mit einer einzigen Einspritzung zur Konservierung des Stahls und des Steins liegt es im Rahmen der Erfindung, zwei getrennte und unterschiedliche flüssige Konservierungsmaterialien, eins für den Konstruktionsstahl und Bewehrungsstahleinlage, und das andere für das poröse Steinmaterial zu verwenden. Dies kann unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung geschehen mit der Modifikation, daß ein weiterer Flüssigkeitsbehälter und eine Steuereinrichtung zwischen Behältern zur Zufuhr beider flüssiger Konservierungsmaterialien zu zwei getrennten Flüssigkeitsleitungsrohren 22 auf einstellbare Weise angeordnet sind.

Bei einer solchen Betriebsweise werden zwei getrennte Luftströme entweder aus einem oder zwei Luftstromleitungsrohren 20 verwendet, wobei ein Luftstrom gegen das erste Flüssigkeitsleitungsrohr die Flüssigkeit tief in das Bauwerk zur Beschichtung des Konstruktionsstahls oder der Stahleinlage drückt, während der zweite Strom geringerer Geschwindigkeit die andere Flüssigkeit weniger tief in den Stein des Bauwerks einspritzt, um die Oberflächen der Hohlräume des porösen Steinmaterials des Bauwerks zu beschichten. Ein Zwischenluftstrom kann verwendet werden, um die Flächen der Hohlräume des porösen Materials von jeglichem Flüssigkeitsschutzmaterial für den Stahl zu reinigen, das zuerst in das Bauwerk eingeblasen wurde und vorhanden sein kann. Ein Reinigungsmaterial kann dem Steinschutzmaterial beigefügt sein, womit ein getrennter Zwischenstrom von Reinigungsluft vermieden ist.

Claims

1. Verfahren zur Injizierung eines flüssigen Konservierungsmaterials in ein Bauwerk mit poröser Struktur, wobei ohne die Oberfläche des Bauwerks zu beschädigen,

a) das Konservierungsmaterial auf einen Bereich einer Außenfläche des Bauwerks aufgebracht wird,
b) ein vom Konservierungsmaterial unabhängiger Druckluftstrom auf denselben Bereich des Bauwerks gerichtet wird, und gleichzeitig aufgebracht wird, wobei das flüssige Konservierungsmaterial durch den Druckluftstrom bis zu einer vorgegebenen Tiefe so in die poröse Struktur injiziert wird, daß die Flächen der inneren Hohlräume des porösen Steinmaterials mit dem Konservierungsmaterial beschichtet und ein Auffüllen der Hohlräume mit dem Konservierungsmaterial verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Konservierungsmaterial als Flüssigkeitsstrahl oder als Flüssigkeit-Luft-Strahl auf die Außenfläche aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Konservierungsmaterial ein wasserundurchlässiges Material eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Konservierungsmaterial ein Acrylpolymerkunststoff, ein Silan oder Erdöl-Kohlenwassserstoff eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die poröse Struktur eingebettete Teile aus Bewehrungsstahl aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Konservierungsmaterial als Flüssigkeitsstrahl oder als Flüssigkeit-Luft-Strahl auf die Oberfläche aufgebracht wird, und die Außenflächen des eingebetteten Stahls sowie die Hohlräume der porösen Struktur mit dem flüssigen Konservierungsmaterial beschichtet werden.

6. Verfahren zur Konservierung von Bauwerken mit poröser Struktur und eingebettetem Bewehrungsstahl, in dem

a) ein flüssiges Stahlkonservierungsmaterial auf einen Bereich der Außenfläche der porösen Struktur aufgegeben wird;
b) gleichzeitig mit dem Schritt a) ein unabhängiger Druckluftstrom auf denselben Bereich der Außenfläche aufgebracht wird, wobei das flüssige Konservierungsmaterial zerstäubt wird und in die poröse Struktur eingebracht wird sowie die Stahlteile mit dem Stahlkonservierungsmaterial beschichtet werden,
c) anschließend ein flüssiges Steinkonservierungsmaterial auf den Bereich der Außenfläche aufgegeben wird; und
d) ein Druckluftstrom auf den Bereich der Außenfläche des Steinmaterials gerichtet wird, so daß er gleichzeitig mit dem Steinkonservierungsmaterial auftrifft und dieses zerstäubt und in die poröse Struktur injiziert, so daß die Flächen der inneren Hohlräume des porösen Steinmaterials mit dem flüssigen Konservierungsmaterial beschichtet werden und ein Auffüllen der Hohlräume verhindert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an Schritt b)

b′) eine Reinigungsflüssigkeit auf die Außenfläche des Bauwerks aufgebracht wird, und
b″) gleichzeitig mit dem Aufbringen der Reinigungsflüssigkeit ein Druckluftstrom mit ausreichender Geschwindigkeit und Kraft auf die Außenfläche des Steinmaterials aufgebracht wird, um restliche Teile des Stahlkonservierungsmaterials zu entfernen, die noch an den Flächen der Hohlräume des porösen Steinmaterials haften.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konservierungsmaterial für das poröse Steinmaterial des Bauwerks eingesetzt wird, das ausreichende Reinigungsbestandteile enthält, um restliche Teile des Stahlkonservierungsmaterials zu entfernen, die noch an den Flächen der Hohlräume des porösen Steinmaterials des Bauwerks haften.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckluftstrom zur Aufbringung des flüssigen Stahlkonservierungsmaterials mit größerer Geschwindigkeit aufgebracht wird als der Druckluftstrom für die Beschichtung der Hohlräume der Steinstruktur.

10. Vorrichtung zum Injizieren eines flüssigen Konservierungsmaterials in ein Bauwerk mit poröser Struktur zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 6, gekennzeichnet durch
eine erste Rohrleitung (22) zur Aufbringung des flüssigen Konservierungsmaterials durch mehrere beabstandete Auslässe (42) in der ersten Rohrleitung auf eine zu behandelnde Außenfläche;
und eine zweite Rohrleitung (20) zur Aufbringung eines Druckluftstrom durch mehrere beabstandete Auslässe (38) in der zweiten Rohrleitung auf die zu behandelnde Außenfläche, wobei die erste und zweite Rohrleitung so zueinander angeordnet sind und so betrieben werden, daß die Flüssigkeit unter Druck und der Druckluftstrom gleichzeitig auf denselben Bereich der Oberfläche gerichtet sind, wobei das flüssige Konservierungsmaterial durch den Druckluftstrom zerstäubt wird und dazu gebracht wird, bis zu einer erheblichen Tiefe unter die Oberfläche in die poröse Struktur einzudringen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftrohrleitung (20) so zu der Flüssigkeitsrohrleitung (22) positioniert ist, daß der Druckluftstrom aus den beabstandeten Auslässen (38) in der Luftrohrleitung um die Flüssigkeitsrohrleitung (22) fließt und im wesentlichen in demselben Bereich und zur gleichen Zeit auf die Oberfläche auftrifft und das flüssige Konservierungsmaterial in die Struktur injiziert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsrohrleitung (22) zumindest eine Flüssigkeitszuführung enthält, die Auslässe (42) besitzt, die sich beabstandet darauf erstrecken, und
daß die Luftrohrleitung (20) zumindest eine Zuleitung für die Druckluft enthält und Auslässe (38) besitzt, die sich in einem Abstand zueinander darauf erstrecken.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeitsrohrleitung (22) zumindest eine sich in Längsrichtung erstreckende Flüssigkeitszuführung enthält, die Auslässe besitzt, die in Längsrichtung darauf in einem Abstand zueinander angeordnet sind, und
daß die Luftrohrleitung (20) zumindest eine sich in Längsrichtung erstreckende Zuführung für die Druckluft enthält, die Auslässe besitzt, die in Längsrichtung beabstandet sind und sich entlang der Länge der Luftleitung erstrecken.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
sie außerdem eine erste Zuleitung zur Übertragung des flüssigen Konservierungsmaterials in die Flüssigkeitsrohrleitung (22); und
eine zweite Zuleitung zur Übertragung des Druckluftstroms hoher Geschwindigkeit in die Luftrohrleitung (20) aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
sie außerdem eine Transporteinrichtung (54) aufweist, auf der eine erste und eine zweite Luftrohrleitung (20) befestigt sind; und
wobei die erste Zuleitung zur Übertragung des flüssigen Konservierungsmaterials in die Flüssigkeitsrohrleitung (22) auf der Transporteinrichtung (54) befestigt ist; und
die zweite Zuleitung zur Übertragung des Druckluftstroms in die Luftrohrleitung (20) auf der Transporteinrichtung (54) befestigt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zuleitung geeignet ist, das flüssige Konservierungsmaterial als Flüssigkeitsstrahl oder als Flüssigkeit-Luft-Strahl zuzuführen, und wobei die zweite Zuleitung geeignet ist, den Druckluftstrom in Form eines gleichförmigen Luftstroms oder eines pulsierenden Luftstroms zuzuführen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Ummantelung aufweist, die sowohl die erste als auch die Luftrohrleitung (20) überdeckt, mit Ausnahme des Bereichs, der sich mit den beabstandeten Auslässen auf einer Linie befindet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (54) außerdem Vorrichtungen enthält, um die Transporteinrichtung in jede Richtung zu bewegen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Flüssigkeitszuleitung und zumindest eine Zuleitung für die Druckluft verstellbar in bezug auf die zu behandelnde Fläche sind.