DE69002404T2 - Verfahren zur elektrochemischen Behandlung von porösen Baumaterialien, insbesondere für das Trocknen und die Realkalisation. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Behandlung von feuchten porösen Baumaterialien od.dgl., welches die im Oberbegriff von Anspruch 1 spezifizierten Merkmale aufweist.
• Viele übliche Baumaterialien, wie zum Beispiel Beton, Gips, Ziegelsteine, bestimmte Arten von Steinen und viele isolierende Materialien haben ein kapillares Porensystem. Diese Porensysteme können sich in vielen Fällen mit Wasser füllen, und zwar insbesondere dann, wenn diese Materialien mit einer Feuchtigkeitsquelle in Berührung stehen, wie zum Beispiel feuchtem Boden od.dgl. In vielen Fällen verursacht das langfristige Anhalten solcher feuchten Zustände in dem Baumaterial unerwünschte Umgebungsbedingungen und/oder die potentielle Möglichkeit einer Beschädigung dieser Materialien.
• Bekannte Verfahren für die Trocknung von gesättigten porösen Materialien haben sich als wenig zufriedenstellend herausgestellt. Eine der klassischen Methoden besteht in dem kombinierten Einsatz von Heizung und Belüftung. Jedoch sind solche Verfahren nicht nur sehr langsam, sie verbrauchen auch eine große Menge Energie. Außerdem ergibt sich bei allen Verfahren, in denen Wärme eingesetzt wird, die Begleiterscheinung einer möglichen thermisch bedingten Verwindung und/oder Rißbildung in der entsprechenden Struktur.
• Ein weitere Technik für die Ausscheidung von Wasser aus porösen Materialien ist die Elektroosmose (GB-A-2 101 188). So ist es zum Beispiel bekannt, daß die Wände der Kapillaren in den meisten üblichen Baumaterialien mit einem elektrisch geladenen adsorbierten Wasserfilm bedeckt sind, der manchmal als elektrische Doppelschicht bezeichnet wird. Es wurde herausgefunden, daß, wenn ein solcher poröser Körper einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, ein Teil dieser sogenannten Doppelschicht dazu neigt, unter dem Einfluß des Feldes zu wandern. Ein Teil der ungebundenen Flüssigkeit in den Poren wird mitgeschleppt, was zu einer wesentlichen Reduzierung des internen Feuchtigkeitsgehaltes des porösen Körpers führen kann.
• Ungeachtet der theoretischen Attraktivität des Verfahrens der Elektroosmose, hat ihr Einsatz in der Praxis ernsthafte Nachteile bewiesen. Einer der Gründe hierfür liegt in dem extrem niedrigen Wirkungsgrad, der mit konventionellen Systemen erreicht wird. In diesem Zusammenhang erfordert die Beaufschlagung einer elektrischen Ladung auf die Wand eines porösen Baumaterials üblicherweie den Einsatz von Elektroden, welche in dem porösen Material enthalten oder darin installiert sind und die mit Hilfe des Materials mit einer Erdungselektrode verbunden sind. Sobald die Elektroden polarisiert sind, erfolgt eine Wanderung von Wassermolekülen zu der negativen Elektrode. Nach einer gewissen Betriebs zeit des Systems bilden sich jedoch zusammenhängende Gasschichten an den Elektroden, üblicherweise Wasserstoffgas an der Kathode, und in anderen Fällen entstehen Oxide, Sulfide oder andere Schichten, die durch elektrochemische Reaktionen an der Oberfläche der Elektroden entstehen. Diese Schichten haben einen hohen elektrischen Widerstand, was zu einer Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften des Systems führt und niedrige Wirkungsgrade im Betrieb verursacht.
• Ein weiteres wesentliches Problem, das bei der klassischen Elektroosmose auftritt, ergibt sich aus der Tatsache, daß die positiv geladenen Elektroden des Systems einem hohen Grad der elektrolytischen Korrosion ausgesetzt sind. In Fällen, in denen die Elektroden spezifisch für diesen Zweck vorgesehen sind, bewirkt eine solche Korrosion anfänglich eine Reduzierung des Wirkungsgrades des Systems und verursacht schließlich eine vollkommene Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit an der Elektrode. In vielen Fällen erweist es sich jedoch als zweckmäßig, die internen Stahlarmierungen als positive Elektrode zu benutzen. In einem solchen Fall kann die starke Korrosion der positiven Elektrode sehr schädliche Auswirkungen auf die eigentliche Struktur haben.
• Es wurde vorgeschlagen, (zum Beispiel in der schwedischen Patentanmeldung Nr. 86/01888-4 vom 24. April 1986 und in der GB-A-2 101 188) Entladungsstöße mit rasch wechselnden asymmetrischen Wellenformen einzusetzen, um eine Elektroosmose zu bewirken. Ein solches Verfahren erwies sich jedoch im allgemeinen als unpraktisch, da die extrem hohe Zyklusrate große Energieaufladungen und starke RF- Interferenzstrahlungen verursacht.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiges und verbessertes System und ein Verfahren vorgeschlagen, um die elektroosmotische Trockung von porösen Strukturen in einer Weise durchzuführen, die es erlaubt, die Probleme zu vermeiden, welche sich normalerweise aus der Polarisierung der Elektroden und dem damit einhergehenden verlust des Wirkungsgrades und/oder der Beschädigung des Systems oder sogar der Struktur selbst ergeben. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Fundamentwände und ähnlich geartete Strukturen. Sie ist zum Beispiel besonders vorteilhaft, um die Porenflüssigkeit in feuchten Kellerwänden zu verringern. Andere Strukturen, bei denen die Erfindung in vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann, sind zum Beispiel wassertanks aus Beton, stützwände, Brückendecks, strukturelle Säulen, usw. Im allgemeinen kann die Erfindung in zweckmäßiger Weise in Verbindung mit allen Arten von Strukturen aus Beton oder anderen porösen Baumaterialien eingesetzt werden, welche mit Wasser in Berührung kommen und durch kapillare Wirkung beschädigt werden können.
• Bestimmte Aspekte der Erfindung sind ebenfalls nützlich für die Realkalisation von Stahlbeton, der durch Saturation mit Kohlendioxyd versäuert worden ist.
• Zum besseren Verständnis der oben genannten und anderer Merkmale und Vorteile der Erfindung wird Bezug genommen auf die nachstehende detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen und auf die beigefügte Zeichnung.
• Fig. 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines idealisierten Spannungs-/Zeitdiagramms, das den Betrieb eines erfindungsgemäßen elektroosmotischen Systems darstellt.
• Die Fig. 2 und 3 zeigen fragmentarische Querschnitte, welche den Einsatz eines erfindungsgemäßen Systems in Verbindung mit einer typischen oberirdischen Struktur darstellen.
• Die Fig. 4 bis 6 zeigen fragmentarische Querschnitte, welche den Einsatz des erfindungsgemäßen Systems in Verbindung mit typischen unterirdischen Strukturen, wie zum Beispiel Fundamenten darstellen.
• Fig. 7 zeigt ein vereinfachtes typisches Spannungs/Zeitdiagramm eines Bezugsspannungszyklus, der sich aus einer bevorzugten Einsatzart der Erfindung ergibt und das dazu verwendet werden kann, den Betrieb des elektroosmotischen Systems zu regeln.
• In Fig. 2 der Zeichnungen kennzeichnet die Bezugsnummer (10) eine Wandstruktur aus Beton, welche eine armierte Stützwand od.dgl. sein kann und die einer Feuchtigkeitsguelle ausgesetzt ist und sich wahrscheinlich mit Porenwasser vollsaugen wird. In der Darstellung der Fig. 2 ist die Betonwand mit einer klassichen inneren Armierung (11) ausgerüstet.
• Um die Wand (10) elektroosmotisch zu behandeln, ist es zweckmäßig, die innere Stahlarmierung als positive Elektrode oder Anode des Systems einzusetzen. Um einen kompletten Stromkreis zu einer negativen Elektrode herzustellen, ist es in dem dargestellten System von Vorteil, eine elektrolytische Mörtelschicht oder eine andere geeignete poröse leitende Beschichtung (12) auf eine freiliegende Fläche der Wand (10) aufzutragen. Die Beschichtung (12) aus leitendem Mörtelschlamm enthält typischerweise eine eingebettete Elektrode (13), welche die Form eines Drahtgitters od.dgl. haben kann. Eine kontrollierte Energiequelle (14) ist über Leiter (16) an die jeweilige negative oder positive Elektrode angeschlossen, um die Beaufschlagung von geregelten Spannungen auf das System zu ermöglichen, wie nachstehend noch beschrieben wird.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird auf die Elektroden (11, 13) eine elektrische Spannung in einer Weise beaufschlagt, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung der elektrischen Spannung über der Zeit eines Betriebszyklus nach der Erfindung. Die Fig. 1 zeigt, daß der Betriebszyklus aus zwei Hauptphasen besteht. In einer ersten Hauptphase wird wird auf die Elektroden (11, 13) eine Gleichstromspannung (17) beaufschlagt, wobei die interne Elektrode (11) die Anode oder positive Elektrode bildet und die Elektrode (13) an der freiliegenden Fläche der Struktur (10) die Kathode oder negative Elektrode darstellt. In der zweiten Hauptphase des Betriebszyklus wird die elektrische Spannung bei (18) umgekehrt, so daß die Elektroden (11, 13) eine umgekehrte Polarität haben und jeweils die Kathode und die Anode werden. Während der ersten oder Hauptphase des Zyklus verursacht der Spannungsimpuls (17) einen Stromfluß in einer Richtung, in der die elektroosmotische Trockung durchgeführt werden kann. Der zweite Impuls (18) entgegengesetzter Polarität wird periodisch beaufschlagt, um in akzeptierbaren Ausmaß die Entstehung von Gasen oder anderen isolierenden Schichten an den Elektroden und/oder die Ausbildung von Korrosionsprodukten zu vermeiden oder zu verringern.
• Zum Zwecke der Durchführung der elektroosmotischen Trockung muß über die gesamte Dauer des Betriebsyklus eine effektive Leistungsaufnahme in geeigneter Richtung vorhanden sein. Daher sollte während dem ersten Spannungsimpuls (17) die Leistungsaufnahme mindestens zweimal so hoch sein, wie die Leistungsaufnahme während dem zweiten Spannungsimpuls (18). Das Verhältnis der Leistungsaufnahme während dem ersten Zyklus sollte in Bezug auf die Leistungsaufnahme während dem zweiten Zyklus maximiert werden, wobei vermieden werden sollte, daß ein Verhältnis einer Größenordnung erreicht wird, bei dem die unerwünschten Auswirkungen der Ausbildung von Gasschichten und/oder eine übermäßige Entstehung von Korrosionsprodukten verursacht werden. Einschlägige Erfahrungen haben gezeigt, daß ein Verhältnis der Leistungsaufnahme von zweimal bis zehnmal wirksam ist, in bestimmten Fällen können jedoch weitaus höhere Verhältnisse eingesetzt werden. In einer vorgegebenen Anlage kann dieses Verhältnis durch den Einsatz eines Oszilloskops optimiert werden, um die Netzleistung beim Anfahren zu regeln. Ein Mikroprozessor kann ebenfalls eingesetzt werden, um die Zyklusperioden kontinuierlich zu optimieren, um so einen optimalen Leistungsgrad zu erreichen.
• Im allgemeinen wird der Spannungsimpuls (17) des ersten Teils des Betriebszyklus die gleiche Größenordnung wie der Spannungsimpuls (18) im zweiten Teil des Betriebszyklus haben. Dementsprechend ist die Leistungsaufnahme in jedem Teil des Betriebszyklus im wesentlichen abhängig von der Zeitdauer des Impulses und die Spannungsverhältnisse hängen von der Dauer des Impulses ab.
• In einer typischen Struktur, auf die das Verfahren angewendet werden kann, wie sie zum Beispiel in Fig. 2 dargestellt ist, kann die Struktur selbst eine ziemlich große Kapazitanz bilden. Daher sieht das erfindungsgemäße Verfahren eine gesteuerte Überleitung der elektrischen Spannung zwischen positiver und negativer Elektrode und umgekehrt vor. Eine solche gesteuerte Überleitung ermöglicht die Ableitung von kapazitiven Lasten und gewährleistet, daß RF-Interferenzstrahlungen weitgehend vermieden werden.
• Normalerweise beträgt die Größenordnung der Spannungsimpulse (17, 18) mindestens 20 Volt Gleichstrom. Theoretisch können auch niedrigere Spannungen eingesetzt werden. Dadurch kann aber die Zeitdauer, die für einen merkbaren Grad der Trockung notwendig ist, übermäßig lang werden. An der oberen Grenze des möglichen Bereiches stellen 40 Volt Gleichstrom ein typisches Maximum dar. Am oberen Ende kann die theoretische Grenze jedoch wesentlich höher als bei 40 Volt liegen. Wenn jedoch die Stärke der Spannung erhöht wird, gewinnen die Aspekte der Sicherheit eine größere Bedeutung. Dementsprechend werden in einem typischen handelsüblichen System Stromspannungen im Bereich von 20 bis 40 Volt Gleichstrom bevorzugt. zweckmäßigerweise wird der Übergang zwischen positiv und negativ (und umgekehrt) so gesteuert, daß mit einer Rate von nicht mehr als etwa 8 Volt pro Sekunde gearbeitet wird, so daß die Übergangsperioden (19, 20) in der Fig. 2 von + 40 Volt auf - 40 Volt oder umgekehrt etwa 10 Sekunden oder mehr in Anspruch nehmen. Diese Zeiträume können, falls gewünscht, empirisch verkürzt werden, sollten aber ausreichend kontrolliert werden, um größere RF-Interferenzstrahlungen zu vermeiden und/oder eine Ableitung von kapazitiven Lasten zu ermöglichen.
• Die Wiederholungsrate des Betriebszyklus kann wesentlich verändert werden. Zweckmäßigerweise läuft er jedoch in der "positiven" Richtung, das heißt in der Richtung, in der die elektroosmotische Ausscheidung von Wasser wirksam ist, so lang wie irgend praktizierbar. In dem bevorzugten System wird der Zyklus dadurch kontrolliert, daß der passivierte/nicht passivierte Zustand der Stahlarmierung im Beton überwacht wird. Dies wird dadurch erreicht, daß man in den Beton eine Referenzhalbzelle einbettet, die zum Beispiel aus Blei/Bleioxyd, Kupfer/Kupfersulphat, Silber/Silberchlorid usw. besteht. Die Halbzelle wird in dem Beton in einem Bereich angeordnet, welcher in der Nähe (in einem Abstand von 10 bis 20 mm) der Stahlarmierung liegt (oder in der Nähe der implantierten Elektroden, wenn das poröse Material keine Armierung enthält). Aufgrund bekannter Zusammenhänge reflektiert das Potential der Halbzelle den passivierten/entpassivierten Zustand der inneren Armierung. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn das Potential der Halbzelle anzeigt, daß der Stahl entpassiviert wird, das Potential mit dem vorerwähnten kontrollierten Übergang umgekehrt und ein umgekehrtes Potential wird vorzugsweise so lange beaufschlagt und aufrechterhalten, bis das Potential der Halbzelle einen zufriedenstellenden passivierten Zustand der Stahlarmierung anzeigt, wonach das positive Potential nach dem vorerwähnten kontrollierten Übergang erneut beaufschlagt wird.
• Unter bestimmten Umständen kann der urspüngliche Zustand des porösen Baumaterials so beschaffen sein, daß eine Kontrolle des Verfahrens ausschließlich in Bezug auf den passivierten oder entpassivierten Zustand der inneren Armierung kein Ergebnis zeigt. In solchen Fällen wird eine Übersteuerungskontrolle durchgeführt, so daß die gesamte in "positiver" Richtung beaufschlagte Energie (elektrische Spannung x Zeitdauer), das heißt in der Richtung, in der die elektroosmotische Trocknung wirksam ist, wenigstens zweimal so hoch ist, wie die elektrische Spannung, die in umgekehrter Richtung beaufschlagt wird. In einem typischen Fall sind die eingermaßen außergewöhnlichen Umstände, unter denen die Kontrolle der Halbzellenelektrode übersteuert werden muß, von relativ kurzer Zeitdauer und verbessern sich im weiteren Prozess. Dementsprechend kann das System an einem beliebigen Punkt im Behandlungsprozess wieder zu der Kontrolle durch die Halbzellenelektrode zurückkehren.
• Die Zeitdauer, welche notwendig ist, um einen gewünschten Grad der Trocknung einer bestimmten Struktur zu erreichen, hängt von vielen Variablen ab, einschließlich der Größe der Struktur und der Rate, mit der die Struktur Wasser aus der Umgebung aufnimmt. In einem Beispiel wurde ein großes und dickwandiges Fundament eines Kraftwerkes von einem Feuchtigkeitsgehalt von 100 % (komplette Sättigung) in einem Zeitraum von etwa 9 Monaten auf etwa 80 % (weitgehend trocken) abgetrocknet, wofür Spannungsimpulse von +/- 40 Volt Gleichstrom eingesetzt wurden. Bei einer typischen Kellerwand eines Wohnhauses, die zum Beispiel eine Wandstärke von etwa 300 mm hat, ist es möglich, innerhalb eines Zeitraumes von zwei Monaten durch die Beaufschlagung von +/- 40 Volt Gleichstrom die Feuchtigkeit von etwa 100 % auf etwa 77 % abzusenken. Das Verfahren ist in dem Sinne schlüssig, daß bei Feuchtigkeitsraten unter 80 % die Leitfähigkeit des Porenwassers ungewiß wird. Die elektroosmotische Wirkung neigt in diesen Fällen. dazu, aufgrund des Mangels der Leitfähigkeit des elektrischen Kreises abzubrechen.
• In einer typischen Kellerwand ist eine Stahlarmierung häufig nicht vorgesehen. In solchen Fällen ist es notwendig, Elektroden in die Wand zu implantieren. Ein vorteilhaftes Muster für die Anordnung solcher Elektroden besteht darin, eine Elektrode in einem Abstand von jeweils 0,5 m in einer horizontalen Reihe etwa über die Hälfte der Höhe der Kellerwand vorzusehen. Üblicherweise ist es notwendig oder zweckmäßig, die Wand zu durchbohren, so daß die Elektroden tief in die Wand eingelagert werden können.
• Die primären und umgekehrten Spannungsimpulse haben vorzugsweise die gleichen Größenordnungen. Dies ist jedoch nicht kritisch und es ist möglich, daß eine der Spannungen eine andere Gößenordnung hat. Um in solchen Fällen eine vorbestimmte Eingangsleistung des primären Spannungsimpulses verglichen mit der Eingangsleistung des umgekehrten Spannungsimpulses zu erreichen, muß die Dauer der Beaufschlagung des niedrigeren Spannungsimpulses ausreichend verlängert werden, um eine gewünschte Übereinstimmung des Verhältnisses der Leistungsaufnahme zu gewährleisten.
• In der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung, welche in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt ist, ist der mit der Bezugsnuminer (14) gekennzeichnete Spannungsgenerator direkt an die Überwachung der Elektroden E1, E2 angeschlossen. Die Elektrode E1 ist direkt an die Stahlarmierung oder eine andere in dem Betonkörper eingebettete Elektrode angeschlossen, während die Elektrode E2 eine Halbzelle mit einer vorbestimmten Zusammensetzung ist und vorzugsweise aus Blei/Bleioxyd hergestellt ist, da solche Halbzellen billig sind.
• Entsprechend der Erfindung wird auf die Armierungsstange (11) eine positive elektrische Spannung beaufschlagt, um eine elektroosmotische Wirkung in dem Betonkörper (10) aufzubauen. Wahrend diese elektroosmotische Wirkung fortdauert, werden die Armierungsstangen (11) in typischer Weise fortlaufend polarisiert und zwar schließlich in einem Ausmaße, in dem die Korrosion der Armierungsstange gefördert wird. Während die Armierungsstange fortlaufend polarisiert wird, wird eine allmählich veränderliche elektrische Spannung zwischen den Elektroden E1, E2 aufgebaut. Der spezifische Wert der elektrischen Spannung hängt von der Zusammensetzung der Halbzelle ab. Das Profil der Spannungs-/Zeit-Kurve der Referenzzelle gegenüber der elektrischen Spannung der Armierungsstange (Fig. 7), welche hier als Referenzspannung gilt, ist ziemlich charakteristisch und kann dafür verwendet werden, die Umkehrung von Spannungen zu kontrollieren, wofür man vorzugsweise einen einfachen Mikroprozessorkreis verwenden wird. Wie man in Fig. 7 sehen kann, steigt, wenn durch die externe Quelle (l4) ein positiver Spannungsimpuls auf die Elektroden beaufschlagt wird, die Referenzspannung anfangs sehr allmählich und danach sehr rasch an, wenn sie sich dem Maximum nähert. Die Referenzspannung bleibt für eine Weile relativ stabil, bevor sie allmählich abfällt, wie dies in Fig. 7 unter der Bezugsnummer (60) gezeigt ist.
• Wenn die Referenzspannung während der kontinuierlichen Beaufschlagung des positiven Spannungsimpulses aus der externen Stromquelle (14) anfängt abzusinken, so zeigt dies an, daß der Stahl in einem Ausmaß entpassiviert ist, daß Korrosion zu einem Problem wird. Die Umkehrung der Referenzspannung wird daher dafür benutzt, einen umgekehrten Spannungsimpuls aus dem externen Generator (14) auszulösen.
• Die Umkehrung der externen elektrischen Spannung verursacht einen relativ starken Abfall der Referenzspannung, wie dies in Fig. 7 unter der Bezugsnummer (61) angedeutet ist, bis diese Referenzspannung einen negativen Wert erreicht. Kurz danach erreicht die Referenzspannung einen gleichbleibenden negativen Wert, wie dies in Fig. 7 unter der Bezugsnummer (62) angedeutet ist. Dieser Zustand zeigt an, daß der Armierungsstahl entpolarisiert und daher erneut passiviert wird. Der gleichbleibende negative Wert kann daher dafür verwendet werden, um die Wiederherstellung eines positiven Impulses (17) aus der externen Stromquelle (14) auszulösen. Dieser Betriebszyklus wird während dem gesamten Behandlungsverfahren ständig wiederholt.
• Die Dauer der Impulse unter der Kontrolle der Halbzellenelektrode kann in sehr weiten Grenzen variieren und hängt von Faktoren wie Feuchtigkeitsgehalt, elektrische vorhandenen oxidierenden und reduzierenden Substanzen ab. In einem typischen Fall kann ein positiver Impuls über einen Zeitraum von bis zu einer Stunde oder sogar über einen ganzen Tag andauern, bevor der Armierungsstahl in einem Ausmaß polarisiert ist, in dem die Korrosion kritisch wird. Entsprechend der Erfindung kann dies durch die Überwachung der Halbzellenspannung automatisch kontrolliert werden.
• Unter gewissen Umständen kann die automatische Kontrolle nur aufgrund der zwischen den Elektroden E1, E2 angezeigten elektrischen Spannung anomale Ergebnisse produzieren. Wenn die Strommenge, welche während dem positiven Impuls beaufschlagt wird, nicht ausreichend größer ist, als diejenige, welche während dem negativen Impuls beaufschlagt wird, werden die primären Ziele der Behandlung weitgehend vereitelt Entsprechend der Erfindung wird daher, wenn die positive Energieaufnahme aufgrund der Kontrolle der Halbzellenelektrode weniger als die Hälfte, der Energieaufnahme während dem negativen Impuls beträgt, die Kontrolle durch die Halbzellenelektrode durch eine Zeitkontrolle des Betriebszyklus ausgeschaltet, so daß in jedem Fall die Dauer der positiven Beaufschlagung mindestens zweimal so lang ist, wie die Dauer der negativen Beaufschlagung.
• Im allgemeinen sind die Umstände, unter denen die automatische Kontrolle der Halbzellenelektrode umgangen werden muß, folgende:
• (a) Der Beton oder die anderen porösen Baumaterialien enthalten große Mengen von Redoxsubstanzen;
• (b) Es besteht ein Problem der "Vergiftung" der Halbzelle aufgrund der Anwesenheit von schädlichen Substanzen, Schimmel oder Bakterien;
• (c) Störende elektrische Zustände beeinflussen die Armierungsstangen, wie zum Beispiel bestimmte Erdungssysteme;
• (d) In dem Kontrollsystem der Halbzelle tritt aufgrund eines Kurzschlusses, eines offenen Stromkreises od.dgl. ein Fehler auf.
• Unter allen oben genannten Umständen wird der Prozess durch eine unterstützende Übersteuerung geregelt, um sicher zu sein, daß die "positive" Energieaufnahme mindestens zweimal so hoch ist, wie die "negative" Energieaufnahme.
• In einer typischen Situation werden die Bedingungen, unter denen die automatische Kontrolle der Halbzelle umgangen werden muß, im Laufe der Behandlung ausgeschaltet. Dementsprechend wird im Normalfall die automatische Kontrolle unter der Überwachung der Halbzellenelektrode zu einem relativ frühen Zeitpunkt während des gesamten Behandlungsprozesses möglich.
• Das erfindungsgemäße System kann in verschiedener Weise für die Behandlung von mit Feuchtigkeit gesättigten Strukturen angewendwt werden. In der in Fig 3 gezeigten Darstellung ist zum Beispiel eine oberirdische Struktur (25), welche von beiden Seiten zugänglich ist, auf einer Seite mit einer porösen elektrolytischen Mörtelbeschichtung (26) und mit einer eingebetteten Elektrode (27) versehen. Die gegenüberliegende Seite der Wand ist mit einer leitenden Beschichtung, wie zum Beispiel einer leitenden Tünche (28) od.dgl., angestrichen Ein programmiertes zyklisches Generatorsystem (14) ist an die Elektroden (27, 28) angeschlossen, welches die leitende Beschichtung (28) als Anode und die eingebettete Elektrode (27) als Kathode verwendet. Wenn das System aktiviert wird, erfolgt eine elektroosmotische Abwanderung von Wasser in die poröse Beschichtung (26). Die Beschichtung (26) sollte eine ausreichend poröse Struktur haben, welche eine einfache Trocknung durch Verdampfung ermöglicht, wenn die Feuchtigkeit aus der eigentlichen Wand in diese Beschichtung wandert.
• In der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist eine unterirdische Struktur, wie zum Beispiel eine Fundamentwand (30) mit einem System aus Armierungsstangen (31) versehen, welche an den programmierten Spannungsgenerator (14) angeschlossen sind. Eine oder mehrere Erdungselektroden (32) werden in der Nähe der Wand (30) in einem gewissen Abstand davon in den Boden (33) versenkt, und diese Erdungselektroden werden an die negative Seite des Spannungsgenerators (14) angeschlossen, um als Kathodenelektrode zu dienen. In der dargestellten Anordnung ist das System der Erdungselektroden (32) an der Seite der Wand (30) vorgesehen, welche von den Armierungsstangen (31) am weitesten entfernt liegt, so daß die elektroosmotische Wirkung auf ein maximales Volumen der Wandstruktur ausgeübt wird.
• In der in Fig. 5 gezeigten unterirdischen Wandstruktur wurde eine Wand (40) ohne innere Armierung hergestellt. In solchen Fällen werden längliche Bohrungen (41) in einem nach unten geneigten Winkel in die Wand eingebracht und Elektroden (42) werden in diese Bohrungen eingebettet. Ein Spannungsgenerator (14) wird mit seiner positiven Seite an die eingebetteten Elektroden (42) angeschlossen, während die negative Seite an eine Erdungselektrode (43) angeschlossen wird, welche in, Form von einem oder mehreren Elektrodenelementen in den Boden (44) eingesenkt ist. In einer typischen Anlage hat sich ein Elektrodenabstand von 0,5 m als geeignet erwiesen.
• In der in Fig. 6 gezeigten Struktur liegt eine Betonwand (50), welche zum Beispiel eine Kellerwand oder eine Stützwand sein kann, an einer einer Fläche (51) frei, während die gegenüberliegende Fläche (53) mit dem Boden (52) in Berührung steht. In einer solchen Anlage wird die freiliegende Fläche (51) der Wand zweckmäßigerweise mit einer elektrolytischen Mörtelschicht (54) beschichtet und mit einem eingebetteten Elektrodengitter (55) versehen, das zum Beispiel die Form eines Maschendrahtes haben kann. Der programinierte Spannungsgenerator (14) ist mit seiner positiven Seite an an die in der Mörtelbeschichtung eingebettete Elektrode (55) angeschlossen, während die negative Seite an ein System von Erdungselektroden (56) angeschlossen ist, die in dem Boden (52) versenkt sind.
• Man wird feststellen, daß sich die in Fig. 6 gezeigte Anordnung von der in Fig. 3 gezeigten Anordnung dadurch unterscheidet, daß die Anschlüsse an den Spannungsgenerator (14) umgekehrt wurden. In dem in Fig. 6 gezeigten System erfolgt die elektroosmotische Wanderung von Wasserpartikeln in der Richtung des umliegenden Bodens. Daraus ergibt sich, daß sich in den verschiedenen Darstellungen der Fig. 2 die Bezugnahmen auf "+" und "-" auf die Polarität des in der Fig. 1 dargestellten Hauptspannungsimpulses (17) beziehen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet einen wesentlichen Fortschritt gegenüber früheren Verfahren für die Trocknung von Strukturen aus Beton oder aus anderen porösen Baumaterialien, die mit Wasser gesättigt oder fast mit Wasser gesättigt sind. Obwohl elektroosmotische Verfahren im allgemeinen im Stand der Technik bekannt sind, wurden sie jedoch nicht im kommerziellen Maßstab eingesetzt, da sich praktische Schwierigkeiten ergaben, die mit der Entstehung von isolierend wirkenden Gasschichten insbesondere an der Kathode und mit der Ausbildung von Korrosionsprodukten an der Anode zusammenhingen. Im Falle der isolierenden Gasschichten wird das Verfahren rasch unwirksam, da der Grad des Widerstandes mit der Ausbildung der Gasschicht ansteigt. Im Falle der Ausbildung von Korrosionsprodukten kann zusätzlich zu der Verursachung größerer Widerstandskräfte oder sogar der Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit die behandelte Struktur durch die Schwächung der inneren Armierung und/oder Bruch des umgebenden Materials aufgrund von internen Drücken, welche durch sich ausdehnende Korrosionsprodukte verursacht werden, ganz erheblich beschädigt werden.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dient die kontrollierte zyklische Umkehrung der Polarität der Spannungsimpulse dazu, die Entstehung von nicht erwünschten Gasschichten und Korrosionsprodukten zu verhindern, während gleichzeitig ein Energiefluß hergestellt werden kann der es erlaubt, den elektroosmotischen Prozess mit einem akzeptablen Wirkungsgrad und ohne Beeinträchtigung der Integrität der Struktur durchzuführen.
• Im übrigen sind viele durch die vorliegende Erfindung gedeckte Verfahren nicht nur für die elektroosmotische Behandlung von porösen Baumaterialien anwendbar, sondern auch für solche Behandlungen wie die Realkalisation von Beton mit Hilfe von elektrochemischen Prozessen. Im Falle von Realkalisationsbehandlungen ist es zweckmäßig, die elektrolytische Wanderung der Hydroxylionen von einem Bereich zu einem anderen Bereich einer vorhandenen Betonstruktur durchzuführen, welche mit Kohlendioxyd saturiert und daher in einem Maße versäuert wurde, bei dem eine ernsthafte Korrosion der internen Armierung unmittelbar auftreten kann. Entsprechend einer Technik, welche in der gleichzeitig anhängigen Miller et al Anmeldung Nr. 143.971 (deren Gegenstand der PCT- Veröffentlichung Nr. PCT/N087/000-30 entspricht) offenbart ist, kann die Sanierung von armierten Betonstrukturen, welche in einem unerwünschten Maße mit Kohlendioxyd saturiert wurden, dadurch durchgeführt werden, daß man eine elektrische Spannung zwischen im Abstand angeordneten Elektroden aufbaut, von denen eine in einer relativ mit Kohlendioxyd saturierten Zone des Betons angeordnet ist während die andere entweder innerhalb einer mit Kohlendioxyd relativ wenig saturierten Zone desselben Betons angeordnet oder in einer aufgetragenen Beschichtung aus einem elektrolytischen Material, das reich an Hydroxylionen ist, eingebettet wird. Je nach der spezifischen Konfiguration der behandelten Struktur können die Armierungsstangen einer Entpassivierung oder der Entstehung von Gasschichten ausgesetzt sein. In beiden Fällen kann das erfindungsgemäße gesteuerte Behandlungsverfahren mit geregelter Umkehrung der beaufschlagten Behandlungsspannung in sehr vorteilhafter Weise eingesetzt werden, um den internen Armierungsstahl gegen Korrosion zu schützen und/oder den Wirkungsgrad des Betriebsprozesses zu verbessern.
• In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Umkehrung der Polarität in allen Fällen mit einem geregelten Übergang, so daß RF-Interferenzstrahlungen wirksam vermieden werden und/oder die Eigenkapazitanz der Struktur die Möglichkeit hat, entsprechend ihrer eigenen Entladungsrate zu entladen, so daß die Umkehrung der Polarität keinen unnötigen Energieverbrauch erfordert, um entgegengesetzte Restspannungen zu überwinden.
• Besonders vorteilhaft ist die Kontrolle des Verfahrens über die Überwachung der Spannung mittels der Halbzelle, wodurch in jedem Stadium des Prozesses, in dem der interne Armierungsstahl (oder, wo keine Armierung vorhanden ist, die eingebettete Elektrode) dazu neigt, polarisiert, entpassiviert oder korrodiert zu werden, die beaufschlagte elektrische Spannung umgekehrt und der umgekehrte Spannungsimpuls solange aufrechterhalten werden kann, bis ein zufriedenstellender Passivierungszustand erneut hergestellt ist. In einem typischen Fall ermöglicht dieses Verfahren die Erzielung optimaler Wirkungsgrade, da der positive oder behandlungsfördernde Impuls der elektrischen Spannung im weitesten Ausmaß erhalten werden kann und die Perioden umgekehrter Polarität auf ein Mindestmaß beschränkt werden können.

Claims (8)

1. Verfahren für die Behandlung von feuchten porösen Baumaterialien od.dgl., bei dem Elektroden (11; 28; 31; 41; 55) einer Polarität in dem feuchten porösen Material (10; 25; 30; 40; 50) eingebettet sind und Elektroden (13; 27; 32; 43; 56) einer entgegengesetzten Polarität entfernt von den zuerst erwähnten positiven Elektroden und im Abstand von dem porösen Material angeordnet sind, und bei dem eine elektrische Spannung auf die Elektroden beaufschlagt wird, um eine elektrolytische Wirkung in dem Bereich zwischen den Elektroden zu erreichen, wobei eine erste elektrische Spannung auf die Elektroden während einem ersten Teil (17; 60) eines Behandlungszyklus beaufschlagt wird, und eine zweite elektrische Spannung umgekehrter Polarität auf die Elektroden während einem zweiten Teil (18; 62) eines Behandlungszyklus beaufschlagt wird, wobei die ersten und zweiten elektrischen Spannungen und die ersten und zweiten Teile des Behandlungszyklus so untereinander verbunden sind, daß die in dem ersten Teil des Zyklus eingesetzte Stromsspannung wesentlich größer ist als die Stromsspannung, welche in dem zweiten Teil des Behandlungszyklus eingesetzt wird, und in dem der Behandlungszyklus kontinuierlich über einen bestimmten Zeitraum wiederholt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von RF-Interferenzstrahlungen die Dauer des ersten Teils (17; 60) und des zweiten Teils (18; 62) des Behandlungszyklus dadurch geregelt wird, daß die Polarisierung der in dem feuchten porösen eingebetteten Elektroden mit Hilfe einer Referenzelektrode (E2) in Form einer Halbzelle überwacht wird, welche ebenfalls in dem feuchten porösen Material eingebettet ist, so daß, wenn die Referenzelektrode eine elektrische Referenzspannung angibt, welche anzeigt, daß die in dem feuchten porösen Material eingebetteten Elektroden entpassiviert werden, die beaufschlagte elektrische Spannung von dem ersten Teil (17; 60) des Behandlungszyklus auf den zweiten Teil (18; 62) des Behandlungszyklus umgeschaltet wird, bis die Überwachung durch die Bezugselektrode eine elektrische Referenzspannung anzeigt, die zeigt, daß die eingebetteten Elektroden wieder passiviert werden, woraufhin die beaufschlagte elektrische Spannung von dem zweiten Teil (18; 62) des Behandlungszyklus auf den ersten Teil (17; 60) des Behandlungszyklus umgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung für die Behandlung so eingestellt wird, daß eine anfängliche Stromdichte in Ig dem feuchten porösen Material (10; 25; 30; 40; 50) im Bereich von 0,01 Amp/m² bis 1,0 Amp/m² erreicht wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Behandlung eingesetzten elektrischen Spannungen Gleichstromspannungen sind, welche im Bereich von 20 bis 40 V liegen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Veränderung der Polarität der elektrischen Spannung die Umkehrung der elektrischen sp4nnung von einem ersten Teil (17; 60) des Behandlungszyklus zu einem zweiten Teil (18; 62) des Behandlungszyklus in einer Rate durchgeführt wird, die nicht wesentlich größer ist, als 8 V/sec.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die elektrische Referenzspannung einen maximalen Wert erreicht und anfängt abzusinken, der Übergang (19; 61) von der ersten elektrischen Behandlungsspannung (17; 60) auf die zweite elektrische Behandlungsspannung (18; 62) ausgelöst wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß wenn die elektrische Referenzspannung einen konstanten negativen Wert erreicht hat und aufrechterhält, die Rückkehr zu der ersten elektrischen Behandlungsspannung (17; 60) ausgelöst wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser mit Hilfe von elektroosmotischer Wanderung aus dem Bereich der eingebetteten Elektrode (11; 28; 31; 41, 55) in den Bereich der anderen Elektrode (13; 27; 32; 43; 56) transportiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Baumaterial (10) ein Stahlbeton ist, in dem einige äußere Bereiche mit Kohlendioxyd relativ saturiert und versäuert sind, wobei eine der Elektroden (11) in den mit Kohlendioxyd saturierten äußeren Bereichen angeordnet ist während die andere Elektrode (13) in einem Bereich (12) min höherer Alkalinität vorgesehen ist, wobei die Abwanderung von alkalinen Bestandteilen aus dem Bereich (12) höherer Alkalinität in die mit Kohlendioxyd relativ saturierten Bereiche elektrisch asugelöst wird, um eine Realkalisation der mit Kohlendioxyd relativ saturierten Bereiche einzuleiten.