HU210038B

HU210038B - Method for electrochemical tredtment of porous building materials, particularly for drying and re-alkalization

Info

Publication number: HU210038B
Application number: HU902667A
Authority: HU
Inventors: John B Miller
Original assignee: Miller
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1995-01-30
Also published as: AU5581690A; JPH0787883B2; HUT55257A; DK0401519T3; MY114216A; ES2022007A6; RU1838534C; AU630452B2; NO176047C; DE69002404T2; JPH02268814A; NO893231D0; NO176047B; FI92087B; ATE92136T1; YU46951B; DE69002404D1; CS9002525A2; CZ281440B6; BR9000022A

Description

Egy kezelési ciklus első részében egy legalább kb. 20 V-os első feszültséget kapcsolnak az elektródokra ábra

-zo •Jő

'jg

HU 210 038 B

A leírás terjedelme: 8 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 210 038 Β (11, 13; 27, 28; 31, 32; 42, 43; 55, 56) és legalább 0,01 A/m² áramsűrűséget hoznak létre. Ezután a ciklus második részében egy legalább kb. 20 V-os, ellenkező polaritású második feszültséget kapcsolnak az elektródokra. A pozitív elektród (11, 28, 31, 42, 55) polarizációját a porózus anyagba beágyazott referenciaelektróddal figyelik, és mérik ez utóbbi elektród és a pozitív elektród közötti referenciafeszültséget. Amikor a pozitív elektródnak a referenciaelektróddal meghatározott polarizációja egy előre megadott, a pozitív elektródra korrózióveszélyes szintet ér el, a ciklus első részéről a ciklus második részére térnek át; majd amikor a pozitív elektródnak a referenciaelektróddal meghatározott polarizációja egy előre megadott korróziómentes szintre csökken, a ciklus második részéről áttérnek a ciklus első részére; és ezt a ciklust a porózus kezelés során folyamatosan ismétlik.

A találmány tárgya eljárás porózus építőanyagok elektrokémiai kezelésére, főként szárítására és realkalizálására.

Sok építőanyag, így a beton, a gipsz, a tégla és bizonyos fajtájú kövek, valamint számos szigetelőanyag kapilláris pórusrendszerrel rendelkezik. Ezek a pórusrendszerek gyakran telítődnek vízzel, különösen ha az anyag nedvességgel, pl. nedves földdel, vagy hasonlóval kerül érintkezésbe. A legtöbb esetben a nedvességgel telített építőanyagból álló építmény kedvezőtlen környezetet biztosít, és/vagy maga az építőanyag is károsodik.

Ismeretesek eljárások nedvességgel telített, porózus anyagok szárítására, ezek azonban nem bizonyultak kielégítőnek. Az egyik szokásos eljárásnál fűtés és szellőztetés kombinációját használják. Ez a megoldás azonban nagyon lassú, és sok energiát igényel. Ezenkívül a hő hatására vetemedés és/vagy repedezés léphet fel a szerkezetben.

A porózus anyagok víztelenítésére használt másik eljárás az elektroozmózis. Ismeretes, hogy a szokásos építőanyagokban a kapillárisok falait villamosán töltött adszorbeált vízfilm borítja, melyet elektromos kettős rétegnek is neveznek. Ha egy ilyen porózus testet villamos térbe helyeznek, a tér hatására a kettős réteg egy része vándorolni kezd. A pórusokban levő szabad folyadék egy része eltávolítható ezzel az eljárással, és így lényegesen csökkenthető a porózus test belső nedvességtartalma.

Az elektroozmotikus eljárás elméleti előnyei mellett gyakorlatban komoly hátrányok is jelentkeznek. Ennek egyik oka a szokásos rendszereknél tapasztalt rendkívül alacsony hatékonyság. Ennek során a porózus építőanyagból álló falnál az elektromos töltés bevezetésére a falban meglevő vagy abban létesített elektródokat használnak, és az áramkör a porózus anyagon át egy földelt elektród felé zárul. Ha az elektródok polarizálódnak, megindul a vízmolekulák vándorlása a negatív elektród felé. Azonban a rendszer egy bizonyos ideig tartó üzemeltetése után a katódon általában hidrogéngázból egy összefüggő gázfilm képződik, más esetekben pedig oxid, szulfid vagy más rétegek alakulnak ki az elektrokémiai reakciók során az elektródok felületén. Ezeknek a vékony rétegeknek nagyon nagy az elektromos ellenállása, aminek következtében romlanak a rendszer villamos jellemzői, és ezáltal a hatékonysága is.

Az ismert elektroozmotikus eljárások egy másik gyakorlati nehézsége abból ered, hogy a rendszer pozitív elektródjai nagymértékű elektrolitikus korróziónak vannak kitéve. Ha az elektródokat külön erre a célra helyezték el, a korrózió először csak a rendszer hatékonyságát rontja, és később az elektródon az áramkör megszakadását is előidézheti. Gyakran azonban a beton vasbetéteit használják pozitív elektródként. Ilyenkor a pozitív elektród nagyfokú korróziója jelentősen károsíthatja a szerkezetet.

Elektroozmózis céljára javasolták (pl. 86/01 888-4 sz. svéd szabadalmi bejelentés) gyorsan váltakozó aszimmetrikus hullámformák alkalmazását. Ennek az egészében előnytelennek látszó eljárásnak többek között az a hátránya, hogy a használt nagy frekvencia miatt nagy a teljesítménye, és nagy a kibocsátott rádiófrekvenciás sugárzás.

Célunk a találmánnyal egy olyan eljárás létrehozása porózus szerkezetek elektroozmotikus szárítására, amely megszünteti az elektródok polarizációjával járó nehézségeket, a hatékonyság csökkentését és/vagy a rendszernek vagy magának a kezelt szerkezetnek a károsodását.

A kitűzött feladatot a találmány szerint egy olyan eljárással oldjuk meg, amelynek során egy pozitív elektródot a nedves, porózus anyaggal hozunk érintkezésbe, és egy negatív elektródot ettől távol úgy helyezünk el, hogy a két elektród között záruló áramkör legalább a porózus anyag egy részét magában foglalja, és az elektródokra a közöttük levő tartományban elektrolitikus hatást kiváltó feszültséget kapcsolunk. Egy kezelési ciklus első részében egy legalább kb. 20 V-os első feszültséget kapcsolunk az elektródokra, és legalább 0,01 A/m² áramsűrűséget hozunk létre. Ezután a ciklus második részében egy legalább kb. 20 V-os, ellenkező polaritású második feszültséget kapcsolunk az elektródokra. A pozitív elektród polarizációját a porózus anyagba beágyazott referenciaelektróddal figyeljük, és mérjük ez utóbbi elektród és a pozitív elektród közötti referenciafeszültséget. Amikor a pozitív elektródnak a referenciaelektróddal meghatározott polarizációja egy előre megadott, a pozitív elektródra korrózióveszélyes szintet ér el, a ciklus első részéről a ciklus második részére térünk át; majd amikor a pozitív elektródnak a referenciaelektróddal meghatározott polarizációja egy előre megadott korróziómentes szintre csök2

HU 210 038 Β ken, a ciklus második részéről áttérünk a ciklus első részére; és ezt a ciklust a porózus anyag kezelése során folyamatosan ismételjük.

A találmány különösen jól alkalmazható alapfalak és hasonló szerkezetek kezelésére. Különösen hasznos pl. nedves pincefalak víztartalmának csökkentésére. A találmány ugyancsak előnyösen alkalmazható betonból készült víztartályoknál, támfalaknál, hídpályáknál, szerkezeti oszlopoknál, stb. Általában a találmány minden olyan betonból vagy más porózus építőanyagból készült szerkezetnél használható, amely nedvességnek van kitéve, és a kapillaritás következtében károsodik.

A találmány szintén előnyösen alkalmazható szénsavval telítődött vasbeton realkalizálására.

A találmány tárgyát a továbbiakban példák és rajz alapján részletesebben ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti elektroozmotikus rendszer működését szemléltető vázlatos feszültség-ido diagram, a

2. és 3. ábra a találmány szerinti rendszer egy tipikus föld feletti szerkezetnél történő alkalmazását szemléltető keresztmetszet, a

4-6. ábrák a találmány szerinti rendszer egy tipikus föld alatti szerkezetnél, pl. alapfalnál történő alkalmazását szemléltető keresztmetszet, és a

7. ábra az elektroozmotikus rendszer vezérlésére használt referenciafeszültség tipikus idődiagramja.

A 2. ábrán látható 10 fal pl. egy vasbeton támfal lehet, amely nedvességnek van kitéve, és hajlamos arra, hogy pórusai vízzel telítődjenek. A 2. ábra szerinti példában a vasbeton falban a 11 elektródként felhasznált szokásos vasbetétek vannak elhelyezve.

A 10 fal elektroozmotikus kezeléséhez célszerű a belső vasalás használata pozitív elektródként, azaz anódként. A negatív elektródon záródó teljes áramkör kialakításához az ábrázolt rendszerben előnyösen egy elektrolitikus habarcsbevonatot, vagy más alkalmas porózus, vezetőképes 12 bevonatot viszünk fel a 10 fal külső felületére. A 12 bevonatba egy 13 elektródot ágyazunk be, amely célszerűen egy drótháló. A szabályozott 14 feszültségforrást a 16 vezetékek segítségével a negatív és pozitív elektródokhoz csatlakoztatjuk.

A találmány szerint az 1. ábrán látható feszültséget kapcsoljuk a 11, 13 elektródokra. Az 1. ábra vázlatos feszültség-idő diagramja az alkalmazott feszültség egy ciklusát mutatja. Amint az ábrán látható, egy ciklus két fő fázisból áll. Az első fázisban az egyenfeszültségű 17 impulzus van a 11, 13 elektródokra kapcsolva, ahol a belső 11 elektród képezi az anódot, vagyis a pozitív elektródot, és a 10 fal külső felületén elhelyezett 13 elektród a katódot, azaz a negatív elektródot. A ciklus második fázisát az ellentétes polaritású 18 impulzus képezi, tehát a 11, 13 elektródok polaritása megváltozik, azaz felcserélődik a katód és az anód. A ciklus első részében a 17 impulzus olyan irányú áramot hoz létre, amely elektroozmotikus szárítást végez. Az ellentétes polaritású 18 impulzus a ciklus második részében megakadályozza, vagy elfogadható szintre csökkenti a gázfilm, ill. más szigetelő réteg kialakulását az elektródon és/vagy a korróziós termékek keletkezését.

Az elektroozmotikus szárítás megvalósításához a teljes ciklus folyamán a megfelelő áramiránnyal bevitt energiának kell túlsúlyban lenni. Ennek megfelelően a ciklus első fázisában a 17 impulzussal bevitt enerigának legalább kétszer annyinak kell lennie, mint a ciklus második fázisában a 18 impulzussal bevitt energia. A ciklus első és második fázisában bevitt energiák arányát maximálisra kell választani, de úgy, hogy még ne lépjen fel a nemkívánatos gázképződés és/vagy túlzott mértékű korrózió. A tapasztalatok szerint ez az arány általában kettő és tíz között van, de bizonyos esetekben ennél sokkal nagyobb arányszám is alkalmazható. Egy adott elrendezésben ezeket az arányokat az eljárás beindításakor oszcilloszkóp segítségével lehet optimalizálni. Mikroprocesszor szintén alkalmazható a ciklusok folyamatos optimalizálására, és ezáltal a legnagyobb hatékonyság elérésére.

Általában a ciklus első fázisában a 17 impulzus amplitúdója megegyezik a második fázis 18 impulzusának amplitúdójával. Ennek megfelelően az egyes fázisokban bevitt energia lényegében az impulzusok időtartamának függvénye, és az energiaarányok az impulzusok időtartamától függenek.

Az eljárás alkalmazásának a második ábrán látható tipikus esetében maga a szerkezet igen nagy kapacitású lehet. Ennek figyelembevételével az eljárás biztosítja a vezérelt átmenetet a pozitív feszültségről a negatív feszültségre, és fordítva. Ez a vezérelt átmenet lehetővé teszi a kapacitív töltés disszipálását, és lényegében kiküszöböli a rádiófrekvenciás sugárzást.

A 17, 18 impulzusok amplitúdója általában legalább 20 V. Elméletileg kisebb feszültség is használható. Azonban ebben az esetben a szárításhoz szükséges idő túlságosan meghosszabbodik. Az alkalmazható feszültségtartomány felső határa tipikusan 40 V. Elméletileg ennél sokkal nagyobb feszültség is használható, de a feszültség növelését a biztonsági megfontolások korlátozzák. Ennek megfelelően a találmány szerinti rendszerben célszerűen a 20 és 40 V közötti tartományba eső feszültségeket alkalmazzuk. A pozitív-negatív (és fordított) átmenetet előnyösen úgy szabályozzuk, hogy a változási sebesség ne legyen több, mint kb. 8 V/s, úgyhogy a 2. ábra szerinti 19, 20 átmenetek +40 V-ról -40 V-ra, és fordítva, legalább kb. 10 másodpercet vesznek igénybe. Ezek az időtartamok lerövidíthetek ugyan, de fokozott figyelmet kell fordítani ama, hogy ne keletkezzen jelentős rádiófrekvenciás sugárzás és/vagy meg legyen oldva a kapacitív töltés elvezetése.

A ciklusok ismétlési frekvenciája nagymértékben változhat. Előnyösen a ciklus gyakorlatilag olyan hosszú, mint a „pozitív” irányú fázisa, tehát az az irány, amelyben az elektroozmotikus víztelenítés történik. A ciklusokat egy előnyös kiviteli alaknál a beton vasbetéteinek passzív/nem passzív állapota folyamatos figyelése alapján szabályozzuk. A figyelést úgy végezzük, hogy beágyazunk a betonba egy referenciaelektródot, pl. egy ólom-ólomoxid, réz-rézszulfát, ezüst-ezüstklorid elektródot. A referenciaelektród a betonba a vasbe3

HU 210 038 Β tétek, ill. ha a porózus anyag nem tartalmaz vasbetéteket, a behelyezett elektródok közelében (kb. 1020 mm-re) van elhelyezve. A jól ismert összefüggés szerint a referenciaelektród potenciálja a belső vasalás passzivitási állapotától függ. Az említett potenciált az is befolyásolja, hogy konkrétan milyen referenciaelektródot alkalmazunk. Ezért általános érvénnyel nem lehet megmondani, hogy a referenciaelektródon mérhető feszültség milyen értéke mellet alakulnak ki olyan feltételek, amelyek korróziós termékek keletkezéséhez vezetnek a pozitív elektródon. Egy adott referenciaelektród esetén azonban szakember minden nehézség nélkül előre meg tudja határozni a referenciafeszültségnek azt a szintjét, amely mellett már fennáll a korrózióveszély, ill. azt az alacsonyabb szintet, amely mellett korróziómentesen folytatható a kezelés. A találmány szerint, ha a referenciaelektród potenciálja az előre megadott korrózióveszélyes szintet elérve azt jelzi, hogy az acél depassziválódik, a potenciált megfordítjuk az említett szabályozott átmenettel, és az ellentétes előjelű potenciált tartjuk fenn előnyösen mindaddig, amíg a referenciaelektród potenciálja a szintén előre megadott korróziómentes szintre csökkenve jelzi, hogy az acél kellőképpen passziválódott, majd az említett szabályozott átmenet után ismét a pozitív potenciált kapcsoljuk a rendszerre.

Bizonyos esetekben a porózus építőanyag kezdeti állapota olyan lehet, hogy az eljárás szabályozása kizárólag a vasbetétek passzíváit vagy depasszivált állapota alapján nem végezhető el. Ezekben az esetekben olyan szabályozást alkalmazunk, hogy a bevitt teljes energia (feszültségxidő) a „pozitív” irányban, azaz abban az irányban, amelyben az elektroozmotikus szárítás hatásos, legalább kétszerese az ellentétes irányban bevitt energiának. A rendkívüli körülmények, amelyek között a referenciaelektród alapján végzett szabályozás nem használható, csak átmenetileg állnak fenn, és a kezelés során javulnak. Ennek megfelelően a kezelés egy bizonyos pontján vissza lehet térni a referenciaelektród segítségével végzett szabályozásra.

Egy adott szerkezet kívánt mértékű kiszárításához szükséges idő sok változó függvénye, így függ a szerkezet méretétől, és attól, hogy a szerkezet milyen gyorsan abszorbeálja a vizet a környezetből. Pl. egy erőmű nagyméretű, vastag alapozását 100%-os nedvesség! szintről (teljes telítés) kb. 80% nedvességtartalomra (lényegében száraz) kb. kilenc hónap alatt szárítottuk ki ±40 V-os feszültségimpulzusok alkalmazásával. Egy kb. 300 mm vastag pincefalat kb. 100%-os nedvességtartalomról kb. 77% nedvességtartalomra két hónap alatt lehet kiszárítani ±40 V-os impulzusok alkalmazásával. Az eljárás gyakorlatilag önmagától befejeződik abban az értelemben, hogy 80% alatti nedvességtartalom esetén a pórusvíz folyamatossága bizonytalanná válik. Ezekben az esetekben az elektroozmotikus hatás az áramkör folyamatosságának hiánya miatt csökken, ill. megszűnik.

A tipikus pincefalakban vasalást általában nem alkalmaznak. Ilyenkor elektródokat kell a falba beépíteni. Ennek egy előnyös módja az, hogy kb. 0,5 m-enként az elektródokat egy vízszintes sorban kb. a pincefal fél magasságában helyezzük el. Általában szükséges vagy kívánatos a falba fúrni, hogy az elektródokat mélyen be lehessen ágyazni.

Az elsődleges és a fordított feszültségimpulzusok előnyösen egyforma amplitúdójúak. Ez azonban nem kritikus, és a feszültségimpulzusok amplitúdói különbözőek is lehetnek. Ebben az esetben az elsődleges impulzus és a fordított impulzus előre meghatározott teljesítményarányának biztosításához a kisebb feszültségű impulzus időtartamát a kellő mértékben meg kell növelni.

A találmány egy előnyös kiviteli alakjánál, amint a 2. ábrán látható, a 14 feszültségforrás a monitorozó El, E2 elektródokra van kapcsolva. Az El elektród közvetlenül össze van kötve a beton vasalásával vagy más beágyazott elektróddal, míg az E2 elektródot az előre meghatározott összetételű, olcsósága miatt célszerűen ólom-ólomoxid referenciaelektród képezi.

A találmány szerint a 10 falban az elektroozmotikus hatás eléréséhez a vasbetétek által képzett 11 elektródra pozitív feszültséget kapcsolunk. Az elektroozmotikus tevékenység során a 11 elektród, azaz a beton vasalása fokozatosan polarizálódik, esetleg olyan mértékben, ami már elősegíti a korróziót. Amint a vasalás fokozatosan polarizálódik, az El, E2 elektródok között fokozatosan változik a feszültség. A feszültsége értéke a referenciaelektródok összetételétől függ. Azonban a referenciaelektród és a vasalás közötti referenciafeszültség időfüggvénye jellemző alakú, és kihasználható a feszültség megfordításának vezérlésére, előnyösen egy egyszerű mikroprocesszoros áramkör segítségével. Amint a 7. ábrán látható, ha egy pozitív feszültségimpulzust adunk az elektródokra a 14 feszültségforrásból, a referenciafeszültség először nagyon lassan nő, majd gyors növekedés után éri el a maximumot. A referenciafeszültség egy ideig viszonylag állandó marad, majd a szakaszon fokozatosan csökkenni kezd.

Amikor a pozitív feszültségimpulzus fennállása során a referenciafeszültség csökkenni kezd, az azt jelzi, hogy az acél olyan mértékben depassziválódik, hogy korróziós veszély lép fel. A refenciafeszültség menetének megfordulását ennek megfelelően fel lehet használni a 14 feszültségforrásból származó feszültségimpulzus polaritás-váltásának vezérlésére.

A külső feszültség polaritásának megfordítása következtében a referenciafeszültség a 7. ábra görbéjének szakaszán meredeken esik egy negatív értékig. Röviddel ezután a referenciafeszültség a 7. ábrán látható görbe 62 szakaszán egy állandó negatív érték marad. Ez azt mutatja, hogy az acélbetét depolarizálódik, és ennek következtében újra passziválódik. Az állandó negatív feszültség így egy újabb pozitív 17 impulzus kiváltására használható fel a 14 feszültségfonásból. A kezelés során ezek a működési ciklusok ismétlődnek.

Az impulzusok időtartama a referenciaelektród segítségével végzett szabályozással nagyon széles határok között változtatható olyan tényezők függvényében, mint a nedvességtartalom, az elektromos vezetőképesség, és a betonban jelen levő oxidáló és redukáló anya4

HU 210 038 Β gok mennyisége és típusa. Egy tipikus esetben a pozitív impulzus egy óra hosszat, vagy akár egy napig is tarthat, még mielőtt az acélbetét a korrózió szempontjából veszélyes mértékben polarizálódna. A találmány szerint ez az időtartam a referenciafeszültség figyelésével automatikusan vezérelhető.

Bizonyos körülmények között csupán az El és E2 elektródok között fellépő feszültség alapján végzett automatikus szabályozás rendellenes eredményekhez vezethet. Ha a pozitív impulzus folyamán bevitt energia nem kellő mértékben nagyobb, mint a negatív impulzus folyamán bevitt energia, a kezelés célja lényegében nem érhető el. Ezért a találmány szerint, ha a referenciaelektród alapján végzett szabályozásnak megfelelően bevitt pozitív energia kevesebb, mint a negatív impulzus során bevitt energia kétszeresen, a referenciaelektród segítségével végzett szabályozást felülbírálva olyan szabályozást végzünk, hogy a pozitív feszültség időtartama mindenképpen legalább kétszer annyi legyen, mint a negatív feszültség időtartama.

Azok a körülmények, amelyek esetén a referenciaelektród segítségével végzett automatikus szabályozást meg kell szüntetni, általában a következők:

a) A beton vagy más porózus építőanyag nagy menynyiségű redukáló anyagot tartalmaz;

b) káros anyagok, penész vagy baktériumok jelenléte miatt a referenciaelektród „mérgeződik”;

c) zavaró elektromos körülmények hatnak a vasalásra, pl. bizonyos fajtájú földelő rendszerek esetén;

d) a referenciaelektródos szabályozó rendszerben rövidzár, szakadás, stb. következtében hiba keletkezik.

A fenti körülmények bármelyikének fennállása esetén olyan közvetlen vezérlést alkalmazunk, amely biztosítja, hogy a „pozitív” energia legalább kb. kétszerese legyen a „negatív” energiának.

Azok a körülmények, amelyek fennállása esetén a referenciaelektród segítségével végzett automatikus szabályozást meg kell szüntetni, a kezelés folyamán általában megszűnnek. Ezért normál esetben a referenciaelektród alapján végzett automatikus szabályozás már a teljes kezelés egy korai időpontjában lehetővé válik.

A találmány szerinti rendszer különböző módon alkalmazható a telítődött szerkezetekhez. A 3. ábra pl. egy olyan föld feletti 25 falat mutat, amely mindkét oldalról hozzáférhető, és az egyik oldalon egy porózus, elektrolitikus habarcsanyagból álló 26 bevonattal, és az abba beágyazott 27 elektróddal van ellátva. A fal túlsó oldala vezetőképes anyaggal, pl. vezetőképes festékkel vagy hasonlóval van bevonva. A 14 feszültségforrás, amely egy programozott ciklikus generátor, a 27, 28 elektródokhoz van kapcsolva, amelyek közül a vezetőképes bevonattal megvalósított 28 elektród az anód, és a beágyazott 27 elektród a katód. Amikor a rendszert aktiváljuk, megindul a víz elektroozmotikus vándorlása a porózus 26 bevonat felé. A 26 bevonatnak kellőképpen porózusnak kell lennie, hogy a falból a bevonatba vándorló nedvesség párolgás útján könnyen eltávozzon.

A 4. ábra szerinti elrendezésben egy föld alatti szerkezet, pl. egy alapozás 30 fala a 31 elektródot képező vasalást tartalmazza, amely a programozott 14 feszültségforráshoz van kapcsolva. Egy vagy több földelő 32 elektród a 33 talajba van beverve a 30 fal közelében, és a 14 feszültségforrás negatív pólusához van kapcsolva, tehát a katódot alkotja. Az ábrázolt elrendezésben a földelő 32 elektródok a 30 falnak a 31 elektródot képező vasalástól távolabbi oldalán vannak elhelyezve, úgyhogy az elektroozmotikus hatás a fal térfogatának legnagyobb részén érvényesül.

Az 5. ábrán látható föld alatti 40 fal nem tartalmaz vasalást. Ezért hosszú 41 furatokat készítünk a falban, amelyek ferdén lefelé irányulnak, és a 42 elektródokat a furatokba ágyazzuk be. A 14 feszültségforrás pozitív pólusa a 42 elektródokra, negatív pólusa pedig a földelő 43 elektródokra van kapcsolva. A földelő 43 elektródokat a 44 talajba verjük be. Egy célszerű kiviteli alaknál az elektródokat egymástól 0,5 m távolságban helyezzük el.

A 6. ábra szerinti elrendezésben a betonból készült 50 fal, amely pl. egy pincefal vagy egy támfal lehet, a szabad 51 felülettel és a talajjal érintkező átellenes 53 felülettel rendelkezik. Ebben az esetben a habarcsszerű elektrolitikus 54 bevonatot célszerűen a fal külső 51 felületén helyezzük el, és abba ágyazzuk be az 55 elektródot, amely pl. egy drótháló lehet. A programozott 14 feszültségforrás pozitív pólusát a beágyazott 55 elektródhoz, negatív pólusát pedig az 52 talajba bevert földelő 56 elektródokhoz kapcsoljuk.

A 6. ábra szerinti elrendezés és a 3. ábra szerinti elrendezés között az a különbség, hogy a 14 feszültségforrás pólusai fel vannak cserélve. A 6. ábra szerinti rendszerben a vízrészecskék elektroozmotikus vándorlása a környező talaj felé irányul. Megjegyezzük, hogy a 2-6. ábrákon a „+” és a jelek az 1. ábra szerinti elsődleges 17 impulzus polaritására vonatkoznak.

A találmány szerinti eljárás végrehajtására az alábbiakban két részletes példát mutatunk be.

1. példa

Laboratóriumban egy 30x30x15 cm méretű vasbeton tömböt vizsgáltunk, amelynek közepén egy 5 mm átmérőjű szálakból készült, 10x10 cm szembőségű acélháló volt elhelyezve. A szárítás megkezdése előtt a betontömböt néhány hónapig vízbe merítve nedvességgel telítettük.

A vasbeton tömbbe egy ólom referenciaelektródot öntöttünk be, az acélhálóhoz pedig szigetelt rézvezetékkel csatlakoztunk. A nedvesség méréséhez a tömb felső felületén furatokat alakítottunk ki, amelyekben nedvességmérőket helyeztünk el, és elzártuk a környező levegőtől. A lezárt furatok belsejében így a beton relatív nedvességtartalmát mértük.

A vizsgálathoz a vasbeton tömböt a felső felülete kivételével egy külső elektródként használt titánhálóval vettük körül, és egy vízzel telt edénybe merítettük úgy, hogy a vízből éppen csak a tömb felső felülete emelkedett ki.

HU 210 038 Β

A kezelési ciklusok első részében a feszültségforrás pozitív pólusát a betontömbbe beépített acélhálóra, negatív pólusát pedig a külső titánhálóra kapcsoltuk, majd a ciklusok második részében felcseréltük a polaritást. A ciklusok mindkét részében 20 V amplitúdójú feszültséget alkalmaztunk, és közöttük az átmenet sebességét 8 V/s-ra választottuk.

A szárítást 3 hónapon át végeztük. A vizsgálat kezdetén a beton relatív nedvességtartalma 98% volt. A 20 V-os kezelőfeszültség hatására először 67 mA áram alakult ki, ami fokozatosan csökkent és 10-12 mA értéken állandósult. A kezelési ciklusok száma a kezdeti gyakoribb váltakozás után óránként kb. 3-ra állt be. A cikluson belül az első impulzus időtartama általában

5-7-szerese volt a második impulzus időtartamának, de ez az arány mindig nagyobb volt kettőnél, azaz az előírt minimális értéknél, ezért ezen a téren beavatkozásra nem volt szükség. A polaritásváltásokat az acélháló és a betonba beágyazott referenciaelektróda között mérhető és a 7. ábrán látható referenciafeszültség figyelése alapján vezéreltük. Ebből a szempontból a referenciafeszültség változásai - a pozitív polaritású szakaszban a referenciafeszültség csökkenésének kezdete, ill. a negatív polaritású szakaszban a referenciafeszültség állandósulása - a lényegesek, de a laboratóriumi vizsgálatok során mértük a referenciafeszültség nagyságát is. A méréssorozat kezdetén a referenciafeszültség maximuma a ciklus első részében kb. 8 V értékű volt. Ez a feszültség fokozatos csökkenése után kb. hat hét múlva 3,5 V körül állandósult. A ciklus második részében a referenciafeszültség kb. -1,45 és -1,35 V közötti értékre csökkent.

A beton relatív nedvességtartalma a kezdeti 98%ról 1 hónap múltán 90, 2 hónap után 85, majd a 3. hónap végén 80%-ra csökkent, ami lényegében száraznak tekinthető.

A szárítás befejezése után a vasbeton tömböt továbbra is vízben hagytuk, majd két hónap múlva újabb nedvességmérést végeztünk, amely azt mutatta, hogy a beton relatív nedvességtartalma gyakorlatilag nem változott. Ez azt jelenti, hogy az eljárással tartós hatás érhető el.

2. példa

Ebben a példában egy erőmű magasan vezetett vízvezetékét tartó pillér nagy tömegű alapjának szárítását mutatjuk be. A szárítás célja a betonban végbemenő alkáli-szilikát reakciók megállítása volt.

Az eljárásnál alkalmazott elrendezés leginkább a 6. ábrán láthatóhoz hasonlít. Az alapot alkotó betontömb mérete 3,9x2,5x1 m volt. A talajvíz szintje nagyjából az alaptömb felső széléig ért. Földelő elektródként a betontömb sarkaitól átlósan kifelé 1 m távolságban

2,5 m hosszúságú és 32 mm átmérőjű galvanizált acélrudakat vertünk be teljes hosszukban a talajba. A betontömb szabad, lejtős felületeit fából készült távtartókra helyezett vékony hegesztett betonacél hálóval takartuk be, amelyre porlasztással cellulózrost pépet hordtunk fel. A cellulózbevonatot műanyag réteggel védtük a túlzott kiszáradás ellen. Referenciaelektródként ólomelektródot alkalmaztunk, amelyet a felső részben egy betonacél rúd mellett készített furatba cementeztünk be.

Az eljárás során ±40 V-os feszültségimpulzusokat alkalmaztunk 6 V/s sebességű átmenetekkel. A polaritásváltásokat ebben az esetben is a referenciafeszültség változásának alapján automatikusan vezéreltük. Ennek megfelelően a pozitív és negatív impulzusok időtartama, ill. aránya is automatikusan alakult ki, így ezekkel kapcsolatban csak azt ellenőriztük, hogy a ciklus első és második részében bevitt energia aránya kettőnél nagyobb-e. Mivel ez mindig teljesült, az automatikus szabályozásba nem kellett beavatkozni.

A relatív nedvességtartalmat a betonba fúrt lyukban 400 mm mélyen mértük. A beton nedvességtartalma a szárítás megkezdésekor 97% volt. Ez 20 nap múlva 89%-ra, 40 nap múlva 85%-ra, 60 nap múlva pedig 83%-ra csökkent, azaz gyakorlatilag kiszáradt, ezért a szárítást befejeztük.

A találmány szerinti eljárás az ismert megoldásokhoz képest jelentős javulást hoz a betonból és más porózus anyagból készült nedves, ill. vízzel átitatott szerkezetek kiszárításánál. Bár az elektroozmotikus eljárások általánosságban ismertek, gyakorlati alkalmazásuk nem valósult meg az elsősorban a katódon képződő szigetelő gázfilm, és az anódon keletkező korróziós termék által okozott nehézségek miatt. A szigetelő gázfilm képződése az eljárást gyorsan hatástalanná teszi, mivel a gázfilm kialakulásával megnő az ellenállás. A korróziós termékek azon kívül, hogy jelentős ellenállásnövekedést okoznak, vagy akár meg is szakítják az áramkört, a kezelt szerkezetet komolyan károsíthatják a belső vasalás gyengítésével és/vagy azzal, hogy növekvő térfogatuk által okozott belső nyomás a környező anyag repedését idézi elő.

A találmány szerint az energiaimpulzusok polaritásának szabályozott, ciklikus megfordítása megakadályozza a nemkívánatos gázfilm és a korróziós termékek kialakulását, de egyidejűleg lehetővé teszi a hasznos energiaközlést, úgyhogy az elektroozmotikus folyamat megfelelő mértékű hatékonysággal, a szerkezet károsítása nélkül megy végbe.

A találmány szerinti eljárás nemcsak porózus építőanyagok elektroozmotikus kezelésére használható, hanem a beton elektrokémiai kezelésére, pl. realkalizálására is. A realkalizálással a hidroxil ionok elektrolitikus vándorlását idézzük elő egy helyből egy másik hely felé egy megfelelő betonszerkezetben, amely szénsavas telítődés miatt olyan mértékben vált savassá, hogy az már a belső vasalás súlyos korrózióját okozhatja. A PCT/N087/00 030 sz. publikációban leírt technikáknak megfelelően az olyan vasbeton szerkezetek felújítása, amelyek nemkívánatos mértékben telítődtek szénsavval, elektródokra kapcsolt feszültség alkalmazásával végezhető el, ahol az egyik elektród a beton egy viszonylag szénsavas zónájában, a másik pedig ugyanennek a betonnak egy viszonylag szénsavmentes zónájában van elhelyezve, vagy egy sok hidroxil iont tartalmazó elektrolitikus rétegbe van beágyazva. A kezelt szerkezettől függően a vasalás depassziválódhat vagy

HU 210 038 Β gázfilm képződhet rajta. Bármelyik esetben a találmány szerinti szabályozott kezelési eljárás, beleértve a kezelőfeszültség polaritásának megfordítását, nagyon előnyösen használható a belső vasalás korrózió elleni védelmére és/vagy a művelet hatékonyságának javítására.

A találmány szerinti eljárás során a polaritás megfordítását mindig egy szabályozott átmenettel hajtjuk végre, úgyhogy rádiófrekvenciás sugárzás gyakorlatilag nem keletkezik, és/vagy a szerkezet kapacitása a saját ütemében sülhet ki, és így a polaritás váltások nem okoznak szükségtelen többletenergia-felhasználást az ellentétes irányú maradék feszültségek legyőzésére.

Különösen előnyös a referenciaelektród feszültségének figyelésével végzett szabályozás, ami lehetővé teszi az eljárás bármelyik szakaszában a belső vasalás (vagy ennek hiányában a beágyazott elektródok) polarizálódásának, depassziválódásának és korrózióra való fogékonyságának megjelenését, és az alkalmayott feszültség polaritásának megfordítását, ill. a fordított feszültségimpulzus fenntartását mindaddig, amíg helyre nem áll a megfelelő passzív állapot. Az eljárással optimális hatékonyság érhető el, mivel a pozitív vagy kezelő impulzus a lehető leghosszabb ideig tart, és az ellentétes polaritású szakaszok hossza minimalizálható.

A találmány szerinti eljárást a fentiekben példák alapján ismertettük; az oltalmi körön belül természetesen számos más változat is lehetséges.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás porózus építőanyagok elektrokémiai kezelésére, főként szárítására és realkalizálására, amelynek során egy pozitív elektródot érintkezésbe hozunk a nedves, porózus anyaggal, egy negatív elektródot pedig úgy helyezünk el, hogy a két elektród között legyen a porózus anyag legalább egy része, és az elektródokra a közöttünk levő tartományban elektrolitikus hatást kiváltó kezelő feszültséget kapcsolunk, azzal jellemezve, hogy egy kezelési ciklus első részében legalább 20 Vos első feszültséget kapcsolunk az elektródokra (11, 13; 27, 28; 31, 32; 42, 43; 55, 56), és legalább 0,01 A/m² áramsűruséget hozunk létre; ezután a ciklus második részében legalább 20 V-os, ellenkező polaritású második feszültséget kapcsolunk az elektródokra (11, 13; 27, 28; 31, 32; 42, 43; 55, 56); a pozitív elektród (11, 28, 31, 42, 55) polarizációját a porózus anyagba beágyazott referenciaelektróddal figyeljük, és mérjük ez utóbbi elektród és a pozitív elektród (11, 28, 31, 42, 55) közötti referenciafeszültséget; amikor a pozitív elektródnál (11, 28, 31, 42 55) a referenciaelektróddal meghatározott polarizációja a pozitív elektródra korrózióveszélyes szintet ér el, a ciklus első részéről a ciklus második részére térünk át; majd amikor a pozitív elektródnak (11, 28, 31,42, 55) a referenciaelektróddal meghatározott polarizációja korróziómentes szintre csökken, a ciklus második részéről áttérünk a ciklus első részére; és ezt a ciklust a porózus anyag kezelése során folyamatosan ismételjük.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kezelés folyamán az egyik elektródtól (11, 28,31,42, 55) a másik elektród (13,27, 32,43,56) felé víz elektroozmotikus vándorlását idézzük elő.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy abban az esetben, amikor a porózus építőanyag vasbeton, az egyik elektródot (11) egy külső részben, a másik elektródot (13) pedig egy belső részben helyezzük el, és a kezelés során a külső részből a belső rész felé hidroxil ionok vándorlását hozzuk létre.
4. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektródokat (11, 13; 27,28; 31, 32; 42, 43; 55, 56) úgy helyezzük el, és a feszültséget úgy állítjuk be, hogy a porózus anyagban 0,01-1,0 A/m² kezdeti áramsűrűséget hozunk létre.
5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a referenciaelektród potenciáljának mérésével figyeljük a pozitív elektród (11, 28, 31, 42, 55) passzivitási állapotát, a ciklus első részét addig folytatjuk, amíg a referenciaelektród kimenete jelzi, hogy a pozitív elektród (11, 28, 31, 42, 55) korrózióveszélyesen depassziválódott, majd a ciklus második részét addig folytatjuk, amíg a referenciaelektród potenciálja jelzi, hogy a pozitív elektród (11, 28, 31, 42, 55) újra passziválódott.
6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a ciklus második részében a pozitív elektród (11, 28, 31, 42, 55) passzivitási állapotától függetlenül legfeljebb fele annyi energiát viszünk be, mint a ciklus első részében.
7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy vasbeton esetén pozitív feszültséget kapcsolunk az egyik elektródként (11, 31) alkalmazott vasalásra a ciklus első része folyamán, és így a víz elektroozmotikus vándorlása jön létre a másik elektród (13, 32) felé, amelyet a betonon kívül helyezünk el.
8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a ciklus első részéről a ciklus második részére legfeljebb 8 V/s sebességgel térünk át.