NO171606B

NO171606B - PROCEDURE FOR AA STANSE ALKALI AGGREGATE REACTIONS IN CONCRETE O.L., AND A DEAL FOR AA TO IMPLEMENT THIS PROCEDURE

Info

Publication number: NO171606B
Application number: NO880003A
Authority: NO
Inventors: John B Miller
Original assignee: John B Miller
Priority date: 1988-01-04
Filing date: 1988-01-04
Publication date: 1992-12-28
Also published as: DK168228B1; GB2223526A; NO880003D0; NO880003L; DK423989D0; NO171606C; WO1989006299A1; DK423989A; GB8918985D0; GB2223526B

Description

Oppfinnelsen gjelder en framgangsmåte for å stanse alkaliaggregat reaksjoner i betong o.l., samt en anordning for å gjennomføre denne framgangsmåten. The invention relates to a procedure for stopping alkali aggregate reactions in concrete etc., as well as a device for carrying out this procedure.

Bakgrunn Background

I visse deler av verden er forringelse av betongkonstruksjoner p.g.a. såkalt "alkaliaggregat reaksjon" et stort problem. Reaksjonen opptrer når betongens tilslagsmateriale inneholder amorf silika, såsom flint, opal, vulkansk glass og beslektede mineraler. Silikaen reagerer med sementens alkalier under dannelse av vannrike alkalisilikater. Denne prosessen fører til en volumforøkelse i forhold til utgangsmaterialene. Forøkelsen er ledsaget av betydelige svelletrykk, som kan sprenge betongen, og derved føre til tap av bæreevne og åpne adgang for korrosive stoffer som kan tære på betongens armeringsstål. In certain parts of the world, deterioration of concrete structures due to so-called "alkali aggregate reaction" a big problem. The reaction occurs when the concrete aggregate contains amorphous silica, such as flint, opal, volcanic glass and related minerals. The silica reacts with the cement's alkalis to form water-rich alkali silicates. This process leads to an increase in volume compared to the starting materials. The increase is accompanied by significant swelling pressures, which can burst the concrete, thereby leading to a loss of load-bearing capacity and opening access for corrosive substances that can corrode the concrete's reinforcing steel.

Problemene forbundet med alkaliaggregat reaksjoner er velkjente i mange land. I Norden er de hyppig forekommende i Danmark, Island og Grønland. I dag finnes ingen praktisk reparasjonsprosedyre for slike skader, annet enn fjerning av den angrepne betongen og utstøping med ny betong. The problems associated with alkali aggregate reactions are well known in many countries. In the Nordic region, they are frequently found in Denmark, Iceland and Greenland. Today, there is no practical repair procedure for such damage, other than removing the attacked concrete and casting with new concrete.

I patentlitteraturen finnes mange eksempler på tørking av bygningskonstruksjoner. For eksempel DE utlegningsskrift 2 722 985 beskriver en framgangsmåte for uttørking av murverk ved bruk av elektroosmose. Her blir det imidlertid benyttet svært høy strømtetthet, og dersom denne metoden hadde blitt brukt på armert betong ville den høye strømtettheten raskt korrodert armeringsstålet. Denne framgangsmåten må derfor kunne anses som ubrukbar for å stanse alkali-silikatreaksjoner i betongkonstruksjoner. In the patent literature, there are many examples of drying building structures. For example, DE Layingskrift 2 722 985 describes a procedure for drying masonry using electroosmosis. However, a very high current density is used here, and if this method had been used on reinforced concrete, the high current density would quickly corrode the reinforcing steel. This procedure must therefore be considered unusable for stopping alkali-silicate reactions in concrete structures.

GB patentsøknad 2 186 017 beskriver uttørking av betong ved bruk av elektrisk motstandsoppvarming, hvor armeringa anvendes som varmetråder, noe som er en svært tid- og energikrevende metode for å tørke betong. GB patent application 2 186 017 describes the drying of concrete using electric resistance heating, where the reinforcement is used as heating wires, which is a very time- and energy-consuming method of drying concrete.

EP patentsøknad 228 001/1987 beskriver elektroosmotisk uttørking av murverk. Denne framgangsmåten likner en del på den som er beskrevet i DE 2 722 985. EP patent application 228 001/1987 describes electroosmotic drying of masonry. This procedure is somewhat similar to that described in DE 2 722 985.

Videre beskriver SE utlegningsskrift 406 341 en framgangsmåte for å stanse fuktvandring i yttervegger av pussete murkonstruksjoner. Potensialforskjellen, som er den drivende kraft for fuktvandringa, elimineres ved at det påtrykkes en spenning mellom et jordspyd og ei metallskinne innført i murkonstruksjonen. Furthermore, SE design document 406 341 describes a procedure for stopping moisture migration in the outer walls of plastered brick structures. The potential difference, which is the driving force for moisture migration, is eliminated by applying a voltage between an earth spike and a metal rail introduced in the masonry construction.

I US patentskrift er det beskrevet en metode for å stanse fuktvandring i grunnmurer, og har således visse likhetstrekk med SE-skriftet nevnt ovenfor. I den nedre del av bygningskonstruksjonen blir det innført to elektroder som påtrykkes en likespenning, hvorved det etableres en barriere ved de øverste elektrodene som hindrer ytterligere fuktvandring. The US patent document describes a method for stopping moisture migration in foundation walls, and thus has certain similarities with the SE document mentioned above. In the lower part of the building structure, two electrodes are introduced to which a direct voltage is applied, whereby a barrier is established at the uppermost electrodes which prevents further moisture migration.

Videre beskriver EP patentsøknad 111306/1984 en framgangsmåte for å tørke murkonstruksjoner og å beskytte disse mot ny fuktinntregning. I korte trekk angår denne EP-søknaden innføring av en hydrofob forbindelse i murkonstruksjonen ved hjelp av Furthermore, EP patent application 111306/1984 describes a procedure for drying masonry constructions and protecting them against new moisture penetration. Briefly, this EP application concerns the introduction of a hydrophobic compound in the masonry construction by means of

kapillartransport i et elektrisk felt. capillary transport in an electric field.

De ovennevnte referansene omhandler imidlertid i all hovedsak tørking av murkonstruksjoner eller metoder for å stanse ytterligere fuktvandring i slike konstruksjoner. Murverk og betong er som kjent to vidt forskjellige kostruksjonsmaterialer, og på grunn av deres tilhørende forskjeller i struktur og egenskaper, kan ikke de ovennevnte framgangsmåte som er rettet mot murverk overføres til betongkonstruksjoner. Bortsett fra GB 2 186 017 er det ingen av disse referansene som verken beskriver eller foreslår noe i retning av å hindre alkali-kiselreaksjoner i betong, men selv i GB 2 186 017 har de ikke sett muligheten for å anvende en langt enklere og mindre energikrevende framgangsmåte. However, the above-mentioned references mainly deal with the drying of masonry constructions or methods to stop further moisture migration in such constructions. As is well known, masonry and concrete are two very different construction materials, and due to their associated differences in structure and properties, the above-mentioned procedures aimed at masonry cannot be transferred to concrete structures. Apart from GB 2 186 017, none of these references either describe or suggest anything in the direction of preventing alkali-silica reactions in concrete, but even in GB 2 186 017 they have not seen the possibility of using a much simpler and less energy-demanding procedure.

Formål Purpose

Hovedformålet med oppfinnelsen er å komme fram til en raskere og rimeligere framgangsmåte for å stanse slike nedbrytende reaksjoner. The main purpose of the invention is to arrive at a faster and more affordable method for stopping such degrading reactions.

Oppfinnelsen The invention

Oppfinnelsen er angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere særtrekk framgår av de øvrige kravene. The invention is stated in the characterizing part of patent claim 1. Further special features appear in the other claims.

Oppfinnelsen er basert på visse erkjennelser i forbindelse med elektro-osmose. I enkelte porøse media hvor porene er delvis eller helt fulle av vann eller vandige løsninger, antar vannet i kontakt med poreveggene, og selve poreveggene, motsatte elektriske ladninger. Dersom det porøse mediet utsettes for et elektrisk felt, vil vannet i porene bevege seg mot den elektroden som er motsatt ladet i forhold til vannet. Dette fenomen kalles elektro-osmose. The invention is based on certain findings in connection with electro-osmosis. In some porous media where the pores are partially or completely full of water or aqueous solutions, the water in contact with the pore walls, and the pore walls themselves, assume opposite electrical charges. If the porous medium is exposed to an electric field, the water in the pores will move towards the electrode which is oppositely charged in relation to the water. This phenomenon is called electro-osmosis.

Gjennom labratorieforsøk er det funnet at dersom betongen tørkes ut, slik at den relative fuktighet i betongens poreluft kan reduseres til under 80%, opphører alkaliaggregat reaksjoner. Through laboratory tests, it has been found that if the concrete is dried out, so that the relative humidity in the concrete's pore air can be reduced to below 80%, alkali aggregate reactions cease.

Innenfor bygningsindustrien har elektro-osmose vært anvendt til bl.a.grunnforsterkning ved reduksjon i grunnens vanninnhold, eller ved å skape gunstige strømningsmønstre for grunnvann. Denne teknologien har også vært brukt til å senke vanninnholdet i kjellermurer for å fjerne fuktighet i kjellerrom. Within the construction industry, electro-osmosis has been used for, among other things, ground reinforcement by reducing the ground's water content, or by creating favorable flow patterns for ground water. This technology has also been used to lower the water content in basement walls to remove moisture in basement rooms.

Over terreng stanses reaksjonene på følgende måte: På den ene sida av konstruksjonsdelen som skal behandles, anbringes en elektrode i et egnet elektrolytisk medium. Elektrodene kan bestå av tråder, stenger, plater, folier, eller film av metall, ledende plastoffer eller andre elektrisk ledende materialer. Elektrolytten kan være sterkt retardert sprøytebetong, eller elektrolytiske løsninger enten i væskeform eller oppsugd i et porøst medium såsom mineralull, cellulosemasse, sagflis, leire o.l. eller saltholdig gel. Over terrain, the reactions are stopped in the following way: On one side of the structural part to be treated, an electrode is placed in a suitable electrolytic medium. The electrodes can consist of wires, rods, plates, foils, or film of metal, conductive plastics or other electrically conductive materials. The electrolyte can be strongly retarded shotcrete, or electrolytic solutions either in liquid form or absorbed in a porous medium such as mineral wool, cellulose pulp, sawdust, clay etc. or saline gel.

Konstruksjonsdelens motsatte side males eller bekles med et elektrisk ledende vannfritt stoff, som f.eks. kan være metallplater eller maling eller pasta inneholdende finfordelte metaller eller grafitt som fyllstoff, eller pigment i tilstrekkelig mengde til å danne en kontinuerlig elektrisk ledende film. Denne filmen tjener som den andre elektroden i elektro-osmose cellen. Alternativt kan et armeringslag tjene som denne elektrode, dersom konstruksjonsdelen inneholder et egnet slikt lag. Det er også mulig å benytte seg av metalliske elektroder som er innboret for formålet. Elektrodene i det elektrolytiske mediet, samt elektroden som består av ledende film eller armeringslag, koples til hver sin pol på en elektrisk likestrømskilde. The opposite side of the construction part is painted or coated with an electrically conductive water-free substance, such as e.g. can be metal plates or paint or paste containing finely divided metals or graphite as a filler, or pigment in sufficient quantity to form a continuous electrically conductive film. This film serves as the second electrode in the electro-osmosis cell. Alternatively, an armouring layer can serve as this electrode, if the structural part contains a suitable such layer. It is also possible to use metallic electrodes that are drilled in for the purpose. The electrodes in the electrolytic medium, as well as the electrode consisting of a conductive film or armouring layer, are connected to each pole of an electric direct current source.

På armerte betongkonstruksjoner under terrengnivå brukes metoden ved at spenningen påtrykkes mellom armeringen eller evt. innborete elektroder og et nedgravet eller nedrammet metallisk legeme, f.eks. ei skinne eller et jordspyd. Elektrolytten dannes da av jordmassene omkring konstruksjonen og metallegemet. On reinforced concrete constructions below ground level, the method is used in that the voltage is applied between the reinforcement or any drilled-in electrodes and a buried or framed metallic body, e.g. a rail or a spike of earth. The electrolyte is then formed by the soil masses around the structure and the metal body.

Ved påsetting av strømmen beveger vannet seg mot den ene elektroden, og dette resulterer i at vannet trekkes ut av betongen og ansamles i den tilhørende elektrolytten, som derved får et økende vanninnhold. Polariteten må bestemmes i hvert enkelt tilfelle. I betong vil vannet normalt bevege seg mot minuspolen. When the current is applied, the water moves towards one electrode, and this results in the water being drawn out of the concrete and accumulating in the associated electrolyte, which thereby gets an increasing water content. The polarity must be determined in each individual case. In concrete, the water will normally move towards the minus pole.

Uttørkingens hurtighet og grad avhenger av den anvendte likespenning, som igjen er avhengig av betongens og den anvendte elektrolyttens ledningsevne, av betongens porøsitet, av elektrodetettheten og avstanden mellom elektrodene. For vanlige forekommende bygningskonstruksjoner ligger den anvendte spenning i området 10-100 V, avhengig av uttørkingsgraden, hvorved uttørking blir utført i løpet av dager eller uker. The speed and degree of drying depends on the applied direct voltage, which in turn depends on the conductivity of the concrete and the electrolyte used, on the porosity of the concrete, on the electrode density and the distance between the electrodes. For common building constructions, the applied voltage is in the range of 10-100 V, depending on the degree of drying, whereby drying is carried out over days or weeks.

I tilfelle konstruksjoner over terrenget gjelder følgende: Etter at betongens vanninnhold er redusert tilstrekkelig til at målinger av relativ fuktighet i lukkete borehull viser, at denne fuktigheten er mindre enn 80%, fjernes elektrolytten ved skraping, børsting, blåsing, banking, suging eller annen egnet metode, før strømmen brytes. Etter at strømmen er brutt, fjernes elektrodematerialet samt eventuelle elektrolyttrester. In the case of constructions above the terrain, the following applies: After the concrete's water content has been reduced sufficiently for measurements of relative humidity in closed boreholes to show that this humidity is less than 80%, the electrolyte is removed by scraping, brushing, blowing, knocking, suction or other suitable method, before the power is interrupted. After the current has been interrupted, the electrode material and any electrolyte residues are removed.

Til slutt forsegles de flatene på den uttørkete konstruksjonsdelen som kan utsettes for fukt, mot ny fuktinntrengning ved å påføre dem et belegg som er ugjennomtrengelig for vann og vanndamp. Dette belegget, foruten å være tett, må også være tilstrekkelig elastisk til ikke å briste ved mindre, termiske eller belastningsbetingete bevegelser i konstruksjonsdelen. Finally, the surfaces of the dried construction part that may be exposed to moisture are sealed against new moisture penetration by applying a coating that is impermeable to water and water vapour. This coating, in addition to being tight, must also be sufficiently elastic so as not to burst in the event of minor, thermal or load-related movements in the structural part.

Egnede belegg kan f.eks. være polyuretan, gummi, akryl eller liknende Suitable coatings can e.g. be polyurethane, rubber, acrylic or similar

Under terrengnivå må strømtilførselen være permanent innkoplet for å holde fuktigheten kontinuerlig nede. Below ground level, the power supply must be permanently switched on to keep the humidity down continuously.

Eksempel Example

I tegningen er det vist skjematisk et eksempel på en utførelsesform, idet In the drawing, an example of an embodiment is shown schematically, as

fig. 1-2 viser vertikalsnitt gjennom to murkonstruksjoner som rager opp over marknivå og som på forskjellig vis er forsynt med en anordning for å gjennomføre framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen, mens fig. 1-2 show vertical sections through two masonry constructions which rise above ground level and which are provided in various ways with a device for carrying out the procedure in accordance with the invention, while

fig. 3-5 viser tilsvarende snitt for murkonstruksjoner som ligger nedgravd. fig. 3-5 show corresponding sections for masonry structures that are buried.

I figurene er det vist en mur 11 støpt av betong med tilslagsmateriale som angitt i innledningen. The figures show a wall 11 cast from concrete with aggregate material as stated in the introduction.

I fig. 1 er det i muren 11 innlagt et armeringsnett 12. På den side av muren 11 som ligger lengst fra armeringsnettet 12 er det pålagt et lag 13 av mineralull som er fuktet med et elektrolytisk medium. I dette laget 13 er det innlagt en elektrode 14 i form av et metallnett. Metallnettet 14 er tilkoblet den negative elektroden til ei likespenningskilde 15, som med den positive elektroden er tilkoblet armeringsnettet 12. In fig. 1, a reinforcing mesh 12 has been installed in the wall 11. On the side of the wall 11 which is furthest from the reinforcing mesh 12, a layer 13 of mineral wool is applied which is moistened with an electrolytic medium. An electrode 14 in the form of a metal mesh is embedded in this layer 13. The metal mesh 14 is connected to the negative electrode of a direct voltage source 15, which is connected to the armature mesh 12 with the positive electrode.

I fig. 2 er det vist en mur 11 uten armeringsnett, men med en elektrisk ledende film 16 som tørr motelektrode. Ellers er anordningen som i fig. 1. In fig. 2 shows a wall 11 without reinforcing mesh, but with an electrically conductive film 16 as a dry counter electrode. Otherwise, the device as in fig. 1.

I fig. 3 er det vist en nedgravd mur 11 med et armeringsnett 12 og et jordspyd 17 som de respektive elektrodene. In fig. 3 shows a buried wall 11 with a reinforcing mesh 12 and an earth spike 17 as the respective electrodes.

I fig. 4 er det vist en nedgravd mur 11 med et jordspyd 17 og ei eller flere innstøpte metallstenger 18 som de respektive elektrodene. In fig. 4 shows a buried wall 11 with an earth spike 17 and one or more embedded metal rods 18 as the respective electrodes.

I fig. 5 er det vist en nedgravd mur 11 med et jordspyd 17 som "tørrelektrode" og et metallnett 14 innleiret i et mineralullag 13 som "våtelektrode". In fig. 5 shows a buried wall 11 with an earth spike 17 as "dry electrode" and a metal mesh 14 embedded in a mineral wool layer 13 as "wet electrode".

Bruken av elektroder og materialer i eksemplene kan varieres som det er antydet foran og som definert i patentkravene. The use of electrodes and materials in the examples can be varied as indicated above and as defined in the patent claims.

Claims

1. Procedure for stopping alkali aggregate reactions in concrete which has a relatively high content of amorphous silica, characterized by that an electrode is placed in an electrolytic medium ("wet electrode") in or up to the concrete structure to be treated, where the electrode with the electrolytic medium is placed in surface contact with the concrete when the concrete to be treated is above ground level, or where the electrode, e.g. .in the form of one or more soil spikes, in a manner known per se, are inserted into the soil so that the soil itself acts as an electrolytic medium that an electrically conductive body is placed on the opposite side of the concrete in a dry environment as an additional electrode ("dry electrode"), e.g. in the form of existing reinforcement, embedded electrodes, applied plates or similar, and that a direct voltage is applied between the wet electrode and the dry electrode, thereby extracting water by electro-osmosis until the concrete's relative moisture content is reduced to below 80%, whereby the water's electro-osmotic migration stops by itself.

2. Procedure in accordance with patent claim 1, characterized in that the electrically conductive body consists of an anhydrous film, for example applied as paint containing electrically conductive particles.

3. Method in accordance with patent claim 1, characterized in that the electrically conductive body comprises a reinforcing mesh.

4. Method in accordance with one of patent claims 1-3, characterized by the fact that highly retarded shotcrete is used as the electrolytic medium.

5. Method in accordance with one of patent claims 1-3, characterized in that an electrolytic solution is used as the electrolytic medium which is supplied in liquid form or is used absorbed in a porous medium, such as mineral wool, cellulose pulp, sawdust, clay.

6. Method in accordance with one of patent claims 1-3, characterized in that a saline gel is used as the electrolytic medium.

7. Device for carrying out the method in accordance with patent claim 1, characterized in that it comprises an electrode (14) which is placed in a relatively electrolytic environment up to a concrete body (11) to be treated, and a second electrode (12) which is placed in or near the concrete body so that it is placed in a relatively dry environment.

8. Device in accordance with patent claim 7, characterized in that it comprises electrodes 04) in an electrolytic medium, such as an electrolytic solution absorbed in mineral wool (13) and on the opposite side of the concrete structure an electrically conductive surface coating, e.g. in the form of paint containing electrically conductive particles.