PL163573B1 - Sposób elektrochemicznej obróbki wilgotnych porowatych materialów budowlanych PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób elektrochemicznej obróbki wilgotnych, porowatych materialów budowlanych, w którym dodatnie elektrody stykaja sie z wilgotnym porowatym materialem, a ujemne elektrody sa umieszczone w odleglosci i elektrycznie polaczone z dodatnimi elektrodami przez przynaj- mniej czesc porowatego materialu, i w którym przyklada sie napiecie do tych elektrod dla spowodowania elektrolitycznego dzialania w przestrzeni pomiedzy tymi elektrodami, znamienny tym, ze doprowadza sie do tych elektrod elektrolitycznie dzialajace napiecie dla pierwszej czesci cyklu roboczego, nastepnie do elektrod doprowadza sie drugie napiecie o przeciwnej polaryzacji, dla drugiej czesci cyklu roboczego, przeprowadza sie kontrolowane przejscie od pierwszego napiecia do drugiego napiecia, przy czym energia zuzyta w pierwszej czesci cyklu jest wieksza od energii zuzytej w drugiej czesci cyklu, i w sposób ciagly powtarza sie cykle robocze przez okres potrzebny do uzyskania z góry okreslonej obróbki porowatego materialu. (51) IntCl5: E04B 1/70 C04B 41/60 P L 163573 B 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób elektrochemicznej obróbki wilgotnych porowatych materiałów budowlanych, zwłaszcza dla suszenia i realizacji.

Wiele powszechnie stosowanych materiałów budowlanych, takich jak beton, gips, cegła, niektóre rodzaje kamieni oraz wiele materiałów izolacyjnych mają budowę porowatą. Te porowate konstrukcje są często wypełnione wodą, a zwłaszcza, gdy te materiały stykają się ze źródłami wilgoci, takimi jak wilgotna ziemia, lub podobnymi. W wielu przypadkach takie długie przebywanie w warunkach nasyconych wilgotnością powoduje powstanie w materiałach budowlanych niekorzystnego środowiska i/lub możliwość zniszczenia tych materiałów.

Znane sposoby suszenia nasyconych, porowatych materiałów okazały się mniej niż zadawalające. Jednym z tych tradycyjnych sposobów jest zastosowanie kombinacji nagrzewania i przewietrzania. Jednak takie sposoby są bardzo powolne w działaniu, a ponadto zużywają one duże ilości energii. Ponadto przy zastosowaniu sposobów wykorzystujących ciepło występuje ryzyko wypaczenia, spowodowanego doprowadzeniem ciepła, i/lub pęknięcia konstrukcji.

Innym znanym sposobem usunięcia wody z porowatych materiałów jest zastosowanie elektroosmozy. W tym przypadku wiadomo, że ścianki włoskowatych rurek są pokrywane w najbardziej powszechnie stosowanych materiałach budowlanych elektrycznie naładowanymi warstewkami pochłaniającymi wodę, zwanymi elektrycznymi podwójnymi warstwami. Stwierdzono, że w przypadku, gdy takie porowate ciało jest poddane działaniu pola elektrycznego, część tak zwanej podwójnej warstwy będzie miała tendencję do migracji pod wpływem pola. Część swobodnej cieczy w porach jest przenoszona przy zastosowaniu tych sposobów, co może doprowadzić do znacznego zmniejszenia wewnętrznej zawartości wilgoci w porowatym materiale.

Nie zaprzeczając teoretycznej atrakcyjności zastosowania sposobu elektro-osmozy, to jednak należy uwzględnić, że w praktyce wystąpiły poważne wady zastosowania tego sposobu. Jedną z nich jest niezwykle niska wydajność spotykana przy zastosowaniu zwykłych sposobów. Z tego powodu zastosowanie elektrycznego ładunku w ścianie z porowatego materiału budowlanego zwykle wiąże się z zastosowaniem elektrod przewidzianych lub zainstalowanych w porowatym i połączonych poprzez ten materiał z elektrodą uziemiającą. Gdy te elektrody są spolaryzowane, występuje migracja cząsteczek wody ku ujemnej elektrodzie. Jednak przy zastosowaniu tego sposobu przez jakiś czas, elektrody zostają pokryte przylegającą warstewką gazu, zwykle wodoru na katodzie, a w innych przypadkach tlenkiem, siarczkiem, lub inną warstewką powstałą w wyniku reakcji elektrochemicznej na powierzchniach elektrody. Te warstewki posiadają bardzo wysoką rezystancję elektryczną, co powoduje pogorszenie jakości elektrycznych charakterystyk tego sposobu i powoduje niską sprawność.

Przy zastosowaniu konwencjonalnych sposobów elektroosmozy powstaje poważne zagadnienie na skutek tego, że dodatnio naładowane elektrody układu są poddane silnej korozji elektrolitycznej. tam, gdzie elektrody są zainstalowane szczególnie dla tego celu, taka korozja powoduje na początku zmniejszenia sprawności układu i ewentualnie całkowite przerwanie elektrycznej ciąg

163 573 łości działania elektrody. Jednak w wielu przypadkach jest pożądane użycie wewnętrznej zbrojeniowej stali elektrody dodatniej. W takich przypadkach poważna korozja dodatniej elektrody może poważnie obniżyć wartość samej konstrukcji.

W szwedzkim zgłoszeniu patentowym nr 86/01888-4 z dnia 24 kwietnia 1989 zaproponowano zastosowanie impulsów o szybko, asymetrycznie zmieniającej się postaci fali dla uzyskania elektroosmozy. Jednak taki sposób jest uważany jako całkowicie nie nadający się do praktycznego zastosowania, ponieważ niezwykle wysokie tempo pracy cyklicznej powoduje poważne obciążenie źródła mocy oraz silne promieniowanie zakłóceń częstotliwości radiowych.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem przewiduje się sposób elektronicznej obróbki wilgotnych, porowatych materiałów budowlanych, w którym dodatnie elektrody stykają się z wilgotnym porowatym materiałem, a ujemne elektrody są umieszczone w odległości i elektrycznie połączone z dodatnimi elektrodami przez przynajmniej część porowatego materiału, i w którym przykłada się napięcie do tych elektrod dla spowodowania elektrolitycznego działania w przestrzeni pomiędzy tymi elektrodami. Sposób ten charakteryzuje się tym, że doprowadza się do tych elektrod elektrolitycznie działające pierwsze napięcie dla pierwszej części cyklu roboczego, następnie do elektrod doprowadza się drugie napięcie o przeciwnej polaryzacji, dla drugiej części cyklu roboczego, przeprowadza się kontrolowane przejście od pierwszego napięcia do drugiego napięcia, przy czym energia zużyta w pierwszej części cyklu jest zasadniczo większa od energii zużytej w drugiej części cyklu i w sposób ciągły powtarza się cykle robocze przez okres potrzebny do uzyskania z góry określonej obróbki porowatego materiału.

Ponadto czas trwania pierwszej części cyklu roboczego zmienia się na drugą część cyklu, gdy polaryzacja dodatniej elektrody dojdzie do poziomu sprzyjającego tworzeniu się produktów korozji, i zmienia się drugą część cyklu na pierwszą część cyklu, gdy polaryzacja dodatniej elektrody zostanie obniżona do poziomu bezpiecznie niższego od tego sprzyjającego tworzeniu się produktów korozji.

Następnie umieszcza się półogniwową elektrodę porównawczą wewnątrz porowatego materiału przylegającego do dodatniej elektrody i mierzy się napięcie porównawcze pomiędzy tym półogniwem i dodatnią elektrodą, przy czym elektrody umieszcza się i dostosowuje się osmotycznie czynne napięcie tak, że uzyskuje się początkową gęstość prądu w porowatym materiale o wielkości rzędu 0,01 A/m2 do 1,0 A/m2, przy czym przykłada się do elektrod napięcie o wartości rzędu od 20 do 40 V prądu stałego.

Dodatnie elektrody umieszcza się w rzadkiej zaprawie nałożonej zewnętrznie z jednej strony na porowaty materiał, a ujemną elektrodę umieszcza się po przeciwnej stronie porowatego materiału, przy czym tworzy się sieciowy przepływ prądu przez materiał. Dodatnie elektrody składają się z kilku indywidualnych elektrod, które osadza się w osuszanej ścianie, lub w czymś podobnym, w rozstawieniu względem siebie w przybliżeniu co 0,5 m.

Pomiędzy pierwszą częścią cyklu roboczego a drugą częścią cyklu, w czasie trwania przejścia rozładowuje się wewnętrzną pojemność układu elektrody i porowatego materiału, po czym przykłada się drugie napięcie w czasie drugiej części cyklu i powtarza się cykl roboczy przez okres potrzebny dla usunięcia wilgoci z porowatego materiału. W takich warunkach przeprowadza się pierwszą część cyklu aż do czasu, w którym dodatnia elektroda stanie się zasadniczo nieuodporniona na korozję i poddana korozji, a następnie kontynuuje się drugą część cyklu aż do czasu, gdy dodatnia elektroda stanie się zasadniczo ponownie uodporniona na korozję, przy czym dopływ energii w czasie drugiej części cyklu ogranicza się do nie więcej niż połowy dopływu energii w czasie pierwszej części cyklu, bez względu na pasywność dodatniej elektrody.

Napięcie około 20 do 40 V pomiędzy elektrodami przykłada się w czasie pierwszej części cyklu oraz, napięcie o wielkości podobnego rzędu, lecz o przeciwnej polaryzacji, w czasie drugiej części cyklu. Pierwszą część cyklu przerywa się i zaczyna się drugą część cyklu, gdy elektroda utraci zasadniczo odporność na korozję i stanie się narażoną na korozję, a ponadto przerywa się drugą część cyklu i zaczyna cię pierwszą część cyklu, gdy elektroda stanie się zasadniczo ponownie uodporniona na korozję. Doprowadza się dodatnie napięcie do elektrody ze stali zbrojeniowej w czasie pierwszej części cyklu, a drugą elektrodę umieszcza się na zewnątrz betonu dla usunięcia wody z betonu.

163 573 5

W czasie pierwszej części cyklu doprowadza się napięcie we wszystkich przypadkach przynajmniej dwukrotnie wyższe od napięcia doprowadzanego w drugiej części cyklu.

Odwrócenie napięcia z pierwszej części cyklu na napięcie w drugiej części cyklu przeprowadza się z szybkością nie większą niż 8 V na sekundę.

Sposób dla przeprowadzenia elektroosmotycznego suszenia porowatych konstrukcji w celu uniknięcia normalnie powstających problemów spowodowanych polaryzacją elektrod i towarzyszącą temu utratą sprawności działania i/lub znieszczeniem układu, lub nawet samej konstrukcji. Niniejszy wynalazek nadaje się szczególnie do ścian fundamentów i podobnych konstrukcji. Na przykład, szczególnie jest użyteczne zastosowanie wynalazku przy zmniejszaniu ilości cieczy w porach wilgotnych ścian piwnic. Innymi konstrukcjami, w których wynalazek może być użytecznie zastosowany, są betonowe zbiorniczki na wodę, ściany podtrzymujące, pomosty mostów, kolumny budowlane itp. Ogólnie biorąc przedmiot wynalazku może być użytecznie zastosowany w każdej konstrukcji z betonu lub innego porowatego materiału budowlanego narażonego na stykanie się z wodą i wykazującej zmniejszonie wartości na skutek działania kapilarnego.

Niektóre cechy rozwiązania według wynalazku są również użyteczne w zastosowaniu przy realkalizacji żelbetonu, który zostaje zakwaszony na skutek nasycania dwutlenkiem węgla.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres uproszczonego schematu wyidealizowanej zmiany napięcia w czasie elektroosmotycznego procesu według wynalazku, fig. 2 i 3 przedstawiają fragmentaryczne przekroje poprzeczne obrazujące zastosowanie sposobu według wynalazku w połączeniu z typowymi nadziemnymi konstrukcjami, fig. 4 do 6 - fragmentaryczne przekroje poprzeczne obrazujące zastosowanie sposobu według wynalazku w połączeniu z podziemnymi konstrukcjami, takimi jak fundamenty, a fig. 7 przedstawia uproszczony wykres zmiany napięcia w czasie wynikającego z korzystnego zastosowania w praktyce przedmiotu wynalazku, który może być zastosowany do kontrolowania działania systemu elektroosmotycznego.

Jak to przedstawiono na rysunku, oznacznik 10 na fig. 2 wskazuje konstrukcję ściany betonowej, która może być uzbrojoną, nieprzepuszczającą ścianą, lub czymś podobnym, stykającą się ze źródłem wilgoci, i która może dojść do stanu nasycenia wodą w porach. Na fig. 2 betonowa ściana posiada wewnętrzne uzbrojenie konwencjonalnego typu.

W celu zastosowania do ściany 10 obróbki elektroosmotycznej, korzystnie jest wykorzystać wewnętrzny metal uzbrojenia jako dodatnią elektrodę, lub anodę układu. Dla stworzenia kompletnego obwodu z ujemną elektrodą korzystne jest zastosowanie w przedstawionym układzie elektrolitycznej warstwy rzadkiej zaprawy cementowej, lub innej odpowiedniej, porowatej, przewodzącej warstwy 12 na zewnętrznej powierzchni ściany 10. Warstwa 12 przewodzącej zaprawy będzie w typowym rozwiązaniu posiadała umieszczoną w niej elektrodę 13, która może mieć postać siatki z drutu, lub czegoś podobnego. Sterowane óródło 14 napięcia jest połączone przewodami 16 z odpowiednimi ujemnymi i dodatnimi elektrodami dla umożliwienia zastosowania w układzie sterowanych napięć.

Zgodnie z przedmiotem wynalazku, napięcia są doprowadzone do elektrod 11, 13 w sposób przedstawiony na fig. 1. Fig. 1 jest wykresem obrazującym zmiany napięcia w czasie, w układzie działającym zgodnie ze sposobem według wynalazku. Jak to widać na fig. 1 cykl roboczy posiada dwie zasadnicze fazy. W pierwszej fazie napięcie 17 prądu stałego jest przełożone do elektrod 11,13, pi zy czym wewnętrzna elektroda 11 jest anodą, lub dodatnią elektrodą, a elektroda 13 na przeciwległej powierzchni konstrukcji 10 jest katodą, lub ujemną elektrodą. W drugiej części cyklu roboczego, napięcie 18 ma znak przeciwny, na skutek czego elektrody 11, 13 mają przeciwne biegunowości i stają się odpowiednio katodą i anodą. W czasie pierwszej, lub zasadniczej części cyklu, impuls 17 napięcia powoduje przepływ prądu, który ma na celu elektroosmotyczne suszenie. Drugi impuls 18, o przeciwnej biegunowości, jest wprowadzany okresowo w celu zapobiegania, lub obniżenia do mogącego być przyjętym poziomu, tworzenia się gazu, lub innej izolującej warstewki na elektrodach, oraz tworzenia się produktów korozji.

W celu przeprowadzenia elektroosmotycznego suszenia musi być spowodowany dopływ energii z sieci, we właściwym kierunku w czasie przebiegu całego cyklu. Zgodnie z tym, dopływ energii w czasie pierwszego impulsu 17 cyklu powinien być przynajmniej dwukrotnie większy od

163 573 dopływu energii w czasie drugiej części 18 cyklu. Dopływ energii w czasie pierwszej części cyklu powinien być w rzeczywistości zwiększony do maksimum, w stosunku do dopływu energii w czasie drugiej części cyklu, przy uniknięciu stosunku o takiej wielkości, któryby spowodował zjawisko tworzenia się warstewki gazu i/lub nadmierne tworzenie produktów korozji. Typowe doświadczenie wskazuje, że skuteczne są stosunki dopływu energii w granicach od dwu- do dziesięciokrotności, jednak w niektórych przypadkach mogą być zastosowane stosunki znacznie od nich wyższe. W danej instalacji te stosunki mogą być optymalizowane przez zastosowanie oscyloskopu dla umożliwienia kontroli dopływu energii w obwodzie w czasie rozruchu. Można również zastosować mikroprocesor dla ciągłej optymalizacji okresów cyklu, w celu uzyskania najlepszej sprawności działania.

Na ogół impuls 17 napięcia pierwszej części cyklu jest równy co do wielkości impulsowi napięcia 18 drugiej części cyklu. Zgodnie z tym dopływ energii dla każdej części cyklu jest zasadniczo funkcją czasu trwania impulsu, a stosunki ilości energii są funkcją czasu trwania impulsów.

W typowej konstrukcji, do której można zastosować ten sposób, takiej jak przedstawiona na fig. 2, sama konstrukcja może mieć bardzo dużą pojemność. Zgodnie z tym, sposób według wynalazku powoduje kontrolowanie przemiany napięcia od dodatniego do ujemnego i w odwrotnym kierunku. Takie kontrolowanie przemian umożliwia rozproszenie ładunków pojemnościowych i zapewnia zasadniczo uniknięcie promieniowania zakłóceń częstotliwości radiowych.

Zwykle wielkość impulsów 17, 18 napięcia wynosi przynajmniej 20 V prądu stałego. Teoretycznie można pracować na niższych napięciach. Jednak czas potrzebny dla uzyskania większego stopnia osuszenia może stać się bardzo wydłużony. W górnej granicy - 40 V prądu stałego jest typowym maksimum. Przy wysokich wielkościach teoretyczna granica może być znacznie wyższa od 40 V. Jednak przy podnoszeniu poziomu napięcia nabierają wagi zagadnienia bezpieczeństwa. Zgodnie z tym dla typowych handlowych układów są bardziej pożądane napięcia rzędu 20 - 40 V prądu stałego. Pożądane jest, żeby przejścia z dodatniego na ujemne napięcie (i odwrotnie) były tak sterowane, żeby nie przekraczały szybkości większych od 8V na sekundę, tak ażeby okresy przechodzenia 19,20 z fig. 2 od + 40 V do -40, lub w przeciwnym kierunku, wynosiły w przybliżeniu 10 sekund lub więcej. Te okresy można doświadczalnie skrócić, lecz one powinny być kontrolowane w sposób wystarczający dla uniknięcia jakiegokolwiek promieniowania zakłóceń częstotliwości radiowych i/lub umożliwienia rozproszenia ładunków pojemnościowych.

Częstotliwość powtarzania cykli roboczych może być w dużym stopniu zmieniana. Jednak w praktyce jest pożądana możliwie jak najdłuższa w kierunku dodatnim, to znaczy w kierunku, w którym jest skuteczne usuwanie wody. W bardziej pożądanym układzie następstwo cykli jest sterowane kontrolowaniem warunków uodpornienia i nieuodpornienia stali zbrojeniowej wewnątrz betonu na korozję. To się przeprowadza przez umieszczenie wewnątrz betonu półogniw informujących, takich jak tlenek ołowiowo-ołowiowy, siarczan miedziowo-miedziowy, chlorek srebrowo-srebrowy itp. Półogniwo jest umieszczone wewnątrz betonu, w pobliżu (w granicach 10 -20 mm) stali zbrojeniowej lub wewnątrz umieszczonych elektrod, jeżeli w porowatym materiale nie ma zbrojenia. Potencjał półogniwa jest dzięki dobrze znanym zależnościom warunków, odbiciem uodpornienia/nieuodpornienia na korozję wewnątrz umieszczonej stali. Według jednej z cech przedmiotu wynalazku, gdy potencjał półogniwa wskazuje, że stal staje się nieuodporniona na korozję, zmienia się potencjał z kontrolowaniem zmiany, jak wyżej wspomniano, zastosowuje się i utrzymuje się odwrotny potencjał, korzystnie aż do czasu, gdy potencjał półogniwa wskaże zadawalające warunki uodpornienia stali na korozję, następnie ponownie wprowadza się potencjał dodatni, po wyżej wspomnianym kontrolowaniu przejścia.

W niektórych przypadkach, początkowe warunki porowatego materiału budowlanego są takie, że kontrolowanie przebiega wyłącznie przez uwzględnianie warunków uodpornienia lub nieuodpornienia wewnątrz umieszczonej stali może być niewystarczające. W takich przypadkach stosuje się nadrzędną kontrolę polegającą na kontrolowaniu całkowitej dostarczonej energii (napięcie x czas) w kierunku „dodatnim, to znaczy w kierunku, w którym elektroosmotyczne suszenie jest skuteczne. Energia ta powinna być przynajmniej dwukrotnie większa od energii doprowadzonej w odwrotnym kierunku. W typowej sytuacji, w warunkach w których jest konie163 573 czne zastosowanie nadrzędnej kontroli elektrody półogniwowej, te zjawiska mają charakter względnie przejściowy i poprawiają się z przebiegiem przeprowadzonego procesu. Zgodnie z tym, w typowych przypadkach, w pewnym punkcie przebiegu procesu, układ może powrócić do kontroli za pomocą elektrody półogniwowej.

Czas potrzebny dla uzyskania pożądanego poziomu osuszenia danej konstrukcji jest zależny od wielu zmiennych czynników, włącznie z rozmiarami konstrukcji oraz z szybkością , z jaką konstrukcja wchłania wodę z otoczenia. W jednym przypadku duże grube fundamenty siłowni były suszone od stuprocentowego poziomu wilgotności (całkowite nasycenie) do około 80% (stan zasadniczo suchy) w okresie około dziewięciu miesięcy, przy użyciu impulsów napięcia około 40 V prądu stałego. W typowej ścianie piwnicy domu, posiadającej na przykałd grubość około 300 mm, jest możliwe zmniejszenie wilgoci od około 100% do około 77% w okresie dwóch miesięcy przy zastosowaniu napięcia około 40 V prądu stałego. Proces może kończyć się sam w tym sensie, że przy poziomie wilgotności poniżej 80% ciągłość wody w porach staje się niepewna. W takich przypadkach działanie elektroosmotyczne dąży do zakończenia z powodu braku ciągłości w obwodzie prądu.

W typowej ścianie piwnicy często nie przewiduje się stali zbrojeniowej. W takich przypadkach jest konieczne umieszczenie elementów elektrody w ścianie. Korzystny sposób rozmieszczenia takich elektrod polega na rozmieszczaniu elektrod mniej więcej co 0,5 m w poziomych rzędach na połowie wysokości ściany piwnicy. Zazwyczaj jest konieczne, lub pożądane, wiercenie otworów w ścianie dla umożliwienia umieszczenia elektrod głęboko wewnątrz ściany.

Pożądane jest, żeby pierwotne i odwrotne impulsy napięcia były tej samej wielkości. Tego nie uważa się za warunek krytyczny, jednak rozważa się, czy jedno z napięć nie powinno być innej wielkości niż drugie. W takich przypadkach, w celu uzyskania z góry określonego dopływu energii przy odwrotnym impulsie, czas trwania stosowania impulsu niższego napięcia powinien być odpowiednio wydłużony w czasie dla utrzymania pożądanego odpowiedniego stosunku dopływu energii.

W korzystnym przykładzie zastosowania sposobu według wynalazku, jak to pokazano na fig. 2, źródło wytwarzające napięcie, ogólnie oznaczone przez 14 jest połączone z elektrodami kontrolnymi E1, E2. Elektroda El jest bezpośrednio połączona ze stalą zbrojeniową, lub inną elektrodą umieszczoną wewnątrz betonu, podczas gdy elektroda E2 jest półogniwem o z góry określonym składzie, pożądany jest tlenek ołowiowo-ołowiowy, ponieważ jego koszt jest względnie niski.

Według wynalazku dodatnie napięcie jest podłączone do pręta zbrojeniowego 11 dla spowodowania elektroosmotycznego działania wewnątrz betonowego korpusu 10. Gdy występuje działanie elektroosmotyczne, pręt zbrojeniowy 11 zwykle stopniowo zostaje spolaryzowany do takiej wielkości, przy której zwiększy się korozja pręta zbrojeniowego. W miarę stopniowej polaryzacji pręta zbrojeniowego powstaje stopniowa zmiana napięcia pomiędzy elektrodami E1, E2. Specyficzna wielkość napięcia jest zależna od składu półogniwa. Jednak zarys krzywej napięcia w stosunku do czasu, dotyczący napięcia ogniwo-pręt zbrojeniowy (fig. 7), nazwany tu stosunkiem napięcia, jest całkowicie charakterystyczny i może być używany do kontroli zmian kierunku napięcia, korzystnie używając prostych układów mikroprocesorowych. A zatem można zauważyć na fig. 7, że gdy przyłoży się do elektrod dodatni impuls napięcia z zewnętrznego źródła 14, napięcie wzrasta na początku bardzo łagodnie, a następnie gwałtownie przy zbliżaniu się do maksimum. Napięcie pozostaje względnie stałe przez chwilę przed rozpoczęciem stopniowego obniżania się, jak pokazano w obszarze 60 na fig. 7.

Gdy napięcie zaczyna obniżać się w czasie ciągłego trwania dodatniego impulsu z zewnętrznego źródła 14 energii, to jest to wskazówką, że stal staje się nieuodporniona na korozję w rozmiarach stwarzających problem korozji. Uwzględniając to, stosuje się zmianę kierunku napięcia dla rozpoczęcia impulsu napięcia w odwrotnym kierunku, z zewnętrznego źródła 14 napięcia.

Zmiana zewnętrznego napięcia powoduje względnie ostry spadek porównawczego napięcia 61 (fig. 7) aż do dojścia porównawczego napięcia do wartości ujemnej. Wkrótce po tym, napięcie porównawcze dochodzi do stałej ujemnej wartości wskazanej w 62 na fig. 7. Te warunki wskazują, że stal zbrojeniowa uległa depolaryzacji, w ten sposób została ponownie uodporniona na korozję.

163 573

W ten sposób stałe ujemne napięcie może być użyte dla przedstawienia przerzutnika na dodatni impuls 17 z zewnętrznego źródła 14 energii. Ten cykl działania powtarza się w czasie przeprowadzania procesu.

Czas trwania impulsów sterowanych elektrodą półbiegunową może zmieniać się w bardzo szerokich granicach, zależnych od takich czynników jak zawartość wilgotności, przewodność elektryczna, oraz od ilości i rodzajów substancji utleniających i redukujących występujących w betonie. W typowym przypadku impuls dodatni może trwać od jednej godziny aż do nawet całego dnia, zanim stal zbrojeniowa uzyska taką biegunowość, przy której trzeba zastanowić się nad zagadnieniem korozji. Według wynalazku to może być automatycznie kontrolowane przez monitorowanie napięcia półogniwa.

W niektórych warunkach automatyczna kontrola zgodna jedynie z napięciami wskazanymi pomiędzy elektrodami El, E2 może spowodować nieprawidłowe wyniki. Gdy ilość energii dostarczonej w czasie dodatniego impulsu nie jest wystarczająco większa od energii dostarczonej w czasie ujemnego impulsu, podstawowe cele przeprowadzania procesu mogą być zasadniczo przekreślone. Z tego powodu, według wynalazku, jeżeli dopływ dodatniej energii do sterującej elektrody półogniwa wynosi mniej niż połowa energii dostarczonej w czasie ujemnego impulsu, czasowa kontrola cyklu jest w takim stopniu nadrzędną nad elektrodą półogniwową, żeby w każdym przypadku czasy trwania dodatniego napięcia były przynajmniej dwukrotnie dłuższe od czasów trwania ujemnego napięcia.

Okoliczności, w których automatyczna kontrola elektrody półogniwowej może być niezadawalająca występują, gdy beton, lub inny porowaty materiał budowlany, zawiera duże ilości substancji oksydacyjno-redukcyjnych, również wtedy, gdy występuje zagadnienie „zatrucia półogniwa spowodowane obecnością substancji szkodliwych, pleśni lub bakterii, ponadto gdy wywierane są zakłócające warunki elektryczne na pręty uzbrojenia, na przykład niektórymi sposobami uziemiania, jak również, gdy występuje błąd wewnątrz układu kontrolowania półogniwa, z powodu krótkiego spięcia, przerwania obwodu itp.

W każdym z wyżej wymienionych przypadków przebieg będzie kontrolowany zapasowymi, nadrzędnymi urządzeniami kontrolującymi, żeby być pewnym, że dopływ „dodatniej energii był w przybliżeniu przynajmniej dwa razy większy od dopływu „ujemnej energii.

W typowej sytuacji, warunki, w których automatyczne kontrolowanie elektrody półogniwowej musi być zastąpione innym, będą wyeliminowane w czasie przebiegu procesu obróbki. Zgodnie z tym, w normalnym przypadku, automatyczna kontrola polegająca na monitorowaniu układu elektrody półogniwa staje się możliwa dość wcześnie podczas całego przebiegu procesu obróbki.

Układ według wynalazku może być zastosowany w różny sposób w odniesieniu do nasyconych konstrukcji. Na przykład na fig. 3 podziemna konstrukcja 25, dostępna z obu stron, jest wyposażona z jednej strony w porowatą elektrolityczną rzadką zaprawę 26 z umieszczoną w niej elektrodą

27. Przeciwległa strona ściany posiada przewodzącą powłokę, taką jak przewodząca farba lub coś podobnego, oznaczoną oznacznikiem 28. Zaprogramowany, cykliczny układ 14 wytwarzający napięcie, jest połączony z elektrodami 27,28 wykorzystującymi przewodzącą wierzchnią warstwę jako anodę, oraz osadzoną elektrodę 27 jako katodę. Gdy układ zostanie uruchomiony, nastąpi elektroosmotyczna migracja wody do porowatej powłoki 26. Powłoka 26 powinna mieć budowę wystarczająco porowatą, która łatwo dostosuje się do suszenia przez odparowanie, gdy wilgoć przechodzi do niej z właściwej ściany.

W układzie przedstawionym na fig. 4 konstrukcja podziemna, na przykład ściana 30 fundamentu, jest wykonana z układem prętów 31 zbrojeniowych, które są połączone z zaprogramowanym źródłem napięciowym 14. Jedna lub kilka elektrod uziemiających 32, jest zagłębiona w ziemi 33, w sąsiedztwie, lecz w oddaleniu od ściany 30, i te uziemiające elektrody są połączone z zaciskiem ujemnego napięcia źródła 14 wytwarzającego napięcie, żeby mogły służyć jako katody. W przedstawionym przykładzie układ elektrod 32 uziemiających jest umieszczony po stronie ściany 30 najbardziej oddalonej od układu 31 prętów zbrojeniowych, dzięki czemu działanie elektroosmotyczne jest zastosowane do największej objętości konstrukcji ściany.

W częściowo podziemnej konstrukcji ściany przedstawionej na fig. 5, konstrukcja 40 ściany jest wykonana bez wewnętrznego uzbrojenia. W takich przypadkach wierci się długie otwory 41 w

163 573 ścianie, nachylone ukośnie ku dołowi, i osadza się elementy elektrodowe 42 w wywierconych wybraniach. Układ 14 wytwarzający energię jest połączony swym zaciskiem dodatniego napięcia z osadzonymi elektrodami 42, a zacisk ujemnego napięcia jest połączony z układem 43 elektrod uziemiających w postaci jednego lub kilku elementów elektrodowych wprowadzonych do ziemi. W typowej instalacji sprawdzono, że odpowiednie jest rozstawienie elektrod co 0,5 m.

W konstrukcji przedstawionej na fig. 6 betonowa ściana 50, która może być ścianą piwniczną, lub na przykład ścianą zabezpieczającą, posiada jedną powierzchnię 51 odsłoniętą i styka się z ziemią 52 na przeciwległej powierzchni 53. Dla takiej instalacji stosuje się korzystnie elektrolityczną rzadką zaprawę 54 na wystawionej powierzchni 51 ściany i umieszcza się w niej elektrodę w postaci kraty 55, lub na przykład w postaci siatki z drutu. Zaprogramowany układ 14 wytwarzający napięcie jest połączony swoim dodatnim zaciskiem z elektrodą 55 osadzoną w rzadkiej zaprawie, a swoim ujemnym zaciskiem z układem 56 elektrod uziemiających, osadzonych w ziemi 52.

Można zauważyć, że układ z fig. 6 różni się od układu z fig. 3, w którym jest odwrotne połączenie z układem 14 wytwarzającym napięcie. W układzie z fig. 6 elektroosmotyczna migracja cząsteczek wody przebiega w kierunku otaczającej ziemi. Z tego powodu należy rozumieć, że powoływanie się w licznych ilustracjach z fig. 2 - 6 na „ + “ i na „ — “ dotyczy biegunowości zasadniczego impulsu 17 napięcia, jak przedstawiono na fig. 1.

Sposób według niniejszego wynalazku stanowi zasadniczy postęp w porównaniu ze znanymi sposobami suszenia konstrukcji betonowych i innych konstrukcji z materiałów porowatych, które zostały całkowicie lub częściowo nasycone wodą. Jakkolwiek, na ogół, znane były elektroosmotyczne sposoby, ich komercyjne zastosowanie nie było realizowane z powodu praktycznych trudności związanych z powstawaniem cienkich gazowych warstewek izolujących, w szczególności na katodzie, i tworzeniem się produktów korozji na anodzie. W przypadku izolującej gazowej warstewki, sposób staje się w sposób nagły nieskuteczny, gdy poziom oporności podnosi się w miarę tworzenia się gazowej warstewki. W przypadku tworzenia się produktów korozji, poza powstawaniem znacznej oporności, lub nawet powodowaniem nieciągłości przewodzenia elektrycznego, konstrukcja, do której zastosuje się ten sposób może być poważnie uszkodzona na skutek osłabienia wewnętrznego uzbrojenia i/lub pękania otaczającego materiału na skutek wewnętrznego ciśnienia powstającego przy rozszerzaniu się produktów korozji.

Przy zastosowaniu sposobu według niniejszego wynalazku sterowana cykliczna zmiana polaryzacji impulsów energetycznych służy do przeciwdziałania tworzeniu się niepożądanych warstewek gazu i produktów korozji, przy równoczesnym umożliwieniu zrealizowania sieciowego przepływu energii, dzięki czemu elektroosmotyczne procesy mogą przebiegać w granicach rozsądnych poziomów sprawności i bez ujemnego wpływu na całość konstrukcji.

Ważne jest, że wiele sposobów według wynalazku może być zastosowanych nie tylko do elektroosmotycznej obróbki porowatych materiałów budowlanych, lecz również do takiej obróbki jak realkalizacja betonu zabiegami elektrochemicznymi. W przypadku procesu realkalizacji jest pożądane spowodowanie elektrolitycznej migracji jonów hydroksylowych z jednej przestrzeni konstrukcji betonowej, która została nasycona dwutlenkiem węgla, i w ten sposób zakwaszona do takiego stopnia, w którym może grozić poważna korozja wewnętrznej konstrukcji zbrojeniowej. Zgodnie ze sposobami podanymi w zgłoszeniu „Millera et al.“ w Stanach Zjednoczonych nr ser. 143 971 (odpowiadającego pod względem treści publikacji PCT nr PCT/N087 00-3) rehabilitacja zbrojenia konstrukcji betonowych, które ucierpiały na skutek niepożądanego stopnia nasycenia dwutlenkiem węgla, może być przeprowadzona przez zastosowanie napięcia pomiędzy rozstawionymi elektrodami, z których jedna jest umieszczona wewnątrz strefy betonu o względnie dużym nasyceniu dwutlenkiem węgla i druga umieszczona albo w strefie względnie mniej nasyconej tego samego betonu, lub osadzonej wewnątrz zastosowanej warstwy elektrolitycznego materiału bogatego w jony hydroksylowe. W zależności od szczególnego kształtu konstrukcji poddanej obróbce, pręty zbrojenia mogą być poddane depacyfikacji lub powleczeniu warstewką gazu. W każdym przypadku sterowany przebieg obróbki według wynalazku, zawierający przemianę napięcia, może być zastosowany z dużą korzyścią dla ochrony stali wewnętrznego zbrojenia przed korozją i/lub dla polepszenia sprawności działania.

163 573

W sposobie według wynalazku odwrócenie biegunowości jest we wszystkich przypadkach przeprowadzane zgodnie z kontrolowaną przemianą, na skutek czego skutecznie unika się promieniowania zakłócenia częstotliwości radiowej i/lub tkwiąca w konstrukcji pojemność ma możliwość rozładowania zgodnie z własną szybkością rozładowania, na skutek czego odwrócenia polaryzacji nie powodują niepotrzebnych strat energii na pokonanie przeciwnych szczątkowych napięć.

Szczególnie korzystnym jest sterowanie procesem za pomocą półogniwowego monitorowania napięcia, przy czym w każdym etapie procesu tendencja stali wewnętrznego zbrojenia (lub osadzonych elektrod w przypadku, gdy nie ma zbrojenia) do polaryzowania się, utraty odporności na korozję i dopuszczenie możliwości występowania korozji, przyłożone napięcie może być odwrócone i impulsy odwróconego napięcia mogą być utrzymywane aż do uzyskania zadowalających warunków uodpornienia na korozję. W typowym przypadku ten sposób umożliwia uzyskanie najlepszej sprawności, w granicach, w których dodatnie, lub powodujące obróbkę impulsy energii elektrycznej mogą być utrzymywane w możliwie największych rozmiarach, a okresy odwróconej biegunowości doprowadzone do minimum.

Naturalnie należy rozumieć, że szczególne, tutaj zobrazowane i opisane przykłady stosowania rozwiązania według wynalazku mają na celu być tylko przedstawieniem możliwości zastosowania przedmiotu wynalazku, ponieważ można wprowadzić niektóre zmiany bez odchodzenia od wyraźnych wskazań podanych w opisie. Zgodnie z tym należy uwzględnić umieszczone w dalszym ciągu, dołączone, zastrzeżenia patentowe, dla określenia pełnego zakresu przedmiotu wynalazku.

Claims (14)

1. Sposób elektrochemicznej obróbki wilgotnych, porowatych materiałów budowlanych, w którym dodatnie elektrody stykają się z wilgotnym porowatym materiałem, a ujemne elektrody są umieszczone w odległości i elektrycznie połączone z dodatnimi elektrodami przez przynajmniej część porowatego materiału, i w którym przykłada się napięcie do tych elektrod dla spowodowania elektrolitycznego działania w przestrzeni pomiędzy tymi elektrodami, znamienny tym, że doprowadza się do tych elektrod elektrolitycznie działające napięcie dla pierwszej części cyklu roboczego, następnie do elektrod doprowadza się drugie napięcie o przeciwnej polaryzacji, dla drugiej części cyklu roboczego, przeprowadza się kontrolowane przejście od pierwszego napięcia do drugiego napięcia, przy czym energia zużyta w pierwszej części cyklu jest większa od energii zużytej w drugiej części cyklu, i w sposób ciągły powtarza się cykle robocze przez okres potrzebny do uzyskania z góry określonej obróbki porowatego materiału.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas trwania pierwszej części cyklu roboczego, zmienia się na drugą część cyklu, gdy polaryzacja dodatniej elektrody dojdzie do poziomu sprzyjającego tworzeniu się produktów korozji, i zmienia się drugą część cyklu na pierwszą część cyklu, gdy polaryzacja dodatniej elektrody zostanie obniżona do poziomu bezpiecznie niższego od tego sprzyjającego tworzeniu się produktów korozji.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że umieszcza się półogniwową elektrodę porównawczą wewnątrz porowatego materiału przylegającego do dodatniej elektrody i mierzy się napięcie porównawcze pomiędzy tym półogniwem i dodatnią elektrodą

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elektrody umieszcza się i dostosowuje się osmotycznie czynne napięcie tak, że uzyskuje się początkową gęstość prądu w porowatym materiale o wielkości rzędu od 0,01 A/m² do 1,0 A/m2.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przykłada się do elektrod napięcia o wartości rzędu od 20 do 40 V prądu stałego.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatnie elektrody umieszcza się w rzadkiej zaprawie nałożonej zewnętrznie z jednej strony na porowaty, a ujemną elektrodę umieszcza się po przeciwnej stronie porowatego materiału, przy czym tworzy się sieciowy przepływ prądu przez materiał.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatnie elektrody składają się z kilku indywidualnych elektrod, które osadza się w osuszanej ścianie, lub w czymś podobnym, w rozstawieniu względem siebie w przybliżeniu co 0,5 m.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy pierwszą częścią cyklu roboczego a drugą częścią cyklu, w czasie trwania przejścia rozładowuje się wewnętrzną pojemność układu elektrody i porowatego materiału, po czym przykłada się drugie napięcie w czasie drugiej części cyklu i powtarza się cykl roboczy przez okres potrzebny dla usunięcia wilgoci z porowatego materiału.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że przeprowadza się pierwszą część cyklu aż do czasu, w którym dodatnia elektroda stanie się zasadniczo nieuodporniona na korozję i poddana korozji, a następnie kontynuuje się drugą część cyklu aż do czasu, gdy dodatnia elektroda staje się zasadniczo ponownie uodporniona na korozję.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że dopływ energii w czasie drugiej części cyklu ogranicza się do nie więcej niż połowy dopływu energii w czasie pierwszej części cyklu, bez względu na pasywność dodatniej elektrody.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przykłada się napięcie około 20 do 40 V pomiędzy elektrodami w czasie pierwszej części cyklu oraz, napięcie o wielkości podobnego rzędu,

163 573 lecz o przeciwnej polaryzacji, w czasie drugiej części cyklu, przerywa się pierwszą część cyklu i zaczyna się drugą część cyklu i zaczyna się pierwszą część cyklu, gdy elektroda utraci zasadniczo odporność na korozję i stanie się narażoną na korozję, a ponadto przerywa się drugą część cyklu i zaczyna się pierwszą część cyklu, gdy elektroda stanie się zasadniczo ponownie uodporniona na korozję.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że doprowadza się dodatnie napięcie do elektrody ze stali zbrojeniowej w czasie pierwszej części cyklu, a drugą elektrodę umieszcza się na zewnątrz betonu dla usunięcia wody z betonu.

13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że doprowadza się napięcie w czasie pierwszeji części cyklu we wszystkich przypadkach przynajmniej dwukrotnie wyższe od napięcia doprowadzonego w drugiej części cyklu.

14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że odwrócenie napięcia z pierwszej części cyklu na napięcie w drugiej części cyklu przeprowadza się z szybkością nie większą niż 8 V na sekundę.