CZ289599A3 - Způsob elektrochemického zpracování betonu - Google Patents

Abstract

Způsob elektrochemického odstraňování chloridových iontů z armovaného betonu obsahujícího chlorid, při kterémse nechá procházetstejnosměrný proud mezi anodou v elektrickémkontaktu s povlakem, obsahujícímvodu zadržující materiál a vodný elektrolyt, nanesenýmna vnější povrch betonu akatodou, kteráje uložena uvnitř betonu, přičemž chloridové ionty migrují k anodě a ke snížení produkce plynného chloru obsahuje povlakjako pohlcovač chloru pevný hydroxid vápenatý nebo hydroxid bamatý nebo jejich směs ve hmotnostnímmnožství nejméně 8 %, s výhodnou 20 až 50 %, vztaženo k suché hmotnosti materiálu zadržujícího vodu. Prostředek k nanášení na povrch betonu k vytvoření přilnavého povlaku obsahuje: (a) organický materiál schopný zachycovat vodu, přičemž organickým materiálemje po smísení s vodou ulpívající směs; a (b) alespoň 10 % hmotnostních hydroxidu vápenatého nebo bamatého, vztaženo na suchou hmotnost organického materiálu.

Description

Způsob elektrochemického zpracování betonu

Oblast techniky

Vynález se týká elektrochemického odstraňování chloridu z betonu a prostředku pro použiti k tomuto účelu.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že přítomnost chloridu v armovaném betonu je Škodlivá a už dříve bylo navrhováno odstraňovat iont chloru způsobem, který se stal známým pod označením odsolování. Tento způsob byl popsán v evropském patentovém spise číslo 200 428 a 398 117 a týká se procházení elektrického proudu betonem, při aplikaci napětí například 5 až 15 V mezi dočasně vnější anodou a ocelovou armaturou. Vnější dočasná anoda je obvykle pokryta vrstvou elektrolytu, který často zahrnuje vedle elektrolytu ulpívající povlakový materiál, účelem elektrického proudu je vyvolat migraci iontů chloru v betonu směrem k povrchu a do vrstvy elektrolytu. Evropský patentový spis číslo 398 117 popisuje použití vláknité celulózové buničiny v povlaku a míšení buničinových vláken s kapalinou k vytvoření samočinně ulpívajícího materiálu, který je nanesen na vnější povrch betonu a tím rozestřená anoda, předem nanesená na povrch betonu je uložena ve vláknitém celulozovém povlaku. Rovněž je známo, že ztráta alkalinity v armovaném betonu je také škodlivá. Ztráta alkalinity je způsobována oxidem uhličitým a jinými plyny v ovzduší, jako je oxid siřičitý. Proces ke zvýšení alkalinity betonu, jehož hodnota pH byla snížena plyny v ovzduší, je popsán v evropském patentovém spise číslo 264421 a v americkém patentovém spise číslo 4 865 702. Při tomto způsobu prochází elektrický proud mezi externě nanesenou elektrodou, která je ve styku s alkalickým roztokem, a vnitřní armaturou betonu jako katodou. Výsledkem způsobu je zvýšení koncentrace hydoxylo2 vých iontů v oblasti armatury a tím zvýšení alkalinity betonu. Výhodou je, že se snižuje koroze nebo se jí brání. Způsob je znám pod označením realkalizace.

Vynález se týká tohoto shora charakterizovaného problému .

Anodu, použitou k odsolování, může tvořit bud inertní materiál, například expandovaná titanová sít povlečená elektrokatalytickými oxidy platinových kovů, nebo ji může tvořit spotřebovatelný kov jako je ocelová armovací sít.

Průchod elektrického proudu vytváří kyselinu kolem anody. Povrch betonu může být zašpiněný nebo poškozený a v případě spotřebovatelné elektrody může nastat koroze anody.

Také v odsolovacím způsobu k odstranění chloridových iontů se na anodě vytváří plynný chlor, který může vést v uzavřených prostorách k nežádoucím vysokým nebo dokonce nebezpečným koncentracím plynu. Může takto docházet ke korozi kovových fitinků. Dříve se proti vytváření kyseliny a chloru bojovalo přidáním do elektrolytového povlaku látek, které pufrují hodnotu pH. To může do jisté míry snižovat tvoření chloru, jelikož chlor je potlačován zvýšením hodnoty pH. Dříve používané materiály se směšovaly s činidly zpomalujícími hoření, jako je hydratovaný oxid hlinitý, nebo rozpustný pufr pH, jako je borát sodný. Množství pufru pH, které může být přidáno, není zpravidla postačitelné, aby vydrželo během obvyklé zpracovací periody. Také hodnota pH, ktré lze dosáhnout, není dostatečně vysoká, aby významně potlačovala produkci plynného chloru.

Evropský patentový spis číslo 200428 popisuje elektrochemický způsob k odstraňování chloridu z armovaného betonu, při kterém je anoda uložena v povlaku materiálu schopného absorbovat chlorid jako zpožděný gunit. Gunit je jemnozrný beton (směs cementu a písku), který je vhodný k aplikaci rozstřiová• · · ním. Gunit je zpožděný a brání ztvrdnutí dříve než je ukončen elektrochemický způsob. Gunit je však z hlediska manipulace těžký a nepříjemný materiál a představuje problém s uložením, když je z betonu snímán na konci způsobu. Nyní se dává přednost adhezivním materiálům, které jsou lehčí, jsou také schopny pojmout větší množství vody a snáze se likvidují na konci způsobu.

Americké patentové spisy číslo 5 198082 a 5 228959 popisují použití anody ze železného kovu, jako je ocel obzvláště v podobě mříže, jejímž účelem je reagovat s chloridovými ionty a korodovat a tím snižovat uvolňování plynného chloru. Tyto patenty uvádějí, že ve většině případů může být vývoj produktů koroze kompenzován zvýšením napětí až do 40 V, avšak v závažných případech může být nutno anodovou mříž nahradit.

Řešení popsaného problému tvoření chloru se týká vynález používáním hydroxidu vápenatého a hydroxidu barnatého jako pohlcovače chloru v přiloženém povlaku. Pohlcovačem chloru se vždy míní prostředek vážící chlor.

Podstata vynálezu

Způsob elektrochemického odstraňování chloridových iontů z armovaného betonu obsahujícího chlorid podle vynálezu spočívá v tom, že se nechá procházet stejnosměrný proud mezi (i) anodou v elektrickém kontaktu s povlakem, obsahujícím vodu zadržující materiál a vodný elektrolyt, naneseným na vnější povrch betonu a (ii) katodou, která je uložena uvnitř betonu, přičemž chloridové ionty migrují k anodě a ke snížení produkce plynného chloru obsahuje povlak jako pohlcovač chloru pevný hydroxid vápenatý nebo hydroxid barnatý nebo jejich směs ve hmotnostním množství nejméně 8 %, vztaženo k suché hmotnosti materiálu zadržujícího vodu.

Výhodou vynálezu je, že produkce plynného chloru je snížena.

Vynález blíže objasňuje následující podrovný popis a přiložené obrázky.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je v axonometrickém pohledu kladivový drtič s hnacím motorem vhodný k přípravě vláken k použití podle vynálezu.

Na obr. 2 je kladivový drtič v částečném řezu.

Způsobem podle vynálezu může být odstraňováno 50 až 80 % chloru obsaženého v betonu. Vodu zadržující materiál je s výhodou přilnavý, čímž se myslí, že je schopen přilnout k povrchu betonu, kterým může být skloněný povrch. Materiálem zadržujícím vodu může být organický materiál, jako celulozová vlákna, ačkoli je možno použít i anorganického materiálům jako je sám hydroxid vápenatý.

Vhodně zachycuje materiál zadržující vodu se zřetelem na vlastní hmotnost nejméně 100 % a s výhodou nejméně 200 %, ještě výhodněji nejméně 300 % a především 300 až 500 % vody.

Podle jednoho provedení vynálezu může být povlakem sám hydroxid vápenatý a podle způsobu se vytváření povlak hydroxidu vápenatého na povrchu betonu (žádoucí je vodorovný povrch), aplikuje se anoda například ve formě mříže nebo sítě a nanáší se další vrstvy hydroxidu vápenatého na anodu. Na povlak lze pak nalít vodu k vytvořeni vodné vrstvy na povlaku hydroxidu vápenatého. Voda rozpustí malé množství hydroxidu vápenatého ve formě nasyceného roztoku hydroxidu vápenatého, který funguje jako vodný elektrolyt. Není nutno udržovat vrstvu vody na vrstvě hydroixidu vápenatého, ačkoli je to pohodlné k zaručení, že hydroxid vápenatý je udržován ve vlhkém stavu. Voda může být udržována na místě pomocí nárže dočasně připevněné k betonu například svorníky.

Obvykle je prvořadým úkolem způsobu podle vynálezu odstraňovat chloridové ionty (způsob označovaný jako odsolování) • ·

« φ φ · • · ··» • · · φ* φφ φφ φ φ φ φ φ · φ φ φ φ • ·· · φ «· φ φ φφ φφ úkolem vynálezu je také primárně zvyšovat zásaditost betonu (způsob označovaný jako realkalizace), přičemž beton obsahuje chloridové ionty migrující k anodě s nebezpečím jejich vyloučení v podobě plynu. Takové způsoby spadají rovněž do rozsahu vynálezu, neboř k určitému odstraňování chloru dochází. Je-li však použito uhličitanů alkalických kovů k realkalizaci (zpravidla jako roztoku ve styku s povrchen externí anody) není výhodné používat pohlcovače chloru podle vynálezu, vzhledem k nebezpečí vysrážení uhličitanu vápenatého nebo uhličitanu barnatého a tvoření hydroxidu sodného za ztráty schopnosti pohlcovat chlor. Není-li použito uhličitanu alkalického kovu, například při ošetřování betonu náchylného na alkalicko-křemičitou reakci, pak se pohlcovačů chloru podle vynálezu s výhodou použije.

Armovaným betonem se rozumí jakýkoli beton obsahující ocel.

Hydroxid vápenatý nebo barnatý jako pohlcovač reaguje s chlorem za podstatně sníženého uvolňování chloru a pojem pohlcovač nemá znamenat, že se odstraní veškeré stopy chloru. Katodu tvoří vhodně armování betonu.

Anoda a s ní spojený povlak obsahující elektrolyt může být předformována a nanesena na povrch betonu jako sestava. S výhodou je však anoda nanesena na povrch betonu a pak povlečena mediem obsahujícím elektrolyt, jak je popsáno například v evropském patentovém spise číslo 398117 a v americkém patentovém spise číslo 5 320722. Jak je v těchto spisech popsáno, může být anoda napřed připavněna k betonu a na povrch se nastříká prostředek obsahující vláknitou celulózovou buničinou smíšenou s elektrolytem k vytvoření přilnavého povlaku obsahujícího elektrolyt.

V uvedených patentových spisech se dále uvádí, že buničina může sestávat z přírodních celulózových vláken s minerální látkou odolávající ohni a kouři, jako jsou borax, oxid hořeč-

4 4 4

444 444 natý a hlinitý a některé silikáty, přičemž však jejich potřeba je při způsobu podle vynálezu snížena.

K použití podle vynálezu je suchá vláknina vhodně smísena s pevným hydroxidem vápenatým nebo barnatým při způsobu přípravy vlákniny například mletím celulóz a dodává se na pracoviště jako směs, která se smísí s vodou. Například se dodává směs celulózové vlákno/pohlcovač a voda jako dvousložkový systém do vhodné rozprašovací trysky, ve které se obě složky mísí a ze které se nanáší sprej obsahující směs obou složek.

Vodu zachycující adhezivní materiál je vláknitý a s výhodou jsou vlákny celulóza, například recyklovaná nebo rekonstituovaná buničina. S výhodou je zdrojem celulózové buničiny novinový nebo jiný odpadový papír.

Způsoby výroby celulózové buničiny jsou ze stavu techniky známé a celulózová buničina se průmyslově vyrábí. Je známo, že celulozová vlákna nahražují asbestová vlákna v řadě aplikací, jako jsou například panely, lepidla obkládaček, žáruvzdorné povlaky a zvláště vláknocementové panely.

Při typickém způsobu přípravy celulózových vláken se zavádí odpadový novinového papíru ve formě listů do rozvlákňovacího bubnu, kde rozvlákňovaný papír prochází prvním ze dvou kladivových mlýnů, jako je Jakobsonův mlýn. Mlýn má rotující kladiva nebo lopatky, které spolu s odsáváním protlačují materiál perforovaným kovovým sítem. Materiál, který je částečně zvlákněný, se vede do druhého mlýna. Mezi těmito dvěma mlýny se přidávají chemikálie, například přísady zpomalující hoření. Při přípravě vláken podle vynálezu se v tomto místě přidává hydroxid vápenatý nebo barnatý. Materiál se vede druhým kladivovým mlýnem, kde se dále rozvlákfíuje. Produkt se lisuje a zpracovává na balíky k uskladnění.

Po průchodu druhým kladivovým mlýnem mají vlákna obvykle • · · · • · 9 4 · · · ·

4 4 · • · 4 4

- Ί délku 0,5 až 2,0 mm. Stupeň mletí vláken může být 45 až 75’ SR (Shopper-Riegler).

Prostředek pro nanášení na betonový povrch k vytvoření ulpívajícího povlaku podle vynálezu spočívá v tom, že obsahuje (i) organický materiál schopný zachycovat vodu, přičemž organickým materiálem je po smísení s vodou ulpívající směs, (ii) a nejméně hmotnostně 10 % hydroxidu vápenatého nebo barnatého, vztaženo k suché hmotnosti organického materiálu.

Uvedený prostředek se smísí s vodou k vytvoření ulpívajícího materiálu vhodného k naneseni na povrch betonu nástřikem. Hmotnostní množství hydroxidu vápenatého nebo barnatého je s výhodou 20 až 50 %, výhodněji 25 až 45 % vztaženo ke hmotnosti suchého povlakového materiálu, kterým je s výhodou celulózové vlákno. Použít lze směsi hydroxidu vápenatého a barnatého, přičemž uvedené hodnoty se vztahují na tuto směs.

Tato množství hydroxidu vápenatého vedou k silně zlepšenému potlačení chloru vzhledem ke schopnosti pevného hydroxidu vápenatého reagovat s chlorem a také se dosahujue pufrování hodnoty pH, které je vyšší než v případě známých pufrů takže množství materiálu pro reakci s kyselinami je poměrně velké.

Příprava celulózového vlákna mletím za sucha

Přiváděnou surovinou je bud panenská celulózová buničina nebo recyklovaná/rekonstituovaná buničina, například odpadní novinový papír. Surovina se nejdříve natrhá na menší kousky o velikosti přibližně 5 mm² až 20 mm². Počáteční trhání se může provádět v běžném skartovacím stroji. Výsledný natrhaný materiál se zavádí do Jacobsonova kladivového mlýna typu znázorněného na obr. 1 a 2. Tento kladivový mlýn se stává ze skříně 10 se vstupní násypkou 11, se vstupním otvorem neboli stolem 12 a s plnicím hradítkem 13. Uvnitř skříně je rotační element sestávající z náboje 14 poháněného přes spojku motorem 17.

• · · • · · φ · ···

- 8 ΦΦ φφ • φ φ φ φφφ φφφ φ φ · · · φ φ · ► ·

I φ φφφ

Náboj nese jednotlivá kladiva 18., která kooperují s řeznou deskou .19, se sítem 20 a s vratnou deskou 21. Provozní otáčky stroje jsou 1500 až 3000 za minutu. Průměr síta je přibližně 762 mm a velikost otvorů v sítu je 50 mm až 1 mm. Plocha síta je 6500 až 13000 cm² a velikost kladiv je s výhodou 6,35 x 50,8 x 184,15 mm až 12,7 x 50,8 x 184,15 mm.

Průtočná rychlost kladivovým mlýnem může značně kolísat a může záviset na typu mlýna, velikosti otvorů v sítu a na typu vláken a na tom, zda jde o chemické přísady. Přidávají-li se anorganické chemikálie jako pomocná činidla pro drcení, mění se objemový průtok značně. Typickými průtočnými rychlostmi jsou 3 až 5 tun za hodinu. Kladivový mlýn může mít též přívod vzduchu horním průduchem 22, spodním vstupem ventilační zásuvkou 23 a výsledná oddělená práškovitá vlákna se odvádějí výstupem 25. Do vláken se přidává hydroxid vápenatý, s výhodou hmotnostně 25 % a směs prochází druhým kladivovým mlýnem podobným prvnímu mlýnu.

Vynález objasňuje, nijak však neomezuje následující příklad praktického provedení.

Příklad provedení vynálezu čtyři stejné desky z armovaného betonu (armované sítí z měkké oceli) o rozměrech 700x700x50 mm se připraví odlitím ze stejné směsi obsahující 3 % chloridu sodného, vztaženo na hmotnost desek jako celku. Desky se podrobí odsolování za použití jako anody titanové sítě uložené v celulózových vláknech smíšených s vodou. Odsolování probíhá při 1 A/m² povchu betonu Vlákna ve dvou deskách jsou běžná a obsahují běžné přísady. Příslušné použité vlákno je známo pod označením NCT FG 2000 a je obchodním produktem společnosti Excel Industries Ltd. (Ebbw Vale Gwent Wales). Vlákno v případě druhých dvou desek je podle vynálezu, přičemž vlákno jako takové je identické s NCT FG 2000, avšak místo běžné přísady obsahuje hmotnostně 25 % hyd9 ♦ ΦΦΦ φφφφ φφφφ φ * φ «φ*· «φφφ φ φ φφφ φ φφφ φ φφφ φφφ φφφφφ φ φ φ φφφφφ φφ φφ φφ φφ roxidu vápenatého vztaženo k suché hmotnosti celulozového vlákna. Hydroxid vápenatý se přidává během mletí celulózy, jak shora popsáno místo běžných přísad. Vláknité povlaky se nanášejí postřikem spolu s vodou o sobě známým způsobem.

Jedna deska každé formulace se umístí při odsolování do uzavřené komory o rozměrech 1000x1000x100 mm a koncentrace plynného chloru v prostředí každé komory se měří v pravidelných intervalech Draegerovým přístrojem.

Dvě desky byly ponechány bez napětí a vystaveny vzduchu k pozorování charakteristik sušení dvou typů vláken.

Koncentrace chloru prostředí ve dvou komorách obsahujících formulace vláken podle vynálezu byla na počátku pod úrovní zjistitelnosti. Po prodlevě odpovídající přibližně polovině doby normálního odsolování (během níž prošel proud 580 ampérhodin) byl obsah chloru v prostředí v komoře obsahující vlákna podle vynálezu pouze 1/50 až 1/120 hodnoty v komoře s běžným vláknem.

V případě dvou desek, které byly vystaveny vzduchu, vlákno obsahující hydroxid vápenatý vytvořilo skořápku v důsledku reakce hydroxidu vápenatého a oxidu uhličitého z ovzduší. Vytvořený uhličitan vápenatý vedl ke slabé segmentaci povrchu vláknité hmoty, která činila hmotu méně náchylnou ke ztátě vlhkosti odpařováním.

Další výhodou způsobu podle vynálezu je snížená produkce kyseliny, zvláště kyseliny chlorovodíkové na anodě.

Průmyslová využitelnost

Elektrochemický způsob k odstraňování chloridových iontů z armovaného betonu za sníženého tvoření kyseliny chlorovodíkové na anodě.

Claims (13)

1. Způsob elektrochemického odstraňování chloridových iontů z armovaného betonu obsahujícího chlorid ,vyznačuj í cí se tím, že se nechá procházet stejnosměrný proud mezi (i) anodou v elektrickém kontaktu s povlakem, obsahujícím vodu zadržující materiál a vodný elektrolyt, naneseným na vnější povrch betonu a (ii) katodou, která je uložena uvnitř betonu, přičemž chloridové ionty migrují k anodě a ke sníženi produkce plynného chloru obsahuje povlak jako pohlcovač chloru pevný hydroxid vápenatý nebo hydroxid barnatý nebo jejich směs ve hmotnostním množství nejméně 8 %, vztaženo k suché hmotnosti materiálu zadržujícího vodu.

2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se t i m, že materiálem zadržujícím vodu je hydroxid vápenatý.

3. Způsob podle nároku 1,vyznačující se t i m, že materiálem zadržujícím vodu je lepidlo.

4. Způsob podle nároku 1 nebo 3, vyznačuj íc i se t í m , že množství pohlcovače chloru je 20 až 50 %, vztaženo k suché hmotnosti vody zadržujícího přilnavého materiálu.

5. Způsob podle nároku 3 nebo 4,vyznačuj ící se t i m, že přilnavým vodu zadržujícím materiálem je celulózové vlákno.

6. Způsob podle nároku 1 až 5,vyznačující se tím, že anoda je ze spotřebovatelného kovu.

7. Způsob podle nároku 1 až 5,vyznačující se t í m, že anoda je z inertního kovu.

8. Prostředek k nanášení na povrch betonu k vytvoření přil33

99 99

9 9 9 9 navého povlaku, vyznačující se tím, že obsahuje (i) organický materiál schopný zachycovat vodu, přičemž organickým materiálem je po smísení s vodou ulpívající směs, (ii) a nejméně hmotnostně 10 % hydroxidu vápenatého nebo barnatého, vztaženo k suché hmotnosti organického materiálu.

9. Prostředek podle nároku 8,vyznačující se t i m, že obsahuje hmotnostně 20 až 50 % hydroxidu vápenatého nebo barnatého, vztaženo k hmotnosti organického materiálu.

10. Prostředek podle nároku 8 nebo 9, vyznačuj ící se t i m, že organickým materiálem je celulózové vlákno.

11. Prostředek podle nároku 8 až 10, vyznačuj ící se t i m, že obsahuje vodu v množství k zajištění přilnavého prostředku vhodného k nanesení na povrch betonu nástřikem.

12. Způsob přípravy prostředku podle nároku 10, vyznačující se tím, že se přidává pohlcovač chloru do celulózy během mletí celulózy.

13. Způsob podle nároku 12, ppřičemž zdrojem celulózy je odpadní papír ,vyznačující se tím, že se trhá papír, roztrhaný papír se mele ve dvou stupních a přidává se pohlcovače chloru po prvním stupni mletí.