DD294750A5

DD294750A5 - Vorrichtung zur elektrokinetischen entsalzung von mauerwerken

Info

Publication number: DD294750A5
Application number: DD90341133A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Steininger
Original assignee: ��k��`��k��
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1991-10-10
Also published as: ATE93291T1; PL163847B1; UA13472A; YU106290A; CA2033167A1; CZ285180B6; DK0427840T3; HUT62357A; DE59002386D1; SK280162B6; ES2044595T3; HU209897B; HU905208D0; LT3290B; LTIP513A; ATA130789A; CZ264390A3; AT394409B; SI9011062A; EP0427840A1

Abstract

Vorrichtung zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerken bestehend aus mindestens einer positiven, salzsammelnden, am oder im Mauerwerk angeordneten Elektrode, die mit einem Ionen immobilisierenden Puffermaterial in Beruehrung steht, und mindestens einer negativen Elektrode, gegen welche eine Gleichspannung angelegt ist, und Anodenanordnung mit einer mit einem Puffermaterial in Beruehrung stehenden Elektrode zur Verwendung in dieser Vorrichtung, wobei die positive Elektrode abgesehen von Anschluszenden vollstaendig mit einer Schicht des Puffermaterials umgeben ist und an der Puffermaterialschicht eine Separatorschicht anliegt. Fig. 1{Mauerwerk; elektrokinetische Entsalzung; salzsammelnde Elektrode; immobilisierendes Puffermaterial; Separatorschicht; Anodenanordnung}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerken bestehend aus mindestens einer

positiven, salzsammelnden, am oder im Mauerwerk angeordneten Elektrode, die mit einem porösen, wasserhaltigen

Puffermaterial in Berührung steht, und mindestens einer negativen Elektrode, gegen welche eine Gleichspannung angelegt ist,

sowie eine Anodenanordnung zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung.

Das Prinzip der elektrokinetischen Ladungstrennung und Wanderung der Ionen im elektrischen Feld durch Anlegen einer Gleichspannung wird großtechnisch z. B. zur Meerwasserentsalzung ausgenutzt. Verfahren zur Entsalzung von Mauerwerken mit Hilfa der elektrokinetischen Effekte sind bereits bekannt und werden angewandt. Die am häufigsten vorkommenden bauschädlichen Salze sind Sulfate, Chloride und Nitrate. Die Herkunft der Salze ist

verschiedenartig, wie z. B.

- aus den Baustoffen selbst, die meist aus natürlichen Rohstoffen hergestellt werden

- Düngemittel aus dem umgebenden Erdreich durch kapillaren Wassertransport

- vom Streusalz, speziell im Sockelbereich

- aus der Atmosphäre, wie z.B. durch den .sauren Regen".

Mauersalze sind meist hygroskopisch und nehmen daher abhängig von der Luftfeuchtigkeit aus der Luft Wasser auf. Diese Volumenvergrößerung der Salzkristalle bewirkt hohe Hydratationsdrücke, die wiederum den porösen Baustoff zerstören.

Diese Mauersalze zerstören außerdem Beton- und Spannstähle durch Korrosion.

Elektrophyslkalische Trockenverfahren nach dem Prinzip der Elektroosmose im porösen Mauerwerk können nur funktionieren, wenn sich zwischen der Porenwand und dem Elektrolyten ein ausreichendes Zetapotential ausbilden kann. Zu hohe Konzentrationen an löslichen Salzen behindern die Ausbildung dieses Zetapotentials und eine Trockenlegung durch Elektroosmose wird unmöglich. Aus diesem Grund müssen vor der Anwendung der Elektroosmose die Mauern weitgehend entsalzt werden.

Das Prinzip der Salzentfernung aus dem Mauerwerk beruht auf der Ausnutzung der elektrokinetischen Ladungstrennung. Beim Anlegen einer Gleichspannung in einem Elektrolyten bewegen sich die Ladungsträger (Ionen) in einem elektrischen Feld zu den entsprechenden Elektroden und konzentrieren sich an diesen Elektroden bzw. um diese herum (negative Ionen, Anionen wandern zur Anode, positive Ionen, Kationen wandern zur Kathode). Auf diese Weise ist es möglich, die hohen Anionenkonzentrationen an der Anode aus dem Mauerwerk kontinuierlich und weitgehend zu entfernen. Die Wanderungsgeschwindigkeiten hängen von dar lonenart, ihrer Größe, und von den äußeren Bedingungen wie Druck, Temperatur, Lösungsmittel und Konzentration ab und betragen für

OH" 0,00167cmVsV Cl" 0,00u62cm²/sV NO3- 0,00058cm²/sV SCM" 0,00059cm²/sV.

Im Mauerwerk ist der lonentransport erheblich langsamer, jedoch noch ausreichend, um ein Mauerwerk in einem akzeptablen Zeitraum zu entsalzen. Die bekannten Verfahren zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerken verwenden meist Metallanoden, die korrosiv

abgebaut werden und deren flüssig» Korrosionsprodukte durch eine Kunststoffrinne aus dem Mauerwerk entfernt werden.

Ein weiteres Verfahren zur Entsalzung von Betonbauten ist bekannt, bei dem die Eisenarmierung im Beton als Kathode dient und

die Anionen am Weg zur oberflächlich angelegten Anode durch lonentauscherharze oder Ca(OH)₂, CaCO₃ und/oder CaO-

Aufschlämmungen gebunden werden. Bei beiden Verfahren konnte die Rückdiffusion der Reaktionsprodukte in das Mauerwerk nicht gänzlich verhindert werden. Somit

verringert sich die Stromausbeute, aber auch die Handhabung dieser Verfahren ist aufwendig und kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung für die elektrokinetische Entsalzung von Mauerwerken bei deren Betrieb die den bekannten Entsalzungsverfahren anhaftenden Nachteile ausgeschaltet sind. Außerdem soll die Handhabung

und Installation einer solchen Vorrichtung einfach und wenig aufwendig sein, wabe! insbesondere auch vorgefertigte Elektroden bzv Elektrodenanordnungen einsetzbar sein sollen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode abgesehen von Anschlußenden vollständig mit einer Schicht des Puffermaterials umgeben ist und daß an der Puffermaterialschicht eine Separatorschicht anliegt. Der Vorteil dieser Ausbildung liegt vor allem darin, daß die Elektrode durch die Puffermaterialschicht, so weit dies eben möglich

ist, optimal vor allzu starker Korrosion geschützt wird und außerdem durch die Anordnung der Separatorschicht eine Barriere gegen das Zurückdiffundieren der Reaktionsprodukte in das Mauerwerk geschaffen wird. Die Separatorschicht so¹¹ hierzu zumindest überall dort an der immobilisierenden Puffermaterialschicht anliegen, wo das Mauerwerk unmittelbar angrenzt.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet. Die Erfindung betrifft ferner eine Anodenanordnung mit einer/mit einem Puffermaterial in Berührung stehenden Elektrode zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerken, wobei die Anodenanordnung

dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektrode abgesehen von Anschlußenden vollständig mit einer Schicht des Puffermaterials umgeben ist und daß an der Puffermaterialschicht eine Separotorschicht anliegt.

In den Unteransprüchen 7 bis 12 sind weitere vorteilhafte Ausbildungen und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anodenanordnung gekennzeichnet. In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung näher erläutert, worin Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerk, Fig. 2 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig.3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen, in einer

Entsalzungsvorrichtung verwendbaren Anodenanordnung zeigen. Fig. 1 zeigt eine Entsalzungsvorrichtung mit mehreren in Bohrlöchern in der Wand 1 Vorlegten Anoden 2, die miteinander

verdrahtet sind. Die Anoden 2 sind dabei jeweils bis auf ihre Anschlußenden vollständig von einer Ionen immobilisierenden

Puffermaterialschicht umgeben; diese ist wiederum von einer Separatorschicht umschlossen, die unmittelbar an den Bohrlochwandungen angrenzt. Übor eine Stromouelle 3 ist gegen eine Kathode, vorliegendenfalls einen Erderstab 4, eine Gleichspannung angelegt. In Fig. 2 ist schematisch eine Entsalzungsvorrichtung dargestellt, bei welcher flächig ausgebildete Anoden 5 an der Mauer 1

angeordnet sind. Die bis auf ihre Anschlußenden jeweils vollständig in Ionen immobilisierenden Puffermaterial eingebetteten

Anoden sind wiederum miteinander verdrahtet und an eine Stromquelle 3 angeschlossen, wobei gegen einen Erderstab 4 eine Gleichspannung angelegt ist. Bei dieser Ausführungsform der Entsalzungsvorrichtung ist die an der Puffermaterialschicht

anliegende Separatorschicht nur an der Mauer zugekehrten Fläche angeordnet.

Fig. 3 zeigt eine patronenförmig ausgebildete Anodenanordnung 6, die sich besonders zur Verlegung in im zu entsalzenden Mauerwerk angebrachten Bohrlöchern eignen. Den Kern der Anodenanordnung bildet ein Metall- vorzugsweise Kupferleiter 7,

der mit leitfähigem Kunststoff 8 ummantelt ist. Um diesen Kern ist eine Schicht 9 aus einem Puffermaterial angeordnet, welches die Reaktionsprodukte chemisch und physikalisch bindet. Das Puffermaterial umfaßt im wesentlichen Wasser, Ca(OH)₂, CaCO₃ und/oder CaO oder Mischungen hiervon, wobei ein Zusatz eines Gelierungsmittels vorteilhaft ist. Dieses wirkt immobilisierend und ist feuchtigkeitshaltend, so daß keine Austrocknungsgefahr des Bereiches um die Anode besteht.

Die Schicht des Puffermaterials ist von einer mikroporösen Membran gebildeten Separatorschicht 10 vollständig umschlossen,

die im verlegten Zustand der Anodenanordnung in einem Bohrloch im Mauerwerk an die Bohrlochwandung angrenzt.

Gemäß Fig. 4 ist die Anodenanordnung 11 stangen· bzw. stabförmig ausgebildet. Die Anordnung eignet sich besonders zur Verlegung in Mauerschlitzen. Dabei ist die wiederum aus einem mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Metalleiter bestehende Elektrode 12 bis auf ihre beiden Anschlußenden rundherum von der Puffermaterialschicht 13 umschlossen, die außen von der Separatorschicht 14 ummantelt ist. Diese grenzt dann im montierten Zustand der Anodenanordnung in einem Mauerschlitz an dessen Wandungen an.

In Fig. 5 ist eine flächig an einer Mauer 15 angeordnete Anodenanordnung 16 gezeigt. Die aus einem mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Metalleiter gebildete Elektrode 17 ist in Form von sich über die ganze Fläche der Anodenanordnung erstreckenden Schlangenwindungen in der Puffermaterialschicht 18 eingebettet. Auf der der Mauer zugekehrten Seite der Puffermaterialschicht ist die Separatorschicht 19 angeordnet.

Die Anoden können als Stab-, Band- oder Flächenelektroden ausgebildet werden und bestehen aus Metall, Graphit, leitfähigem Kunststoff oder aus mit einem solchen ummantelten Metalleiter bzw. Graphitfaserleiter. Das Puffermaterial umfaßt im wesentlichen Wasser Ca(OH)₂, CaCOa und/oder CaO oder Mischungen hiervon, wobei ein Zusatz eines Gelierunysmittels vorteilhaft ist. Dieses wirkt immobilisierend und ist feuchtigkeitshaltend, so daß keine Austrocknungsgefahr des Bereiches um die Anode besteht. Als Geliermittel können grundsätzlich alle handelsüblichen, vorzugsweise jedoch Agar-Agar oder Carboxymethylcellulose eingesetzt werden.

Die im verlegten Zustand an das Mauerwerk unmittelbar angrenzende Separatorschicht dient als Barriere gegen das Zurückdiffundieren der Reaktionsprodukte in das Mauerwerk. Solche Separatoren sind an sich aus der Batterietechnik bekannt. Sie sind mikroporöse Membranen, die auf Grund ihrer Porenverteilung vorzüglich bestimmte Ionen durchlassen, jedoch größere Agglomerate am Durchtritt hindern. Auch ionenselektive Membranen sind geeignet. Diese Membranen sollen folgende Eigenschaften aufweisen:

- gute ionische Leitfähigkeit

- große Selektivität bezüglich des Transports bestimmter Ionen

- gute Benetzbarkeit

- hohe mechanische Festigkeit

- keine elektrische Leitfähigkeit

- chemische Beständigkeit gegenüber Elektrolyt und Reaktionsprodukten.

Diese Membranen bestehen aus: PTFE, Asbest, PVC, PE, PP, kunststoffgebundener und/oder glasfaserverstärkter Cellulose,

regenerierter Cellulose, Cellophan oder gereckten Kunststoffolien.

Die angelegten Gleichspannungen sollen so hoch wie möglich sein, um einen ausreichend schnellen lonentransport zu

gewährleisten (10 bis 50V).

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich der in ihr verwendeten erfindungsgemäßen Anodenanordnung wird nachfolgend an Hand einer Versuchsanlage dargelegt: Bei der Versuchsanlage wurden Stabelektroden aus mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Kupferdrähten gefettigt, die in

einem Gemisch von 4 Gew.-% Carboxymethylcellulose und 96 Gew.-% CaCO₃ eingebettet waren. Als Separator diente ein

Strumpf aus Wursthaut, an beiden Enden verschlossen. Diese Stabelektroden wurden in die Bohrlöcher im Mauerwerk

eingeschoben. Die Bohrlöcher waren in der Verdunstungszone auf einem Meter über dem Fundament angebracht. Als

Gegenelektrode diente ein in das Erdreich eingschlagenes Eisenrohr. Die Anlage wurde mit einer Gleichspannung von 36V

betrieben. Der Coulombsche Wirkungsgrad der Anionen- (Mauersalz-) Umwandlung an der Anoden betrug zwischen 40 und 50%, je nach Versalzungsgrad und Feuchtigkeit des umgebenden Mauerwerks.

Nach einer Zeit von 60 Tagen waren die 40 Gramm an CaCOa verbraucht, und die Ele'ctroden konnten mit den Reaktionsprodukten

aus der Mauer entfernt werden. Eine Analyse ergab, daß über 90% der Reaktionsprodukte an der Elektrode gebunden waren.

Claims

1. Vorrichtung zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerken₍bestehend aus mindestens einer positiven, salzsammelnden, am oder im Mauerwerk angeordneten Elektrode, die mit einem Ionen immobilisierenden Puffermaterial in Berührung steht, und mindestens einer negativen Elektrode, gegen welche eine Gleichspannung angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode abgesehen von Anschlußenden vollständig mit einer Schicht des Puffermaterials umgeben ist und daß an der Puffermaterialschicht eine Separatorschicht anliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorschicht die Puffermaterialschicht ummantelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei flächiger Ausbildung der Puffermaterialschicht die Separatorschicht lediglich an einer Fläche angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorschicht eine mikroporöse und gegebenenfalls ionenselektive Membran, z. B. aus PTFE, Asbest, PVC, PE, PP, kunststoffgebundener und/oder glasfaserverstärkter Cellulose, regenerierter Cellulose, Cellophan oder gereckter Kunststoffolie ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode aus einem leitfähigen Kunststoff oder einem/oder einer mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Metall-, vorzugsweise Kupferleiter, oder Graphitfaser besteht.

6. Anodenanordnung mit einer/mit einem Puffermaterial in Berührung stehenden Elektrode zur Verwendung in eine Vorrichtung zur elektrokinetischen Entsalzung von Mauerwerken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode abgesehen von Anschlußenden vollständig mit einer Schicht des Puffermaterials umgeben ist und daß an der Puffermaterialschicht eine Separatorschicht anliegt.

7. Anodenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie patronen-, stab- oder stangenförmig ausgebildet ist.

8. Anodenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie flächig oder plattenförmig ausgebildet ist.

9. Anodenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorschicht eine mikroporöse und gegebenenfalls ionenselektive Membran, z. B. aus PTFE, Asbest, PVC, PE, PP, kunststoffgebundener und/oder glasfaserverstärkter Cellulose, regenerierter Cellulose, Cellophan oder gereckter Kunststoffolie ist.

10. Anodenanordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorschicht die Puffermaterialschicht ummantelt.

11. Anodenanordnung nach einem der Ansprüche 6,8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorschicht an einer Seite angeordnet ist und die Elektrode sich über die gesamte Fläche erstreckend als Platte, Gitter oder in Form von Schlangenwindungen in der Puffermaterialschicht angeordnet ist.

12. Anodenanordnunr; nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus einem leitfähigen Kunststoff oder einem/oder einer mit leitfähigem Kunststoff ummantelten Metall-, vorzugsweise Kupferleiter, oder Graphitfaser besteht.