Способ осушения влажных пористых строительных элементов Советский патент 1993 года по МПК E04B1/70 

Изобретение относится-к строительству, а именно к электроосматическим способам осушения фундаментальных стен и аналогичных конструкций для уменьшения количества жидкости, находящегося в порах, конструкций из бетона или другого пористого строительного материала.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных качеств элемента, Осушение элементов из железобетона при образовании в них карбонизированных и подкисленных зон, обеспечение контроля поляризации положительного электрода и обеспечение осушения стен подвалов из пористых элементов.

На фиг.1 изображена диаграмма зависимости напряжения от времени; на фиг.2 - фрагмент разреза элемента с внутренней арматурой; на фиг.З - то же со слоем цементного раствора, нанесенного на наружную поверхность элемента; на фиг.4 - то же с несколькими отдельными элементами; на фиг.5 - то же с установкой электрода вне

элемента; на фиг.6 - то же со слоем цементного раствора и с установкой электрода вне элемента; на фиг.7 - диаграмма зависимости напряжения от времени для цикда изменения эталонного напряжения для регулирования работы электроосмотической системы.

Способ осушения влажных пористых строительных элементов осуществляют следующим образом.

Рабочий цикл имеет две основные фазы. В первой основной фазе напряжение Ui постоя иного тока подают на электроды 1, 2, причем внутренний электрод 1 является анодом, т.е. положительным электродом, а электрод 2 у открытой поверхности 3 конструкции является катодом (отрицательным электродом). Во второй основной фазе рабочего цикла напряжение реверсируют Da, в результате чего электроды 1, 2 меняют полярность и становятся катодом и анодом соответственно. Во время первой основной фазы цикла импульс1Н напряжения вызыва«W

Ё

00

со

00

ел

со

4

со

ет течение тока в направлении осуществления электроосмотической сушки. Второй импульс Ua противоположной полярности прилагают, периодически, для того чтобы предотвратить или снизить до приемлемого уровня образование газовых.или других изолирующих пленок на электродах и/или образование продуктов коррозии.

Для осуществления электроосмотической сушки необходимо обеспечивать подвод суммарной энергии в надлежащем направлении в ходе всего цикла. Поэтому подводимая энергия во время первой фазы Ui цикла должна.быть по крайней мере вдвое больше энергии, подводимой во второй фазе U2 цикла. Фактически отношение энергии, подводимой в первой фазе цикла, к энергии, подводимой во второй фазе, должно быть как можно большим, но не должно доходить до такой величины, которая ведет к нежелательным эффектам образования газовых пленок и/или чрезмерному образованию продуктов коррозии. Опыт показывает, что эффективными являются отношения подводимых энергий от двух до десяти, но в некоторых случаях могут быть использованы отношения, значительно больше указанных. В конкретном случае эти отношения могут быть оптимизированы путем использования осциллоскопа, обеспечивающего возможность контроля цепи на выходе во время пуска системы. Для непрерывной оптимизации периодов цикла с целью обеспечения оптимальных эксплуатационных КПД может быть также-использован микропроцессор.

Обычно импульс Ui напряжения в первой фазе цикла будет равен по вел-ичине импульсу Ua напряжения во второй фазе цикла. Следовательно, подводимая энергия для каждой фазы цикла, по существу, является функцией длительности импульса и отношения энергий зависят от длительности импульсов.

Способ D соответствии с изобретением обеспечивает регулируемый переход напря-, жения от положительного к отрицательному и наоборот. Такой регулируемый переход позволяет рассеивать любой емкостный заряд и, по существу, избежать излучения радиопомех.

Обычно величина импульсов Ui, Ua напряжения составляет по крайней мере 20 В постоянного тока. Теоретически возможны и более низкие напряжения. Но время, необходимое для осуществления сколь-ни- будь значительной степени высушивания, может оказаться чрезмерно большим. Верхний предел диапазона напряжений обычно составляет максимум 40 В. Теоретически

верхний предел может быть намного выше 40 В. Но при повышении уровня напряжения более существенное значение приобретают соображения безопасности. Поэтому

для типичньтх систем промышленного значения предпочитаются напряжения 20-40 В постоянного тока. Желательно переход напряжения от положительного к отрицательному (и наоборот) регулировать так, чтобы

О он проходил со скоростью не выше примерно 8 В в секунду, в результате чего переходные периоды Us, U4 (фиг.1) от +40 до -40 В (или наоборот)составляли бы приблизительно 10 с или больше. При необходимости эти

5 периоды могут быть эмпирически укорочены, но они должны быть отрегулированы достаточно для того, чтобы избежать существенных излучений радиопомех и/или обеспечить возможность рассеяния емкост0 ного заряда.

Частота повторения-рабочего цикла может существенно колебаться. Желательно, однако, чтобы цикл был насколько возможно длинным в положительном направле5 нии, т.е. направлении, в котором осуществляют злектроосматическое удале- ние воды. В предпочтительной системе цик- лированием управляют, контролируя состояние -. пассивное или непассивное 0 арматуры в бетоне. Это осуществляют путем заделки в бетон эталонного полуэлемента (электрода сравнения), такого как свинцово- свинцовоокисного, медно-медносульфатно- го, серебро-сереброхлоридного и т.д.

5 Полуэлемент располагают в бетоне на расстоянии 10-20 мм в зоне около стальной арматуры (или вставленных электродов, если пористый материал не имеет арматуры). По известным соотношениям потенциал по0 луэлемента отражает пассивированное или депассивированное состояние внутренней стали. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, когда потенциал полуэлемента указывает на то, что

5 сталь становится депассивированной, потенциал реверсируют с обеспечением перехода, причем обратный потенциал прилагают и поддерживают до тех пор, пока потенциал полуэлемента не укажет на то,

0 что сталь находится в удовлетворительном состоянии, после чего вновь прилагают положительный потенциал, обеспечив отрегулированный переход.

В некоторых случаях первоначальное

5 состояние пористого строительного материала может быть таким, что управление процессомисключительно по пассивированному или депассивированно- му состоянию внутренней арматуры не эффективно, В таких случаях используют

управление в обход основной системы, Рбеспечивая суммарное количество подводимой энергии (напряжение х время) в по- ложительном направлении, т.е. в направлении, в котором осуществляют лектроосмотическую сушку, по крайней |иере вдвое большее, чем количество энергии, подводимой в обратном направлении. Обычно относительно редкие обстоятельст- Ъа, при которых необходимо преодолевать управление посредством полуэлемента, бывают относительно временными и улучша- УЭТСЯ при продолжении обработки. Следовательно, обычно в некоторый мо- |мент процесса обработки система может быть возвращена к управлению посредством полуэлемента.

Время, необходимое для обеспечения требуемого уровня высушивания данной конструкции, является функцией многих непременных, включая размеры конструкции и скорость, с которой конструкция впитывает воду из окружающей среды. Например, |болыиой и толстый фундамент электростанции был высушен от уровня влажности

100% (полное насыщение) до примерно 80% (по существу, сухой) приблизительно за i9 мес. с использованием импульсов напряжения плюс-минус 40 В постоянного тока. Влажность обычной стены подвала дома, имеющей толщину около 300 мм, можно по- низить от приблизительно 100% до прибли- |зительно 77% за 2 мес,, используя I плюс-минус 40 В постоянного тока. Процесс может быть самозаканчивающимся в том смысле.что при уровнях влажности ниже

80% неразрывность воды в порах становится ненадежной. Электроосмотическое действие в таких случаях заканчивается из-за отсутствия электропроводности цепи,

; В обычной подвальной стене арматуры

i часто не бывает. В таких случаях необходимо вводить электродные элементы в стену.

; Выгодно располагать такие электроды по одному примерно через каждые 0,5 м в го ризонтальном ряду примерно на полпути

вверх по стене. Обычно необходимо или желательно сверлить стену, чтобы электроды

; можно было заделать глубоко в стену.

Схема 4 генерирования напряжения соединена с контрольными электродами 5, 6. Электрод 5 соединяют непосредственно со стальной арматурой или другим электродом, заделанным в тело бетона, а электрод 6 представляет собой полуэлемент заданного состава, предпочтительно свинцово; свинцовоокисный полуэлемент, поскольку он имеет относительно низкую стоимость.

Для обеспечения электроосмотической активности в теле бетона к арматурному

стержню подводят положительное напряжение. В ходе проявления этой электроосмотической активности арматурные стержни обычно постепенно поляризуются,

доходя в конце концов до степени поляризации, способствующей ускорению коррозии арматурного стержня. При постепенной поляризации арматурного стержня происходит постепенное изменение напряже0 ния между электродами 5. 6. Конкретная величина напряжения зависит от состава полуэлемента. Однако профиль кривой зависимости напряжения от времени для эталонного напряжения (фиг.7) от

5 полуэлемента к арматурному стержню (называемого далее эталонным напряжением) совершенно разный и может быть использован для управления реверсированием напряженияпредпочтительно с

0 использованием простой микропроцессорной схемы. Так, как показано на фиг.7, при подаче на электроды импульса положительного напряжения от внешнего источника эталонное напряжение сначала увеличйва5- ется весьма постепенно, а затем при приближении к максимуму быстро. Эталрнное напряжение Us остается в течение некоторого времени неизменным, прежде чем оно начнет постепенно падать.

0 Когда в продолжение импульса положительного напряжения от внешнего источника энергии эталонное напряжение начинает падать, это означает, что сталь становится депассированной до такой степени, что воз5 никает проблема коррозии. Поэтому производят реверсирование эталонного напряжения, чтобы вызвать импульс обратного напряжения от внешнего генератора. Реверсирование внешнего напряжения

0 вызывает относительно резкое падение эталонного напряжения Ue, пока эталонное напряжение не достигнет отрицательного значения. Вскоре после этого эталонное напряжение достигает установившегося зна5 чения U. Это состояние указывает на то, что арматурная сталь стала деполяризованной и, следовательно, вновь пассивированной, Установившееся отрицательное напряжение, таким образом, может быть использо0 вано для возобновления подачи положительного импульса Ui от внешнего источника энергии. Этот цикл работы повторяют на протяжении всего процесса обработки.

5 Длительность импульсов под управлением полуэлемента может изменяться в очень широких пределах, зависящих от таких факторов, как влагосодержание, электрическая проводимость, количество и тип окисляющих и восстанавливающих веществ, находящихся в бетоне. В обычном случае положительный импульс может длиться до часа или даже весь день, прежде чем арматурная сталь поляризуется до такой степени, что возникает опасность коррозии.

Данный способ может быть применен различным образом в насыщенных влагой конструкциях, Например, как показано на фиг.З, надземная конструкция 7, доступная с обеих сторон, имеет с одной стороны нанесенный на нее пористый электролитический материал 8 в виде цементного раствора с .заделанным в этот материал электродом 2.. Противоположная сторона стенки снабжена электропроводящим покрытием 9 (таким, как электропроводящая краска и т.п.). К электродам 2,9 присоединяют систему 4 генерирования циклического напряжения с программным управлением, используя проводящее покрытие 9 как анод, а заделанный электрод 2 как катод. При приведении системы в действие происходит электроосмотическая миграция воды в пористое покрытие 8. Покрытие 8 должно иметь достаточно пористую структуру, чтобы быть способным легко высыхать в результате испарения влаги, поступающей в него из собственно стенки.

Как показано на фиг.4, подземная конструкция, такая как фундаментальная стена 10, снабжена системой арматурных стержней 11, которые соединены с источником 4 генерирования напряжения. Близко, но на расстоянии от стены 10 в грунт 12 погружены один или несколько заземляющих электродов 13, соединенных с отрицательной стороной источника 4 генерирования напряжения и служащих в качестве катодов. В конструкции система заземляющих электродов 13 расположена со стороны 10, наиболее удаленной от системы арматурных стержней, что обеспечивает электроосмотическое действие в максимальном объеме стеновой конструкции.

В подземной конструкции, показанной на фиг.5, стена сооружена без внутренней арматуры. В таких случаях в стене сверлят (под наклонным углом вниз) удлиненные отверстия 14, в которые заделывают электродные элементы 15. Систему 4 генерирования напряжения соединяют положительной стороной с заделанными электродами 15, а отрицательной стороной с заземляющей электродной системой 1 в виде одного или нескольких электродных элементов, погруженной в грунт 12. Установлено, что в обычных случаях достаточно расстояние между электродными элементами, равное 0,5 м.

В конструкции, показанной на фиг.6, бетонная стена может быть, например, стеной подвала или подпорной стенкой и имеет открытую поверхность 16 и противоположную поверхность 17, находящуюся в контак- . .т.е с грунтом 12. В такой конструкции на открытую поверхность 16 стены наносят электролитический материал 8 в виде цементного раствора и заделывают в него сет0 чатый электрод 18,который может быть выполнен, например, в виде проволочной сетки. Систему 4 генерирования напряжения соединяют ее положительной стороной с заделанным в цементный раствор электро5 дом 18, а отрицательной стороной с системой заземляющих электродов 13, погруженных в грунт 12.

Применение данного способа обеспечивает управляемое циклическое реверсиро0 вание полярности импульсов энергии для предотвращения образования нежелательных газовых пленок и продуктов коррозии с одновременным обеспечением возможности создания результирующего потока

5 энергии, позволяющего осуществлять электроосмотические процессы с удовлетворительными уровнями эффективности и без опасности нарушения целостности конструкции.

0 Важно и то, что многие варианты осуществления изобретения применимы не только в электроосмстической обработке пористых строительных материалов, но и к другим видам обработки, например к по5 вторному подщелачиванию бетона с ис- пользованием электрохимических процессов. В случае повторного подщелачи- вания желательно осуществлять электролитическую миграцию гидроксильных ионов

0 из одной зоны в другую существующей бетонной конструкции, карбонизированной и, следовательно, подкисленной до состояния, грозящего серьезной коррозией внутренней арматуре.

5 По способу по изобретению перемену полярности во всех случаях осуществляют в соответствии с регулируемым переходом, что позволяет эффективно избежать излучения радиопомех и/или обеспечить возмож0 ность разряда собственной емкости конструкции с собственной ее скоростью, такой, что перемена полярности не влечет за собой излишних затрат энергии на преодоление противодействующих остаточных

5 напряжений.

Особым преимуществом является управление процессом посредством контроля напряжения полуэлемента, благодаря чему на любой стадии процесса, когда внутренняя стальная арматура (или заделанный

электрод, если арматура отсутствует)становится поляризованной,депассивированной и подверженной коррозии, прилагаемое напряжение может быть реверсировано, придем обратный импульс напряжения поддер- кивают до тех пор, пока не будет восстановлено удовлетворительное состояние пассивности.

Формула изобретения

1. Способ осушения влажных пористых строительных элементов, включающий Установку и соединение положительного электрода с влажным пористым элементом. размещение на расстоянии от него отрицательного электрода с образованием электрической связи между электродами через по Крайней мере часть пористого материала и подачу напряжения наэлектроды.отл ича ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения эксплуатационных качеств элемента, напряжение Подают циклично, причем вначале каждого цикла подают напряжение в течение времени для осуществления электролиза до обра- зования продуктов коррозии на положительном электроде, а затем осуществляют смену полярности напряжений, причем при смене полярности производят регулирование напряжения для предотвра- щения излучения радиопомех, при этом энергия, потребляемая в начале цикла, превышает энергию, потребляемую при смене полярности.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения осушения элементов из железобетона -при образовании в них карбонизированных и подкисленных зон, перед началом цикла один из электродов устанавливают в карбонизиро- ванной зоне, а другой - в зоне повышенной щелочности.

0

5 0 5 0

5 0

3. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью обеспечения контроля поляризации положительного электрода, одновременно с положительным эле.ктродом перед началом цикла устанавливают электрод в виде полуэлемента с последующим измерением напряжения между эталонным и положительным электродами.

4.Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность тока в пористом элементе составляет 0,01-1,0 А/м2.

5. Способ по п.1,отличающийся тем, что подают напряжение величиной 20- 40 В постоянного токз.

6. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве пористого материала используют слой цементного раствора, который наносят на наружную поверхность элемента положительный электрод устанавливают в этом слое, а отрицательный распо- лагают с противоположной стороны элемента.

7. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью обеспечения осушения стен подвалов из пористых элементов, положительный электрод перед началом цикла выполняют из нескольких отдельных электродов, которые устанавливают в стене выше ее основания на расстоянии 0,5 м друг от друга.

8. Способ поп.1,отличающийся тем, что энергия, потребляемая при смене полярности напряжений, в каждом цикле составляет не более половины энергии, потребляемой в начале цикла.

9. Способ по п.1 и2, отличающий- с я тем. что в качестве положительного электрода используют стальную арматуру элемента, а отрицательный электрод устанавливают снаружи элемента.

10. Способ по п.1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что смену полярности напряжений осуществляют со скоростью не выше 8 В в 1 с.

Использование: с целью повышения эксплуатационных качеств элемента напряжение подают циклично. В качестве каждого цикла подают напряжение в течение времени для осуществления электролиза до об- разования продуктов коррозии на положительном электроде. Затем осуществляют смену полярности напряжений. При смене полярности напряжений производят регулирование напряжения для предотвращения излучения радиопомех. Смену полярности осуществляют со скоростью не выше 8 В в секунду. Плотность тока в пористом элементе составляет 0,01-1,0 А/м2. Напряжение подают величиной 20-40 В постоянного тока. 9 з.п.ф-лы, 7 ил.

fr Mtf

Щ

Л

WGseet

$Ul1