Способ удаления солей из сооружения из капиллярно-пористого каменного материала

 

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ СОЛЕЙ ИЗ СООРУЖЕНИЯ ИЗ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТОГО КАМЕННОГО МАТЕРИАЛА, включающий укладку на обрабатываемую поверхность тканевого фитиля, установку на него пластинчатого анода, установку катода и подачу постоянного злектрического тока, р тлич ающий тем, что, с целью предотвращения снижения прочностных характеристик обрабатьгоаемого камня,удаления всего количества водорастворимых солей по толщине сооружения и снижения энергозатрат , одновременно с подачей на электроды постоянного электрического тока производят непрерывную промывку § прианодной зоны с помощью тканевого фитиля, верхний конец которого опус- Л кают в резервуар с водой, а нижний в резервуар для сбора фильтрата, причем плотность электрического тока , подаваемого на электроды, составляет 0,01-0,1 мА/см. СО QO о: О5 X)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Е 04 В 1 70

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHSIM

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3426943/29-33 (22) 21.04.82 (46) 07.08.89. Бюл; У 29 (71) Московский инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева и

Российское республиканское специализированное научно-реставрационное объединение Росреставрация (72) В.М.Дворяшин, В.А.Объедков, И.В.Аксенова, И.А.Кулешова и Б.Г. Муджири .(53) 669.8(088.8) (56) Степанов В.Я., Флоренский К.П., Рудко М.В. Опыт борьбы с разрушением камня в памятниках архитектуры XIIXIII веков. Сб. Памятники культуры, М., 1960. с.209-229.

Авторское свидетельство СССР

У 215459, кл. Е 04 В 1/64, 1968.

Авторское свидетельство СССР

Р 18441 О, кл. Е 04 В 1/64, 1963.

Патент ФРГ И - 2649611, кл. Е 04. В 1/70, опублик. 1976.

Костров П.И., Ногид И.Л. Удаление солей из росписей древнего Пянджикента методом электродиалиэа. Сб.

ВЦНИЛКР, М., 1960, с.54-61.

Изобретение относится к строи тельству и может .быть использовано для повьппения долговечности стен памятников архитектуры путем вывода наиболее опасных легкорастворимых солей.

Известны способы удаления выкристаллизовавшихся на поверхности солей путем механической очистки с после,SU„„1033669

2 (54)(57) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ СОЛЕЙ И3

СООРУЖЕНИЯ ИЗ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТОГО

КАМЕННОГО МАТЕРИАЛА, включающий укладку на обрабатываемую поверхность тканевого фитиля, установку на него пластинчатого анода, установку катода и подачу постоянного электрического тока, ртличающийся-.;. тем, что, с целью предотвращения снижения прочностных характеристик обрабатываемого камня, удаления всего количества водорастворимых солей по толщине сооружения и снижения энергозатрат, одновременно с подачей на электроды постоянного электрического тока производят непрерывную промывку прианодной "-.îíû с помощью тканевого фитиля, верхний конец которого опус-. кают в резервуар с водой, а нижний в резергуар для сбора фильтрата, причем плотность электрического тока, подаваемого на электроды, составляет 0,0!-0,1 мА/см дующим промыванием струей воды и наложением высасывающего пластыря, вы-, полненного из материала типа папьемаше.

Известен способ вытяжки солей иэ кладки, заключающийся в покрытии обрабатываемой поверхности слоем жидкого глиняного шликера, после высыхания которого cyxas корка с отложивши3 103366 мися слоями удаляется металлической щеткЬй.

Однако перечисленные способы дают возможность очистить от солей только поверхностные слои. Слои, оставшиеся в толще, продолжают свое разрешительное действие и делают дорогоетоящие реставрации неэффективными, Известен способ электроосмотичес-,10 кого осушения стен, фундаментов зданий и сооружений, включающий замоноличивание в стены электродов, которые размещают в два ряда попарно параллельно друг другу, причем электроды 15 каждой пары присоединяют к одному и тому же элементу заземления. Под действием разности потенциалов, созданных таким образом гальванических элементов, вода отжимается в грунт. 20

Известен способ активного электроосмоса, отличающийся использованием источника постоянного электрического поля, положительную клемму которого соединяют:" электродом стены, а отри- 25 цательную — с электродом заземления.

Этот способ позволяет повысить эффективность осушения.

Однако использование вышеизложен-. ных способов осушения с целью обес-.. 30 соливания,стен древних зданий при содержании в кладке водорастворимых солей более 3-67. по массе (в зависимости от пористости материала) невозможно, так как при таком содержа" нии солей часть иэ них кристаллизуется на поверхности пор и не поддается удалению. Кроме того, недопусти-. мым для памятников архитектуры является просверливание отверстий под . 40 стержневые электроды.

Наиболее близким решением по технической сущности является известный способ удаления солей из сооружения из капиллярно пористых каменных ма 45 териалов методом электродиализа, используемый в практике реставрации сравнительно небольших и ограниченных по габаритам музейных экспонатов. Способ включает укладку с двух сторон на поверхность предварительно углажненного объекта влажных тканевых фитилей, установку на них плас-... тинчатых свинцовых электродов (анод и.катод) и подачу постоянного элек-; трического тока плотностью 2-3 мА/см 55

Под действием приложенной разности . потенциалов соли разлагаются на про".: тивоположно запряженные ионы, кото"

4 г рые устремляются к соответствующим электродам -и задерживаются в тканевых фитилях. Фитили меняются каждые полчаса, причем анодный фитиль для нейтрализации образующейся у анода кислоты перед укладкой смачивают 17.— ным раствором аммиака. Так, предвари— тельно снятая со стены фреска площадью 1 м, толщиной 1 см за 7 ч обработки по указанному способу снизила засоленность с 1,57. до сотых долей процента.

Однако испольэовать известный способ для обработки крупных объектов (например, стен зданий и сооружений) не представляется возможным, так как при действии тока плотностью

2-3 мА/см в приэлектродных зонах интенсигно образуется соответственно кислота и основание, под действием которых происходит разрушение поверхностного слоя камня. Даже при частой замене фитилей и нейтрализации кислоты раствором аммиака водородный показатель у анода снижается до 3-4.

В условиях здания данный показатель будет иметь еще более низкое эначе" ние, так как для поддерживания высокой плотности тока необходимо испольэовать электроды, соизмеримые с размерами стены, и замена фитилей становится технически трудно осушествимой задачей. Кроме того, при высоком содержании в кладке водорастворимых солей не может быть достигнуто полное обессоливание, так как отсутствует источник дополнительного увлажнения, необходимый для раство1 рения гсего запаса солей. Использование тока плотностью 2-3 мА/см для . обработки зданий также влечет за собой большие энергозатраты.

Цель изобретения — предотвращение снижения прочностных характеристик обрабатываемого камня, удаление количества водорастворимых солей по толщине сооружения и снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что в способе удаления солей из сооружения из капиллярно-пористого каменного материала, включающем укладку на обрабатываемую поверхность тканевого фитиля, установку на него пластинчатого анода, установку катода и подачу постоянного электрического тока, одновременно с подачей на электроды постоянного электрического

1033669

20

30

55, тока производят непрерывную промывку прианодной зоны с помощью тканевого фитиля, верхний конец которого опускают в резервуар с водой, в нижний — в резервуар для сбора фильтрата, причем плотность электрического тока, подаваемого на электроды составляет 0,01 — 0,1 мА/см .

Сущность способа заключается в следующем.

Под действием .постоянного электрического тока плотностью 0,012 "О, 1 мА/см в капиллярно-пористой системе кладки преобладает электроосмотическое отжатие раствора солей из мелких пор в более крупные — дренирующие с последующим сбросом в грунт под действием, гравитационных сил. В работу включается вся толща стены. Критерием окончания процесса обессоливания является содержание солей в цокольной части стены на глубине 5-10 см от поверхности, определяемое путем химического анализа проб, В предлагаемом способе, в отли -ие рт известного, нормальная среда у анода поддерживается не сменой фитиля, а с помощью промывки, осуществляемой непрерывно в процессе всего времени обработки, что гарантирует . сохранение прочностных характеристик поверхностных слоев камня. Кроме то" го, промывка обеспечивает дополнительное увлажнение стены, необходимое для растворения всего запаса солей.

На чертеже изображена схема, поясняющая способ, который осуществляется следующим образом.

Вдоль верхней грани обрабатываемого участка стены 1 устанавливают пластин .атый анод 2, который может быть выполнен из листового свинца, алюминия или другого металла, а также из:токопроводящей пластмассы. Катод 3 в виде металлических труб ф 25 см размещают в прилегающий к фундаменту грунт на расстоянии 2-Зм. Иежду анодом 2 и стеной 1 пропускают фитиль

4 из хлопчатобумажной ткани, обладающей высокими капиллярными свойствами.

Верхний конец фитиля 4 опускают в резервуар с водой 5, нижний — в резер.— . вуар для сбора фильтрата 6, которые располагают соответственно выше и ниже анода. Анод 2 соединяют с положительной клеммой регулируемого источника 7 постоянного тока, катод 3=с отрицательной. В течение всего периода сбработки на электроды кругло" суточно подается постоянный электрический ток плотностью 0,01-0,1 мА/см

Обработка ведется до достижения со-. держания солей в нижней части стены допустимой величины.

Выбор оптимальной плотности тока проводится в лабораторных условиях на искусственно засоленных образцах из известняка размером ЗХЗ к5 см (Смрад = 3,5% по массе) . Электроды из свинца (ЗхЗ см, д = 4 мм). прижимались через тканевый фитиль из хлопчатобумажного трикотажа к торцам образца с помощью бандажа. Верхний конец фитиля опускался в резервуар с водой, нижний — в резервуар для сбора фильтрата. После 15 "ти часовой обработки током различной плотности образцы делились на три части: анодную, среднюю и катодную для определения средней засоленности. В табл.1 приведены результаты обработ-. ки.

Химический анализ фильтрата при плотностях тока 3,0 и 1,0 мА/см сви,детельствует о наличии некоторого количества продуктов электролиза, что нежелательно. Кроме того, при ис) пользовании тока плотностью 3,0 мА/см

К рекомендуемой известным спосбом, по сравнению с = 0,1 мА/см один и тот же результат достигается большой затратой электроэнергии (в 30 раз). Поэтому наиболее целесообразно вести обработку .током i

= 0,1 мА/см, использование тока

0,01 мА/см .допустимо, но процесс идет значительно медленнее.

Пример 1. Искусственно засоленная кладка из кирпича (С = 3,7%) размером 0,5<1,0х2,0 (h) м.обрабаты валась в течении 8-ми недель током плотностью 0,1 мА/см с постоянной промывкой прианодной зоны с помощью тканевого фитиля и хлопчатобумажной ткани. Анод из листового свинца (0,2xl,OM, b = =2.мм) закреплялся с помощью деревянных пробок и скруток вдоль верха стены. Катод в виде трех стальных труб 6= 3 см был установлен в грунт на расстоянии 2-х метров от стены. После разбора стенки с целью определения засоленности по толщине оказалось, что из верхних рядов соль практически удалена (на 95%), иэ

1033669

После обработки было проведено сравнение прочности на дробление поверхностного слоя образцов по методу Протодьяконова (см. табл.2).

Использование предлагаемого способа позволит удалить из стен древ" них зданий разрушающие камень водорастворимые соли и тем самым создать условия для нормализации их температурно-влажностного режима. Это даст воэможность с большей технико-экономической эффективностью проводить реставрацию и консервацию исторических объектов, увеличить межреставрационные сроки и повысить в конечном итоге долговечность памятников архитектуры.

Т аблица 1

ЬС

Обессоливание — "- 100Х по зонам с pH

Плотно сть тока, мА/см анод катод анодная средняя катодная

3,0

1,0 0,1

1,01

6 7

9 75,7 55,6 85,6

9 70,4 51,8 .79,2

7 89,2 57,4 68,7

7 68,3 43 8 54,2

Т а б л и ц а 2 тока, работки мА/см анод. катод без замены фитиля 6 9 62 64 7,5 4,5 с промывкой

7 7 67 67 0 ;О без saMeны фитиля 2"3 10 47 50 29,5 25

3,0 с заменой 3-4 10 56 60 16 10

Контрольный образец

67 нижних рядов приблизительно на 107» меньше, что может быть компенсировано увеличением времени обработки.

Использование способа позволяет произвести обессоливание по всей толщине стены и вместе с тем сохранить прочностные характеристики кам ня, что подтверждается примером 2.

Пример 2. Искусственно засолен- 10 ные образцы из известняка (3 3х5 см) в течение 10 ч обрабатывались током плотностью 0,1 и 3,0 мА/см без замены фитиля в течение всего периода обработки, с заменой фитиля каждые полчаса и смачиванием анодного фитиля:

1Х-ным раствором аммиака, с непрерывной промывкой приэлектродных:зон. рН

Плотность Режим обПрочность, Снижение прочкг/см . ности Х анод катод анод катод

1 033669

Редактор Л.Письман Техред M.Õîäàíè÷

Корректор Э.Лончакова

Заказ 49) 5 Тираж 640 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101