Способ активного электроосмотического осушения стен зданий и сооружений от грунтовых вод

 

Изобретение относится к строительству и реконструкции зданий и сооружений и может быть использовано при проведении капитальных и косметических ремонтов. При подключении электродов к источнику постоянного тока в стене здания или сооружения создается электрическое поле и формируется поток влаги, осушающий стену. На первом этапе осушения источник постоянного тока создает напряженность поля, превышающую пороговое значение, зависящее от высоты поднятия влаги в стене, при котором сдвигается влага в капиллярах стены и удаляется избыточная влага. По окончании этого этапа напряжение источника постоянного тока уменьшают до значения, обеспечивающего противодействие процессу капиллярного поднятия влаги в стену под действием давления грунтовых и фильтрационных вод. Все электроды-аноды можно разделить на секции, при этом к каждой секции осуществляется отдельный независимый токоподвод, причем напряжение от секции к секции может изменяться в зависимости от влажности стены. Подключая разные напряжения к различным участкам стены, можно обеспечить эффективное осушение вдоль всего периметра здания. При разделении одной секции электродов-анодов на две группы, к каждой из которых осуществляют поочередную подачу электрической энергии, обеспечивается уменьшение взаимного влияния соседних электродов-анодов, повышается эффективность осушения и снижаются энергозатраты. При использовании внутренних незаземленных металлических конструкций в качестве электродов уменьшается время осушения стен. При установке дополнительных секций электродов-анодов у заземленных металлических конструкций уменьшается переувлажнение участков стены около этих конструкций. Использование предлагаемого способа по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества: эффективное осушение стен; снижение времени осушения; высокую надежность работы. 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к строительству, реконструкции зданий и сооружений и может быть использовано при проведении капитальных и косметических ремонтов.

К настоящему времени накоплен большой опыт по применению электроосмотических методов осушения стен зданий и сооружений от грунтовых вод, которые подразделяются на "пассивные" способы, не требующие внешнего источника постоянного тока, и "активные" способы, в которых электрические силы создаются посредством внешнего источника постоянного тока. Активные способы получили наибольшее распространение. Под действием приложенного электрического поля положительные ионы двигаются от электродов-анодов, расположенных в осушаемой стене, к электродам-катодам, размещенным в грунте, увлекая за собой молекулы воды, вследствие этого влажность стены уменьшается. После осушения стены электрическое поле препятствует капиллярному поднятию влаги и поддерживает стену в сухом состоянии.

Известен разработанный в Австрии и применяемый во многих странах способ активного электроосмотического осушения стен от грунтовых вод, осуществляемый с использованием плоских сетчатых электродов-анодов, накладываемых на стену, которые работают при малых плотностях тока и создают в объеме стены малые напряженности электрического поля, (напряжение источника постоянного тока не превышает 6 В). При этом стержневые электроды-катоды, располагаются вне осушаемой стены - в грунте [1].

Недостатком данного способа является длительный срок осушения (2 - 3 г).

Наиболее близким к изобретению является способ активного электроосмотического осушения стен зданий и сооружений от грунтовых вод, заключающийся в размещении в объеме стены системы стержневых электродов-анодов, а в грунте системы электродов-катодов, соединенных соответственно с положительным и отрицательным полюсами источника постоянного тока, и пропускании тока между этими электродами [2].

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной цели, являются: недостаточно рациональное расположение электродов в стене и грунте, выполняемое без учета таких факторов, как высота капиллярного поднятия влаги, ширина стены, различное влагонасыщение участков стены, особенностей применения пластинчатых и стержневых анодов; недостаточно эффективное использование электрической энергии, связанное с нерегулируемым режимом работы источника постоянного тока в процессе осушение стены, длительное время осушения, приводящее к торможению ремонтных и отделочных работ, обусловленное низкими значениями напряженности электрического поля, и (как следствие) малыми величинами скорости электроосмотического осушения. Как правило, создаваемой напряженности электрического поля достаточно только для предотвращения капиллярного поднятия влаги, но не достаточно для удаления избыточной влаги из стены, причем избыточная влага в этом случае удаляется естественным испарением за 2 - 3 г.

Задача изобретения - повышение эффективности и надежности способа осушения стен зданий и сооружений от грунтовых вод, а также создание электроосмотической гидроизоляции и уменьшение времени осушения при оптимальном использовании электрической энергии.

Сущность изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше результата.

Согласно изобретению способ активного электроосмотического осушения стен зданий и сооружений от грунтовых вод, заключающийся в размещении в объеме или на поверхности стены системы электродов-анодов, а в грунте системы электродов-катодов, соединенных соответственно с положительным и отрицательным полюсами источника постоянного тока, и пропускании тока между этими электродами, характеризуется тем, что процесс осушения стены осуществляется в два этапа, при этом на первом этапе из стены удаляют избыточную влагу, для чего напряжение источника постоянного тока и размещение электродов анодов выбирают таким образом, что в поперечном сечении стены на уровне нижней границы зоны осушения создается электрическое поле, напряженность которого во всех точках этого сечения превышает пороговое значение, при котором возникает электроосмотическое движение влаги, при этом электроды-катоды устанавливают в грунте на расстоянии от нижней границы зоны осушения, превышающем половину высоты капиллярного поднятия влаги, а на втором - напряжение источника постоянного тока уменьшают до значения, обеспечивающего защиту стены от капиллярного поднятия влаги.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме того, предлагаемое изобретение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно: систему электродов-анодов, выполняют в виде ряда стержней или труб, с постоянным шагом между смежными электродами, параллельного нижней границе зоны осушения, причем параметры расположения электродов-анодов определяются следующими соотношениями: где H - высота капиллярного поднятия влаги в стене, м; h - высота установки электродов-анодов относительно нижней границы зоны осушения, м; B - толщина стены, м; L - расстояние между смежными электродами-анодами, м; l - длина электродов-анодов, м;
при H ≥ B электроды-аноды выполняют в виде плоской сетки или полосы, которую накладывают на поверхность стены вдоль линии, параллельной нижней границе зоны осушения, причем высоту установки сетки или полосы выбирают из соотношения

ряд стержневых электродов-анодов разделяют последовательно по длине стены на секции, к каждой из которых осуществляют независимую подачу электрической энергии от источника постоянного тока;
сеточный или полосовой электрод-анод подключают к положительному полюсу источника постоянного тока несколькими токоподводами;
электроды-аноды в одной секции разделяют на две группы, каждая из которых объединяет все несмежные электроды в секции, при этом к каждой из групп осуществляют поочередную подачу постоянного тока;
при наличии в стене здания каких-либо заземленных металлических конструкций устанавливают дополнительные секции электродов-анодов таким образом, чтобы каждая заземленная конструкция находилась между секциями электродов-анодов, а при наличии в стене здания каких-либо незаземленных металлических конструкций и расположении их в зоне увлажнения, выше электродов-анодов, эти конструкции подключают к положительному полюсу источника постоянного тока, при расположении тех же конструкций под электродами-анодами, конструкции первоначально подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а затем к положительному полюсу.

Предлагаемое техническое решение является новым, так как совокупность его существенных признаков, содержащаяся в независимом пункте формулы, не известна из существующего на данный момент уровня техники.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемой совокупности признаков, заключается в том, что увеличивается эффективность и надежность осушения и сокращаются его сроки.

При рассмотрении аналогов не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с такими отличительными признаками предлагаемого решения, как превышение порогового значения напряженности электрического поля, рациональное расположение электродов в стене и грунте, изменение режима источника постоянного тока в процессе осушения и учет наличия металлоконструкций в стене.

В тоже время такие порознь известные из уровня техники признаки, как установленные и подключенные к источнику постоянного тока электроды-аноды и электроды-катоды, не обеспечивают достижения указанного выше технического результата, поэтому можно сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена общая схема реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - разрез по осушаемой стене; на фиг. 3 и 4 - группы несмежных электродов.

Способ реализуют с помощью системы электродов-анодов 1, установленной в объеме или на поверхности стены 2, и системы электродов-катодов 3, установленной ниже электродов 1 в грунте. Электроды подключены к источнику постоянного тока 4 и создают электрическое поле, силовые линии которого обозначены поз. 5. Размещение электродов 1 и 3 зависит от высоты капиллярного поднятия влаги 6 и положения нижней границей зоны осушения 7.

Способ реализуют следующим образом.

При подключении электродов 1 и 3 к источнику постоянного тока 4 в стене здания на уровне нижней границы зоны ее осушения 7 создается электрическое поле и равномерный поток влаги осушающий стену.

Для этого электроды-аноды 1 и электроды-катоды 3 необходимо расположить в соответствии с указанными выше условиями. При этом для стержневых и пластинчатых анодов и различных соотношениях между шириной стены и высотой капиллярного поднятия влаги обеспечивается в поперечном сечении стены на уровне нижней границы зоны осушения близкое к однородному электрическое поле мало зависящее от длины электрода 1. В случае H ≥ B, который может быть плоским в виде сетки, либо стержневым с произвольной длиной. В случае H <B, для обеспечения выше указанного электрического поля, электрод-анод должен иметь длину 1. Плоскость зоны осушения в зависимости от условий эксплуатации здания может совпадать с уровнем фундамента, пола или земли.

В процессе осушения влага, содержащаяся в стене, перераспределяется в пространстве между электродами-анодами 1 и электродами-катодами 3, при этом условно выделяются три зоны: анодная - наиболее сухая, средняя и катодная как наиболее влажная. Катодную зону необходимо вынести из пространства осушаемой стены, или переместить ниже границы зоны осушения, что осуществляется соответствующим выбором места установки электродов-катодов.

Пороговая напряженность электрического поля выбирается на основании лабораторных опытов, которые выполняются с материалами осушаемой стены.

На первом этапе осушения устанавливается режим источника постоянного тока 4, при котором напряженность поля превышает пороговое значение в плоскости 7, при котором сдвигается влага в капиллярах стены.

По окончании первого этапа осушения стены напряжение источника постоянного тока 4 уменьшают до значения, обеспечивающего напряженность электрического поля, противодействующего процессу капиллярного поднятия влаги в стену под действием давления грунтовых и фильтрационных вод.

Электроды-аноды можно разделить на секции, при этом к каждой секции осуществляется независимый токоподвод, причем напряжение от секции к секции может изменяться в зависимости от влажности участка стены. Подключая разные напряжения к различным участкам стены можно обеспечить эффективное осушение вдоль всего периметра здания независимо от влажности участков стены. Секционирование позволяет устранить неэквипотенциальность электродов-анодов для зон осушения большой протяженности. При разделении одной секции электродов-анодов на две группы, к каждой из которых осуществляют поочередную подачу электрической энергии, обеспечивается уменьшение взаимного влияния соседних электродов-анодов, повышается эффективность осушения и снижаются энергозатраты.

В стенах зданий и сооружений могут располагаться различные конструкции: арматура, трубопроводы, и т.п. (заземленные или незаземленные). Внутренние заземленные металлические конструкции располагаются между дополнительными секциями электродов-анодов, обеспечивая тем самым надежное осушение этих участков стен.

В случае незаземленных конструкций, металлические конструкции применяются в качестве дополнительных электродов при подсоединении к полюсам источника постоянного тока, причем незаземленные конструкции, расположенные над электродами-анодами, подключаются к положительному полюсу источника постоянного тока, при расположении тех же конструкций под электродами-анодами конструкции первоначально подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а затем к положительному полюсу.

Возможность промышленного применения изобретения в том виде, как оно характеризуется в независимом пункте формулы, подтверждается описанными в материалах заявки средствами и методами для его осуществления.

Использование предлагаемого способа по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:
эффективное осушение стен;
снижение времени осушения;
высокую надежность работы.

Формула изобретения

1. Способ активного электроосмотического осушения стен зданий и сооружений от грунтовых вод, заключающийся в размещении в объеме или на поверхности стены системы электродов-анодов, а в грунте системы электродов-катодов, соединенных соответственно с положительным и отрицательным полюсами источника постоянного тока, и пропускании тока между этими электродами, отличающийся тем, что процесс осушения стены осуществляется в два этапа: на первом этапе из стены удаляют избыточную влагу, для этого напряжение источника постоянного тока и размещение электродов анодов выбирают таким образом, что в поперечном сечении стены на уровне нижней границы зоны осушения создается электрическое поле, напряженность которого во всех точках этого сечения превышает пороговое значение, при котором возникает электроосмотическое движение влаги, при этом электроды-катоды устанавливают в грунте на расстоянии от нижней границы зоны осушения, превышающем половину высоты капиллярного поднятия влаги, на втором этапе напряжение источника постоянного тока уменьшают до значения, обеспечивающего защиту стены от капиллярного поднятия влаги.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что систему электродов-анодов выполняют в виде ряда стержней или труб с постоянным шагом между смежными электродами, параллельного нижней границе зоны осушения, причем параметры расположения электродов-анодов определяются соотношениями
при H ≥ B
H ≥ h ≥ L/2;
при H < B
L < 3h/2; H ≥ h ≥ 2 (B l),
где H высота капиллярного поднятия влаги в стене, м;
h высота установки электродов-анодов относительно нижней границы зоны осушения, м;
B толщина стены, м;
L расстояние между смежными электродами-анодами, м;
l длина электродов-анодов, м.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при H ≥ B электроды-аноды выполняют в виде плоской сетки или полосы, которую накладывают на поверхность стены вдоль линии, параллельной нижней границе зоны осушения, причем высоту установки сетки или полосы выбирают из соотношения

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что ряд стержневых электродов-анодов разделяют последовательно по длине стены на секции, к каждой из которых осуществляют независимую подачу электрической энергии от источника постоянного тока.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что сеточный или полосовой электрод-анод подключают к положительному полюсу источника постоянного тока несколькими токоподводами.

6. Способ по пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что электроды-аноды в одной секции разделяют на две группы, каждая из которых объединяет все несмежные электроды в секции, при этом к каждой из групп осуществляют поочередную подачу постоянного тока.

7. Способ по пп.1 6, отличающийся тем, что при наличии в стене здания каких-либо заземленных металлических конструкций устанавливают дополнительные секции электродов-анодов таким образом, чтобы каждая заземленная конструкция находилась между секциями электродов-анодов, а при наличии в стене здания каких-либо незаземленных металлических конструкций и расположении их в зоне увлажнения выше электродов-анодов эти конструкции подключают к положительному полюсу источника постоянного тока, при расположении тех же конструкций под электродами-анодами конструкции первоначально подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а затем к положительному полюсу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4