Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung eines aus einem Baustoff gefertigten Bauteils, das im Inneren mit einem ionischen Schadstoff verunreinigt ist. Die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf eine Vorrichtung zur Sanierung eines aus einem Baustoff gefertigten Bauteils, das im Inneren mit einem ionischen Schadstoff verunreinigt ist.

Aus der DE 41 28 569 Cl, der DE-OS 20 20 518 und der DE 36 27 236 A1 sind unter anderem Ionentauschermembranen bekannt, bei denen ein Ionentauschermaterial in oder auf einem Substrat- körper verteilt ist.

Wasserdurchlässige Baustoffe, wie Sandstein oder Beton, sind dem Einfluß von in der Luft enthaltenem Kohlendioxid oder Schwefeldioxid oder von in Salzen, insbesondere Auftausalzen, enthaltenen Chloriden ausgesetzt. Falls eine der genannten Chemikalien in den Baustoff eindringt, kommt es dort zu einer Erniedrigung des pH-Werts und infolge davon zu einer Karbona- tisierung, zu einer Sulfatisierung bzw. zu einer Chloridisie- rung des Baustoffs. Der Baustoff wird dadurch weniger belast- bar und im Extremfall brüchig.

Von besonderer Bedeutung ist die Erniedrigung des pH-Werts durch Schwefeldioxid oder Kohlendioxid bei Beton, z. B. herge- stellt aus Zementmörtel und grobem Kies oder Steinschotter, da Beton bei sehr vielen, insbesondere großen, Ingenieurbau- werken Verwendung findet. Der Beton wird dann in der Regel durch Einbetten von Eisengittern oder Eisendrahtgeflechten,

der sogenannten Armierung, stabilisiert. Der Beton haftet fest am Eisen und bewahrt dieses infolge seines hohen pH- Werts vor dem Verrosten. Die oben genannte Erniedrigung des pH-Werts infolge externer Einflüsse kann im mit Eisen armier- ten Beton auch zu einer verstärkten Rostbildung führen.

Es besteht somit ein Bedarf, störende Ionen, und dabei spezi- ell die säurebildenden Anionen, insbesondere Karbonate, Sul- fate oder Chloride, aus dem Baustoff, insbesondere Beton, herauszubringen, so daß der Baustoff realkalisiert wird.

Zur Entfernung der Ionen schädlicher Salze aus einem aus dem Baustoff gefertigten Bauteil ist es bekannt, die kontaminier- ten Bereiche im Bauteil mechanisch zu entfernen und mit nicht verunreinigtem Baustoff zu ersetzen. Dabei wird in der Regel eine Oberflächenschicht abgetragen und eine neue Baustoff- schicht aufgetragen, weshalb diese Vorgehensweise besonders aufwendig ist.

Weiterhin ist es bekannt, Chloride aus dem Baustoff elektro- chemisch zu entfernen. Dabei wird beispielsweise die Armie- rung des Betons als Kathode in einem Gleichstromkreis ge- schaltet. Eine Anode wird an der Außenseite des zu sanieren- den Bauteils angebracht. Die Elektroden sind durch einen in den Baustoff eingebrachten flüssigen Elektrolyten ionenlei- tend miteinander verbunden. Bei Anlegen einer Spannung wan- dern dann die Anionen aus dem Beton zur Anode und die Umge- bung der Kathode wird alkalisiert. Dadurch kann die Korrosion der Armierung gestoppt werden. Dieses Verfahren ist aufgrund der notwendigen elektrischen Kontaktierung, aufgrund der not- wendigen elektrischen Hilfseinrichtungen sowie aufgrund der notwendigen speziellen elektrolytischen Flüssigkeiten beson- ders aufwendig. Zur Vermeidung wasserstoffinduzierter Span- nungs-Riß-Korrosion müssen darüber hinaus die elektrochemi- schen Parameter besonders genau eingehalten werden, wodurch der Aufwand weiter steigt. Ein Verfahren der genannten Art ist z. B. in der Zeitschrift, Schweizer Ingenieur und Archi-

tekt", Heft Nr. 9, 22. 02. 1996, Seite 136 bis 139, beschrie- ben.

Der Erfindung liegt demzufolge eine Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der ein ioni- scher Schadstoff in einem aus einem Baustoff gefertigten Bau- teil sicher, einfach und mit geringem technischen Aufwand entfernt werden kann.

Die Aufgabe wird bezogen auf ein Verfahren der eingangs ge- nannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schadstoff unter Ausnutzung der Diffusion aus dem Inneren des Bauteils herausgebracht wird, wobei zur Beschleunigung der Diffusion ein Ionentauschermaterial verwendet wird.

Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß der Schadstoff, d. h. die schädlichen Ionen, aus dem Inneren des Bauteils heraus hin zu Oberfläche des Bauteils diffundieren, falls ein Konzentrationsgradient besteht. Die weitere Überle- gung geht nun davon aus, daß ein ausreichend großer Konzen- trationsgradient aufrechterhalten werden kann, falls ein Io- nentauschermaterial verwendet wird, das die zur Oberfläche diffundierten Ionen aufnimmt. Mit anderen Worten : Der Ionen- tauscher bildet eine ständige Senke fur die schädlichen Io- nen. Dadurch wird die Diffusionsgeschwindigkeit gegenüber ei- ner Situation ohne Ionentauschermaterial in einer solchen Weise erhöht, daß die genannte Diffusion innerhalb technisch akzeptabler Zeiten durchführbar ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Oberfläche des Bauteils mit einem Spülfluid benetzt, das in den Baustoff eindringfähig ist, und das Spülfluid steht mit dem Ionentauschermaterial in Kontakt oder wird nach dem Be- netzen einem solchen zugeführt.

In dieser Ausgestaltung ist das Verfahren ganz besonders ein- fach durchfuhrbar. Es wird nur eine geringe Menge an Spül-

fluid benötigt, da der Ionenaustausch in der Regel schneller ablauft als die Diffusion aus dem Inneren des Bauteils zu seiner Oberfläche. Dabei dringt zumindest ein Teil des Spül- fluids in den Baustoff ein.

Das Verfahren nach der Erfindung ist bei allen wasserdurch- lässigen Baustoffen anwendbar. Bevorzugt enthält der Baustoff Zement, Sand, Sandstein und/oder Beton.

Je nach Wahl des Ionentauschermaterials sind aus dem Baustoff beliebige Ionen und auch Ionen beliebiger Polaritat, d. h.

Anionen oder Kationen, aus dem Baustoff herausbringbar.

Bevorzugt ist das Ionentauschermaterial ausschließlich zum Austausch von Anionen geeignet. Die Anwendung eines solchen Anionen-Tauschermaterials ist insbesondere für die Sanierung eines aus Beton gefertigten Bauteils vorteilhaft.

Der Schadstoff ist insbesondere ein Chlorid, ein Sulfat und/oder ein Karbonat.

Bei Verwendung eines Anionen-Tauschermaterials zur Sanierung von Beton werden Säure-Anionen, wie z. B. Chlorid, Sulfat oder Karbonat, aus dem Bauteil herausgebracht und dem Anionen-Tau- schermaterial zugeführt. Die Kationen, z. B. Kalzium-Ionen oder Natrium-Ionen, bleiben größtenteils im Beton zurück und bewirken dort eine Realkalisierung. Beispielsweise bleibt im Fall einer Schädigung des Bauteils durch Streusalz (Auftau- salz, Kochsalz) Natriumhydroxid oder Calziumhydroxid im Beton zurück, wodurch der pH-Wert im Beton steigt.

Bei Verwendung eines Anionen-Tauschermaterials diffundieren also im Gegenzug zu den herausdiffundierenden schädlichen Io- nen andere Ionen, beispielsweise Hydroxid-Ionen, aus dem Spülfluid in das Bauteil hinein. Da die Kationen überwiegend im Bauteil verbleiben, findet keine, zumindest keine voll- ständige, Entsalzung statt.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist das Ionentauschermate- rial ein sogenannter Mischbett-Tauscher, der sowohl Anionen als auch Kationen aufnimmt. Bei Verwendung eines solchen Mischbett-Tauschers wird das Bauteil weitgehend entsalzt.

Das Spülfluid ist bevorzugt Wasser, insbesondere falls eine Entsalzung des Bauteils oder ein Anionentausch angestrebt oder durchgeführt wird.

Das Spülfluid ist auch bevorzugt eine alkalische Lösung, und zwar vorzugsweise falls ein Anionentausch durchgeführt wird.

Die alkalische Lösung ist beispielsweise eine (wäßrige) Lö- sung eines Erdalkalihydroxids, z. B. von Calziumhydroxid.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird zum Benetzen eine das Ionentauschermaterial enthaltende, mit dem Spülfluid getränkte und auf die Oberfläche des Bauteils auf- gelegte Matte verwendet.

Da bei dieser Weiterbildung Umwälzeinrichtungen für das Spül- fluid nicht zwingend erforderlich sind, ergibt sich der Vor- teil einer ganz besonders einfachen technischen Durchführbar- keit. Die Matte wird beispielsweise auf einen verunreinigten Bereich des Bauteils aufgelegt und dort für eine bestimmte Zeitspanne belassen, die ausreichend ist, um die Diffusion aus dem Inneren des Bauteils heraus bis zu einem gewünschten Grad durchzuführen.

Die Matte ist beispielsweise mit einer für das Spülfluid un- durchlässigen Abdeckung vor dem Austrocknen geschützt.

Durch die Abdeckung ist die Matte auch in vorteilhafter Weise vor Umwelteinflüssen geschützt.

Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das die Oberfläche des Bauteils benetzende Spülfluid kontinuierlich ausgetauscht. Diese Vorgehensweise ist insbe-

sondere vorteilhaft, falls das Bauteil besonders stark verun- reinigt ist und demzufolge große Mengen an Spülfluid und Io- nentauschermaterial benötigt werden.

Ausgetauschtes, von der Oberfläche entferntes Spülfluid wird vorzugsweise dem Ionentauschermaterial zugeführt und an- schließend erneut zum Benetzen der Oberfläche verwendet. Das Ionentauschermaterial ist dann beispielsweise räumlich ent- fernt von der Oberfläche in einem Behälter angeordnet und so- mit besonders einfach zum Zwecke einer Regenerierung aus- tauschbar.

Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist im Spülfluid das Ionentauschermaterial suspendiert. Die Suspension aus Spülfluid und Ionentauschermaterial kann mit oder ohne auf das Bauteil aufgelegter Matte in einem Kreis- lauf geführt und kontinuierlich ausgetauscht werden.

Die auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bezogene Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gelöst durch einen Substratkörper, in oder auf dem ein Ionen- tauschermaterial verteilt ist, und der auf einer Seite was- seraufnahmefähig und auf der anderen Seite wasserundurchläs- sig ist.

Bevorzugt weist der Substratkörper eine elastische Matte auf, in der Wasser aufnehmbar ist.

Unter einer elastischen Matte wird im Zusammenhang mit der Erfindung jeder flächenhafte Körper verstanden, der an eine weitgehend beliebig geformte Außenkontur des Bauteils anpaß- bar ist.

In dem Substratkörper, d.h. insbesondere in der Matte, kann das Ionentauschermaterial in Form feiner Partikel - insbeson- dere weitgehend homogen - verteilt sein. Das Ionentauscherma- terial kann aber auch an einer Oberfläche, insbesondere an

der dem Bauteil zugewandten Oberfläche, der Matte aufgetragen sein.

Die Matte ist insbesondere aus einem schwammartigen Material gefertigt. Dadurch wird eine besonders hohe Wasseraufnahmefä- higkeit erreicht.

Weiterhin bevorzugt weist der Substratkörper auf seiner was- serundurchlässigen Seite eine wasserundurchlässige Abdeckung auf.

Die auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bezogene Aufgabe wird gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfin- dung dadurch gelöst, daß a) ein ein lonentauschermaterial aufweisender Vorratsbehälter für ein Spülfluid, b) eine mit dem Vorratsbehälter in Verbindung stehende und zum Bauteil führbare Spülleitung, c) eine mit dem Vorratsbehälter in Verbindung stehende und zum Bauteil führbare Sammelleitung für das Spülfluid und d) eine Umwälzpumpe zum Umwälzen des Spülfluids über den Vor- ratsbehälter, über die Spülleitung, über das Bauteil und über die Sammelleitung vorhanden sind.

Das Ionentauschermaterial ist dabei, wie auch bei dem Verfah- ren und bei der Vorrichtung nach der Erfindung, bevorzugt ein organisches Kunstharz.

Beispielsweise ist eine Auffangwanne vorhanden, aus der mit Hilfe der Sammelleitung das Spülfluid angesaugt wird.

Für das Führen der Spülleitung und/oder der Sammelleitung kann eine zusätzliche mechanische Führungseinheit vorhanden sein.

Die Vorrichtungen sind bevorzugt zur Durchführung des Verfah- rens nach der Erfindung geeignet.

Drei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfin- dung sind anhand der schematischen Figuren 1 bis 4 näher be- schrieben. Die Figuren dienen auch der Erläuterung des Ver- fahrens nach der Erfindung. Es zeigen : FIG 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Matte, FIG 2 die in Figur 1 dargestellte Matte bei einer anderen Verwendung, FIG 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung und FIG 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt ein der Einfachheit halber als Körper rechtek- kigen Querschnitts dargestelltes Bauteil 1, das in einem ver- unreinigten Bereich 3 mit einem ionischen Schadstoff Sch ver- unreinigt ist. Das Bauteil 1 besteht aus einem Baustoff B, nämlich aus Beton. Im verunreinigten Bereich 3 ist in den wasserdurchlässigen Beton der ionische Schadstoff Sch, ent- haltend ein Chlorid, eingedrungen.

Zum Entfernen des Schadstoffs Sch aus dem Bauteil 1 ist er- findungsgemäß eine Matte 7 - von mehreren Seiten - auf die Oberfläche 5 des Bauteils 1 aufgelegt.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Matte 7 unter Aus- nutzung der Reibung zwischen der Matte 7 und dem Bauteil 1 am Bauteil 1 fixiert. Zur Fixierung kann die Matte 7 aber auch mit Hilfe einer Fixiereinrichtung, z. B. eines Nagels oder ei- ner Schraube, am Bauteil 1 befestigt werden, insbesondere falls die Matte 7 nur an einer vertikalen Außenfläche des Bauteils 1 aufgelegt wird.

Die Matte 7 enthält ein Ionentauschermaterial I, insbesondere ein Anionen-Tauschermaterial, das für Chlorid-Ionen aufnahme- fähig ist. Die Matte 7 ist auch mit einem Spülfluid S, und zwar mit Wasser oder mit einer Calziumhydroxid-Lösung (Ca(OH) 2), getränkt. Um eine Austrocknung der Matte 7 zu ver- hindern, ist diese mit einer Beschichtung oder Abdeckung 9 überzogen. Die Abdeckung 9 deckt auch solche Bereiche der Oberfläche 5 des Bauteils 1 ab, auf denen die Matte 7 nicht aufliegt. Dadurch wird auch ein Austrocknen des Bauteils 1 verhindert oder zumindest verlangsamt.

Beispielsweise hat die Matte 7 auf ihrer bauteilzugewandten Seite eine offene Porosität und ist auf ihrer gegenüberlie- genden Seite für Wasser undurchdringbar.

Während die Matte 7 mit dem Spülfluid S und dem Ionentau- schermaterial I auf das Bauteil 1 aufgelegt ist, diffundieren die Chlorid-Ionen aus dem Inneren des Bauteils 1 zur Oberflä- che 5. In der Matte 7 wird durch das Ionentauschermaterial I die Konzentration an freien Chlorid-Ionen gering gehalten, so daß bezüglich dem Inneren des Bauteils 1 standing ein starkes Konzentrationsgefälle herrscht. Deshalb diffundieren ständig und mit hoher Geschwindigkeit weitere Chlorid-Ionen aus dem Inneren des Bauteils 1 zur Oberfläche 5 und in Gegenrichtung Hydroxyl-Ionen (OH-) vom Ionentauscher in das Bauteil hinein.

Falls - für eine vollständige Sanierung - dieser Diffusions- prozeß nach einer vollständigen Beladung des Ionentauscherma- terials I fortgesetzt werden muß, wird die mit schädlichen Ionen beladene Matte 7 abgenommen und durch eine andere gleichartige, unbeladene Matte ersetzt.

Infolge der Verwendung eines Anionen-Tauschermaterials blei- ben die Natrium-Kationen im Beton zurück und führen dort zu einer Alkalisierung, wobei sich Natriumhydroxid bildet.

Falls zusätzlich ein Kationen-Tauschermaterial verwendet wird, kann durch Wahl der verwendeten Menge an Spülfluid S

auch die Konzentration der zurückbleibenden Ionen eingestellt werden.

In der Figur 2 ist die Matte 7 der Figur 1 auf ein anderes Bauteil 10 mit einer gegenüber dem Bauteil 1 anders geformten Oberfläche 5 aufgelegt.

Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrich- tung nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei dem das Ionentauschermaterial I auf einem Träger 12 in einem Vor- ratsbehälter 11 angeordnet ist. Von dem Vorratsbehälter 11 geht eine Spülleitung 13 aus, die mit einer Öffnung 14 der Oberfläche 5 zuwendbar ist. Eine Umwälzpumpe 15 fördert das Spülfluid S aus dem Vorratsbehälter 11 und spritzt oder sprüht es kontinuierlich auf die Oberfläche 5, an der entlang das Spülfluid S herunterläuft. Im unteren Bereich des Bau- teils 1 ist eine Auffangwanne 16 angeordnet, in die das her- unterlaufende Spülfluid S gelangt. Von dort wird das Spül- fluid S mittels einer Sammelleitung 17, deren Ansaugstut- zen 19 in die Auffangwanne 16 eintaucht, zurück zum Vorrats- behälter 11 gefördert. Das Spülfluid S wird also in einem Kreislauf umgewälzt und an der Oberfläche 5 kontinuierlich gegen solches Spülfluid S ausgetauscht, dem im Ionentauscher- material I zuvor Ionen entzogen wurden.

Ist das lonentauschermaterial 1 erschöpft, d. h. vollständig beladen, wird der Vorratsbehälter 11 zusammen mit dem Ionen- tauschermaterial I gegen einen anderen gleichartigen Vorrats- behälter mit frischem Ionentauschermaterial ausgetauscht, so daß der Sanierungsprozeß weitgehend ohne Unterbrechung fort- geführt werden kann. Der Vorratsbehälter 11 mit dem erschöpf- ten Ionentauschermaterial I wird dann parallel zum fortge- führten Sanierungsprozeß einer Regenerierung unterworfen. Da die Regenerierung erheblich schneller abläuft als der Ionen- austausch, steht dieser Vorratsbehälter für einen Austausch des anderen Vorratsbehälters zur Verfügung, wenn dessen Io- nentauschermaterial erschöpft ist.

In Figur 3 ist der Beginn der Sanierung dargestellt : Die io- nischen Schadstoffe Sch befinden sich noch gesamt im Bau- teil 1. Im Laufe des Sanierungsprozesses wandern ionische Schadstoffe Sch in die Auffangwanne 16 und sie werden am Io- nentauschermaterial I im Vorratsbehälter 11 fixiert. Über die Spülleitung wird dabei ständig neues Spülfluid S, das weitge- hend frei von ionischem Schadstoff Sch ist, zum Bauteil 1 ge- leitet.

Anstelle des Trägers 12 oder zusätzlich hierzu kann der Sam- melleitung 13 und der Spülleitung 17 je ein Gitternetz oder Sieb 20 zugeordnet sein, durch die das z. B. in Form von Harz- kugeln im Vorratsbehälter 11 vorliegende Ionentauschermate- rial I dort zurückgehalten wird.

Das in Figur 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung in der zweiten Ausführungsform ist weitgehend mit der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung identisch. Bei der in Figur 4 dargestellten Vorrichtung ist das Ionentauschermaterial I allerdings nicht auf einem im Vorratsbehälter 11 befindlichen Träger 12 angeordnet. Statt- dessen bilden das Spülfluid S und das Ionentauschermaterial I eine Suspension, mit der der Vorratsbehälter 11 bis zu einem Fluidpegel 21 gefüllt ist. Die Suspension, d. h. das Spül- fluid S zusammen mit dem Ionentauschermaterial I, wird durch eine Umwälzpumpe 15 kontinuierlich über die Oberfläche 5 des Bauteils 1 geführt. Bei dieser Vorgehensweise kann zur Erhö- hung der Verweildauer der Suspension an der Oberfläche 5 dort eine gesonderte (nicht gezeichnete) Saugmatte angeordnet sein.

Die in Figur 4 dargestellte Vorrichtung bietet den Vorteil, daß sie auch bei einer besonders hohen Schadstoffkonzentra- tion im Bauteil 1 sehr effizient einsetzbar ist. Es kann z. B. aus dem Vorratsbehälter 11 während des kontinuierlichen Um- wälzens der Suspension ein Teil der Suspension einer (nicht gezeigten) Ionentauscher-Regenerier-Einheit zugeführt werden

und von dieser zurück in den Vorratsbehälter 11 gelangen, so daß das mit der Figur 4 veranschaulichte Verfahren auch über eine sehr große Zeitspanne ohne Unterbrechung der Benetzung der Oberfläche 5 mit der Suspension durchgeführt werden kann.

In Figur 4 ist der Sanierungsprozeß ebenfalls zu Beginn dar- gestellt. Während des Sanierungsprozesses reichert sich das über die Spülmittelleitung 13 und die Sammelleitung 17 umge- wälzte Spülfluid S mit ionischem Schadstoff Sch an.

Die Ausführbarkeit der Erfindung wird nachfolgend anhand ei- nes Laborversuchs demonstriert : Ein gewogener Betonstein wurde über Nacht mit einer konzen- trierten Kochsalzlösung behandelt. Nach der Behandlung wurde der Betonstein abgespült und erneut gewogen. Anschließend wurde der Betonstein mit definierten Mengen an Wasser und Anionen-Austauscherharz in einem Becherglas behandelt. Zum Vergleich wurde eine der Differenz der Wägungen des Beton- steins äquivalente Menge an Kochsalzlösung in gleicher Weise und mit gleichen Mengen an Anionen-Tauscherharz und Wasser behandelt. Nach ca. fünf Stunden hatte die Lösung mit Beton- stein den gleichen pH-Wert und die gleiche Leitfähigkeit wie die Lösung ohne Betonstein. Daraus läßt sich folgern, daß das Chlorid weitgehend aus dem Beton entfernt worden war.