DE10030728A1 - Verfahren und Einrichtung zur Messung elektrokinetisch erzeugter Massenströme in porösen Materialien - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Messung elektrokinetisch erzeugter Massenströme in porösen MaterialienInfo
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Abstract
Technische Aufgabe und Zielsetzung DOLLAR A Bekannte Verfahren zur Messung der elektrokinetischen Durchflussmenge beziehen sich meistens auf Bodenproben, wobei die Probenmenge größer und die Konsistenz der Proben anders ist als bei festen Baustoffproben. Um an kleinen Baustoffproben, insbesondere Bohrkernen, derartige Messungen mit ausreichender Genauigkeit vornehmen zu können, ist es notwendig, die entstehenden Reaktionsgase abzuleiten, um das gemessene Durchflussvolumen nicht zu verfälschen. DOLLAR A Lösung des Problems DOLLAR A Um die in der Messzelle entstehenden Reaktionsgase abzuleiten, wird diese mit Steigrohren (3) versehen und als Elektroden Edelmetallnetze in speziellen Elektrodenhalterungen (6) verwendet, die eine Aussparung zur Ableitung dieser Gase in die darüberliegenden Steigrohre besitzen. Die elektrokinetisch transportierte Flüssigkeitsmenge wird nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren über einen Durchflusssensor (14, 15) im Kreislauf zurückgeführt. DOLLAR A Anwendungsgebiet DOLLAR A Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bauphysik und der physikalischen Chemie, insbesondere die Untersuchung elektrokinetischer Transportvorgänge in Baustoffen.
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Bauphysik und der physikalischen Chemie,
insbesondere die messtechnische Erfassung elektrokinetischer Transportvorgänge in
Baustoffen.
Elektrokinetische Methoden zur Trockenlegung und Entsalzung von Mauerwerken
sind seit längerer Zeit bekannt, jedoch in der praktischen Anwendung oft wenig
erfolgreich und unter Fachleuten zum Teil umstritten. Daraus ergibt sich die
Notwendigkeit, unter Laborbedingungen den elektrokinetisch ausgelösten Feuchte-
und Salztransport unter Variation der Baustoffe und verschiedenen
Randbedingungen (elektrische Feldstärke, Salzgehalt usw.) messtechnisch zu
erfassen, um genaue Aussagen über die Wirksamkeit obengenannter Methoden
treffen zu können.
Zur Untersuchung der den elektrokinetisch bedingten Flüssigkeits- und
Ionentransport kennzeichnenden Größen sind ähnliche Apparaturen bekannt
(DE 44 14 619), die jedoch von ihrem Anwendungszweck her für die Aufnahme von
Boden- und Schlammproben vorgesehen sind, um vorbereitende Untersuchungen
für die elektrokinetische Sanierung kontaminierter Böden, Schlämme und ähnlicher
Materialien durchzuführen.
Die Untersuchung der elektrokinetischen Eigenschaften von Baumaterialien
erfordert eine etwas andere konstruktive Lösung, da hier Probekörper, vor allem
Bohrkerne, aus festem Material aufzunehmen sind und das Volumen dieser
Probekörper mit einem Durchmesser von ca. 25 mm vergleichsweise klein ist. Der
bei vollständiger Sättigung erzielbare Flüssigkeitsgehalt dieser Probekörper (z. B.
10-20 Vol.-% bei Ziegelproben) ist ebenfalls kleiner als bei Boden- und
Schlammproben.
Zur messtechnischen Lösung der Fragen hinsichtlich der praktischen
Anwendbarkeit elektrokinetischer Sanierungsmethoden an Bauwerken gehört die
Ermittlung der minimalen elektrischen Feldstärke, oberhalb derer ein
elektroosmotischer Flüssigkeitstransport überhaupt möglich ist. Aus dieser Frage
und den genannten Randbedingungen ergibt sich die Notwendigkeit, die Bewegung
sehr kleiner Flüssigkeitsmengen im Mikroliterbereich erfassen zu können und
zugleich die ab einer bestimmten Spannung an den Elektroden entstehenden
Reaktionsgase abzuleiten, um dadurch bedingte Messfehler zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit
der eine messtechnische Erfassung des elektrokinetisch erzeugten Massenstroms in
festen porösen Körpern im Mikroliterbereich ohne nennenswerte Störungen durch
Reaktionsgase möglich ist.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 und
die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 2-6 gelöst.
Im folgenden soll die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel erläutert werden.
An den Stirnflächen beiderseits eines Probekörpers (1), dessen Mantelfläche durch
ein geeignetes Material, z. B. Epoxidharz, wasserundurchlässig gemacht worden ist,
werden zwei Elektrodenräume, die mit Steigrohren (3), Führungen (5),
Andruckfedern (7) und Elektrodenhalterungen (6) versehen sind, in geeigneter
Weise befestigt, so dass eine völlige Abdichtung und gerade Führung der Teile
gegeben ist. Zur Abdichtung werden Ringe aus EPDM-Moosgummi-Profilschnur
verwendet, die in passender Länge zugeschnitten und an den Schnittflächen
verklebt wurde. Die Elektrodenräume bestehen aus Polymethylmethacrylat
(PMMA), die Steigrohre aus Glas. Die Elektrodenhalterungen (6) werden mit Hilfe
von Andruckfedern aus Kunststoff (7) leicht gegen die Stirnflächen des
Probekörpers gedrückt. Der Probekörper wurde vorher mit Wasser oder einer
Elektrolytlösung gesättigt. Das System einschließlich Verbindungsschläuchen und
Sensoren (14, 15) wird nun mit Hilfe der Spritzen (9) blasenfrei mit Wasser oder
einer Elektrolytlösung gefüllt, Luftblasen können mit etwas Druck leicht aus den
Leitungen und Sensoren entfernt werden. Der Zweiwegehahn (11) wird kurzzeitig
geöffnet, um rasch einen gleich hohen Füllstand in beiden Steigrohren (3)
herbeizuführen. Nach Anlegen einer ausreichenden Spannung an den beiden
Elektroden (17) kommt es zu einem Flüssigkeitstransport durch den Probekörper (1).
Da die beiden Elektrodenräume nach dem Prinzip der kommunizierenden
Röhren miteinander verbunden sind, wird die bewegte Flüssigkeitsmenge wieder
zurückgeführt, wobei sie einen der Durchflusssensoren (14, 15) passiert. Als
Sensoren kommen handelsübliche thermoelektrische Durchflussmesser zum
Einsatz, die einen Messbereich von 0-250 mg/h bzw. 0-10 g/h besitzen. Der den
zu erwartenden Flussraten am besten entsprechende Sensor wird vor der Messung
ausgewählt. Die Messwerte können entweder direkt abgelesen oder mit einem
Computer erfasst werden. Ab einer bestimmten Spannung kann es an den
Elektroden zu einer Gasentwicklung kommen, wobei das entstehende Gasvolumen
die Messwerte verfälschen würde, wenn es nicht aus dem System entfernt wird.
Dieses Problem wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass
die zur Stabilisierung und zum Andruck des als Elektrode verwendeten
Edelmetallnetzes (17) verwendeten Elektrodenhalterungen (3, Fig. 3) eine geeignete
Aussparung zum Ableiten der Gasblasen besitzen, die sich unterhalb der Steigrohre
(3) befindet. Die angelegte Spannung kann manuell oder programmgesteuert
eingestellt werden. Darüber hinaus wird die elektrische Stromstärke ebenfalls
messtechnisch erfasst, auch hier ist eine computergestützte Datenerfassung
möglich.
Die vorgestellte Vorrichtung ermöglicht darüber hinaus einen vergleichsweise
einfachen Wechsel des zu untersuchenden Probekörpers und die Auswahl des
verwendeten Durchflussmessers durch einfaches Umschalten der Verbindung
zwischen den Elektrodenräumen.
Claims (6)
1. Verfahren zur Messung des elektrokinetisch erzeugten Massenstroms und
daraus abgeleiteter Größen in festen Körpern, insbesondere Baustoffen,
dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsvolumen in den beiderseits
des Probekörpers angebrachten Elektrodenräumen der Vorrichtung entspr.
(Fig. 1) über den hydrostatischen Druck in den Steigrohren (3) konstant
gehalten und die transportierte Flüssigkeitsmenge im Kreis geführt wird,
wobei sie geeignete Durchflusssensoren passiert.
2. Vorrichtung (Fig. 1) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass an den Stirnseiten eines Probekörpers
beiderseits Elektrodenräume in geeigneter Weise wasserdicht angebracht
sind, die zur Aufnahme der Elektrodenhalterung (6) und Druckfedern (7)
dienen sowie zur Ableitung entstehender Reaktionsgase mit geeigneten
Steigrohren (3) versehen sind.
3. Vorrichtung (Fig. 3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Elektrodenhalterungen (6) mit geeigneten Aussparungen zum Ableiten der
Reaktionsgase versehen sind.
4. Vorrichtung (Fig. 1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den beiden Elektrodenräumen eine unterbrechbare Verbindung
(11) besteht, um vor der Messung einen raschen Ausgleich der Füllstände in
beiden Steigohren (3) zu erzielen.
5. Vorrichtung (Fig. 1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus
mehreren vorhandenen Durchflusssensoren durch einfache Umschaltung des
Flüssigkeitsstroms der zu benutzende Sensor ausgewählt werden kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme
der Messwerte und die Steuerung der Elektrodenspannung mit geeigneter
Hard- und Software computergesteuert erfolgt.
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| DE4414619A1 (de) * | 1994-04-18 | 1995-10-19 | Inst Technologie Und Umweltsch | Verfahren und Einrichtung zur Messung physikalisch-chemischer Größen kontaminierter feinkörniger durchfeuchteter Gemische |
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2000
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