TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Wiehle, Philipp A1 - Munsch, Sarah Mandy T1 - About the dominance of mesopores in physisorption in amorphous materials JF - Molecules N2 - Amorphous, porous materials represent by far the largest proportion of natural and men-made materials. Their pore networks consists of a wide range of pore sizes, including mesoand macropores. Within such a pore network, material moisture plays a crucial role in almost all transport processes. In the hygroscopic range, the pores are partially saturated and liquid water is only located at the pore fringe due to physisorption. Therefore, material parameters such as porosity or median pore diameter are inadequate to predict material moisture and moisture transport. To quantify the spatial distribution of material moisture, Hillerborg’s adsorption Theory is used to predict the water layer thickness for different pore geometries. This is done for all pore sizes, including those in the lower nanometre range. Based on this approach, it is shown that the material moisture is almost completely located in mesopores, although the pore network is highly dominated by macropores. Thus, mesopores are mainly responsible for the moisture storage capacity, while macropores determine the moisture transport capacity, of an amorphous material. Finally, an electrical analogical circuit is used as a model to predict the diffusion coefficient based on the pore-size distribution, including physisorption. KW - Physisorption KW - Mesopores KW - Amorphous materials KW - Macropores KW - Adsorbed water layer thickness KW - Material moisture KW - Moisture distribution PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-538525 UR - https://dataverse.harvard.edu/dataset.xhtml?persistentId=doi:10.7910/DVN/NILGW2 DO - https://doi.org/10.3390/molecules26237190 VL - 26 IS - 23 SP - 1 EP - 22 PB - MDPI AN - OPUS4-53852 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Ermittlung der Oberflächenrelaxivität in Sandsteinen - ein Methodenvergleich N2 - Mit dem zerstörungsfreien Verfahren der nuklear magnetischen Resonanz (NMR) mit Fokus auf 1H-Protonen lässt sich der Feuchtegehalt in porösen Materialien bestimmen und bei einem vollgesättigten Medium eine Porengrößenverteilung ableiten. Für die Ermittlung der Porengrößenverteilung muss die gemessene T2-Relaxationszeitenverteilung mit dem Parameter Oberflächenrelaxivität (OR) umgerechnet werden. Ist dieser Parameter für das zu untersuchende Medium unbekannt, kann dieser mithilfe von Vergleichsverfahren abgeschätzt werden. Dabei kommen z. B. Gassorption, Quecksilberporosimetrie (MIP), Dünnschliff-Mikroskopie oder µ-Computer-Tomographie (µ-CT) zum Einsatz. Da die verschiedenen Verfahren allerdings unterschiedliche Auflösungsgrenzen aufweisen und auf verschiedenen physikalischen Prinzipien beruhen, können die ermittelten ORs für ein Medium stark variieren. Um ein besseres Verständnis für die OR und die Einflüsse der Vergleichsverfahren zu bekommen, wurden 19 verschiedene Sandsteintypen untersucht. Die OR wurde zum einen basierend auf der spezifischen inneren Oberfläche aus der dynamischen Dampfsorption (DVS) und der Gassorption abgeleitet. Zum anderen wurden die Relaxationszeitenverteilungen durch manuelles Anpassen der OR derart in Porengrößenverteilungen umgerechnet, sodass es eine Übereinstimmung mit den Porengrößenverteilungen aus MIP und/oder µ-CT gibt. Die Umrechnung von Relaxationszeitverteilungen in eine Porengrößenverteilung berücksichtigt dabei sowohl fast- als auch slow-diffusion. Insgesamt ergab sich für die Sandsteine ein breites Spektrum an ORs, bei dem die über die innere spezifische Oberfläche ermittelten ORs andere Größenordnungen aufwiesen (< 10 µm/s), als bei dem Vergleich mit MIP oder µ-CT (bis 600 µm/s). Die mit MIP und µ-CT ermittelten Werten lagen dabei um einen Faktor von 1 bis 30 auseinander. Dieser umfangreiche Datensatz, der vier verschiedene Vergleichsverfahren einbezieht, soll neue Erkenntnisse in der Charakterisierung von porösen Materialien (z. B. bezüglich der Oberflächenrauigkeit) und in der Ursache für die starke Variation der OR ermöglichen. Durch das Berücksichtigen von fast- als auch slow-diffusion, können dabei sogar Daten in eine Porengrößenverteilung umgerechnet werden, bei denen das fast-diffusion-Kriterium nach Brownstein und Tarr nicht erfüllt ist. Außerdem ergibt sich aus der Berücksichtigung des slow-diffusion-Regimes ein neues Verständnis für die obere Auflösungsgrenze von NMR. T2 - 82. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Online meeting DA - 07.03.2022 KW - NMR KW - Sandsteine KW - Oberflächenrelaxivität KW - Porengrößenverteilung PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544721 UR - https://e-docs.geo-leo.de/handle/11858/9672 DO - https://doi.org/10.23689/fidgeo-5330 AN - OPUS4-54472 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Moreno Torres, Benjamí A1 - Völker, Christoph A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Hanke, T. A1 - Kruschwitz, Sabine ED - Tosti, F. T1 - An Ontology-Based Approach to Enable Data-Driven Research in the Field of NDT in Civil Engineering JF - Remote Sensing Special Issue “Data Fusion, Integration and Advances of Non-destructive Testing Methods in Engineering and Geosciences" N2 - Although measurement data from the civil engineering sector are an important basis for scientific analyses in the field of non-destructive testing (NDT), there is still no uniform representation of these data. An analysis of data sets across different test objects or test types is therefore associated with a high manual effort. Ontologies and the semantic web are technologies already used in numerous intelligent systems such as material cyberinfrastructures or research databases. This contribution demonstrates the application of these technologies to the case of the 1H nuclear magnetic resonance relaxometry, which is commonly used to characterize water content and porosity distri-bution in solids. The methodology implemented for this purpose was developed specifically to be applied to materials science (MS) tests. The aim of this paper is to analyze such a methodology from the perspective of data interoperability using ontologies. Three benefits are expected from this ap-proach to the study of the implementation of interoperability in the NDT domain: First, expanding knowledge of how the intrinsic characteristics of the NDT domain determine the application of semantic technologies. Second, to determine which aspects of such an implementation can be improved and in what ways. Finally, the baselines of future research in the field of data integration for NDT are drawn. KW - Ontology Engineering KW - Interoperability KW - Data-integration KW - NMR relaxometry KW - materials informatics PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-529716 DO - https://doi.org/10.3390/rs13122426 SN - 2072-4292 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. VL - 13 IS - 12 SP - 2426 PB - Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI) CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-52971 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Interpretation of NMR signals from partly saturated sandstones N2 - The development of prevention methods and the detection of moisture related damages in buildings and transport infrastructure at an early stage are current issues in the field of non-destructive testing in civil engineering. Especially the subject of partial saturation requires further research since it is more likely to occur than full saturation of the material. In fact, partial saturation in porous media is even more complicated because both fully and partly saturated pores (i.e. pores in which the surfaces are covered with thin water layers) are present. As the non-destructive method nuclear magnetic resonance (NMR) enables the measurement and quantification of relative low moisture contents, it is suitable for the investigation of partly saturated porous building materials. Nevertheless, the differentiation between partly and fully saturated pores is still a challenge. Therefore, in this study, we investigate two sandstones types (Bozanov and Schönbrunner sandstone) at various defined saturation states by using NMR. Furthermore, we measure the relative humidities within the samples and compute the water layer thicknesses (WLT) along the pore walls of all pore sizes to calculate the corresponding degree of pore saturation. To finally assign the NMR signals to pore sizes and to differentiate between partly and fully saturated pores, the water content distribution obtained from the WLT calculation is used for calibration of the relaxation-time distribution. T2 - ISEMA 2021 CY - Online meeting DA - 26.07.2021 KW - NMR KW - Relative humidity KW - Water layer thickness KW - Partial pore saturation KW - Pore-size distribution PY - 2021 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-53044 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Interpretation of NMR signals from partly saturated sandstones T2 - 13th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances (ISEMA) N2 - The development of prevention methods and the detection of moisture related damages in buildings and transport infrastructure at an early stage are current issues in the field of non-destructive testing in civil engineering. Especially the subject of partial saturation requires further research since it is more likely to occur than full saturation of the material. In fact, partial saturation in porous media is even more complicated because both fully and partly saturated pores (i.e. pores in which the surfaces are covered with thin water layers) are present. As the non-destructive method nuclear magnetic resonance (NMR) enables the measurement and quantification of relative low moisture contents, it is suitable for the investigation of partly saturated porous building materials. Nevertheless, the differentiation between partly and fully saturated pores is still a challenge. Therefore, in this study, we investigate two sandstones types (Bozanov and Schönbrunner sandstone) at various defined saturation states by using NMR. Furthermore, we measure the relative humidities within the samples and compute the water layer thicknesses (WLT) along the pore walls of all pore sizes to calculate the corresponding degree of pore saturation. To finally assign the NMR signals to pore sizes and to differentiate between partly and fully saturated pores, the water content distribution obtained from the WLT calculation is used for calibration of the relaxation-time distribution. In this extended abstract, selected results only for Schönbrunner sandstone are presented. T2 - ISEMA 2021 CY - Online meeting DA - 26.07.2021 KW - NMR KW - Relative humidity KW - Water layer thickness KW - Partial pore saturation KW - Pore-size distribution PY - 2021 SN - 978-1-7281-8736-5 VL - 2021 SP - 111 EP - 115 PB - IEEE AN - OPUS4-53045 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Möglichkeiten und Grenzen der zerstörungsfreien Erfassung niedriger Feuchtegehalte in teilgesättigten Sandsteinen mit 1H-NMR N2 - Die zerstörungsfreie Ermittlung der Materialfeuchte in Baustoffen ist für das Bauwesen von großer Bedeutung, denn ein erhöhter Feuchteeintrag kann zu Schimmelbildung, Alkali-Kieselsäure-Reaktionen, Korrosion etc. führen und somit ein hohes Schadenspotential mit sich bringen. Auch wenn zur qualitativen Lokalisierung möglicher Schad- und Risikostellen bereits zahlreiche zerstörungsfreie Verfahren in der Praxis Anwendung finden, besteht ein Mangel an quantitativen Verfahren, die auch bei niedrigen Feuchtegehalten sensitiv sind. Eine Methode zur zerstörungsfreien und quantitativen Bestimmung des Feuchtegehaltes und der effektiven Porosität ist die 1H-Kernspinresonzanzmethode (NMR). Da NMR sensitiv für die molekulare Beweglichkeit von Wasserstoffprotonen ist, lassen sich Informationen über die Bindungsform und -stärke sowie der Umgebung (Porengröße und Mineralzusammensetzung) der Wasserstoffprotonen gewinnen. Obwohl es bereits seit über 20 Jahren mobile NMR-Messeräte gibt, wird NMR heutzutage immer noch weitestgehend im Labor eingesetzt. Dies liegt daran, dass sie aufgrund der verwendeten Permanentmagnete schwer sind und nur äußerst geringe Eindringtiefen ermöglichen. In einer derzeit laufenden Forschungsarbeit wird deshalb ein speziell für Bohrkerne entworfener NMR-Tomograph eingesetzt. Mit seiner minimalen Echozeit von 50 µs lässt sich (abhängig von der Oberflächenrelaxivität) Wasser bis in nanometergroßen Poren erfassen. Um die Sensitivität von NMR bei Teilsättigung zu untersuchen, wurden verschiedene Sandsteinproben in Exsikkatoren mit relativen Luftfeuchten im Bereich von 33 % bis 96 % gelagert. Als Referenzen dienen zum einen das NMR-Signal bei Vollsättigung und zum anderen die Porengrößenverteilung aus Quecksilberporosimetriemessungen (MIP). Um die NMR-Sensitivität zu bewerten, wird die Korrelation der NMR-Amplitude mit den gravimetrisch ermittelten Feuchtegehalten sowie ein Vergleich der Porosität aus NMR und MIP betrachtet. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, dass sowohl die Reduzierung der Wasserfilmdicke als auch die Verkleinerung von Porengrößen zu einer ähnlichen Verkürzung der T2-Relaxationszeit führt. Als Ausblick wird ein Lösungsansatz vorgestellt, bei dem die NMR-Signale mit der Wasserfilmdickenberechnung basierend auf der relativen Luftfeuchte im Material korreliert werden. T2 - 81. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Online meeting DA - 01.03.2021 KW - NMR KW - Sandsteine KW - Porosität KW - Oberflächenrelaxivität KW - Feuchtegehalt PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-522271 DO - https://doi.org/10.23689/fidgeo-3957 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-52227 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Wöstmann, Jens A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Hase, Felix T1 - Moisture in screed: a non-destructive multi-sensor approach T2 - 8th European Workshop On Structural Health Monitoring N2 - Eight different screed types are tested including two different sample heights of 35 and 70 mm. The moisture of the four cement based and four sulphate based screeds are monitored during hydration and evaporation. All samples are stored in a climatic chamber at 23◦ C and 50 % relative humidity. Embedded sensors like temperature arrays, humidity sensor arrays, and multi-ring electrodes are embedded in the samples to yield a detailed moisture evolution with high depth resolution. Furthermore, nuclear magnetic resonance is used to quantify the water content at different depths. This multi-sensor approach allows a comprehensive monitoring of the moisture and its gradient in the different screed samples. This yields a deeper insight into the hydration, moisture convection, and diffusion processes. T2 - 8th European Workshop On Structural Health Monitoring CY - Bilbao, Spain DA - 05.07.2016 KW - NMR KW - Screed KW - Embedded sensors KW - Moisture KW - Corresponding relative humidity PY - 2016 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. SP - 1 EP - 11 AN - OPUS4-36814 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Determining the pore size distribution in synthetic and building materials using 1D NMR N2 - The detection of moisture in building materials has a high priority in civil engineering to locate and prevent possible moisture damages, e.g. mold, corrosion, delamination etc. Furthermore, it is of great significancy to achieve a better understanding of moisture transport and pore space in different materials. To prevent the degeneration of structures and materials, non-destructive testing methods are more and more deployed. As a non-destructive method in this work, nuclear magnetic resonance (NMR) is applied using a strayfield open magnet device that enables one-dimensional measurements in a defined volumen. By using NMR, the water content of the sample can be determined and also the pore size distribution can be deduced from the relaxation time distribution when having a comparison method like mercury intrusion porosimetry. In this study different synthetic homogenous materials with defined and almost unimodal pore size distributions are investigated as well as building materials like screed. For analyzing the pore space, the samples were measured at different saturation levels and the building materials at different hydration states as well. T2 - Magnetic Resonance in Porous Media 14 CY - Gainesville, FL, USA DA - 18.02.2018 KW - Pore size KW - Synthetic and building materials KW - NMR relaxometry KW - Mercury intrusion porosimetry PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-443868 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-44386 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Ermittlung des Flüssigwasseranteils an voll- und teilgesättigten Sandsteinen mittels 1H-NMR und Hygrometrie N2 - Da Feuchte insbesondere in Form von Flüssigwasser ein hohes Schadenspotential für Baustoffe und Konstruktionen darstellt, finden zerstörungsfreie Verfahren wie die Kernspinresonanz (NMR) zunehmend Einsatz im Bauwesen. Auch wenn zur qualitativen Lokalisierung möglicher Schad- und Risikostellen bereits zahlreiche zerstörungsfreie Verfahren in der Praxis Anwendung finden, so besteht beispielweise bei der Porenraumcharakterisierung und dem Verständnis von Feuchtetransportmechanismen weiterhin Forschungsbedarf. Eine besondere Herausforderung stellt in diesem Zusammenhang die (ortsaufgelöste) Erfassung und Quantifizierung von Feuchteverteilungen bei Teilsättigung dar. Mittels 1H-NMR lassen sich der Wassergehalt sowie die Relaxationszeiten der Wasserstoffprotonen in Abhängigkeit von ihrer Bindungsart und der Porenumgebung messen. In vollgesättigten porösen Baustoffen kann somit das NMR-Signal als Porengrößenverteilung interpretiert werden. Da aber in der Praxis nur selten bis nie vollgesättigte Zustände vorliegen, befasst sich eine laufende Forschungsarbeit mit dem Verständnis der NMR-Signale teilgesättigter Porensysteme, die teilweise multimodale Porengrößenverteilungen aufweisen. Im Rahmen dieser Arbeit werden insgesamt 19 Sandsteine aus Deutschland, Tschechien und Italien sowohl im voll- als auch im teilgesättigten Zustand mit NMR untersucht. Definierte teilgesättigte Zustände werden durch Aufsättigen der Proben in Exsikkatoren mit verschiedenen relativen Luftfeuchten (z. B. 33 %, 75 %, 96%) erzeugt. Die Regulierung der Luftfeuchten erfolgt mit Hilfe von gesättigten Salzlösungen. Als Ergebnis wird die Veränderung der Signalamplitude und der T2-Relaxationszeitenverteilungen in Abhängigkeit von dem Feuchtezustand näher betrachtet. Des Weiteren erfolgt die Berechnung des Flüssigwasseranteils bzw. der adsorbierten Wasserfilmdicke einzelner Poren aus der mit Quecksilberporosimetrie bestimmten Porengrößenverteilung und der Annahme einer Porengeometrie (z.B. Schlitz-, Zylinderpore, etc.). Am Ende dieser Arbeit soll der Zusammenhang des NMR-Signals (Amplitude und Relaxationszeiten) mit dem Porensättigungsgrad in einem Porensystem mit multimodaler Porengrößenverteilung bei Teilsättigung aufgezeigt werden. T2 - Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Online meeting DA - 18.05.2020 KW - NMR KW - Sandstein KW - Flüssigwasser KW - Teilsättigung KW - Hygrometrie PY - 2020 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-50861 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Ermittlung der Porosität von Sandsteinen - Vergleich von Quecksilberporosimetrie, Tauchwägung und NMR N2 - Die Porosität sowie die Porengrößenverteilung (PSD) eines Baustoffs sind wichtige petrophysikalische Eigenschaften, die Transportprozesse im Material beeinflussen und im direkten Zusammenhang mit der Schadensanfälligkeit stehen (Frost-Tau-Schäden, Schäden durch Salzeinträge und sauren Regen). Verfahren zur Ermittlung der Porosität stellen die Quecksilberporosimetrie (MIP), das Prinzip der Tauchwägung nach Archimedes (triple weighing method, TWM) und die Nuklear Magnetische Resonanz (NMR) dar. Das Hauptziel dieser Arbeit ist der Vergleich der drei Methoden für die Porositätsbestimmung. Als Untersuchungsmaterial wurde Sandstein gewählt. Als Baustoff wird Sandstein trotz einer teilweise geringen Festigkeit, aber aufgrund seiner Farbvielfalt häufig für Kulturbauten, Gehwegmaterial und Fassaden eingesetzt. Sandsteine weisen zudem meist eine hohe effektive Porosität (bis zu ca. 30 %) und teilweise breite Porengrößenspektren auf, wodurch Feuchte- und Ioneneinträge begünstigt werden und zu z. B. langfristigen Verfärbungen an Sandsteinfassaden führen können. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Porositäten von 10 verschiedenen Sandsteinen aus Deutschland und Tschechien bestimmt. Für die Untersuchungen mittels TWM und NMR wurden für jede Sandsteinart zwei zylinderförmige Proben unter Unterdruck mit Leitungswasser aufgesättigt. Beim Vergleich der Verfahren liegt der Fokus insbesondere auf NMR und der verwendeten Gerätetechnik, die mit einer minimalen Echozeit von 50 µs ein Wasserstoffsignal in Sandsteinen aus bis zu ca. 2 nm kleine Poren erfassen kann. Darüber hinaus wird das Auflösungsvermögen von MIP und NMR bezüglich der Poren- bzw. Poreneingangsgrößen diskutiert. Für den Vergleich von NMR und MIP werden an ausgewählten Sandsteinproben ebenfalls die zusätzlich ermittelten PSD in Korrelation zueinander gebracht. Erste Ergebnisse zeigen eine gute Korrelation von NMR- und TWM-Daten, aber teilweise starke Abweichungen zu den mit MIP bestimmten Porositäten. Ergebnisse zu den PSD zeigen teilweise nahezu identische Kurvenverläufe. Jedoch ist die Abschätzung des Umrechnungsfaktors für die NMR-Daten ohne Hinzuziehen von zusätzlichen Referenzverfahren wie Röntgen-Computer-Tomographie oder Spektral Induzierte Polarisation teilweise sehr schwierig. T2 - Bauwerksdiagnose CY - Berlin, Germany DA - 13.02.2020 KW - NMR KW - Porosität KW - Sandsteine KW - Quecksilberporosimetrie KW - Tauchwägung PY - 2020 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-50405 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine ED - Kärger, J. ED - Heitjans, P. T1 - Determining the pore size distribution in synthetic and building materials using 1D NMR JF - Diffusion fundamentals N2 - NMR is gaining increasing interest in civil engineering applications for the use of microstructure characterization as e.g. pore size determination and monitoring of moisture transport in porous materials. In this study, the use of NMR as a tool for pore size characterization was investigated. For our study we used screed and synthetic materials at partial and full saturation. A successful determination could be achieved when having a reference or calibration method, although partly diffusion effects have been registered. Due to these diffusion effects, for the determination of pore size distributions of synthetic materials another NMR device was needed. Finally, the determination of the surface relaxivity of screed (50 μm/s) led to a higher value than first expected from literature. T2 - 14th International Bologna Conference on Magnetic Resonance in Porous Media CY - Gainesville, FL, USA DA - 18.02.2018 KW - NMR relaxometry KW - Pore size distribution KW - Building materials KW - Porous materials KW - Surface relaxivity PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-483680 UR - https://diffusion.uni-leipzig.de/pdf/volume31/diff_fund_31(2019)02.pdf SN - 1862-4138 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. VL - 31 IS - 2 SP - 1 EP - 9 PB - University of Leipzig CY - Leipzig AN - OPUS4-48368 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Application of 1H proton NMR relaxometry to building materials - A review JF - Journal of magnetic resonance open N2 - Since nuclear magnetic resonance with focus on 1H protons is highly sensitive to pore filling fluids, it is nowadays often applied for the investigation of porous media. Mainly in materials research and especially in the field of non-destructive testing in civil engineering it is increasingly used. Scientific questions about and based on NMR meanwhile cover a broad spectrum. To give an overview, we have reviewed various studies dealing with the determination of moisture contents and parameters such as the pore-size distribution, surface relaxivity, porosity, etc. In some papers, the monitoring of moisture transport in connection with degradation processes or admixtures was the main objective. In other papers, NMR was used for pore space analysis or even applied on site to assess the state of conservation of cultural heritage. Building materials that have been investigated in the presented studies are for example cement, concrete, woods, sandstones etc. In this paper, short descriptions and the significant results of the reviewed articles are summarized and their measurement problems and discrepancies are pointed out. A special feature of this review article is the concise tabular compilation of determined 𝑇1 and 𝑇2 relaxation times, as well as of surface relaxivity values for various materials and components. Finally, relevant aspects are summed up and conclusions about the increasing potential of NMR relaxometry for investigations of porous building materials are drawn, followed by an outlook about future applications and the need for technical development. KW - NMR relaxometry KW - Building materials KW - Natural stones KW - Relaxation times KW - Surface relaxivities KW - Moisture KW - Pore space characterization PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-521888 DO - https://doi.org/10.1016/j.jmro.2021.100012 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. VL - 6-7 SP - 100012 PB - Elsevier Inc. CY - Amsterdam AN - OPUS4-52188 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Wöstmann, Jens A1 - Borchardt, Kerstin T1 - Eignung zerstörungsfreier Messtechnik für die Bestimmung der Belegreife von Estrichen JF - Bautechnik N2 - Die Bestimmung der Belegreife von Estrichen erfolgt im Bauwesen meist unter Verwendung von zerstörenden Verfahren, die Probenentnahmen erfordern und nur punktuelle Daten liefern. Bei anhydritgebundenen Estrichen gelten 0,5 M% und bei zementgebundenen ca. 3,5 M% und höher als belegreifer Feuchtegehalt. Die Belegreife wird als Feuchtegehalt in Masseprozent (M%) bezogen auf die Trockenmasse des Baustoffes angegeben. Zur zerstörungsfreien Feuchtemessung existieren verschiedene einfach zu bedienende Handgeräte, die u. a. auf elektrischen, elektromagnetischen und kapazitiven Methoden beruhen. In dieser Arbeit wurden ein kapazitives (Kugelsonde), ein elektromagnetisches (Mikrowellensensoren) und ein elektrisches Messverfahren (Vierelektroden-Sonde) untersucht. Mit Ausnahme der Vierelektroden-Sonde weisen die Handgeräte keine ausreichende Sensitivität in Bereichen niedriger Feuchtegehalte unterhalb von 1 M% auf und scheinen somit nicht für anhydritgebundene Estriche geeignet zu sein. Für zementgebundene Estriche lassen sich hingegen mit allen getesteten Geräten Änderungen in dem Bereich der Belegreife erfassen. In dieser Arbeit wird zusätzlich die Wasserabgabe in g/m²/Tag als Bezugsgröße herangezogen. Die Wasserabgabe stellt ein geeigneteres Maß für die Schadensträchtigkeit dar und ermöglicht direkte Vergleiche unabhängig von der verwendeten Estrichart. Für alle getesteten Estriche konnte eine Wasserabgabe von ca. 8-10 g/m²/Tag als Belegreifegrenzwert bestimmt werden. N2 - The determination of the readiness for covering of screeds in the construction industry is usually carried out by using destructive methods, which require sampling and only provide punctual data. As non-destructive testing methods, various hand tools exist, which are based on electrical and capacitive methods and are easy to handle. In this study, a capacitive spherical probe, a 4-Electrode probe in Wenner configuration and microwave probes were tested. With the exception of the 4-Electrode probe, the hand instruments do not have sufficient sensitivity in ranges of low humidity below 1 M%, and therefore do not appear to be suitable for anhydrite-bound screeds with a readiness of covering at 0.5 M%. On the other hand, for cement-bound screeds, it is possible to record changes in the range of the readiness of covering. The readiness of covering is usually stated and determined in reference to the relative moisture content. For the purpose of really assessing the risk of damage, we suggest to rather use the “water loss” in g/m²/day. Our results show in direct comparisons that value of approximately 8-10 g/m²/day is a reliable indicator for the readiness for covering of all tested screed types. KW - Estrich KW - Feuchte KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Calcium-Carbid-Methode KW - Mikrowellensensoren KW - Vierelektroden-Sonde KW - Kapazitive Kugelsonde KW - Screed KW - Moisture KW - Readiness for covering KW - Non-destructive testing KW - Calcium carbide method KW - Microwave KW - 4-electrode probe KW - Capacitive spherical probe PY - 2017 DO - https://doi.org/10.1002/bate.201700051 SN - 1437-0999 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. VL - 95 IS - 4 SP - 265 EP - 274 PB - Ernst & Sohn AN - OPUS4-43169 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Wöstmann, Jens A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Zerstörungsfreie Feuchtemessungen an Estrichen mittels der geophysikalischen Methoden Georadar und NMR N2 - Die Ermittlung der Belegreife von Fußbodenestrichen ist im Bauwesen von hoher Bedeutung, da es bei dem Verlegen von Parkett oder anderen Bodenbelägen auf Estrichen zu erheblichen feuchtigkeitsbedingten Schäden kommen kann, wenn diese noch nicht hinreichend getrocknet sind. Für die Messung des Feuchtegehalts wird üblicherweise auf zerstörende Methoden wie das Darr- und CM-Verfahren zurückgegriffen, die Probennahmen erfordern und nur punktuelle Informationen liefern. Ziel dieser Forschungsstudie ist die Untersuchung der Eignung und Anwendbarkeit des Georadars und der Kernspinresonanz (NMR) zur zerstörungsfreien und flächendeckenden Feuchtemessung von Estrichen. Dazu wurden Messungen mit beiden Verfahren an einer Gruppe zementgebundener (CT) und einer Gruppe anhydritgebundener (CA) Estriche während ihres Austrocknungsprozesses bei einem Konstant-Klima durchgeführt. Bei dem Radarverfahren werden Amplitude und Laufzeit elektromagnetischer Reflexionen, die durch den Wassergehalt beeinflusst werden, gemessen. Die Radarmessungen erfolgten auf jeder Probe entlang von zwei senkrechten Profilen mit einer 2GHz-Antenne. Die Kernspinresonanz steht aufgrund ihrer Abhängigkeit zur magnetischen Kernresonanz der 1H-Wasserstoffatomen in Relation mit dem Wassergehalt in dem Messvolumen der zu untersuchenden Probe. Die Untersuchungen erfolgten mit dem NMR MOUSE System in Aufsatztechnik. Dabei liegt die Eindringtiefe bei 24,8 mm. Bei den Untersuchungen lässt sich für CT-Estriche ein starker vertikaler Feuchtegradient feststellen. Die CA-Estriche weisen hingegen nur einen schwachen Feuchtegradienten bis nahezu konstante Amplituden über die gesamte Tiefe auf. Nach Erreichen einer Amplitude von ca. 5-8 lässt sich keine weitere Amplitudenveränderung registrieren bzw. sind ab diesen Zeitpunkt die Änderungen im Wassergehalt zu gering, um von der NMR aufgelöst zu werden. In den Ergebnissen des Radarverfahrens lässt sich ebenfalls ein von dem Feuchtegehalt abhängiges Verhalten der Messparameter beobachten. Mit zunehmender Trocknung kann man eine Abnahme der Laufzeit zwischen direkter und an der Rückwand reflektierter Welle messen. Die Amplituden beider Wellen hingegen nehmen während des Austrocknungsprozesses zu. Im Gegensatz zur NMR erhält man keine tiefenbezogenen Informationen. Es lassen sich aber Rückschlüsse auf den Feuchtegehalt im Gesamtvolumen ziehen. T2 - 77. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Potsdam, Germany DA - 27.03.2017 KW - Feuchtemessung KW - Estrich KW - Georadar KW - NMR PY - 2017 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-43245 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy T1 - Zerstörungsfreie Feuchtebestimmung und Porengrößenabschätzung an Estrichen mittels NMR N2 - Nuklear magnetische Resonanz (NMR) etabliert sich zunehmend im Bauingenieurwesen als eine alternative Methode zur zerstörungsfreien Feuchtebestimmung in Baustoffen. Schäden, die durch einen zu hohen Anteil an Flüssigwasser auftreten können, sind Ablösungen, Korrosion, Frostschäden, Induktion von Salzkristallisationen, etc. Aufgrund der Sensitivität für 1H-Protonen, ist NMR eine geeignete Methode zur Feuchtedetektion. Dabei kann laut Theorie zwischen frei, chemisch oder physikalisch gebundenem Wasser differenziert werden, während in der Praxis abhängig von der Messtechnik und Probengröße größtenteils nur das freie Wasser detektierbar ist. Mithilfe der NMR Relaxometrie lassen sich nicht nur Relaxationsabklingkurven ermitteln, sondern auch Relaxationszeitenverteilungen, sowie bei Vollsättigung ggf. eine Porengrößenverteilung ableiten. Darüber hinaus lassen sich erste Annahmen über die Entwicklung der Porensättigung bei Teilsättigung der Probe treffen. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der zeitlichen Entwicklung der Porensättigung während des natürlichen Trocknungsprozesses (Teilsättigung) sowie die Ermittlung der Porengrößenverteilung an Beispiel von zementgebundenen Estrichen. Für den Versuch wurden zwei zementgebundene Estrichproben nach abgeschlossener Hydratation wieder aufgesättigt. Während des anschließenden natürlichen Trocknungsprozesses wurden regelmäßig NMR-Messungen durchgeführt sowie die Massenentwicklung observiert. Hauptfokus lag auf der zeitlichen und tiefenabhängigen Entwicklung der Relaxationszeitenverteilungen. Bei fortschreitender Trocknung der Proben konnte eine Verschiebung des Maximums der Relaxationszeitenverteilung zu kleineren Zeiten beobachtet werden. Die Ursache liegt zum einen in dem abnehmenden Anteil an freiem Wasser in größeren Poren und zum anderen in dem verhältnismäßig zunehmenden Signalanteil durch Wasser in kleineren Poren. Durch den Vergleich mit Quecksilberporosimetrie und Gas-Adsorptions-Ergebnissen, konnte aus den NMR-Daten eine unimodale Porengrößenverteilung mit einer dominanten Porengröße von 0,08 bis 0,1 µm und eine effektive Oberflächenrelaxivität von ca. 10 bis 30 µm/s abgeleitet werden. T2 - Bauwerksdiagnose 2018 CY - Berlin, Germany DA - 15.02.2018 KW - Estrich KW - Feuchte KW - NMR KW - Porengrößen KW - Relaxometrie PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-468966 UR - https://www.bauwerksdiagnose2018.de/Portals/bauwerksdiagnose2018/P/p11.pdf N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-46896 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy T1 - NMR zur Beobachtung von Trocknungsprozessen und Hydratationsverhalten an Baustoffen N2 - Im Rahmen der Arbeit soll die Anwendbarkeit des Verfahrens der Nuklear Magnetischen Resonanz (NMR) zur Charakterisierung von Porensystemen und Feuchtetransportmechanismen in Baustoffen untersucht werden. Ein Ziel ist dabei die Bestimmung des Flüssigwasseranteils bei Teilsättigung. Dazu wird die Porensättigung in Abhängigkeit der relativen Luftfeuchte im Porensystem berechnet, um erstmals eine Korrelation zwischen dem NMR-Signal und dem Porensättigungsgrad in einem multimodalen Porengrößensystem bei Teilsättigung vornehmen zu können. Derzeit erfolgen Aufsättigungsversuche an Referenzmaterialien (Sandsteine und Kalziumsilikatplatten). Bereits vorgenommene Untersuchungen bei Vollsättigung an Estrichen haben zunächst eine von der Literatur abweichende Oberflächenrelaxivität ergeben. Dieses Ergebnis legt den Verdacht nahe, dass ein hinreichender Ettringitgehalt, ein Hydratationsprodukt, Einfluss auf die resultierende Oberflächenrelaxivität in Baustoffen haben kann. Somit wird ein weiterer Forschungsschwerpunkt auf den Ettringitgehalt gelegt. Neben ersten Voruntersuchungen mit LIBS und NMR-Spektroskopie, zur Überprüfung der Nachweisbarkeit von Ettringit, sowie ersten Tests zur Steuerung der Ettringitbildung mittels Betonverflüssigern wurde bereits eine Messreihe geplant. Für diese und zukünftige Messungen soll dabei auch erstmals ein neu beschaffter und speziell angefertigter NMR-Tomograph (BAM-Größtgeräteinvestition 2016) Anwendung finden und neue Erkenntnisse ermöglichen. T2 - Doktorandenseminar der 8. Abteilung CY - Berlin, Germany DA - 15.10.2018 KW - NMR KW - Ettringit KW - Relative Luftfeuchte KW - Porenraumanalyse KW - Feuchte PY - 2018 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-46298 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Ermittlung des Flüssigwasseranteils in Sandsteinen mittels NMR und relativer Luftfeuchte N2 - Die zerstörungsfreie Erfassung der Feuchteverteilung im Porensystem eines Baustoffes ist in der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) von großer Bedeutung, da Feuchte (i. d. R. in Form von Flüssigwasser) ein hohes Schadenspotential für die Materialien und Konstruktionen aufweist. Für die Lokalisierung möglicher Schad- oder Risikostellen und die Einleitung von Präventionsmaßnahmen sind vor allem Kenntnisse über das Porengefüge und Feuchtetransportmechanismen im Baustoff erforderlich. Derzeit besteht allerdings eine wesentliche Problematik in der Erfassung und Quantifizierung von Feuchteverteilungen bei Teilsättigung. In der ZfP stellt die Nuklear Magnetische Resonanz (NMR) ein geeignetes Verfahren zur Feuchtedetektion dar. Mit diesem Verfahren lassen sich prinzipiell Relaxationszeiten von Wasserstoffprotonen in Abhängigkeit von ihrer Bindungsart und der Porenumgebung messen. In Baustoffen dominieren jedoch die Signalanteile des freien (schadensträchtigen) Wassers zumeist stark. Und eine derzeit noch ungeklärte Frage ist, ob bei Materialien mit sehr breiten Porengrößenverteilungen größere teilgesättigte von kleineren vollgesättigten Poren durch unterschiedliches Relaxationsverhalten unterschieden werden können. In dieser Arbeit wird die Eignung von NMR für die Ermittlung von Feuchteverteilungen in Naturstein sowohl bei Voll- als auch bei Teilsättigung untersucht. Die Bestimmung des Flüssigwasseranteils in teilgesättigten Poren soll dabei durch eine Korrelation von NMR und relativen Luftfeuchten erfolgen. Dazu werden 12 verschiedene Sandsteinproben, deren Poren(eingangs-)größenverteilungen mit der Quecksilberporosimetrie bereits ermittelt wurden, untersucht. Die Proben werden in einem Klimaschrank bei 23°C und relativen Luftfeuchten von 40 bis 90% schrittweise aufgesättigt. Nach Abschluss jedes Aufsättigungsschrittes werden mit der NMR-Relaxometrie die T2-Relaxationszeitenverteilungen bestimmt. Durch die Nutzung eines weiterentwickelten Ansatzes von Hillerborg lassen sich schließlich zu jeder Luftfeuchte die adsorbierte Wasserfilmdicke und somit der Porensättigungsgrad berechnen. Mithilfe dieser Zusatzinformation ist eine genauere Analyse der Relaxationszeitenverteilungen bei Teilsättigung möglich. Am Ende dieser Arbeit soll erstmals der Zusammenhang des Wassersignals und dem Porensystem eines Baustoffes mit multimodaler Porengrößenverteilung bei Teilsättigung aufgezeigt werden. T2 - 70. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Brunswick, Germany DA - 04.03.2019 KW - Relative Luftfeuchte KW - Sandstein KW - Nuklear magnetische Resonanz KW - Porengrößenverteilung PY - 2019 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-47513 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Telong, Melissa A1 - Grobla, Lili A1 - Schumacher, Katrin A1 - Völker, Christoph A1 - Yared, Kaleb A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Study on the predictability of carbonation resistance of cementitous materials based on nmr features and the use of slamd N2 - This study explores the acceleration of material design in the concrete industry, focusing on improving carbonation resistance, a key factor in the durability of concrete structures. Traditional tests for carbonation resistance are lengthy, but with the construction industry aiming for sustainable production, finding a balance between carbonation resistance and CO2 footprint is crucial. Our research employs two innovative methods: 1. Applying the Sequential Learning App for Materials Discovery (SLAMD), an AI materials design framework, to an extensive dataset of real-world concrete compositions to selectively test materials that meet market demands: maximum durability, optimal eco-durability, and the best cost-durability trade-off. 2. Investigating 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) relaxometry as a quick alternative for characterizing carbonation behavior, as it saves time compared to traditional tests and assesses the complete material's pore space. Specific NMR features are then integrated into the material design model, with the model's performance compared against traditional approaches. The results of our study are compelling, demonstrating that materials can be precisely tailored to meet specific requirements with minimal data points. This marks a significant stride in the concrete industry, indicating that NMR-based, low-fidelity surrogate characterizations, combined with a focused, data-driven design approach, can substantially accelerate the development of durable, sustainable concrete mixtures. T2 - Rilem Spring Convention & Conference CY - Milan, Italy DA - 10.04.2024 KW - Nuclear magnetic resonance KW - Carbonation resistance KW - Cement and concrete KW - SLAMD app KW - Predictability PY - 2024 AN - OPUS4-60000 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bintz, Thilo A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Lauinger, Robert A1 - Schmidt, Wolfram A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - An NMR tomograph for building materials - applications, experimental studies and limitations - T2 - 13th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances (ISEMA) N2 - A summary of the possibilities, technical limitations and application examples for a unique NMR tomograph at BAM. T2 - 13th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances (ISEMA), 2021 CY - Kiel, Germany DA - 27.06.2021 KW - Relaxation time distribution KW - NMR imaging KW - Capillary suction PY - 2021 SN - 978-1-7281-8738-9 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. SP - 106 EP - 110 PB - IEEE AN - OPUS4-53116 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -