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Organisationseinheit der BAM
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Zur Bestimmung des Feuchtezustands und insbesondere der Belegereife von Estrichfußböden kommen in Deutschland zerstörende Prüfverfahren zum Einsatz, die eine punktuelle Probenahme erfordern. Hierbei ergeben sich immer wieder Fehlinterpretationen, da zum einen die Probenahme selbst zu einer Veränderung des Feuchtezustands führt und zum anderen, weil die Verfahren an sich mitunter ungenau sind (z.B. abhängig von der Estrichzusammensetzung). Zusammen mit vier Forschungsinstituten und dem Industriepartner Bosch wurden an der BAM zerstörungsfreie Prüfverfahren auf deren Tauglichkeit zur Estrichfeuchtemessung untersucht und mit den herkömmlichen zerstörenden Verfahren verglichen.
Für diesen Versuch kamen verschiedene geophysikalische Verfahren zum Einsatz, darunter Nuklear Magnetische Resonanz (NMR), elektrische Widerstandsmessungen und Impulsradar (GPR). Es wurden neun verschiedene Estrichsorten hergestellt und während der Trocknungsphase bei Konstant-Normklima gelagert. Diese wurden sowohl zerstörend als auch zerstörungsfrei mit den o. g. Verfahren untersucht. Gleichzeitig wurden die Masseänderungen der Proben zur Bestimmung des integralen Feuchtehalts aufgezeichnet.
Die Ergebnisse zeigen zum einen, dass das Abtrocknungsverhalten von zementgebundenen Estrichen grundsätzlich unterschiedlich von dem anhydritgebundener Estriche ist. Während sich bei ersteren zügig ein deutlicher Feuchtegradient über die Höhe der Proben einstellt, verläuft dieser bei der zweiten Probengruppe sehr flach. Dies lässt sich vor allem in den NMR Daten räumlich hochaufgelöst nachvollziehen - die Datenakquise erfolgte mit einer NMR MOUSE PM 25. Ein ähnliches Bild ergibt sich auch aus den elektrischen Widerstandsmessungen, die mittels sog. Multi-Ring-Elektroden (MRE) durchgeführt wurden. MRE bezeichnen als Vertikalprofil angeordnete Ringelektroden mit einem Abstand von ca. 1-2 mm, zwischen denen jeweils Zwei-Punkt Widerstandsmessungen durchgeführt werden. Bei sehr geringen Feuchtegehalten (z.T. auch um die Belegereife) waren mit dieser Methode jedoch wegen der zu hohen Übergangswiderstände nur bedingt Messungen möglich. Im Gegensatz zu NMR und MRE sind mit dem Radarverfahren (2 GHz Antenne) keine tiefenbezogenen Aussagen möglich. Jedoch lässt sich über eine Amplitudenauswertung von direkter und an der Rückwand reflektierter Welle teilweise eine Aussage über Restfeuchtigkeit im Volumen treffen. Ebenso zeigt die Laufzeitdifferenz der beiden Wellen eine starke Abhängigkeit vom Feuchtegehalt.
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.