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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.
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.
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.
Zu viel Feuchte im Unterboden führt zu Schäden an teuren Oberböden wie z. B. Parkett, Laminat, Fliesen, etc. Zum Testen der Restfeuchte existieren in Deutschland zwei anerkannte zerstörende Verfahren, die CM- und die Darr-Methode. Die BAM testet und validiert einige zerstörungsfreie Messverfahren und vergleicht diese mit gravimetrischen und zerstörenden Prüfungen. Weiterhin wird mittels eingebetteter Luftfeuchte-Sensoren der Trocknungsverlauf verfolgt. Weiterhin wird gezeigt, dass mit Kenntnis der Porenvolumenverteilung und der Kelvin-Gleichung die Luftfeuchte in die absolute Massenfeuchte überführt werden kann.
Um den Feuchtegehalt von Fußbodenestrich vor der Verlegung von Holz- oder anderen
Bodenbelägen zu bestimmen, werden zerstörende Prüfverfahren wie die Calcium-Carbid
Methode (CM) oder das thermogravimetrische Darr-Verfahren eingesetzt. Diese liefern
jedoch einmalig nur punktuelle Informationen und sind je nach Estrichtyp auch störanfällig.
Zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie wurde an der BAM ein Ringversuch
durchgeführt, dessen Ziel es war, verschiedene nach Möglichkeit zerstörungsfreie oder –
arme Prüfverfahren hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Sensitivität vor allem im Bereich der
Belegereife zu testen. Hier dargestellt sind die Ergebnisse aufgenommen an einer
Calciumsulphat-Estrich Probe vom Typ Knauf FE80 Largo mit drei Verfahren, die auch
Aussagen über die Feuchtegradienten in die Tiefe zulassen. Die Proben wurden bei
Konstant-Normklima mit T=23 °C und rH=50 % zur Trocknung gelagert.
Um den Feuchtegehalt von Fußbodenestrich vor der Verlegung von Holz- oder anderen Bodenbelägen zu bestimmen, werden zerstörende Prüfverfahren wie die Calcium-Carbid Methode (CM) oder das thermogravimetrische Darr-Verfahren eingesetzt. Diese liefern jedoch einmalig nur punktuelle Informationen und sind je nach Estrichtyp auch störanfällig. Zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie wurde an der BAM ein Ringversuch durchgeführt, dessen Ziel es war, verschiedene nach Möglichkeit zerstörungsfreie oder – arme Prüfverfahren hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Sensitivität vor allem im Bereich der Belegereife zu testen. Hier dargestellt sind die Ergebnisse aufgenommen an einer Calciumsulphat-Estrich Probe vom Typ Knauf FE80 Largo mit drei Verfahren, die auch Aussagen über die Feuchtegradienten in die Tiefe zulassen. Die Proben wurden bei Konstant-Normklima mit T=23 °C und rH=50 % zur Trocknung gelagert.
Zerstörungsfreie Feuchtemessung an Estrichen - ein multi-sensorischer Ansatz mit Methodenvergleich
(2015)
Feuchte und Salz können die Mikrostruktur poröser Baustoffe maßgeblich verändern, oft sind sie die Ursache von sowohl chemischen als auch mechanischen Schädigungen und Korrosion. Im speziellen Fall von Fußbodenestrichen ist gerade die Frage nach der Belegreife für Fußbodenleger von immer wiederkehrender Bedeutung. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit den Vor- und Nachteilen verschiedener zerstörungsfreier, feuchtesensitiver Messmethoden und vergleicht die Ergebnisse mit denen der baustellenüblichen zerstörenden Tests. Kapazitive Methoden und Bodenradar scheinen am erfolgversprechensten im Bezug auf flächige Feuchtemessungen, aber auch sie eignen sich derzeit noch nicht als eigenständige, sofort ersetzbare Absolutmessgeräte, sondern eher als schnelle Relativverfahren fürs Monitoring.