Feuchtigkeit in Baustoffen

Bei der Feuchtemessung von Materialien wird der Gewichtsprozentsatz des in der festen Masse des feuchten Materials enthaltenen Wassers bestimmt. Der Feuchtigkeitsgehalt in % wird anhand der folgenden Gleichung berechnet:

wobei U die prozentuale Feuchtigkeit, ma die Masse der trockenen Probe und mu die Masse der feuchten Probe ist.
Das in einem Untergrund enthaltene Wasser besteht aus zwei Anteilen. Der eine ist chemisch an die Stoffe gebunden, aus denen das Material besteht - Kristall- oder Strukturwasser -, der andere wird einfach von der Porosität des Materials absorbiert - physikalisch aufgenommenes Wasser. Da Strukturwasser nicht aus dem Material migrieren kann, ist es für die Feuchtigkeitsbestimmung uninteressant und daher von der Messung nicht betroffen. Aufgenommenes Wasser hingegen ist der überschüssige Anteil, der durch Faktoren außerhalb des Materials bedingt ist und zu dessen Beschädigung führen kann.
Ein weiterer sehr interessanter und charakteristischer Parameter für jedes Material ist die physiologische Feuchtigkeit, Uf. Die physiologische Feuchtigkeit ist der Prozentsatz des Wassers, der sich im Material im Gleichgewicht mit der Umgebung bei 20 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit befindet. Uf ist also die Mindestgrenze, die das Material unter diesen Bedingungen spontan erreichen kann.

Die Bedeutung der Bestimmung dieser physikalischen Größe steht in engem Zusammenhang mit der Schädlichkeit, die Wasser auf die Materialien oder Strukturen ausüben kann, in denen es vorhanden ist. Im Bereich der Boden- und Wandbeläge aus Kunstharz bestehen die Schäden, die sich aus dem Vorhandensein von Wasser in den Untergründen ergeben, auf denen die Beschichtung aufgetragen wird, meist in der Ablösung der Beschichtung. Sichtbar wird die Ablösung durch die Bildung von Dampf- oder Wasserblasen zwischen dem Harz und dem Untergrund. Dies ist möglich, weil Harzbeschichtungen in der Regel dampfundurchlässig sind. Dies führt dazu, dass der Dampf, der aus dem Material, in dem er enthalten ist, auf natürliche Weise in Form von Feuchtigkeit an die Luft entweicht, unter der Beschichtung eingeschlossen wird und dort einen Ablösedruck ausübt. Wenn zudem die Feuchtigkeit an der Grenzfläche zwischen Untergrund und Beschichtung infolge der Temperatursenkung kondensiert, entsteht auch eine Art Ablösungseffekt des Kondensats an der Beschichtung. Letztlich hängen die Möglichkeit und das Ausmaß der Ablösung sowohl vom Feuchtigkeitsgehalt des Untergrunds als auch vom Ausmaß der Verbindung zwischen Beschichtung und Untergrund (Haftung) ab. Für jede Untergrund-Beschichtungs-Kombination gibt es einen Grenzwert für den Feuchtigkeitsgehalt, unterhalb dessen die Verlegung als sicher gilt; er ist gegebenenfalls in den technischen Datenblättern der Beschichtungsprodukte angegeben.


L’importanza della determinazione di questa grandezza fisica è strettamente connessa alla nocività che l’acqua può esercitare a carico dei materiali o delle strutture in cui è presente. Nel settore delle pavimentazioni e dei rivestimenti in resina il danno derivante dalla presenza di acqua nei supporti su cui si effettua la posa del rivestimento consiste il più delle volte nel distacco dello stesso.La manifestazione visibile del distacco è la formazione di bolle di vapore o acqua tra la resina e il supporto. Il fenomeno è possibile perché i rivestimenti resinosi sono in generale impermeabili al vapore. Ciò fa sì che il vapore che naturalmente evolve verso l’aria dal materiale in cui è contenuto sotto forma di umidità, rimanga intrappolato sotto il rivestimento e lì eserciti una pressione di distacco. Inoltre, se l’umidità all’interfaccia tra supporto e rivestimento si condensa per effetto dell’abbassamento della temperatura, si instaura anche una sorta di effetto distaccante della condensa a carico del rivestimento. In ultima analisi, l’eventualità e l’entità del distacco dipendono stettamente sia dal contenuto di umidità del supporto, sia dall’entità del legame tra rivestimento e supporto (adesione). Esiste un valore limite per l’umidità %, specifico per ciascun accoppiamento sottofondo/rivestimento, sotto il quale la posa è da considerarsi sicura ed è riportato, laddove importante, nelle Schede Tecniche del prodotto da rivestimento.
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Feuchtigkeit in Materialien entsteht durch verschiedene physikalische Phänomene, die sich auf die Gebäudehülle (Gebäude) auswirken können, zu der das untersuchte Material gehört. Die wichtigsten Ursachen sind:

3.1 - aufsteigende Feuchtigkeit (durch Kapillarwirkung des Bodens);
3.2 - Kondensationsfeuchtigkeit (aus der im Raumvolumen enthaltenen Luft);
3.3 - Feuchtigkeit durch Wasserinfiltration (von Niederschlägen, die in die Gebäudehülle eindringen);
3.4 - zufällige Feuchtigkeit (durch beschädigte Wasser- oder Abflussrohre, die durch das untersuchte Material verlaufen).
3.5 - Baufeuchtigkeit (inhärent vorhanden als Anmachwasser, in Materialien auf der Basis von Luft- oder hydraulischen Bindemitteln, Mörteln, Putzen, Beton oder Estrichen oder im Falle von Zuschlagstoffen oder Ziegeln als natürlich vorhandenes oder während der Gewinnung, Herstellung oder Lagerung absorbiertes Wasser).

Die Feuchtigkeit in % ergibt sich normalerweise aus der Kombination aller oben genannten Faktoren, obwohl im Allgemeinen jeder dieser Faktoren je nach Art und Alter des Gebäudes, in dem die Bewertung vorgenommen wird, ein unterschiedliches Gewicht hat. Bei Neubauten, die fachmännisch geplant und gebaut werden, entsteht die Feuchtigkeit normalerweise durch die Bautätigkeit und nimmt im Laufe der Zeit aufgrund der Trocknung der Materialien ab. In Altbauten hingegen entsteht die Feuchtigkeit durch alle anderen Faktoren und ist auf Konstruktionsfehler oder den Verfall der Strukturen oder Schutzmaterialien zurückzuführen, die zur Begrenzung der Wasseraufnahme installiert wurden. In diesem Fall kann die Tendenz nicht rückläufig sein, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um das Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung außerhalb des Materials zu verhindern.
Unabhängig davon, woher die Feuchtigkeit kommt, ist es wichtig, dass ihr Wert vor dem Verlegen von Harzbeschichtungen genau gemessen wird und dass ihre Entwicklung im Laufe der Zeit gemessen wird, insbesondere wenn sie von außen kommt. Wenn sich ihr Wert dauerhaft unter dem im technischen Datenblatt des Beschichtungsmaterials angegebenen Grenzwert stabilisiert, kann es verlegt werden.

Die Trocknungszeit eines Untergrundes hängt von der Struktur des Materials ab, aus dem er besteht, sowie von den Umgebungsbedingungen, in denen er sich befindet. Im Allgemeinen ist zu beobachten, dass sehr poröse Materialien (Entfeuchtungsputze, Terrakotta-Ziegel, Luftkalkmörtel) viel weniger Zeit benötigen als kompakte Materialien (Beton, Bastardmörtel, Zementmörtel), um die in ihnen enthaltene Feuchtigkeit abzugeben. Diese Feststellung spiegelt sich in der Praxis u. a. darin wider, dass die Verwendung von Zementputzen für die Beschichtung von Wänden, die auf feuchtem Untergrund gegründet oder der Infiltration ausgesetzt sind, nicht empfohlen wird.
Für die richtige Planung der Sanierung oder Beschichtung von feuchten Untergründen kann es sinnvoll sein, die Trockenzeit abzuschätzen. Die erste Voraussetzung ist, dass die Wasseraufnahme gestoppt wird (Anbringen von Abdichtungsmembranen, Anschlussstreifen, Reparatur undichter Rohre, Auftragen von undurchlässigen Anstrichen usw.). In der Literatur gibt es mathematische Formeln (Kettenacker), die es ermöglichen, bei 20 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit die Wartezeit für die Trocknung eines Untergrundes vom Sättigungswert (vollständige Durchfeuchtung) bis zum Uf-Wert (physiologische Feuchtigkeit) ab dem Zeitpunkt, an dem die Wasseraufnahme aufhört, grob zu berechnen:

wobei:
T die in Tagen ausgedrückte Trocknungszeit ist
s die Dicke des Mauerwerks in Zentimetern ist
p der Trocknungskoeffizient ist.

Der p-Koeffizient hängt von dem Material ab, aus dem der Untergrund besteht, und ist umgekehrt proportional zur Porosität des Materials. Terrakotta-Ziegel und Mörtel aus Luftbindemitteln (Kalk) sowie Entfeuchtungsputze haben niedrige Koeffizienten, da sie sehr porös sind (viele und große Poren). Beton und Mörtel aus hydraulischen Bindemitteln haben hohe p-Werte, weil sie eine geringe Porosität aufweisen (wenige und kleine Poren). Tabelle 1 zeigt die p-Werte der häufigsten Baustoffe.

Ein 40 cm dicker, mit Wasser durchfeuchteter Untergrund aus Strukturbeton benötigt ca.:t = 1,60 x (402) = 2560 Tage für die Trocknung bei einer Restfeuchte von Uf. Der gleiche Untergrund aus vermörtelten Ziegeln (wobei der Mörtel einen äußerst geringen Teil des Mauerwerks ausmacht) benötigt ca.:t = 0,28 x (402) = 448 Tage für die Trocknung bei einer Restfeuchte von Uf.

Die berechneten Werte sind Richtwerte, d. h. die Durchführung von Messungen vor Ort ist unerlässlich.

Die Methoden zur Feuchtemessung in Baustoffen können in zwei Makrokategorien eingeteilt werden: 5.1 - direkte Methoden, bei denen die in der Probe enthaltene Wassermasse direkt durch chemische oder physikalische Entfernung des Wassers aus dem Probekörper quantifiziert wird. Bei den direkten Methoden ist es notwendig, eine kleine, aber ausreichende Probenmenge vom zu untersuchenden Untergrund zu entnehmen. Direkte Methoden sind naturgemäß die genauesten Methoden zur Bestimmung des Wassergehalts von Baustoffen; 5.2 - indirekte Methoden, bei denen die Wassermenge im Baustoff durch Beobachtung der entsprechenden indirekten Parameter (in der Regel elektrische Leitfähigkeit und Dielektrizitätskonstante) geschätzt wird. Wenngleich indirekte Methoden im Allgemeinen keine Probenentnahme aus dem Untergrund erfordern, sind sie am ungenauesten, da sie Eigenschaften messen, die nicht immer reproduzierbar mit dem Feuchtigkeitsgehalt des Baustoffs zusammenhängen. Im Allgemeinen werden indirekte Methoden zur schnellen Einschätzung der Restfeuchte verwendet, bis die genaue Bestimmung mit der direkten Methode erfolgt ist.

sie besteht darin, dass eine entnommene Materialprobe gewogen, bei einer bestimmten Temperatur über einen Zeitraum von etwa 24 Stunden erhitzt und danach erneut gewogen und so der Masseunterschied vor und nach dem Trocknen festgestellt wird. Die Wahl der Trocknungstemperatur ist entscheidend. Zum einen muss sichergestellt werden, dass physikalisch aufgenommenes Wasser im Material innerhalb einer angemessenen Zeit freigesetzt wird, zum anderen muss die Abspaltung von Strukturwasser (das chemisch an die Verbindungen, aus denen das Material besteht, gebunden ist) und der chemische Abbau des Materials (thermische Zersetzung) vermieden werden. Im Allgemeinen wird für die gängigsten Baustoffe eine Arbeitstemperatur von 105 °C als effektiv und angemessen erachtet.
Der Hauptvorteil der gravimetrischen oder Darr- Methode besteht darin, dass sie universell ist und der Salzgehalt der Baustoffe die Messergebnisse nicht beeinflusst. Sie ist zudem sehr wirtschaftlich und ermöglicht Messungen an jeder Stelle des Materials, an der eine Probe entnommen werden kann. Nachteile dieser Methode:
1 - Dieses Messverfahren setzt eine zerstörende Probennahme voraus;
2 - Für die Durchführung dieses exakten Laborverfahrens sind eine Präzisionswaage (auf ein Hundertstel Gramm genau) und ein Trockenschrank erforderlich;

Sie beruht auf der chemischen Reaktion von Calciumcarbid (CaC2) mit dem in der Materialprobe enthaltenen Wasser. Es findet folgende chemische Reaktion statt:

Calciumcarbid, ein Feststoff, reagiert mit Wasser und dabei entstehen das Gas Acetylen (C2H2) und ein weiterer Feststoff, Calciumhydroxid (Ca(OH)2). Wird ein großer Überschuss an Calciumcarbid in die Reaktion eingebracht, hängt die Menge des durch die Reaktion erzeugten Acetylengases nur von der Wassermenge in der Probe ab.
Die Reaktion findet in einem geschlossenen Behälter (Druckflasche) statt, in dem die feuchte Probe und das Calciumcarbid intensiv vermischt werden. Unter diesen Bedingungen erhöht das durch die Reaktion freigesetzte Gas den Innendruck des Behälters. Der Druckwert ist linear abhängig von der produzierten Gasmenge und damit von der Wassermenge in der Probe. Durch Messung des Enddrucks am Ende der Reaktion lässt sich dann genau feststellen, wie viel Wasser ursprünglich in der Probe vorhanden war.
Damit die Methode wirksam ist, muss das Gerät, in dem die Reaktion abläuft:

1 - hermetisch dicht sein, um ein Austreten des entstehenden Gases zu verhindern;
2 - mit einem Manometer zum Ablesen des Drucks ausgestattet sein;
3 - ein System zur Zerkleinerung und Pulverisierung der Probe enthalten, so dass die Reagenzien, Calciumcarbid und Wasser, in engen Kontakt kommen.
Zur Durchführung der Messung wird die Probe nach folgendem einfachen Verfahren entnommen und vorbereitet:
a - mechanische Probennahme: mittels Hammer und Meißel erfolgt eine Probenentnahme direkt aus dem Baustoff;
b - Zerkleinerung der Probe: mittels Platte und Hammer wird das zuvor entnommene Fragment zu Pulver zerkleinert. Der Vorgang muss rasch ohne Materialerhitzung durchgeführt werden, damit die Feuchtigkeit nicht vor dem Einführen des Materials in die Druckflasche entweicht;
c - Wägung der zerkleinerten Probe: Nach der Zerkleinerung der Probe wird eine bestimmte Menge Pulver genau gewogen. Dieser Schritt ist besonders wichtig, weil der gemessene Druck nur bei einer genauen Einwaage mit dem Wassergehalt in Beziehung g

5.1.b.1 Auswahl der Probenmenge für die Analyse:
die Masse der in die Druckflasche eingeführten Probe bestimmt die Wassermenge, die mit dem Calciumcarbid reagiert, und damit den endgültigen Gasdruck. Das Manometer hat aus Gründen der Geräteauflösung und -genauigkeit eine begrenzte Druckskala (normalerweise zwischen 0 und 2 bar). Zum Erhalt gültiger Messungen ist es erforderlich, dass der Gasdruck in der Druckflasche so nahe wie möglich in die Mitte der Messskala fällt.

Bei der Wahl der einzuführenden Probenmenge muss dieser Faktor daher unbedingt berücksichtigt werden. Wie wählt man die richtige Menge?
CM-Feuchtemessgeräte verfügen in der Regel über ein Nomogramm oder Diagramm, das die optimale Einwaage je nach Wassergehalt der Probe angibt. Einige Geräte sind auch mit Manometern mit Mehrfachskala ausgestattet, die den Wassergehalt direkt auf verschiedenen Skalen anzeigen, die sich jeweils auf eine genaue Menge der gewogenen Probe beziehen.
Wenn Sie eine - auch nur ungefähre - Vorstellung vom Feuchtigkeitsgehalt der Probe haben, können Sie die Probenmenge und die Ableseskala des Manometers im Voraus wählen. Ist die Probe hingegen völlig unbekannt, empfiehlt es sich, mit der am wenigsten empfindlichen Skala zu beginnen und den Test gegebenenfalls mit den empfindlicheren Skalen zu wiederholen.

5.1.b.2 Abhängigkeit der Druckanzeige von der Temperatur der Druckflasche:
da die Feuchtebestimmung mit der Druckmessung eines Gases in Zusammenhang steht, hat die Temperatur natürlich einen großen Einfluss auf das Ergebnis. Die Messungen sollten bei 23 °C durchgeführt werden, aber die Umgebungsbedingungen weichen oft stark von diesem Wert ab. Einige Geräte sind mit reversiblen Temperaturmessstreifen ausgestattet, die die Temperatur des Druckflaschenkörpers messen und Gleichungen oder Diagramme zur Korrektur der prozentualen Feuchte in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur liefern.
Nach Bestimmung der in die Druckflasche einzuführenden Menge wird das Pulver gewogen und mithilfe eines Pinsels zum Säubern der Schale restlos in die Druckflasche eingefüllt. Eine festgelegte Anzahl von Stahlkugeln mit unterschiedlichen Durchmessern und eine definierte Menge Calciumcarbid in einer Glasampulle werden eingeführt. Anschließend wird die Druckflasche hermetisch verschlossen.
Die Einfachheit der Methode und die elementaren Vorbereitungsarbeiten ermöglichen die Herstellung tragbarer CM-Feuchtemessgeräte (für Feldmessungen), die mit einfachen Werkzeugen für die Durchführung der vorbereitenden Arbeiten ausgestattet sind.

Legende:
1 - Druckflasche mit Manometer;
2 - Hammer, Vorschlaghammer und Meißel zur Gewinnung und Zerkleinerung der Probe;
3 - Trümmerschale;
4 - Satz Stahlkugeln;
5 - Glasampulle mit Calciumcarbid;
6 - Waage zur Wägung der zerkleinerten Probe;

Nachdem die Druckflasche verschlossen wurde, beginnt die Messung, die die folgenden Schritte umfasst:
d - Schließen der Druckflasche: Die Druckflasche wird geschlossen, indem die Dichtung perfekt am Druckflaschenkörper anliegt. Das korrekte Verschließen ist wichtig, da Gaslecks die Messergebnisse verfälschen würden;
e - Schütteln der Druckflasche: Die verschlossene Druckflasche wird kräftig geschüttelt, damit die darin enthaltenen Stahlkugeln die Ampulle mit dem Calciumcarbid zerstören und das Carbid sich gleichzeitig intensiv mit der pulverisierten Probe vermischen kann. Das Schütteln erfolgt in Intervallen und wird insgesamt so lange fortgesetzt, bis ein stabiler Druckwert erreicht ist. Wie bereits beschrieben, sind am Druckflaschenkörper in der Regel reversible Temperaturmessstreifen zur Anzeige der Temperatur angebracht, deren Wert zur Korrektur des Ergebnisses verwendet wird;
f - Stabilisierung des Drucks und Ablesen des Ergebnisses: mit den bekannten Daten des Gewichts der Probe in der Druckflasche, der Arbeitstemperatur und des am Manometer abgelesenen Druckwerts wird nach der Stabilisierung des Zeigers der Feuchtigkeitswert der Probe anhand des am Gerät angebrachten Nomogramms bestimmt. Bei Geräten, die mit speziellen Manometern mit Mehrfachskalen ausgestattet sind, wird der %-Feuchtigkeitswert direkt am Manometer auf der Skala abgelesen, die dem Gewicht der eingeführten Probe entspricht.

Wenn der Druck- oder Feuchtigkeitswert in die Nähe des oberen oder unteren Skalenendwerts fällt, sollte wie bereits beschrieben die Messung wiederholt und das Gewicht der eingeführten Probe verändert werden, um die Messempfindlichkeit zu erhöhen.

5.1.b.3 Nachteile:
1 - Notwendigkeit der Probenentnahme (zerstörende Methode);
2 - Empfindlichkeit des Abdichtungssystems der Druckflasche (muss regelmäßig mit dem Kalibrierungsset überprüft werden);
3 - extreme Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen;
4 - mögliche Unterschätzung des Feuchtigkeitswertes aufgrund einer unzureichenden Zerkleinerung der Probe;

Die Carbid-Methode gilt als Referenzmethode zur Bestimmung des Feuchtegehalts von Baustoffen.

neben den direkten Methoden werden auch indirekte Methoden zur Bestimmung des Feuchtegehalts von Baustoffen verwendet. Sie sind zwar nicht so zuverlässig und genau wie die erstgenannten, werden aber dennoch eingesetzt, da es sich im Allgemeinen um zerstörungsfreie Methoden handelt, die eine Prüfung direkt an der Oberfläche ohne eine erforderliche Probenentnahme ermöglichen. Die indirekten Methoden sind im Wesentlichen für vorläufige und orientierende Bewertungen gedacht.
Die wichtigsten indirekten Feuchtemessverfahren beruhen auf der Abhängigkeit bestimmter elektrostatischer Größen (Dielektrizitätskonstante und elektrische Leitfähigkeit) der Materialien von ihrem Feuchtigkeitsgehalt. Die Geräte, die in der Lage sind, die Veränderung dieser Größen zu erkennen, basieren auf:

a - Mikrowellenmessgeräte;
b - Leitfähigkeitsmessgeräte;
c - kapazitive Messfühler;

Im Rahmen dieser Abhandlung ist es nicht möglich, näher auf die bisher genannten indirekten Methoden einzugehen.
Es gibt jedoch ein allen gemeinsames Prinzip, auf dem die Messung basiert: Feuchtigkeit in der Matrix verändert die elektrostatischen Eigenschaften.
Genauer gesagt steigen sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die Dielektrizitätskonstante eines Baustoffs mit dem Wassergehalt.
Die Dielektrizitätskonstante und die Leitfähigkeit hängen natürlich auch von materialeigenen Faktoren wie der Zusammensetzung und der Struktur der festen Matrix ab, Faktoren, die in den meisten Fällen völlig unbekannt sind.
Wären alle Baustoffe gleich oder ihre elektrostatischen Eigenschaften unabhängig von ihrer spezifischen Beschaffenheit, ließe sich leicht ein - wenn auch komplexer - Zusammenhang zwischen Feuchtigkeit und der Kapazität oder Leitfähigkeit des Materials feststellen.
Leider ist dies in der Realität nicht der Fall, so dass man theoretisch Tausende von Gleichungen für verschiedene Materialien und Strukturen aufstellen müsste. Da dies natürlich nicht möglich ist, müssen die in den Bauuntergründen vorhandenen Baustoffe in Makrokategorien (Beton, Holz, Estrich aus Sand und Zement usw.) zusammengefasst werden, was die Modelle vereinfacht, aber gleichzeitig zu Lasten der Messgenauigkeit geht.
Aus diesem Grund sind indirekte Methoden bei der Feuchtemessung von Baustoffen nicht als endgültig zu betrachten, sondern nur als Vorbereitung für die Messung mit der Darr- oder Calciumcarbid-Methode.