DE102005017550B4

DE102005017550B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Trocknungszustands von feuchten Körpern

Info

Publication number: DE102005017550B4
Application number: DE200510017550
Authority: DE
Inventors: Thorsten Brokmann; Barbara March; Arndt Steinke
Original assignee: CiS Institut fuer Mikrosensorik gGmbH
Current assignee: Cis Forschungsinstitut fur Mikrosensorik De GmbH
Priority date: 2005-04-16
Filing date: 2005-04-16
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2025-04-17
Also published as: DE102005017550A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln des Trocknungszustands eines feuchten Prüfkörpers (1), insbesondere eines Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Messkammer (2), die gegenüber der Umgebung gasdicht mit dem Prüfkörper (1) verbunden wird, eine sprunghafte Änderung mindestens eines Raumklimaparameters vorgenommen wird und anschließend der zeitliche Verlauf der Gasfeuchte innerhalb der Messkammer (2) erfasst und ausgewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln des Trocknungszustands eines feuchten Körpers, insbesondere eines Bauteils.
Durch die Einwirkung von Feuchtigkeit werden zahlreiche Bauwerksschäden ausgelöst. Hierzu zählen beispielsweise Nachlassen der thermischen Isolation, wandinnenseitige Schimmelbildung und wandaußenseitige Frostabsprengungen. Zusätzliche Schäden wie Absprengungen durch Volumenvergrösserung und erneute Durchfeuchtung infolge hygroskopischer Wasseraufnahme werden durch eine verdampfungsbedingte Versalzung noch begünstigt.
Die Ausarbeitung wirksamer und dauerhafter Feuchteschutzmassnahmen setzt die Kenntnis der Feuchtesituation, das heißt die zeitveränderliche und von der Mauertiefe abhängige Feuchteverteilung des betroffenen Bauteils voraus. Aus dieser Feuchteverteilung können erste Hinweise auf Durchfeuchtungsursachen gewonnen werden.
Zur Messung der Durchfeuchtung von Baustoffen bzw. Bauteilen sind zahlreiche Verfahren bekannt. Darunter sind diejenigen bevorzugt, die eine Messung ohne Beschädigung der betreffenden Bauteile, das heißt ohne eine Entnahme von Bohrkernen ermöglichen. Dies kann beispielsweise durch elektrische Widerstandsmessung, Messung des Dielektrizitätskoeffizienten, Infrarot-Thermographie-Messung, das Neutronen Messverfahren, das Gammastrahlen-Messverfahren, NMR-Methode und Radar-Messung erfolgen. All diese Verfahren beziehungsweise die zu ihrer Durchführung verwendeten Geräte haben jedoch spezifische Mängel und Unsicherheiten und sind deshalb für die Baupraxis nur mit Einschränkungen geeignet.
In der täglichen Praxis werden Verfahren auf der Basis der Dielektrizitätskoeffizienten-Messung bevorzugt, weil sie ohne übermäßigen technischen Aufwand, ohne die Gefahr von Strahlenschäden und ohne hohen Kostenaufwand durchführbar sind. Bei allen bekannten Verfahren dieser Art besteht jedoch das Problem, dass das dielektrische Verhalten eines Baustoffs von den dielektrischen Eigenschaften seiner einzelnen Komponenten, nämlich Feststoff, freies und gebundenes Wasser, darin gelöste Salze und Luft bestimmt wird, und dass der Einfluss von physikalisch gebundenem Wasser, Salzen und auch der Temperatur auf die gemessenen Dielektrizitätskoeffizienten bisher nicht erfasst oder allenfalls grob geschätzt werden kann. Eine zuverlässige Aussage zum Wasser- beziehungsweise Feuchtegehalt eines betreffenden Baustoffs ist demzufolge praktisch unmöglich.
Die DE 196 52 679 C1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung des Feuchtegehalts in porösen Baustoffen auf der Basis von Dielektrizitätskoeffizienten-Messungen, bei dem eine Hochfrequenzwelle auf den feuchten Baustoff geleitet wird, die von diesem reflektierte Reflexionswelle empfangen und hinsichtlich ihres Reflexionsfaktors bezüglich der zugeleiteten Welle bestimmt wird, mit diesem Reflexionsfaktor, dem Wellenwiderstand des Wellenleitungssystems und der Impedanz der Sonde der komplexe Dielektrizitätskoeffizient des feuchten Baustoffs berechnet wird, und anhand dieses Dielektrizitätskoeffizienten auf den gewichts- oder volumenanteiligen Feuchtegehalt des Baustoffs rückgeschlossen wird, wobei der Feuchtegehalt auf der Grundlage einer Mehrzahl von bei verschiedenen Frequenzen wiederholten Messungen und der Gleichungen von Polder-Van Santen/de Loor und Cole-Cole bestimmt wird.
Aus DE 103 07 575 B3 ist ein Verfahren zum schwind- und spannungsarmen Trocknen eines feuchten Körpers, vorzugsweise eines Bauwerkskörpers oder eines Teiles desselben, bekannt, wobei diesen Körper verlassende Feuchte ungehindert in einen den feuchten Körper umgebenden geschlossenen Gasraum eintritt, so dass sich hier durch den ungehinderten Zutritt der Feuchte nahezu eine Feuchtesätti gung des Gases einstellt und der Gasraum von einer Abdeckung mit geschlossener Raumform und spezifischen hygrothermischen Eigenschaften umhüllt ist, die Feuchte kontaktlos über einen, bezogen auf die Eigentemperatur des feuchten Körpers und die Umhüllung des Gasraumes, fallenden Temperaturgradienten zur Abdeckung des Gasraumes transportiert wird, aufgrund des fallenden Temperaturgradienten dort einem Kondensationsprozess unterliegt und anfallendes Kondensat abgeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen der Trocknungszustand zuverlässig, kostengünstig und in einer möglichst kurzen Zeit ermittelt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist und mit einer Vorrichtung, welche die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Messkammer gasdicht mit dem Prüfkörper verbunden. In der Messkammer befindet sich ein Sensor, mit dem der zeitliche Verlauf eines Raumklimaparameters innerhalb der Messkammer erfasst und ausgewertet wird. Für mindestens einen Raumklimaparameter wird eine sprunghafte Änderung provoziert und anschließend die Reaktion der Gasfeuchte verfolgt und ausgewertet.
Die sprunghafte Änderung der Raumklimaparameter kann z. B. durch Verändern der Medientemperatur, Wärmestrahlung oder Verändern des Wasserdampfdrucks erfolgen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
Dazu zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Grundanordnung,
2 eine Messvorrichtung mit zweiteiliger Messkammer
und
3 eine Messvorrichtung mit dreiteiliger Messkammer.
1 erläutert den grundsätzlichen Aufbau einer Messanordnung. Der auszuwertende Prüfkörper 1 ist im dargestellten Fall eine Estrichschicht, deren Trocknungszustand überwacht werden soll. Das Gehäuse 9 der Messkammer 2 ist mit dem Prüfkörper 1 verbunden. Durch eine Dichtung 3 wird erreicht, dass die Verbindung gasdicht ist. Im Inneren der Messkammer 2 befindet sich ein Feuchtesensor 4, der vorzugsweise als Sensor zur Ermittlung der relativen Feuchte ausgebildet ist. Der Feuchtesensor 4 ist mit einer Auswerteeinheit 7 elektrisch verbunden. Die Verbindung erfolgt hier durch eine elektrische Anschlussleitung 8, kann aber auch drahtlos erfolgen. In der Messkammer 2 wird ein Wasserdampfdruck-Anfangswert erzeugt, der den Sprunganfangswert bildet. Als Anfangswert wird vorzugsweise ein Unterdruck erzeugt, was durch Einbringen eines Sorptionsmittels oder durch Evakuieren erfolgen kann. Zur Evakuierung verfügt die Messkammer 2 über eine Absaugleitung 6, die über das Ventil 5 mit dieser verbunden ist.
Bei der in 2 dargestellten Anordnung besteht die Messkammer 2 aus zwei voneinander getrennten Teilvolumina, nämlich einer Unterdruckkammer 2.1 und einer Sensorkammer 2.2, die mittels eines Ventils 5.2 miteinander verbunden werden können. Bei dieser Anordnung wird der Wasserdampfdruck-Anfangswert in der nicht am Prüfkörper 1 anliegenden Unterdruckkammer 2.1 erzeugt. Die Sensorkammer 2.2 bildet das zweite Teilvolumen und hat unmittelbar Kontakt zur Oberfläche des Prüfkörpers 1. Nachdem dieser Kontakt hermetisch dicht hergestellt wurde, wird das Ventil 5.2 kurzzeitig geöffnet. Es bleibt dabei so lange geöffnet, bis der Feuchtesensor 4 eine ausreichend große Differenz zur relativen Feuchte der Umgebungsluft anzeigt und wird danach wieder geschlossen. Der den Anfangswert definierende Unterdruck wird in der Unterdruckkammer 2.1 wie oben beschrieben, entweder durch Sorptionsmittel oder durch Evakuieren erzeugt.
In 3 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Messkammer 2 in die drei Teilvolumina 2.1, 2.2 und 2.3 gegliedert ist. Die Teilvolumina 2.1, 2.2 und 2.3 sind durch die Ventile 5.2 und 5.3 getrennt bzw. verbunden. Bei der dargestellten Ausführung ist das Sorptionsmittelvolumen 2.1 über das Ventil 5.2 mit dem Messvolumen 2.2 verbunden, in dem sich der Feuchtesensor 4 befindet und das wiederum mit dem sehr kleinen Puffervolumen 2.3 über das Ventil 5.3 verbunden ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Sprunganfangswert bereits eingestellt werden kann, bevor das Haupteil der Messkammer 2 auf die Oberfläche des Prüfkörpers 1 gesetzt wird. Nach dem Einstellen des Sprunganfangswertes kann die restliche Anordnung über das Ventil 5.3 mit dem Puffervolumen 2.3 verbunden werden.
Es ist auch möglich, den Unterdruck in der Messkammer 2 durch Absaugen des Gasinhaltes des Sorptionsmittelvolumens 2.1 zu erzeugen. Hierzu dient das am Sorptionsmittelvolumen 2.1 angeordnete Ventil 5.1 und die zugehörige Absaugleitung 6.
Die Ermittlung des Trocknungszustandes verläuft wie folgt:
Zunächst wird auf den feuchten Prüfkörper 1, vorzugsweise auf ein feuchtes Bauteil, eine spezielle Messkammer 2, in die ein Sensor 4 zur Messung der Gasfeuchte – vorzugsweise der relativen Luftfeuchte – integriert ist, gasdicht aufgesetzt.
In der Messkammer wird auf geeignete Weise der Wasserdampfdruck sprungartig verändert, was vorteilhaft durch Druckverringerung erfogt.
Der vom Gasfeuchtesensor 4 erfasste zeitliche Verlauf der Luftfeuchte in der Messkammer wird einer permanent ablaufenden Regressionsanalyse unterzogen. Solange das Ergebnis der Regressionsanlyse auf eine einfache e-Funktion mit nur einer Zeitkonstante hinweist, verdunstet aus dem Prüfkörper 1 freies oder nur schwach gebundenes Wasser. Der Prüfkörper 1 ist noch nass oder sehr feucht. Wenn der Ausgleichsvorgang nahezu abgeschlossen ist, ohne dass sich das Ergebnis der Regressionsanalyse ändert, kann man aus dem Volumen der Messkammer 2 und der Wasserdampfdruckdifferenz die in die Messkammer 2 diffundierte Wasserdampfmenge errechnen und kennt mit der Zeitkonstante das Produkt aus Wasserdampfdiffusionswiderstand und -speichervermögen der Messkammer 2. Dividiert man die Zeitkonstante durch die von der Messkammer 2 aufgenommene Wasserdampfmenge, kennt man den vom Prüfkörper 1 und der Kammerluft bestimmten Wasserdampfdiffusionswiderstand.
Das Verfahren kann vorteilhaft für Kurzzeitmessungen oder Langzeitmessungen unterschiedlich angewendet werden:
Bei Kurzzeitmessungen können die oben beschriebenen Verfahrensschritte mit einer geeignet kleinen Messkammer durchgeführt werden, wobei entweder der Ausgleichsvorgang nahezu vollständig messtechnisch erfasst wird, indem das Wasserdampfdruckgleichgewicht zwischen Messkammer und Bauteiloberfläche abgewartet wird, oder indem bei geringeren Genauigkeitsanforderungen aus wenigen Anfangswerten des Ausgleichsvorganges das Ergebnis aus einer Hochrechnung ermittelt wird.
Wird der beschriebene Messvorgang zu einem späteren Zeitpunkt wiederholt, dann wird bei getrocknetem Bauteil das Ergebnis der Regressionsanalyse wiederum eine einfache e-Funktion mit nur einer Zeitkonstante sein. Diese Zeitkonstante wird jedoch größer sein als die bei der ersten Messung beobachtete. Die Ursache dafür wäre ausschließlich in der Zunahme des Wasserdampfdiffusionswiderstandes im Bauteil zu suchen, so dass daraus Aussagen über den Trocknungsprozess gewonnen werden können.
Für Langzeitmessungen werden die Verfahrensschritte in einer geeignet großen Messkammer 2 durchgeführt, wobei der Ausgleichsvorgang so lange verfolgt wird, bis der Wasserdampfdiffusionswiderstand des Prüfkörpers 1 ausreichend groß erscheint. Hierfür werden grundsätzlich jeweils die letzten aktuellen Messwerte des Ausgleichsvorgangs für die Regressionsanalyse herangezogen.

1: Prüfkörper
2: Messkammer
2.1: Unterdruckkammer
2.2: Sensorkammer
2.3: Pufferkammer
3: Dichtung
4: Feuchtesensor
5: Ventil
6: Absaugleitung
7: Auswerteeinheit
8: elektrische Verbindungsleitung
9: Messkammergehäuse

Claims

Verfahren zum Ermitteln des Trocknungszustands eines feuchten Prüfkörpers (1), insbesondere eines Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Messkammer (2), die gegenüber der Umgebung gasdicht mit dem Prüfkörper (1) verbunden wird, eine sprunghafte Änderung mindestens eines Raumklimaparameters vorgenommen wird und anschließend der zeitliche Verlauf der Gasfeuchte innerhalb der Messkammer (2) erfasst und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung eines Raumklimaparameters durch Verändern des Wasserdampfdrucks erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sprunghafte Verändern des Wasserdampfdrucks durch Verringern des Wasserdampfdrucks erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Gasfeuchte durch eine Regressionsanalyse analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Regressionsanalyse eine Zeitkonstante einer Exponentialfunktion ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswerten der Zeitkonstante ein Gleichgewichtszustand einer Verdunstung aus dem Prüfkörper (1) in der Messkammer (2) identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleichgewichtszustand der Verdunstung aus dem Prüfkörper (1) in der Messkammer (2) ein Wasserdampfdiffusionswiderstand ermittelt wird.
Vorrichtung zum Ermitteln des Trocknungszustands eines feuchten Prüfkörpers (1), geeignet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (2) flächig und gasdicht mit dem Prüfkörper (1) verbindbar ist, wobei in der Messkammer (2) ein Feuchtesensor (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (2) zwei mittels eines Ventils (5.2) trennbare Teilvolumina aufweist, wovon das erste Teilvolumen als Unterdruckkammer (2.1) ausgebildet ist und zum Erzeugen eines Wasserdampfdruck-Anfangswertes dient, und das zweite Teilvolumen als Sensorkammer (2.2) ausgebildet ist, in welcher ein Feuchtesensor (4) angeordnet ist, und dass diese Sensorkammer (2.2) mit einer Oberfläche des Prüfkörpers (1) gasdicht verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Unterdruckkammer (2.1) Sorptionsmittel angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckkammer (2.1) eine nach außen führende Absaugleitung (6), die durch ein Ventil (5.1) verschließbar ist, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Prüfkörper (1) und der Sensorkammer (2.2) eine Pufferkammer (2.3) angeordnet ist, deren Volumen kleiner als das der Sensorkammer (2.2) ist, die mit dem Prüfkörper (1) nach außen hermetisch dicht verbunden ist und von der Sensorkammer (2.2) mittels eines Ventils (5.3) trennbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtesensor (4) als Sensor zur Messung der relativen Luftfeuchte ausgebildet ist.