Thermogravimetrische Feuchtemessverfahren

Wie vor ein paar Wochen im allgemeinen Beitrag über Feuchtemessverfahren schon angekündigt, schauen wir uns in der nächsten Zeit einige der wichtigeren Messverfahren zur Bestimmung von Baustofffeuchte etwas genauer an. Den Anfang bilden die thermogravimetrischen Verfahren, die den direkten Messverfahren zuzuordnen sind. Thermogravimetrische Verfahren beruhen auf der Trennung der Feuchtigkeit von der Messprobe. Zu den thermogravimetrischen Verfahren nach DIN EN ISO 12570 (auch Darr-Wäge-Verfahren genannt) zählen neben dem Trockenschrankverfahren auch die Trocknung durch Infrarotstrahlung und durch Mikrowellen.

Gemein ist diesen Verfahren die meist bausubstanzschädigende Entnahme von Materialproben, sowie die prinzipielle Wirkungsweise. Die dem Baustoff oder dem Bauteil z.B. durch Kernbohrung entnommene Probe wird erhitzt, um die Probe bis zur Gewichtskonstanz auszutrocknen. Unterschiede zwischen den vorgenannten Verfahren liegen in wesentlichen in der Art der Erhitzung der Materialprobe.

Die Gewichte der Materialprobe vor (Feuchtmasse) und nach Durchführung des Trocknungsvorgangs (Trockenmasse) werden bestimmt und beschreiben nach Umrechnung über das Verhältnis von Feuchtmasse abzüglich Trockenmasse zu Feuchtmasse den massenbezogenen Feuchtegehalt der ungetrockneten Probe.

Thermogravimetrische Verfahren sind für verschiedene Materialien relativ universell und meist ohne weitere Präparation der Materialproben anwendbar. Infolge der Zerstörung der Bausubstanz ist beispielsweise eine Beobachtung von Be- und Entfeuchtungsvorgängen in Bauteilen nicht möglich.

Beim Trockenschrankverfahren, das als Normverfahren anerkannt ist und sich gut als Bezugsverfahren für indirekte Messungen eignet, wird die Materialprobe durch trockene und erwärmte Luft nahezu entfeuchtet. Der Grad der Entfeuchtung hängt dabei von der Luftfeuchte im Trockenraum ab; es kann allerdings kaum eine vollständige Entfeuchtung der Materialprobe erzielt werden. Die Lufttemperatur im Trockenschrank beträgt bei vielen Materialien zwischen 100 und 110°C. Bei Stoffen mit Hydratbindungen (z.B. Gips, Kunststoffe) liegt die Trocknungstemperatur unter Umständen nur bei etwa 40°C, um eine Veränderung der molekularen Struktur und damit unerwünschte Masseverluste zu vermeiden. Desweiteren kann sich bei zu hohen Temperaturen an der Oberfläche einer Materialprobe eine wasserundurchlässige Schicht bilden, die eine weitere Entfeuchtung behindert. Die Trocknung einer Materialprobe und somit die Bestimmung des Feuchtegehaltes der Probe kann in Abhängigkeit vom vorliegenden Material, vom ursprünglichen Feuchtegehalt und von der Probengröße nach einigen Stunden, aber auch erst nach Wochen abgeschlossen sein.

Im Gegensatz zum Trockenschrankverfahren wird die Materialprobe bei dem Verfahren der Infrarottrocknung durch Strahlung im infraroten Wellenbereich erhitzt und entfeuchtet. Die Wellenlängen liegen bei den meisten gebräuchlichen Strahlern über 1200 nm. Die Eindringtiefe der Strahlung ergibt sich abhängig von der Farbe und den Struktureigenschaften der Materialprobe, da hierdurch die Strahlung an der Oberfläche der Probe stärker oder schwächer reflektiert und/oder absorbiert wird. Relativ kleine und dünnschichtige (jedoch homogene) Proben eignen sich besser für die Anwendung dieses Verfahrens als z.B. Bohrkerne, bei denen wegen ungleichmäßiger Aufheizung Messfehler auftreten können. Die emittierte Strahlungsmenge wird über Temperatursensoren gesteuert, die eine unzulässige Aufheizung der Probenoberflächen vermeiden sollen. Die Bestimmung der Materialfeuchte erfolgt bei diesem Verfahren mit ähnlicher Genauigkeit wie beim Trockenschrankverfahren, sie ist jedoch weniger zeitaufwändig.

Im Vergleich zur Entfeuchtung von Materialproben im Trockenschrank werden die Proben bei der Mikrowellentrocknung durch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung schneller und homogener entfeuchtet. Je größer bei einer Materialprobe mit konstanten dielektrischen Eigenschaften die Wellenlängen der verwendeten Strahlung gewählt wird, desto tiefer können die Mikrowellen in die Probe eindringen und auch im Kern der Probe hohe Temperaturen erzeugen. Eine hohe Energiedichte der Strahlung kann jedoch relativ trockene oder temperaturempfindliche Materialproben schädigen.

So, das waren die leicht verständlichen Verfahren. Im nächsten Teil der Reihe geht es dann um analytische Messverfahren zur Feuchtebestimmung, bei denen nach einer chemischen Umwandlung der Feuchte das Reaktionsprodukt erfasst wird.

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