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Bestimmung des Wassergehaltes von Beton und Naturstein durch Messung des Elektrolytwiderstandes - Grundlagen
Bei der Bewertung von Bauwerksschäden ist der im Bauteil vorhandene Feuchtegehalt, bzw. die Feuchteverteilung in der Regel von erheblicher Bedeutung. So wird beispielsweise die Geschwindigkeit ablaufender Korrosionsvorgänge depassivierter Bewehrungselemente maßgeblich von der Betonfeuchte beeinflusst. Ebenso sind die Vorgänge bei Betonkorrosion stark abhängig vom Wassergehalt. Da zahlreiche Untersuchungen einen direkten Zusammenhang zwischen Elektrolytwiderstand und Feuchtegehalt in Baustoffen aufgezeigt haben, wurden Sensoren entwickelt, mit deren Hilfe eine Messung des Elektrolytwiderstandes in zementösen Baustoffen möglich ist. Der reine, spezifische Elektrolytwiderstand einer Lösung ist keine Konstante, sondern von der Ionenkonzentration und der Temperatur abhängig. Die elektrolytische Leitfähigkeit des Betons rührt fast ausschließlich von dem in den Poren der Zementmatrix vorhandenen Wasser und den darin gelösten Ionen her. Das Porenwasser kann dabei in Abhängigkeit von der Porengeometrie und der Bauteilfeuchte in verschiedenen Aggregatzuständen vorliegen. Der gemessene Elektrolytwiderstand eines Betonprüfkörpers ändert sehr stark bei wechselnden Feuchtegehalten. Vollkommen trockener Beton ist ein relativ guter Isolator mit spezifischen Widerständen von bis zu 1x106 Ohm.m, während Beton mit einer Feuchte nahe der Wassersättigung im Gegensatz dazu einen Elektrolyt-Widerstand von ca. 100 Ohm.m aufweist. Neben der Betonfeuchte haben die tatsächlich zur Verfügung stehende Porenstruktur, die Menge der im Porenwasser gelösten Ionen und die Bauteiltemperatur einen Einfluß auf den gemessenen Elektrolytwiderstand. Bei Kenntnis dieser Abhängigkeiten und entsprechender Kalibrierung ist jedoch eine Bestimmung der Bauteilfeuchte durch Messung des Elektrolytwiderstandes möglich. Mit Hilfe des gemessenen Elektrolytwiderstandes kann auf die mögliche Geschwindigkeit der ablaufenden Korrosionsvorgänge geschlossen werden. Zur Messung des Elektrolytwiderstandes stehen mehrere Methoden zur Verfügung. Bei der Zwei-Elektroden-Methode handelt es sich um die einfachste Methode, den Elektrolytwiderstand zu bestimmen. Zwischen zwei ebenen Elektroden wird ein Prüfzylinder des Materials mit bekannter Querschnitsfläche und Länge gebracht. Nach Anlegen einer Spannung bilden sich zwischen den Elektroden ein lineares Spannungsgefälle und eine konstante Stromdicht aus. Diese Methode wird oft bei der Bestimmung des Elektrolytwiderstandes von Bohrkernen angewandt. Ihr Vorteil besteht in der konstanten Strombeaufschlagung des ganzen Versuchskörpers, d.h. der Einfluß eventuell lokal vorhandener Fehlstellen wird minimiert. Allerdings führt eine unzureichende Ankopplung der Messelektroden bei dieser Methode insbesondere bei trockenen Proben zu Messfehlern. Bei der Vier-Elektroden-Methode findet eine Messung über eine Oberfläche des Versuchskörpers statt. Strominduzierende und spannungsmessende Elektroden sind hier nicht identisch. Zwischen den beiden äußeren Elektroden wird durch eine Spannungsquelle ein Strom induziert. Der Potentialabfall wird zwischen den beiden inneren Elektroden gemessen. Die Vier-Elektroden-Methode ist geeignet, den Elektrolytwiderstand oberflächennah an bestehenden Bauwerken oder großen Versuchskörpern zu messen. Ihre Anwendung ist problematisch bei oberflächlichen Durchfeuchtungen, Fehlstellen, bzw. oberflächennaher Bewehrung oder Karbonatisierung, da sich dann die Verteilung der Stromdichte im Körper und damit die Zellkonstante ändert. Mit der aus neun voneinander isolierten Edelstahlringen aufgebauten Multiring-Elektrode sind Widerstandsmessungen in acht verschiedenen Tiefen des Bauwerks zwischen 7 und 42 mm möglich. Dazu wird nach Anlegen einer Wechselspannung zwischen zwei benachbarten Ringen der fließende Strom gemessen und daraus der Absolutwiderstand berechnet. Die Multiring-Elektrode kann sofort bei der Herstellung des Bauteils durch befestigen an der Schalung, als auch nachträglich in bestehende Bauwerke eingebaut werden. Dazu werden die Sensoren in eine Bohrung eingesetzt und der entstehende Zwischenraum (ca. 2 mm) mit einem Ankopplungsmörtel vergossen. Nach Erhärten verändert der Ankopplungsmörtel seinen Feuchtegehalt entsprechend den Feuchteänderungen des Altbetons. Diese Änderung kann mit Hilfe der Multiring-Elektrode erfasst werden.
Bestimmung des Wassergehaltes von Beton und Naturstein durch Messung des Elektrolytwiderstandes - Grundlagen
Bei der Bewertung von Bauwerksschäden ist der im Bauteil vorhandene Feuchtegehalt, bzw. die Feuchteverteilung in der Regel von erheblicher Bedeutung. So wird beispielsweise die Geschwindigkeit ablaufender Korrosionsvorgänge depassivierter Bewehrungselemente maßgeblich von der Betonfeuchte beeinflusst. Ebenso sind die Vorgänge bei Betonkorrosion stark abhängig vom Wassergehalt. Da zahlreiche Untersuchungen einen direkten Zusammenhang zwischen Elektrolytwiderstand und Feuchtegehalt in Baustoffen aufgezeigt haben, wurden Sensoren entwickelt, mit deren Hilfe eine Messung des Elektrolytwiderstandes in zementösen Baustoffen möglich ist. Der reine, spezifische Elektrolytwiderstand einer Lösung ist keine Konstante, sondern von der Ionenkonzentration und der Temperatur abhängig. Die elektrolytische Leitfähigkeit des Betons rührt fast ausschließlich von dem in den Poren der Zementmatrix vorhandenen Wasser und den darin gelösten Ionen her. Das Porenwasser kann dabei in Abhängigkeit von der Porengeometrie und der Bauteilfeuchte in verschiedenen Aggregatzuständen vorliegen. Der gemessene Elektrolytwiderstand eines Betonprüfkörpers ändert sehr stark bei wechselnden Feuchtegehalten. Vollkommen trockener Beton ist ein relativ guter Isolator mit spezifischen Widerständen von bis zu 1x106 Ohm.m, während Beton mit einer Feuchte nahe der Wassersättigung im Gegensatz dazu einen Elektrolyt-Widerstand von ca. 100 Ohm.m aufweist. Neben der Betonfeuchte haben die tatsächlich zur Verfügung stehende Porenstruktur, die Menge der im Porenwasser gelösten Ionen und die Bauteiltemperatur einen Einfluß auf den gemessenen Elektrolytwiderstand. Bei Kenntnis dieser Abhängigkeiten und entsprechender Kalibrierung ist jedoch eine Bestimmung der Bauteilfeuchte durch Messung des Elektrolytwiderstandes möglich. Mit Hilfe des gemessenen Elektrolytwiderstandes kann auf die mögliche Geschwindigkeit der ablaufenden Korrosionsvorgänge geschlossen werden. Zur Messung des Elektrolytwiderstandes stehen mehrere Methoden zur Verfügung. Bei der Zwei-Elektroden-Methode handelt es sich um die einfachste Methode, den Elektrolytwiderstand zu bestimmen. Zwischen zwei ebenen Elektroden wird ein Prüfzylinder des Materials mit bekannter Querschnitsfläche und Länge gebracht. Nach Anlegen einer Spannung bilden sich zwischen den Elektroden ein lineares Spannungsgefälle und eine konstante Stromdicht aus. Diese Methode wird oft bei der Bestimmung des Elektrolytwiderstandes von Bohrkernen angewandt. Ihr Vorteil besteht in der konstanten Strombeaufschlagung des ganzen Versuchskörpers, d.h. der Einfluß eventuell lokal vorhandener Fehlstellen wird minimiert. Allerdings führt eine unzureichende Ankopplung der Messelektroden bei dieser Methode insbesondere bei trockenen Proben zu Messfehlern. Bei der Vier-Elektroden-Methode findet eine Messung über eine Oberfläche des Versuchskörpers statt. Strominduzierende und spannungsmessende Elektroden sind hier nicht identisch. Zwischen den beiden äußeren Elektroden wird durch eine Spannungsquelle ein Strom induziert. Der Potentialabfall wird zwischen den beiden inneren Elektroden gemessen. Die Vier-Elektroden-Methode ist geeignet, den Elektrolytwiderstand oberflächennah an bestehenden Bauwerken oder großen Versuchskörpern zu messen. Ihre Anwendung ist problematisch bei oberflächlichen Durchfeuchtungen, Fehlstellen, bzw. oberflächennaher Bewehrung oder Karbonatisierung, da sich dann die Verteilung der Stromdichte im Körper und damit die Zellkonstante ändert. Mit der aus neun voneinander isolierten Edelstahlringen aufgebauten Multiring-Elektrode sind Widerstandsmessungen in acht verschiedenen Tiefen des Bauwerks zwischen 7 und 42 mm möglich. Dazu wird nach Anlegen einer Wechselspannung zwischen zwei benachbarten Ringen der fließende Strom gemessen und daraus der Absolutwiderstand berechnet. Die Multiring-Elektrode kann sofort bei der Herstellung des Bauteils durch befestigen an der Schalung, als auch nachträglich in bestehende Bauwerke eingebaut werden. Dazu werden die Sensoren in eine Bohrung eingesetzt und der entstehende Zwischenraum (ca. 2 mm) mit einem Ankopplungsmörtel vergossen. Nach Erhärten verändert der Ankopplungsmörtel seinen Feuchtegehalt entsprechend den Feuchteänderungen des Altbetons. Diese Änderung kann mit Hilfe der Multiring-Elektrode erfasst werden.
Bestimmung des Wassergehaltes von Beton und Naturstein durch Messung des Elektrolytwiderstandes - Grundlagen
Warkus, J. (Autor:in)
2003
16 Seiten, 19 Bilder, 1 Tabelle, 10 Quellen
(nicht paginiert)
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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