Determination of moisture profiles in porous building materials by NMR: Fid-Bau Portal

Determination of moisture profiles in porous building materials by NMR

Pel, L. / Kopinga, K. / Brocken, H.

Zur Messung von Feuchtigkeitsprofilen in porösen Baumaterialien wird ein NMR-Gerät vorgestellt, das eindimensioanle Feuchtigkeitsprofile von Proben mit einem Durchmesser von 20 mm mit einer Genauigkeit von 1 % und einer Auflösung von 1 mm messen und den Feuchtigkeitsgehalt an einer definierten Position in 40 s bestimmen kann. Ein Elektromagnet mit einem Fe-Kern wird verwendet, der ein Magnetfeld von 0,78 T erzeugt, das einer H-Resonanzfreqenz von 33 MHz entspricht. Das Gerät enthält eine relativ kurze Hochfrequenzspule mit einem Durchmesser von 35 mm und einer Höhe von 15 mm. In diese wird die zu untersuchende Probe als zylindrischer Stab mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Länge von 20 mm bis 180 mm eingeführt; die vertikale Position wird durch einen Stufenmotor eingestellt. Die Probe ist gegen die LC-Schaltung der Hochfrequenzspule durch eine Faraday-Abschirmung aus Cu-Drähten geschützt. Anderson-Gradienten-Spulen liefern Magnetfeldgradienten in einer Raumrichtung von bis zu 0,3 T/m. Zur Anregung der Spin-Echo-Signale werden einfache Hahn-Puls-Sequenzen verwendet. Die Auswertung erfolgt über die Spin-Spin-Relaxationszeiten. Durch Fourier-Analyse der Spin-Echo-Signale ist die Feuchtigkeitsverteilung zugänglich. Zur Kalibrierung der NMR-Signale für Gips, Sand-Kalk-Ziegel und gebrannte Tonziegel werden die integrierten Feuchtigkeitsprofile gegen den gravimetrisch bestimmten Wassergehalt aufgetragen. Es besteht für alle Proben ein linearer Zusammenhang zwischen den beiden Größen. Die Messung der Feuchtigkeitsprofile erfolgt an einer Probe aus gebranntem Tonziegelmaterial mit einer Länge von 180 mm unter Absorptions- und und von 25 mm unter Trocknungsbedingungen. Die partiellen Profile aus je fünf Meßpunkten werden in 12 s aufgenommen. Der Absorptionsversuch dauert 1 h und zeigt die zeitliche Zunahme der Feuchtigkeitseindringtiefe. Der Trocknungsversuch dauert insgesamt 42 h und zeigt die zeitliche Entwicklung der Trocknungsfront; jede Stunde wird ein Profil in je 40 min aufgenommen.