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Entwicklung eines Sensorsystems zur Messung der - CiS

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<strong>Entwicklung</strong> <strong>eines</strong> <strong>Sensorsystems</strong> <strong>zur</strong> <strong>Messung</strong> <strong>der</strong><br />

Ausgleichsfeuchte in Estrichen<br />

Stefan Helbig 1 , Arndt Steinke 2 , Wolf Hummel 3 , Barbara Janorschke 4 , Rudolf Plagge 5<br />

1 MFPA an <strong>der</strong> Bauhaus-Universität Weimar<br />

2 <strong>CiS</strong> Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH, Erfurt<br />

3 IL Metronic Sensortechnik GmbH, Ilmenau<br />

4 Institut für Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar e.V. (IFF)<br />

5 Institut für Bauklimatik, TU Dresden<br />

KURZFASSUNG. Es wurden in einem Verbundprojekt Komponenten <strong>eines</strong> Systems entwickelt, mit<br />

dem die Ausgleichsfeuchte im hygroskopischen Bereich mittels Luftfeuchtesensoren in einem<br />

austrocknenden Estrich gemessen werden kann (RH-Methode) . Die Sensoren werden in den frischen<br />

Estrich eingebracht. Sie sind durch feuchtedurchlässige Kunststoffgehäuse gekapselt und somit<br />

geschützt vor schädigenden Umwelteinflüssen wie zum Beispiel Alkali-Ionen.<br />

Die Messdaten werden über Funksignale (RFID) von <strong>der</strong> Sensoreinheit in eine Einheit <strong>zur</strong><br />

Datenerfassung übertragen. Die Sensormodule sowie einzelne Komponenten wurden im<br />

austrocknenden Estrich eingesetzt und erprobt.<br />

ABSTRACT. Components of a Sensorsystem were developed, with which the balance moisture<br />

within the hygroscopic range can be measured by means of humidity sensors in a drying screed (RHmethod).<br />

The sensors are placed into the fresh screed.<br />

The sensors are encapsulated by moisture permeable synthetic housings. Thus they are protected<br />

against damaging environmental influences e.g. alkali ions. The measuring data are transmitted by<br />

radio signals (RFID) using the sensor unit connected to a data acquisition system. The sensor modules<br />

as well as individual components are used and tested in a drying screed.<br />

Schlagwörter: Ausgleichsfeuchte, Estrich, RFID, verlorene Sensoren<br />

1 Einleitung<br />

Feuchtebelastungen in Bauteilen können durch die <strong>Messung</strong> <strong>der</strong> relativen (Luft-) Feuchte als<br />

Ausgleichsfeuchte zu einem angrenzenden feuchten Feststoff nachgewiesen werden. Das<br />

Verfahren wird als "Luftfeuchte-Ausgleichsverfahren" o<strong>der</strong> kurz auch RH-Methode bezeichnet.<br />

Anwendbar ist dieses "hygrometrische Verfahren" als eine Spielart <strong>der</strong> Ausgleichsfeuchtemessung<br />

bei Feuchtebelastungen im hygroskopischen Bereich [1].<br />

Ein wichtiger Anwendungsfall für die Feuchtemessung ist in Verbindung mit dem Austrocknen<br />

von Estrichen gegeben. Die Feuchte <strong>eines</strong> Zement- o<strong>der</strong> Anhydritestrichs muss gemessen werden,<br />

um dessen Belegreife einzuschätzen. Als einziges anerkanntes Nachweisverfahren wird hierfür in<br />

Deutschland bisher das CM-Verfahren verwendet.<br />

Um den Trocknungszustand <strong>eines</strong> Estrichs zu prüfen, werden auch <strong>Messung</strong>en <strong>der</strong><br />

Ausgleichsfeuchte als relative (Luft-) Feuchte verwendet [2]. Die Ausgleichfeuchte wird u.a. in<br />

Bohrlöchern <strong>eines</strong> Estrichs mit stabförmigen Mauerwerkssonden o<strong>der</strong> Estrichsonden gemessen.<br />

Auf dem Markt sind hierfür Profilsonden erhältlich, mit denen die Feuchte gleichzeitig in<br />

verschiedenen Schichten erfasst werden kann.<br />

Hierzu sind die Messstellen im Bohrloch gut gegen die Umgebung abzudichten. Auch ist das<br />

Bohrloch zwischen den <strong>Messung</strong>en zu verschließen und eine Konvektion mit einem damit<br />

verbundenen zusätzlichen Feuchtetransport im Inneren <strong>der</strong> Löcher ist durch Einbauten auf<br />

geeignete Weise zu unterbinden.


Die beschriebenen <strong>Messung</strong>en sind arbeitsintensiv und – wenn auch nur minimal - zerstörend.<br />

Deshalb war es das Ziel des hier beschriebenen Verbundprojektes, Sensorelemente zu entwickeln,<br />

die als „verlorene Sensoren“ in einen frischen Estrich mit eingebracht werden und den<br />

Trocknungsvorgang des Estrichs bis zum Zeitpunkt einer CM-Prüfung signalisieren. Das<br />

Luftfeuchte-Ausgleichsverfahren soll mit den im Projekt entwickelten Sensoreinheiten als<br />

Vorprüfverfahren angewendet werden.<br />

Es ist bekannt, dass bei einer kontinuierlichen Langzeitüberwachung im Bereich hoher Feuchten<br />

häufig technische Schwierigkeiten auftreten. Sensoraufbauten, die über längere Zeit einer hohen<br />

Feuchtebelastung (Werte über 95 % relative Feuchte) ausgesetzt sind, neigen zu einer Signaldrift.<br />

Außerdem können langfristig hohe Feuchten o<strong>der</strong> sogar Tauwasserbildung zu<br />

Korrosionserscheinungen führen. Diese können Kontaktierungen und Sensorelemente zerstören.<br />

Der kontinuierliche Einsatz des Systems in einem austrocknenden Estrich und das Einbringen <strong>der</strong><br />

Sensoreinheiten in einen frischen Estrich stellen demzufolge eine beson<strong>der</strong>e Herausfor<strong>der</strong>ung an<br />

das zu entwickelnde System dar. Es ist hierbei auch eine Beeinträchtigung <strong>der</strong> Sensoren durch<br />

Fremdstoffe aus dem Messobjekt, wie beispielsweise Alkali- und auch Erdalkaliionen aus dem<br />

Zementleim zu vermeiden. Die Sensorelemente sind durch geeignete Kapselung<br />

(= Filterschichten) vor einer solchen Beeinträchtigung zu schützen.<br />

2 Sensoraufbau <strong>zur</strong> Ausgleichsfeuchtemessung im Estrich<br />

2.1 Aufbau <strong>der</strong> Funk- Sensoreinheiten<br />

Es wurden bei dem Verbundpartner IL Metronic für einen funkbasierten Sensormodul die<br />

elektronischen Komponenten sowie das Gehäuse <strong>zur</strong> feuchtedurchlässigen Kapselung entwickelt.<br />

Die Bil<strong>der</strong> 1-6 zeigen diese Systeme und Platinen mit und ohne Gehäuse.<br />

Bild 1: Funkfühler mit<br />

USB-Koordinator.<br />

Bild 4: ABS-<br />

Versuchsgehäuse.<br />

Bild 2: Autarkes System mit<br />

Batterie und SD-Karte.<br />

Bild 5: Vergossene<br />

Funksensor-Systeme.<br />

Bild 3: Miniaturfunkfühler.<br />

Bild 6: Muster für<br />

Estrichsensor.


Das Funksensorsystem dient im Allgemeinen <strong>der</strong> drahtlosen Erfassung von Messdaten <strong>der</strong><br />

Raumluftfeuchte und <strong>der</strong> Raumtemperatur von Innenräumen. Sen<strong>der</strong> (Funkfühler) und USB-Box-<br />

Empfänger (Koordinator) bilden eine flexibel einsetzbare Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung mit<br />

<strong>der</strong> Datenausgabe per USB-Schnittstelle an übergeordnete Steuersysteme, wie z.B. PC o<strong>der</strong><br />

Laptop. Das System lässt nur jeweils einen Empfänger mit <strong>der</strong>zeit bis zu 50 Sen<strong>der</strong>n<br />

kommunizieren. Weiterhin ist es möglich, mehrere Funksysteme parallel zu betreiben.<br />

Insbeson<strong>der</strong>e an unzugänglichen Stellen o<strong>der</strong> in Räumen, in denen eine Installation per Kabel<br />

umständlich ist, eignet sich dieses System <strong>zur</strong> sicheren und schnellen Überwachung <strong>der</strong><br />

Raumklimadaten. Das Messsystem lässt auch einen autarken batterieversorgten Betrieb zu. Die<br />

Reichweite ist stark von <strong>der</strong> Bauweise <strong>der</strong> Gebäude o<strong>der</strong> Räume abhängig und wird durch den<br />

LQI (Link Ouality Index) mit den Messdaten ausgegeben. Eine beson<strong>der</strong>e Anpassung des<br />

Systems erfolgte für die Anwendung <strong>zur</strong> Überwachung <strong>der</strong> Estrichaustrocknung, die mit<br />

Batterieunterstützung im 12-Stunden-Intervall über mehr als ein Jahr erfolgen kann. Die Sensoren<br />

des Projektpartners IL Metronic wurden in Austrocknungsversuchen getestet und in zwei durch<br />

das Institut für Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar e.V. (IFF) betreuten Feldversuchen<br />

eingesetzt.<br />

2.2 Aufbau von Sensoreinheiten mit einem Frequenzausgang<br />

Beim Projektpartner <strong>CiS</strong> wurden spezielle Sensoraufbauten <strong>zur</strong> <strong>Messung</strong> <strong>der</strong> relativen Feuchte<br />

realisiert.<br />

Die Sensoraufbauten bestehen aus einem Feuchtesensorelement und einer Signalvorverarbeitung<br />

(Kapazitäts-Frequenz-Wandlung). Die Kapazitätsän<strong>der</strong>ung des Feuchtesensorelementes bei<br />

Feuchteän<strong>der</strong>ung wird über einen C/F-Wandler als Frequenzän<strong>der</strong>ung ausgegeben.<br />

Die Sensoreinheit wird mit einem Feuchtestandard kalibriert. Durch die Kalibrierung wird die<br />

Beziehung zwischen Frequenzwert und relativer Feuchte dargestellt.<br />

Diese Sensoraufbauten wurden in den Laborversuchen an <strong>der</strong> MFPA sowie im <strong>CiS</strong> eingesetzt und<br />

getestet.<br />

2.3 Feuchtedurchlässige Materialien für die Kapselung <strong>der</strong> Sensoreinheit<br />

Es wurden u.a. folgende feuchtedurchlässige Kunststoffe in Tests einbezogen: Acrylnitril-<br />

Butadien-Styrol (ABS), Polyamid 6 (PA6) und Polystyrol (PS).<br />

Zur Charakterisierung <strong>der</strong> Materialien wurden die Feuchtespeicherfunktion und die Wasserdampfdurchlässigkeit<br />

am Institut für Bauklimatik <strong>der</strong> TU Dresden ermittelt.<br />

Die Ausführung <strong>der</strong> Kapselung <strong>der</strong> Sensoreinheiten erfolgte in allen Aufbauten mit dem Material<br />

ABS.<br />

3 Bewertung <strong>der</strong> Austrocknung von Estrich mit eingebetteten Sensoreinheiten<br />

3.1 Rechnerische Bewertung von Austrocknungsvorgängen<br />

Es wurden Modellrechnungen mit dem Simulationsprogramm Delphin 5 [3] durchgeführt.<br />

Vereinfachend wurde dabei <strong>der</strong> Estrich als ein Festkörper mit zeitlich unverän<strong>der</strong>lichen<br />

Eigenschaften hinsichtlich seiner Feuchtespeicherung und Feuchtetransporteigenschaften<br />

angenommen. Das ist für einen frisch eingebrachten bzw. erhärtenden Estrich natürlich eine<br />

vereinfachende Modellannahme.


Bild 7 zeigt das geometrische Modell für die Berechnung des Austrocknungsvorgangs für einen<br />

Zementestrich mit einem eingebetteten zylindrischen Sensormodul. Im Modell ist die Kapselung<br />

des Sensormodules durch ein feuchtedurchlässiges Kunststoffgehäuse (=Filterschicht) abgebildet.<br />

Bild 7: Modell für Berechnung <strong>eines</strong> Sensorelementes im austrocknenden Estrich.<br />

Bild 8 zeigt exemplarisch für ein sehr gut durchlässiges Material das Ergebnis für den Verlauf <strong>der</strong><br />

relativen (Luft-)Feuchte, die sich hinter <strong>der</strong> feuchtedurchlässigen Kapselung in unterschiedlichen<br />

Höhen des Estrichs einstellt. Die Werte sind jeweils im Vergleich zum Verlauf <strong>der</strong> relativen<br />

Feuchte (=Porenluftfeuchte) des Estrichs in <strong>der</strong> gleichen Höhe dargestellt.<br />

Bild 8: Zeitlicher Verlauf <strong>der</strong> relativen Feuchte in einem austrocknenden Estrich mit<br />

Sensormodul.


Anhand <strong>der</strong> Modellrechnungen ist <strong>der</strong> typische zeitliche Verlauf <strong>der</strong> relativen Feuchte in einer<br />

gekapselten Sensoreinheit erkennbar:<br />

Der Estrich trocknet von oben nach unten aus. Die relative Feuchte (=Porenluftfeuchte) ist zu<br />

allen Zeiten deutlich von <strong>der</strong> Schichthöhe abhängig.<br />

Am Anfang ist die relative Feuchte im Sensormodul geringer als die "Porenluftfeuchte" des<br />

Estrichs. Die Werte <strong>der</strong> relativen Feuchte im Sensormodul nehmen - ausgehend von dem<br />

Anfangszustand <strong>der</strong> Sensorkapselung - mit <strong>der</strong> Zeit zu. Dieser Zeitabschnitt wird als<br />

"Befeuchtungsphase des Sensormoduls" bezeichnet.<br />

Die relative Feuchte im Sensormodul erreicht danach einen maximalen Wert. Von nun an folgt<br />

die "Austrocknungsphase des Sensormoduls". Während dieser Zeit nehmen die Werte <strong>der</strong><br />

relativen Feuchte hinter <strong>der</strong> Filterschicht (=Messsignal am Feuchtesensor) zeitlich ab. Die relative<br />

Feuchte hinter <strong>der</strong> Filterschicht folgt damit zeitverzögert dem Feuchtesignal im Estrich. Die mit<br />

dem Sensor gemessene relative Feuchte ist somit während <strong>der</strong> Austrocknungsphase des<br />

Sensormoduls stets etwas größer als die Porenluftfeuchte im Estrich. Die Aussage betrifft<br />

insbeson<strong>der</strong>e auch die Zeit, in <strong>der</strong> das Feuchtesignal interpretiert werden soll, um eine Aussage<br />

hinsichtlich <strong>der</strong> Belegreife des Estrichs zu gewinnen.<br />

Für ein bestimmtes Kunststoffmaterial ist durch die Schichtdicke <strong>der</strong> Filterschicht einerseits die<br />

Höhe des erreichten maximalen Wertes <strong>der</strong> relativen Feuchte im Modul festgelegt. An<strong>der</strong>erseits<br />

wird durch die Materialdicke <strong>der</strong> Kapselung die Differenz <strong>der</strong> relativen Feuchte im Estrich und<br />

hinter <strong>der</strong> Filterschicht festgelegt und damit ein systematischer Messfehler verursacht.<br />

Die Signalverläufe sind abhängig von <strong>der</strong> Austrocknungsgeschwindigkeit. Je schneller <strong>der</strong> Estrich<br />

austrocknet, umso größer ist dieser "systematische Fehler", das bedeutet, umso trockener ist <strong>der</strong><br />

Estrich schon im Vergleich zum im Sensormodul gemessenen Wert <strong>der</strong> relativen Feuchte.<br />

3.2 <strong>Messung</strong>en mit eingebetteten Sensoreinheiten im austrocknenden Estrich<br />

Bild 9 zeigt den Messaufbau <strong>eines</strong> Laborversuches. In 5 Behältern wurden Sensoraufbauten des<br />

Partners <strong>CiS</strong> in den frischen Estrich eingebracht. Weiterhin wurden 8 Behälter mit dem gleichen<br />

Estrich als Referenzproben erstellt. Die Feuchtesignale wurden kontinuierlich während des<br />

Austrocknens von Zementestrichproben gemessen. Das Signal wurde in diesem Versuch<br />

drahtgebunden übertragen.<br />

Alle Proben wurden am Anfang des Versuches und während des Austrocknens gewogen. Durch<br />

eine Beprobung von Referenzproben wurde <strong>der</strong> Feuchtegehalt zu verschiedenen Zeiten<br />

festgestellt. Der Feuchtegehalt <strong>der</strong> Probe wurde getrennt für die untere und die obere Hälfte <strong>der</strong><br />

Probe festgestellt. Es wurde an geteilten Probekörpern die CM- und die Darrfeuchte zu<br />

verschiedenen Zeiten im Verlauf <strong>der</strong> Trocknung ermittelt.


Bild 9: Versuchsaufbau: In Estrichprobekörper eingebettete Sensormodule.<br />

Bild 10 zeigt den Verlauf <strong>der</strong> in den Sensormodulen gemessenen relativen Feuchte im Verlauf <strong>der</strong><br />

Trockenzeit <strong>der</strong> Proben. Im Vergleich dazu ist in Bild 11 <strong>der</strong> Massenverlust des Referenzprobekörpers<br />

Nr. 9 dargestellt. Dieser wurde auf die trockene Masse <strong>der</strong> gesamten Probe<br />

(hochgerechnet) bezogen. Die so entstehende Größe kann als Zeitverlauf des massebezogenen<br />

Wassergehaltes (entsprechend <strong>der</strong> Darrfeuchte) <strong>der</strong> gesamten Probe interpretiert werden.<br />

Zusätzlich sind die gemessenen CM-Feuchten <strong>der</strong> unteren und oberen Hälfte <strong>der</strong> Probe<br />

dargestellt.<br />

Bild 10: Zeitverlauf <strong>der</strong> relativen Feuchte in den Sensormodulen.


Bild 11: Zeitverlauf des Gesamtwassergehaltes einer Referenzprobe.<br />

4 Untersuchungen mit verschiedenen Kunststoffen <strong>zur</strong> Kapselung <strong>der</strong> Sensoren<br />

4.1 Sensorbelastungstests und Zeitverhalten des Feuchtetransportvorgangs in<br />

Kapselung<br />

In einem ersten Versuch erfolgt eine reine Feuchtebelastung <strong>der</strong> Sensoreinheit. In weiteren<br />

Versuchen wirken kombinierte Belastungen durch einen frisch eingebrachten austrocknenden<br />

Estrich auf die Sensoreinheit. Dabei sind die Sensoren des <strong>CiS</strong> mit verschiedenen<br />

feuchtedurchlässigen Materialien eingekapselt.<br />

Vor und nach den Versuchen erfolgt eine Kalibrierung <strong>der</strong> Sensoren im Feuchtegenerator<br />

Thun<strong>der</strong> Scientific. Die Sensoren wurden gegen Normale kalibriert, <strong>der</strong>en Genauigkeit auf<br />

nationale Normale rückführbar ist.<br />

Die erreichbaren Messunsicherheiten für die Sensoren liegen im Bereich < 2 % relative Feuchte.<br />

Es wurde eine hinreichende Genauigkeit durch die Rekalibrierung nach den Versuchen<br />

nachgewiesen. Im Rahmen dieser Messunsicherheiten sind die Sensoren geeignet, den<br />

Trocknungsverlauf messtechnisch zu verfolgen.<br />

Bild 12 zeigt den Messaufbau des Laborversuches. Die notwendige dichte Einspannung <strong>der</strong><br />

Kunststoffmaterialien und Sensoren erfolgte mittels Flanschverbin<strong>der</strong>n.


Bild 12: Messaufbau für Sensorbelastungstests.<br />

4.2 Untersuchungen <strong>zur</strong> Durchlässigkeit für Alkali-Ionen<br />

Mit dem nachfolgend beschriebenen Versuch wird die Durchlässigkeit von Kunststoffen<br />

insbeson<strong>der</strong>e für kleine Alkali-Ionen (Na + , K + ) getestet. Für eine wässrige Lösung auf beiden<br />

Seiten <strong>der</strong> zu testenden Kunststoffe (= maximal mögliche Feuchtebelastung) wird auch die<br />

größtmögliche Durchlässigkeit <strong>der</strong> Kunststoffe erwartet.<br />

Die zu untersuchenden Kunststoffplatten wurden jeweils in Flanschpaare eingespannt. Bild 13<br />

zeigt den Messaufbau. Links ist ein Flanschpaar aus Edelstahl mit eingespannter Materialprobe<br />

und rechts ein Referenzgefäß zu sehen. Das Referenzgefäß ist ein Flansch aus Edelstahl mit<br />

eingespannter Edelstahlplatte.<br />

Seite A Seite B<br />

Bild 13: Versuchsaufbau <strong>zur</strong> <strong>Messung</strong> <strong>der</strong> Durchlässigkeit von Kunststoffplatten.


Zum Beginn des Versuchs wurde beim Flanschpaar auf Seite A (links) eine Zement-Porenlösung<br />

und auf <strong>der</strong> Seite B (rechts) destilliertes Wasser in die abgewinkelten Stutzen eingefüllt. Beide<br />

Seiten wurden dicht verschlossen. Die Seite A mit <strong>der</strong> Porenlösung wurde hermetisch abgedichtet<br />

und mit einer Druckmessdose versehen.<br />

Über den Zeitraum von mehr als 2 Monaten wurde die elektrische Leitfähigkeit und <strong>der</strong> ph-Wert<br />

auf <strong>der</strong> Seite B gemessen. Zusätzlich wurde ein materialgleiches Referenzgefäß mit einer<br />

eingespannten Edelstahlplatte mit destilliertem Wasser gefüllt und ebenfalls beprobt.<br />

Ziel des Versuches war, aus einer Zunahme <strong>der</strong> elektrischen Leitfähigkeit <strong>der</strong> wässrigen Lösung<br />

auf <strong>der</strong> Seite B auf eine mögliche Zunahme von frei beweglichen Ionen und damit auf eine<br />

Durchlässigkeit <strong>der</strong> Kunststoffe zu schlussfolgern.<br />

Es wurden die Materialien ABS (0,35 mm dick), PA6 (0,5 mm dick) und PS (0,5 mm dick)<br />

untersucht. Bild 14 zeigt den zeitlichen Verlauf <strong>der</strong> elektrischen Leitfähigkeit <strong>der</strong> wässrigen<br />

Lösung auf <strong>der</strong> Seite B für die Proben und das Referenzgefäß. In <strong>der</strong> Zementporenlösung (Seite<br />

A) wurde eine elektrische Leitfähigkeit von 9860 µS/cm gemessen.<br />

Bild 14: Zunahme <strong>der</strong> elektrischen Leitfähigkeit <strong>der</strong> wässrigen Lösung (Seite B).<br />

Anfangs wurde eine deutliche Zunahme <strong>der</strong> Leitfähigkeit <strong>der</strong> wässrigen Lösung für alle Proben<br />

auf Seite B und auch für das Referenzgefäß festgestellt. Für die Proben PS, ABS und das<br />

Referenzgefäß ergibt sich im weiteren Verlauf kein Anstieg <strong>der</strong> Leitfähigkeit mehr. Bei <strong>der</strong> Probe<br />

PA6 steigt die Leitfähigkeit nach einem Monat weiter an. Sie nimmt konstant etwa mit 0,5 µS/cm<br />

je Tag zu. Die gemessenen pH-Werte schwanken in den verschiedenen Gefäßen relativ gering um<br />

Mittelwerte zwischen 6,7 und 7,0.


Aus dem zeitlichen Verlauf <strong>der</strong> elektrischen Leitfähigkeit wird eine nachweisbare Durchlässigkeit<br />

von Polyamid (PA6) und eine praktisch nicht vorhandene Durchlässigkeit für ABS und Polystyrol<br />

für bewegliche elektrische Ladungsträger (Ionen) geschlussfolgert.<br />

5 Feldversuche<br />

Durch das Institut für Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar e. V. wurden ein Versuch unter<br />

labortechnischen Bedingungen und ein Versuch unter Baustellenbedingungen durchgeführt. Beim<br />

ersten Versuch wurden Sensoren in einer Estrichfläche <strong>der</strong> Festigkeitsklasse C 25/30-F4_S60<br />

unter baustellenähnlichen Klimabedingungen im Technikum des Instituts und parallel in<br />

Estrichproben im Klimaschrank unter einer konstanten Umgebungstemperatur von 15 ° C und<br />

einer konstanten relativen Luftfeuchte von 40 % untersucht.<br />

Die Estrichfläche wurde auf dem trockenen Hallenboden mit dazwischen liegen<strong>der</strong> Trennfolie<br />

betoniert. Auf dem Untergrund wurden zuvor 3 Sensoreinheiten aufgeklebt. 3 Referenzprüfkörper<br />

mit je einer Sensoreinheit wurden in Schalkörpern hergestellt und im Klimaschrank gelagert. Die<br />

Prüfdauer erstreckte sich auf einen Zeitraum von 7 Wochen. Das Sensorsystem ermittelt die<br />

Estrichfeuchte nach dem Prinzip <strong>der</strong> Ausgleichsfeuchtemessung. Die Daten werden drahtlos an<br />

ein Auslesegerät gesendet. An Messdaten wurden die Lufttemperatur in <strong>der</strong> Kapsel, die relative<br />

Feuchte <strong>der</strong> Umgebungsluft und die Umgebungstemperatur erfasst. Zur Kontrolle und<br />

Kalibrierung des Sensors wurden die Estrichfeuchte mit Hilfe <strong>der</strong> Darr- und CM-Methode sowie<br />

die Ausgleichsfeuchte mit <strong>der</strong> Profilsonde PS10-X <strong>der</strong> IL Metronic ermittelt.<br />

Von den 6 getesteten Sensoreinheiten sendeten 4 ihre Daten korrekt an das Auslesegerät. 2<br />

Sensoren fielen total aus. Der funktionale Verlauf <strong>der</strong> feuchterelevanten Daten aus den<br />

Sensoreinheiten entsprach den vergleichenden <strong>Messung</strong>en <strong>der</strong> Estrichfeuchte.<br />

In einem zweiten zum Zeitpunkt noch andauernden Feldversuch sollte die Baustellentauglichkeit<br />

des entwickelten <strong>Sensorsystems</strong> und <strong>der</strong> verbesserte Sensoraufbau geprüft werden. Als<br />

Versuchsfeld wurde eine Fußbodenplatte des im Bau befindlichen Technikums des IFF Weimar<br />

e.V. gewählt. Die Platte ist bewehrt und wurde mit einem Beton <strong>der</strong> Festigkeitsklasse C 30/37<br />

hergestellt.<br />

In die Versuchsfläche wurden 30 Sensorgehäuse eingebaut. Die darin verbauten Funksensoren<br />

messen die relative Luftfeuchte und die Temperatur im Gehäuseinneren. Bild 15 zeigt den<br />

Verlegeplan für die Sensoren. Bild 16 zeigt die an <strong>der</strong> Bewehrung befestigten Sensormodule vor<br />

dem Betonieren.<br />

Die gemessenen Daten werden je Sensor alle 12 Stunden an eine Empfangseinheit gesendet und<br />

dort auf einem Speichermedium abgelegt. Die Auswertung <strong>der</strong> aufgezeichneten Messdaten erfolgt<br />

mit einer speziell vom IFF Weimar e.V. entwickelten Software.


y<br />

x<br />

Bezugspunkt des Koordinatensystems in Raum 1<br />

Innere Raumecke NW<br />

58<br />

121<br />

195<br />

63 130 192 251 314<br />

01<br />

8,1<br />

0A.23.08<br />

59<br />

8,6 60<br />

8,8 61<br />

9,2 63<br />

66 128 191 250 314<br />

01 06 07 08 09 10<br />

9,0<br />

123<br />

9,3 125<br />

9,7 126<br />

9,8 127<br />

90 128 191 250 315<br />

01 11 12 13 14 15<br />

9,9<br />

173<br />

Raum 1 - Sensoren 01 bis 15<br />

02 03 04 05<br />

FA.EF.09<br />

9,8 172<br />

9,5 171<br />

9,5 172<br />

y<br />

x<br />

Nr<br />

9,1<br />

9,7<br />

9,3<br />

c Sensor<br />

Sensor ID<br />

32.34.0B 32.1C.0F 82.62.0F<br />

DA.4E.02 FA.4E.0F 9A.5E.0F 12.7B.07 72.65.08<br />

FA.A2.01 32.ED.01 7A.28.0B 92.DD.01 2A.EE.08<br />

Bild 15: Verlegeplan <strong>der</strong> Sensoren.<br />

Bild 16: Funksensoren vor dem Betonieren.<br />

Parallel zu den <strong>Messung</strong>en mit den Funksensoren werden wöchentlich Materialproben für die<br />

Ermittlung des Restfeuchtegehaltes mit Hilfe <strong>der</strong> Darr- und CM-Methode ermittelt.<br />

Wie beim ersten Versuch werden vergleichende <strong>Messung</strong>en mit <strong>der</strong> Profilsonde PS10-X<br />

vorgenommen.


Im Gegensatz zum ersten Versuch ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt kein Ausfall von<br />

Sensoreinheiten zu verzeichnen.<br />

Erste Auswertungen <strong>der</strong> vorliegenden Messdaten lassen erkennen, dass sich ein ähnlicher<br />

zeitlicher Feuchteverlauf in den Sensoreinheiten wie bei den Laborversuchen an <strong>der</strong> MFPA<br />

einstellt und dass dieser mit den ermittelten Werten mittels Darr und CM-Methode korreliert.<br />

6 Fazit<br />

Es wurden erfolgreich Komponenten für Messsysteme <strong>der</strong> Ausgleichsfeuchte in Estrichen<br />

entwickelt und getestet. Mit einer Kapselung aus feuchtedurchlässigem Kunststoff kann ein<br />

Sensor <strong>zur</strong> <strong>Messung</strong> <strong>der</strong> relativen Feuchte aufgebaut werden. Auch im frischen, austrocknenden<br />

Estrich sind damit die Feuchtesensoren, Kontakte und elektronischen Bauelemente gut vor einer<br />

anfänglich sehr großen Feuchtebelastung und Schadstoffen wie Alkali-Ionen geschützt.<br />

Berechnungen und <strong>Messung</strong>en zeigen den Verlauf <strong>der</strong> relativen (Luft-) Feuchte im<br />

feuchtedurchlässigen Sensormodul. Damit ist ein grundlegendes Verständnis des Signalverlaufs<br />

sowie <strong>der</strong> auftretenden systematischen Messfehler möglich. Anhand von Vergleichsmessungen<br />

<strong>der</strong> CM- und Darrfeuchte kann das Signal <strong>der</strong> relativen Feuchte im Sensor mit den Feuchtewerten<br />

des Estrichs korreliert werden.<br />

Die Sensoraufbauten wurden erprobt beim Einsatz in Feldversuchen.<br />

7 Bekanntmachung und Danksagung<br />

Das hier vorgestellte Projekt "<strong>Entwicklung</strong> und Design modularer RFID-Komponenten für<br />

Ausgleichsfeuchtesensormesssysteme <strong>zur</strong> Qualitätssicherung und Optimierung von Bauprozessen<br />

-EFS" (Projektträger: Thüringer Aufbaubank, För<strong>der</strong>kennzeichen: 2007 VF 0013) ist ein durch<br />

den Freistaat Thüringen geför<strong>der</strong>tes Verbundvorhaben. Es wurde durch Mittel <strong>der</strong> Europäischen<br />

Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale <strong>Entwicklung</strong> (EFRE) kofinanziert.<br />

Allen in den einzelnen Institutionen involvierten Fachkollegen, die das Projekt durch tatkräftige<br />

Hilfe und wertvolle fachliche Diskussionen beför<strong>der</strong>t haben, sei an dieser Stelle herzlich gedankt.<br />

Literatur<br />

[1] Kupfer, K., Materialfeuchtemessung: Grundlagen, Messverfahren, Applikationen, Normen. Renningen-<br />

Malmsheim: expert-Verl., 1997<br />

[2] Rieche, G., Neue Wege <strong>der</strong> Feuchtemessung und Beurteilung von Estrichen und Betonen, Beton- und<br />

Stahlbetonbau 2004, 99, 10.<br />

[3] Delphin 5.6: Instationäres Simulationsprogramm für den gekoppelten Wärme-, Luft-, Feuchte-, Schadstoff-<br />

und Salztransport, Institut für Bauklimatik an <strong>der</strong> TU Dresden, www.bauklimatik-dresden.de<br />

Kontakt: Dr.-Ing. Stefan Helbig, MFPA at the Bauhaus-University Weimar; Coudraystr. 4; D-99423 Weimar;<br />

Germany. Phone: + 49-3643-564-326; Fax: + 49-3643-564-204; E-mail: stefan.helbig@mfpa.de

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