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