Messmethoden
Inhaltsverzeichnis
Warum sind Materialmessungen von enormer Bedeutung?
Die Materialmessungen des bauphysikalischen Forschungs- und Entwicklungslabors sind: Präzise Messungen spezifischer Kennwerte von Materialien, insbesondere von Baustoffen, z.B.
- Ziegel,
- Beton,
- Holz,
- Putze,
- Dämmstoffe,
- Farben,
- *
und dienen auch als Grundlage für energetische Sanierungskonzepte, bspw. für Dämmkonzepte oder Trocknungsmaßnahmen, etc. Mit Hilfe der (hygro)thermischen Simulation, begleiten wir Sie auf dem Weg hin zum individuellen Konzept.
Standardmessmethoden und Auswertung
Rohdichte ρ
Bestimmung der Rohdichte[6] durch exakte gravimetrische Messung. Gravimetrie ist ein quantitatives Analyseverfahren, das auf der Auswaage von Stoffmengen basiert. Dabei werden Ionen oder Moleküle gefällt, abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Es wird der Quotient aus der Masse des getrockneten Probenkörpers und seines, über die Geometrie ermittelten Volumens bestimmt.
Porosität Φ
Die Porosität wird bei Bedarf in Auftrag gegeben.
Wasseraufnahmekoeffizient Aw (nach EN ISO 15148)
Ermittel wird der Wasseraufnahmekoeffizient[1] über die Masseänderung eines Probekörpers. Die Masseänderung resultiert aus der Wasseraufnahme durch kapillares Saugen[7]. Um das kapillare Saugen zu ermöglichen, wird nur die zu prüfende Oberfläche des Probekörpers in direkten Kontakt mit Flüssigwasser gebracht.
Die Probekörper werden in einer Unterbodenaufhängung einer Waage über einem Wasserbad platziert. Durch Justierung des Systems wird nur die Prüffläche in Kontakt mit der Wasseroberfläche gebracht.
Wärmeleitfähigkeit λ und Wärmekapazität cp
Für die Messung der Wärmeleitfähigkeit[5] und/oder der volumetrischen Wärmeleitfähigkeit gibt es zwei unterschiedliche Methoden:
Heat-Pulse-Verfahren
Beim diesem Verfahren wird ein definierter Wärmeimpuls auf einer Materialoberfläche induziert. Anschließend wird der zeitlichen Verlauf der Temperatur ermittelt. Anschließend wird daraus die Wärmeleitfähigkeit als auch die Wärmekapazität[2] berechnet.
Für dieses Verwahren werden an mehreren Probekörpern ebene Oberflächen hergestellt auf denen der Prüfkopf des Messgerätes positioniert werden kann.
(Wasser-)Dampfdiffusionswiderstand(-szahl) μ (DIN EN ISO 12572[3])
Es wird in einem isothermen Gesamtsystem ein konstanter Dampfstrom senkrecht zu der zu untersuchenden Oberfläche des Probekörpers erzeugt. Dies wird durch zwei unterschiedliche aber konstante Luftfeuchten auf den gegenüberliegenden Seiten erreicht. Der so erzeugte Gradient der Luftfeuchte führt im Probenkörper zu einem Ausgleichseffekt senkrecht zur Oberfläche, den Dampfstrom. Da die Randbedingungen für den Dampfstrom konstant sind wird er nach einer längeren Einschwingphase konstant ablaufen. Dieser Zustand soll erreicht werden. Der Probekörper wird in die Öffnug eines Deckels luftdicht eingeklebt, so dass die zu untersuchende Oberfläche nach Innen zeigt.
Das Gefäß zu diesem Deckel wird bis zur Hälfte mit einer Salzlösung befüllt, die die gewünschte Luftfeuchte auf dieser Seite der Probe bereitstellt.
Das Gefäß wird durch den Deckel mit dem eingeklebten Probekörper luftdicht verschlossen, dieser Aufbau wird Cup genannt. Die Raumluftfeuchte auf der äußeren Seite des Probekörpers wird über eine Klimakammer erzeugt, in der die Cups platziert werden. Die unterschiedlichen Raumluftfeuchten verursachen jetzt den Dampfstrom durch den Probekörper und somit eine Gewichtsänderung des Cups. Gemessen wird jetzt diese Gewichtsänderung der Cups über die Zeit. Die Verfahren werden in Dry-Cup und Wet-Cup unterteilt. Beim Dry-Cup herrschen Luftfeuchten von circa 0-5 % in der Klimakammer und circa 32 % im Cup selbst. Beim Wet-Cup herrschen Luftfeuchten von circa 65 % in der Klimakammer und circa 95 % im Cup. Damit geht der Feuchtestrom immer vom Cup-Inneren in die Klimakammer.
Praktischer Feuchtegehalt bei 80% r.H.
Der praktische Feuchtegehalt[4] stellt eine typische Größe für die Feuchtebelastung von Baustoffen dar. Er dient der Auswahl und Anpassung von Vergleichsmaterialien aus der Delphin-Datenbank. Der Feuchtegehalt wird ermittelt indem man ein Material bei eine Luftfeuchte bspw. 80 % Feuchte in einem Exsikkator lagert.
Im Baustoff stellt sich ein Ausgleichsfeuchte ein. Durch die Massenunterschied zum trockenen Probekörper kann anschließend das Wasservolumen im Baustoff ermittelt werden.
Erweiterte Laboruntersuchungen
Zusätzlich zu den bereits aufgeführten Untersuchungen können weitere Tests und Analysen im Labor durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine gründlichere Bewertung von Proben und Materialien unter kontrollierten Bedingungen. Die zusätzlichen Leistungen tragen dazu bei, die Genauigkeit der Ergebnisse zu erhöhen und ermöglichen fundierte Schlussfolgerungen zu ziehen und geeignete Maßnahmen zu empfehlen.
Trocknungsexperiment
Die Bestimmung des Trocknungsverhaltens eines gesättigten Materials unter konstanten Umgebungsbedingungen ergeben einen präzisen Zeitverlauf und die Mechanismen des Trocknungsprozesses analysieren. Dabei werden Parameter wie Feuchtigkeitsgehalt, Temperatur und Luftfeuchtigkeit kontrolliert, um genaue Daten zu erhalten. Diese Untersuchungen liefern wichtige Erkenntnisse über die Reaktionsfähigkeit von Materialien, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden.
Kapillarer Kondensationstest
Versuch speziell für offenporige Dämmstoffe durch Messung der zeitlichen Feuchteaufnahme und der räumlichen Verteilung bei Kondensation. Die Materialien werden seitlich abgedichtet und gedämmt. Durch Kontakt mit einer Kühlplatte entsteht ein Temperaturgradient, der Feuchte aus dem warmen, feuchten Laborraumklima zur kalten Rückseite des Dämmstoffs führt. Die Menge und Verteilung der Feuchte ermöglichen die Quantifizierung des Flüssigtransportes unter diesen Bedingungen.
Materialfunktionen für Simulationssoftware
Für die Erstellung der Materialfunktion werden die Ergebnisse der Bestimmung von Flüssigwasserleitfähigkeit und Dampfleitfähigkeit in Abhängigkeit der Feuchte berücksichtigt. Die Simulation wird automatisch anhand der Laborexperimente kalibriert, wobei ein Optimierungsalgorithmus der inversen Modellierung verwendet wird. Dies ermöglicht eine präzise Anpassung der Simulationsparameter an die realen experimentellen Bedingungen und trägt zu einer verbesserten Genauigkeit und Vorhersagekraft der Modelle bei.
| Kennwert/ Test | COND[8] | DELPHIN[8] |
|---|---|---|
| Wärmeleitfähigkeit | X | X |
| Feuchtespeicherung | X | X |
| Wasseraufnahme | X | X |
| Wasserdampfdiffusionswiderstand | X | X |
| Trocknungsexperiment | X | |
| Kapillarer Kondensationstest | X |
Quellenangabe
- [1] DIN EN ISO 15148 Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten – Bestimmung des Wasseraufnahmekoeffizienten bei teilweisem Eintauchen, Dezember 2018
- [2] DIN EN ISO 10456 Baustoffe und Bauprodukte, Wärme- und feuchtetechnische Eigenschaften, DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin, Mai 2010
- [3] DIN EN ISO 12572 Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten – Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit – Verfahren mit einem Prüfgefäß, Mai 2017
- [4] DIN 4108-3 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung, Oktober 2018
- [5] DIN EN 1745 Mauerwerk und Mauerwerksprodukte – Verfahren zur Bestimmung von wärmeschutztechnischen Eigenschaften, Oktober 2020
- [6] DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte, DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin, März 2017
- [7] DIN EN ISO 12570 Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten – Bestimmung des Feuchtegehaltes durch Trocknen bei erhöhter Temperatur, Juli 2018
- [8] www.bauklimatik-software.de