Kolloquium Industrieböden
kibo
2510-7771
expert verlag Tübingen
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2020
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LittmannEinflüsse auf die Bestimmung der Restfeuchte
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2020
Karl-Heinz Wiegrink
Für die Bestimmung der Restfeuchte mittels CM-Methode oder Darr-Methode muss Material aus dem Werkstoff entnommen werden. Unterschiedliche Entnahmemethoden wurden hinsichtlich ihres Einflusses auf die Restfeuchte untersucht. Zudem wurden ergänzende Messungen zur KRL-Methode durchgeführt. Dabei wurde die Feuchte sowohl zerstörend an Mischproben als auch stetig im Bohrloch gemessen.
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10. Kolloquium Industrieböden - März 2020 203 Einflüsse auf die Bestimmung der Restfeuchte Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Wiegrink Hochschule Augsburg Sachverständigenbüro Dr. Wiegrink, Tutzing, Deutschland Zusammenfassung Für die Bestimmung der Restfeuchte mittels CM-Methode oder Darr-Methode muss Material aus dem Werkstoff entnommen werden. Unterschiedliche Entnahmemethoden wurden hinsichtlich ihres Einflusses auf die Restfeuchte untersucht. Zudem wurden ergänzende Messungen zur KRL-Methode durchgeführt. Dabei wurde die Feuchte sowohl zerstörend an Mischproben als auch stetig im Bohrloch gemessen. 1. Einleitung Die verschiedenen Methoden zur Bestimmung der Restfeuchten werden insbesondere bei Zementestrichen heiß diskutiert. Allgemein anerkannte Prüfmethoden sind die Gravimetrische Feuchtemessung (Darr-Methode) und die CM-Messung. Das Darren gilt gemeinhin als genaueste Messmethode, erfordert jedoch das meiste Vorwissen und ein Baustofflabor zur Durchführung der Messung. Zudem liegen für die Bestimmung der Darr-Feuchte häufig keine allgemein anerkannten Grenzwerte vor, so dass die Bewertung schwer fällt. Die CM-Messung wird seit Jahrzehnten angewandt. Sie hat u.a. die folgenden Vorteile: - Baustellentauglich - Einfach - Schnell - Detaillierte Prüfvorschrift in DIN 18560 mit guter Reproduzierbarkeit Die CM-Messung ist zudem allgemein anerkannte Regel der Technik und weist für die Baustoffe Beton sowie Zement- und Calciumsulfat-Estrich allgemeine anerkannte Grenzwerte auf. Allerdings wird mit der CM-Messung die Baustofffeuchte bei einer chemischen Reaktion gemessen. Dieser Wert hat zunächst wenig mit dem tatsächlichen Feuchtezustand des Baustoffs zu tun, weshalb es für die verschiedenen Baustoffe unterschiedliche Grenzwerte gibt (z.B. Beton für Beschichtungsarbeiten i. Allg. 4 CM-%; Zementestrich (beheizt) 2,0 (1,8) CM-%; Calciumsulfatestrich (beheizt) 0,5 (0,3)1 CM-%; Parkett: Bestimmung im unteren Bereich2, alle anderen Baustoffe). Nachteilig ist, dass für Sonderestriche (Schnellestriche, Trocknungsbeschleunigte Estriche etc.) ggfs. keine allgemein anerkannten Grenzwerte existieren. Durch die Technische Kommission Bauklebstoffe wurde daher in Anlehnung an die in anderen Ländern verbreitete Messung die KRL-Messmethode / 2/ propagiert. Die korrespondierende relative Luftfeuchte (KRL) ist dabei diejenige relative Luftfeuchte in Prozent [% r. F.], die sich im Luftraum über einer Stemmprobe des zu messenden Materials im Gleichgewichtszustand einstellt / 2/ . Grundlage ist, dass die Stemmproben die Eigenschaft besitzen, so lange Wasserdampf aus der Umgebung aufzunehmen bzw. abzugeben, bis sich ein Gleichgewicht der Feuchte zwischen dem Stoff und der Umgebung eingestellt hat. Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es theoretisch nur einen Grenzwert für alle Baustoffe (Beton, Zement-, Calciumsulfat-, Magnesiaestriche oder auch Sonderestriche) geben könnte. Da es noch keine ausreichenden handwerklichen Erfahrungen mit der KRL-Methode gibt, wurden vorläufig zwei Richtwerte für die Belegreife von der Technischen Kommission Bauklebstoffe (TKB) festgesetzt: - 75 % r. F. (unbeheizt) bzw. - 65 % r. F. (beheizt) jeweils bei Probenahme gleichmäßig über den Estrichquerschnitt Neben den Messmethoden gibt es das grundsätzliche Problem, dass bei den drei Messmethoden (Darr-; CM; KRL-Methode) Material aus dem Baustoff entnommen 1 Ggfs. Abweichende Grenzwerte des Herstellers, z.B. Knauf 0,5 CM-% 2 Gemäß Stand Sept 2019. Änderungen geplant. Buch IB.indb 203 11.02.20 12: 53 204 10. Kolloquium Industrieböden - März 2020 Einflüsse auf die Bestimmung der Restfeuchte wird, so dass die Restfeuchte des Baustoffs durch die Probenahme selbst verfälscht werden kann. Welchen Einfluss die Art der Probenahme hat, wurde hier untersucht. 2. Versuchsdurchführung 2.1 Rezepturen und Stoffeigenschaften Die Versuche wurden an Prüfkörpern aus zwei verschiedenen Werkstoffen durchgeführt. Es wurden ein Beton mit Fließmittel und ein Zementestrich hergestellt und verarbeitet. Tabelle 1: Beton C30/ 37, Mischungsberechnung Tabelle 2: Estrich, Mischungsberechnung Die Druckfestigkeit des Betons betrug i.M. 66,2 N/ mm². Die Biegezugfestigkeit des Estrichs betrug i.M. 6,5 N/ mm². 2.2 Probekörper Aus den Materialien wurden Probeplatten mit Abmessungen von rd. 1 m x 0,8 m x 0,15 m hergestellt, aus denen jeweils die Materialproben durch die verschiedenen Verfahren in unterschiedlichen Tiefen entnommen wurden. 3. Methoden 3.1 Messmethoden 3.1.1 Darrmethode Die Proben wurden entnommen und mithilfe der Darr-Methode bei 105°C bis zur Massekonstanz getrocknet. 3.1.2 CM-Methode Die Proben wurden entnommen und mithilfe der CM-Methode entsprechend der Prüfvorschrift in DIN 18560-4 / 1/ untersucht. Beim Beton wurde jedoch das Größtkorn für die CM-Messung abgesiebt. 3.1.3 KRL-Methode Die Proben wurden entnommen und mithilfe der KRL-Methode entsprechend der Prüfvorschrift in / 2/ untersucht. 3.2 Entnahmemethoden Zum Vergleich der Entnahmemethoden wurde die Restfeuchte „nur“ mittels Darren ermittelt. 3.2.1 Kernbohrung, nass Aus den Probeplatten wurden Bohrkerne mit einer handelsüblichen Diamantkernbohrmaschine (Hilti) im Nassverfahren im Durchmesser 50 mm und 100 mm entnommen. Um die Proben nicht zu stark zu verfälschen, wurden sie unter mäßigem Gebrauch von Wasser gebohrt. Dabei wurden die Kerne über die gesamte Dicke (15 cm) entnommen. Nach der Entnahme wurden die Kerne oberflächlich mit Papiertüchern getrocknet. Eine Befeuchtung der Proben ist jedoch nicht vermeidbar. Die Kerne wurden in unterschiedliche Tiefen in Teilproben gespalten. Diese wurden in PE-Folien dicht verpackt und weiter untersucht. Die Probenahme war problemlos möglich. 3.2.2 Kernbohrung, trocken Aus den Probeplatten wurden Bohrkerne mit einer handelsüblichen Diamantkernbohrmaschine (Hilti) im Durchmesser 50 mm und 100 mm entnommen. Die Kernbohrung erfolgte trocken und ohne besondere Absaugung des Bohrmehls. Dabei wurden die Kerne über die gesamte Dicke (15 cm) entnommen. Nach der Entnahme wurden die stark erwärmten Kerne in Folie gewickelt und in unterschiedliche Tiefen in Teilproben gespalten. Diese wurden in PE-Folien dicht verpackt und weiter untersucht. Buch IB.indb 204 11.02.20 12: 53 10. Kolloquium Industrieböden - März 2020 205 Einflüsse auf die Bestimmung der Restfeuchte Die trockene Kernbohrung erwies sich wie erwartet als äußerst problematisch. Die Bohrkrone verkeilte sich mit zunehmender Tiefe und dem dadurch zunehmendem Bohrstaub leicht; ein langsamerer Vorschub und wiederholtes Ansetzen wirkte dieser Problematik entgegen. Der geringere Vorschub diente dazu, dass weniger Material in derselben Zeit abgetragen und somit das Risiko des Verkeilens minimiert wurde. Das wiederholte Ansetzen sorgte dafür, dass der Bohrstaub abgeführt und somit die Reibung verringert wurde. Beim Estrich zerbrachen jedoch mehrere Bohrkerne während des Bohrens. Die Bohrkernwandung erwärmte sich von 21°C auf bis zu 67°C; dies kann ggfs. zu einer verstärkten Austrocknung führen. Der Diamantverschleiß war sehr hoch. 3.3 Stemmen von Hand Beim Stemmen von Hand wurde ein Loch mit den Abmessungen 10 cm x 10 cm von Hand mit Hammer und Meißel gestemmt. Es wurde versucht, möglichst große Teilstücke auszustemmen. Die Teilstücke wurden während des Stemmvorgangs in PE-Folien dicht verpackt und weiter untersucht. Eine messbare Temperaturerhöhung (21°C) fand beim Stemmen von Hand nicht statt, dafür dauerte der Stemmvorgang in größerer Tiefe und bei der höheren Betonfestigkeit länger, so dass hier ggfs. eine Austrocknung stattfinden kann. Die Probenahme ist bei Estrich und geringeren Dicken (< 8 cm) problemlos möglich. 3.4 Stemmen mit Stemmhammer Beim Stemmen mit Stemmhammer wurden jeweils zwei rechteckige Löcher, mit den Abmessungen 10 x 10 cm und 20 x 20 cm gestemmt. Es wurde versucht, möglichst große Teilstücke auszustemmen. Beim Stemmen erhöhte sich die Temperatur im Stemmloch von 21°C auf rd. 27°C Die Teilstücke wurden während des Stemmvorgangs in PE-Folien dicht verpackt und weiter untersucht. Das Stemmen war problemlos möglich. Beim Beton mit höherer Festigkeit war es jedoch kaum noch möglich größere Stücke zu entnehmen. 3.5 Bohrmehlentnahme im Bohrloch Bei dieser Probenahme wurden mit einer Schlagbohrmaschine und einem Steinbohrer mit dem Durchmesser von 20 mm mehrere Löcher in die Probeplatten gebohrt. Das Bohrmehl erwärmte sich von 21°C auf rd. 40°C. Die Teilproben wurden während des Bohrvorgangs in PE-Folien dicht verpackt und weiter untersucht. Nach dem jeweiligen Erreichen der Teiltiefe wurde der obere Bereich der Bohrlöcher gründlich mit einer Luftdruckpistole ausgeblasen. Dadurch wurde verhindert, dass Bohrmehl von der vorherigen Schicht in die darunter liegende Entnahmeschicht eindrang. 4. Ergebnisse 4.1 Entnahmemethode Die Ergebnisse zum Einfluss der Entnahmemethode beim Estrich sind in Bild 1 dargestellt. Beim Estrich lieferten alle drei Stemmmethoden ähnliche Ergebnisse. Die etwas größeren Restfeuchten bei der Handstemmmethode können ggfs. auch auf Prüfstreuungen zurückzuführen sein. Die nass entnommenen Kernbohrungen wiesen bei einem Durchmesser von 50 mm erwartungsgemäß deutlich größere Restfeuchte auf. Bei 100 mm-Durchmesser trat dieser Effekt nur im oberen Bereich auf. Im unteren Bereich trat dieser Effekt nicht auf. Bei den trockenen Entnahmemethoden wies die Entnahme mittels Bohrmehl und mittels 50 mm-Durchmesser erwartungsgemäß geringere Restfeuchte auf. Die trockene Entnahme mittels 100 mm-Durchmesser wies im oberen Bereich sogar geringfügig höhere Werte als die Stemmproben auf. Im unteren Bereich war die Abweichung dafür umso größer. Die Ergebnisse zum Einfluss der Entnahmemethode beim Beton sind in Bild 2 dargestellt. Beim Beton lieferte das Stemmen mit dem Stemmhammer im 20 cm x 20 cm Loch, die höchsten Werte. Tendenziell scheint das langsame Stemmen von Hand unter den trockenen Laborbedingungen zu einer vorzeitigen Austrocknung zu führen. Die Abweichungen bei den Stemmmethoden können ggfs. auch auf Prüfstreuungen zurückzuführen sein. Die nass entnommenen Kernbohrungen wiesen bei einem Durchmesser von 50 mm nur auf der Oberseite erwartungsgemäß eine deutlich größere Restfeuchte auf. Bei 100 mm-Durchmesser trat dieser Effekt ebenfalls geringer auf. Im unteren Bereich zeigten die nass entnommenen Kernbohrungen keine deutliche Wasseraufnahme. Wahrscheinlich war hier die Restfeuchte des Betons noch so hoch, dass die Durchfeuchtung nur eine geringe Randzone beeinflusste. Bei den trockenen Entnahmemethoden wies die Entnahme mittels Bohrmehl erwartungsgemäß geringere Restfeuchte auf. Die trockene Entnahme wies sowohl bei 50 mm als auch bei 100 mm-Durchmesser zum Teil unerklärlich höhere Werte als die Stemmproben auf. Buch IB.indb 205 11.02.20 12: 53 206 10. Kolloquium Industrieböden - März 2020 Einflüsse auf die Bestimmung der Restfeuchte Bild 1: Einfluss der Entnahmemethode bei Estrich Bild 2: Einfluss der Entnahmemethode bei Beton 5. KRL-Methode Ergänzend wurden Messungen mit der KRL-Methode durchgeführt. Dabei wurde die Feuchte sowohl zerstörend an Mischproben als auch stetig im Bohrloch gemessen. 5.1 Vergleich Darr-Methode mit CM-Methode Beim Vergleich der beiden Methoden zeigte sich der bekannte Zusammenhang, wonach die mittels Darren ermittelte Restfeuchte in M.-% bei Zementestrich und Beton um rd. 1 bis 2 % höher ist als die mittels CM-Methode ermittelten Werte. Bild 3: Vergleich CM-Messung mit Darren (M.-%) 5.2 Vergleich Darr-Methode mit KRL-Methode Beim Vergleich der beiden Methoden zeigte sich kein eindeutiger Zusammenhang. Während bei Zementestrich ein gewisser Zusammenhang erkennbar war, wiesen Betone bei etwa gleicher Restfeuchte (rd. 3 M.-%) stark unterschiedliche KRL-Feuchte von 74 % bis 90 % auf, die nicht mit üblichen Sorptionsisothermen erklärbar sind. Bild 4: Vergleich KRL-Messung mit Darren (M.-%) 5.3 Vergleich CM-Methode mit KRL-Methode An einem rd. 5 cm dicken Zementestrich wurden bei einseitiger Austrocknung nach oben im trockenen Laborklima vergleichende Messungen im unteren Bereich zwischen der CM-Methode und der KRL-Methode während der Austrocknung durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Bild 5 dargestellt. Bild 5: Vergleich CM-Messung mit KRL-Messung bei stetiger einseitiger Austrocknung Auf der einen Seite zeigt sich ein stetiger Zusammenhang zwischen CM-Methode und KRL-Methode. Auf der anderen Seite entsprach einer Restfeuchte von 2,0 CM-% eine KRL-Feuchte von 86 % r.F., die nach rd. 7 Wochen erreicht wurden. Bis zum Erreichen eine KRL-Feuchte von 75 % r.F. vergehen jedoch über 3 Monate. Der Grenzwert von 75 % r.F. liegt somit offensichtlich zu weit auf der sicheren Seite. Buch IB.indb 206 11.02.20 12: 53 10. Kolloquium Industrieböden - März 2020 207 Einflüsse auf die Bestimmung der Restfeuchte 5.4 KRL-Methode - Einfluss der Querschnittsmessung Wenn bei der KRL-Methode die Probe über den gesamten Querschnitt entnommen wird, so finden bei der Messung sowohl Adsorptionsals auch Desorptionsvorgänge statt. In einem ergänzenden Versuch wurde daher die KRL-Feuchte zunächst einzeln an der Oberseite und Unterseite ermittelt, s. Tabelle 3. Anschließend wurden die gleich schweren Proben gemischt. Rechnerisch würde sich wie bei der CM-Messung oder der Darr-Messung der Mittelwert zwischen den Einzelwerten ergeben. Tatsächlich war der Messwert des Gemisches jedoch deutlich erhöht und entsprach nahezu der feuchteren Einzelmessung. Probe Einzelfeuchte [% r.F.] Gemischfeuchte Mittelwert [% r.F.] Messwert [% r.F.] M3-Oberseite 61 72 82 M3-Unterseite 83 M1-Oberseite 59 76 90 M1-Unterseite 93 Tabelle 3: KRL-Messungen auf der Ober- und der Unterseite von Estrich und KRL-Feuchte des Gemisches Adsorptionskurven und Desorptionskurven können jedoch insbesondere bei starker vorheriger Trocknung einer Teilprobe signifikant unterschiedlich verlaufen, s. Bild 6. Die feuchtere Teilprobe „trocknet“ dabei auf der Desorptionslinie, die trockenere Teilprobe „befeuchtet“ auf der Adsorptionslinie solange bis beide Teilproben die gleiche relative Feuchte erreicht haben, obwohl sie noch eine erhebliche Differenz im Feuchtegehalt in M.-% aufweisen. Bild 6: Adsorption und Desorption von Zementestrichen / 4/ . Mit Eintragung der Messwerte M1 aus Tabelle 3. 6. Zusammenfassende Bewertung Die Entnahmemethode hat einen signifikanten Einfluss auf die ermittelte Restfeuchte von Beton und Estrich. Weder mit Bohrmehl noch mit Kernbohrungen lassen sich die Proben unbeeinflusst entnehmen. Bei Estrichen führt die Entnahme von Hand zu etwas höheren Werten, während beim Beton das maschinelle Stemmen zu etwas höheren Werten führt. Ob es sich hierbei um repräsentative Unterschiede oder um Prüfstreuungen handelt, muss in einer weiteren Forschungsarbeit geklärt werden. Die KRL-Methode lieferte bei der Querschnittsmessung keine reproduzierbaren Ergebnisse. Dies ist vermutlich auf die großen Einflüsse bei der gleichzeitigen Desorption und Adsorption zurückzuführen. Hier ist weiterer Forschungsbedarf nötig. Der Grenzwerte der KRL-Methode von 75 % r.F. / 2/ liegt im Vergleich zum bewährten Grenzwert von 2,0 CM-% zu weit auf der sicheren Seite. Baustellenübliche Zeiträume von wenigen Wochen bis zur Belegereife sind damit kaum möglich. Hier besteht weiterer Forschungsbedarf zur Ermittlung eines praktikablen Grenzwertes. 7. Danksagung Vielen Dank an die Fachhochschule Augsburg für die Bereitstellung der Räumlichkeiten im Baustofflabor und deren Mitarbeitern Dengler und Hager für ihre Unterstützung. Besonderer Dank gilt den Studenten die im Rahmen ihrer Studienarbeiten / 5; 6/ wesentliche Ergebnisse dieser Veröffentlichung erarbeitet haben. Literatur [1] DIN 18560-4: 2012: Estriche im Bauwesen - Estriche auf Trennschicht [2] TKB-Merkblatt 18 KRL-Methode, Messung und Beurteilung der Feuchte von mineralischen Estrichen, 2018 [3] TKB-Merkblatt 16 Anerkannte Regeln der Technik-bei der CM-Messung [4] TKB-Bericht 4: Belegreife und Feuchte Sorptionsisothermen und die Interpretation von KRL-Messungen, 2018 [5] Anar A.; Anzenhofer, K.; Bauer, M.; Haddad, M.; Kiesel, S.; Mayer, P.; Weigl, A.: Wirkung von Trocknungsbeschleunigern, B4-Studienprojekt, 2019, Hochschule Augsburg, unveröffentlicht [6] Laber, B.; Rotter, C.; Freiberger, A.; Wagner, D.; Roth, D.; Linse, J..; Hammer, M.: Wie wirkt sich die Entnahmemethode der Probe auf die Feuchtigkeit von Beton und Estrich aus? B4-Studienprojekt, 2019, Hochschule Augsburg, unveröffentlicht Buch IB.indb 207 11.02.20 12: 53
