Materialfeuchtemessgerät

A Grundsätzliches zur Materialfeuchtigkeit

Die Materialfeuchtigkeit hat bei vielen Produkten große Auswirkungen auf Nutzbarkeit und Dauerhaftigkeit. Bei Lebensmitteln beeinflusst der Wassergehalt u.a. den Erntezeitpunkt und die Lagerfähigkeit, bei Brennmaterial die Energieausbeute und den Schadstoffausstoß, bei Baustoffen das Quell- und Schwindverhalten und den Wärmedämmwert. Die Besiedlung von Materialien mit Bakterien oder Pilzen ist nur bei ausreichend hoher Feuchtigkeit möglich, kann also durch das Unterschreiten der Grenzwerte verhindert werden.
Gibt ein Materialfeuchtemessgerät die Materialfeuchte in Prozent an, kann die Wassermenge auf die Trockenmasse oder auf die Feuchtmasse bezogen sein. Diese Unterscheidung ist sehr wichtig für den Vergleich der Messergebnisse. Je größer der Wasseranteil, desto höher ist der Unterschied zwischen den auf Trockenmasse und den auf Feuchtmasse bezogenen Werten.

Tabelle 1 Relative Materialfeuchte – Vergleich Feuchtegehalt und Feuchteanteil

Nachfolgend werden verschiedene Materialfeuchtemessgerät Messverfahren beschrieben.

B Messverfahren bei Materialfeuchtemessgeräten
B1 Grundsätzliches zum Materialfeuchtemessgerät

Grundsätzlich kann zwischen direkten und indirekten Materialfeuchtemessungen unterschieden werden. Direkte Methoden geben ohne weitere Vergleiche die Materialfeuchtigkeit über die Wassermenge quantitativ an. Die Darr-Methode und die Kalziumkarbid-Methode sind genormte, direkte Methoden. Die indirekten Verfahren bestimmen zunächst physikalische Eigenschaften des Materials, die mit der Materialfeuchte in Zusammenhang stehen. Um relativ genaue Werte für die Materialfeuchte zu erhalten, muss materialspezifisch kalibriert bzw. umgerechnet werden. Wo dies nicht möglich oder zu aufwendig ist, können vergleichende Aussagen zum räumlichen bzw. zeitlichen Verlauf der Materialfeuchtigkeit gemacht werden. Wegen der schnellen, zerstörungsfreien Feststellung von Feuchteunterschieden eignen sich die Materialfeuchtemessgeräte mit indirekten Verfahren besonders für die Prozessüberwachung und -steuerung und die Eingrenzung von Bereichen mit hoher Feuchtigkeit.

Ein Materialfeuchtemessgerät kann zudem unterschieden werden in Geräte bei denen:
- Proben entnommen werden müssen –> Darr-, Calciumcarbid-, KRL-Methode
- Einstichlöcher oder Bohrungen nötig sind –> elektrische Widerstandsmessung
- das Prüfgerät lediglich aufgelegt wird –> kapazitive Messung
- das Messgerät Sichtkontakt zur Fläche braucht –> Infrarot-Verfahren
- Sensoren von Material umströmt werden –> Mikrowellen-, VHF-Wellen-Verfahren
- Sensoren die Feuchte der Umgebungsluft messen –> KRL-Methode

B2 Materialfeuchtemessgerät mit der Darrmethode

Bei der Darrmethode wird das zu untersuchenden Materials so lange getrocknet, bis keine Gewichtsverringerung mehr auftritt. Der Gewichtsverlust entspricht dem verdunsteten Wasser. Aktuelle Materialfeuchtemessgeräte, die nach der Darrmethode arbeiten, bestehen aus Trockenkammer und Präzisionswaage in einem Gerät. Die meisten dieser Prüfgeräte sind auf sehr kleine Probenmengen ausgelegt, wodurch sich die Trocknungszeit erheblich verkürzt. Bei diesen Feuchtebestimmerwaagen kann die Trocknungstemperatur und die Aufheizgeschwindigkeit an das zu untersuchende Material angepasst werden. Zum Beispiel ist für Gips und Anhydrit festgelegt, dass die Trocknung bei 40°C durchzuführen ist, da bei höheren Temperaturen auch kristallin gebundenes Wasser abgegeben wird. Im Automatikmodus wird Beheizung automatisch beendet, wenn keine Gewichtsveränderung mehr gemessen wird.
Zeigt das Prüfgerät die Materialfeuchte bezogen auf das Feuchtgewicht und man benötigt die Angabe bezogen auf das Trockengewicht, lässt sich der Wert aus dem Startgewicht und Trockengewicht berechnen (Siehe auch Tabelle 1 in Abschnitt A).

B3 Materialfeuchtigkeit Messgerät mit der Kalziumkarbidmethode

Kalziumkarbid (auch Calciumcarbid) reagiert bei Kontakt mit Wasser zu Kalziumhydroxid und Acetylen. Wenn genug Kalziumkarbid verfügbar ist, wird alles verfügbare Wasser umgesetzt.

CaC2 + 2H2O ----> Ca(OH)2 + C2H2

Lässt man die Reaktion in einem geschlossenen Gefäß ablaufen, dessen Innendruck gemessen werden kann, kann die Acetylenmenge aus dem Druckanstieg bestimmt werden. Aus der Acetylenmenge ergibt sich dann der Wassergehalt der Materialprobe.
In DIN 18560-1 (2015-11) „Estriche im Bauwesen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen, Prüfung und Ausführung“ ist die Kalziumkarbidmethode zur Feuchtemessung vorgeschrieben und geregelt.

Dort heißt es unter Punkt 6.4 Messung des Feuchtegehaltes:
„Die Messung des Feuchtegehaltes zur Beurteilung der Belegreife auf der Baustelle erfolgt über die Calciumcarbid-Methode ... ANMERKUNG Alternative Messmethoden (z. B. dielektrische Methoden) dienen ausschließlich zur Vorprüfung und zur Eingrenzung feuchter Flächen.“
Wegen der Normvorgaben, der Ausführbarkeit vor Ort und der relativ schnellen Ergebnisse ist ein Materialfeuchte Messgerät für die Kalziumkarbidmethode insbesondere für Estriche bekannt und verbreitet. Mit Verweis auf die Methode werden die Ergebnisse häufig als CM-% angegeben. Die Verlässlichkeit der Ergebnisse ist für Anhydritestriche bei korrekter Ausführung sehr hoch. Bei Zementestrichen kommt es wegen der heute verwendeten Zementsorten und geänderter Wasser/Zement-Werte zu Abweichungen von den mit der Darrmethode ermittelten Werten.


B4 Materialfeuchtemessgerät mit der kapazitiven bzw. dielektrischen Methode

Das Verhalten von Materialien im elektrischen Feld ändert sich mit dem Feuchtegehalt. Messungen mittels einem Materialfeuchtemessgerät nach dem kapazitiven Verfahren sind zerstörungsfrei und beliebig oft wiederholbar.

Die Messtiefe und Messwerte sind stark von der Art und Struktur des zu messenden Materials abhängig und können sowohl durch Salze als auch durch metallische Fremdkörper im Messbereich verfälscht werden. Für bekannte Materialien bei denen die Störgrößen ausgeschlossen sind und definierte Umgebungsbedingungen lassen sich verlässliche Werte ermitteln. Für andere Materialien ist das Verfahren zur schnellen Feststellung und Eingrenzung von Bereichen mit erhöhter Feuchtigkeit geeignet.

B5 Materialfeuchtemessgerät mit der Widerstandsmethode

Bei Materialien die Feuchtigkeit aufnehmen können, steigt mit der Feuchte auch die elektrische Leitfähigkeit bzw. sinkt der elektrische Widerstand. Diese elektrischen Eigenschaften sind jedoch auch von der Temperatur, der Materialzusammensetzung und dem Vorhandensein gelöster Salze abhängig. Die Temperaturabhängigkeit kann bei einigen Prüfgeräten über Sensoren oder manuelle Einstellung kompensiert werden. Wegen der Materialabhängigkeit sind bei den meisten Geräten verschiedene Materialien bzw. Materialgruppen hinterlegt. Oft fehlen jedoch genaue Angaben z.B. zu Dichte und Zusammensetzung des Materials für die hinterlegte Umrechnungskurve. Einige Geräte haben die Möglichkeit, eigene Materialkurven zu hinterlegen.

Ein Materialfeuchte Messgerät mit der Widerstandsmethode liefert schnell und zerstörungsarm Ergebnisse, mit denen Feuchteabweichungen festgestellt und eingegrenzt werden können. Mit teilisolierten Sensornadeln kann in verschiedenen Tiefen gemessen und festgestellt werden, ob zum Beispiel innen eine höhere Feuchte als außen vorliegt. Daraus können neben der Feststellung einer eventuellen Gefährdung durch zu hohe Feuchte auch Rückschlüsse auf das Austrocknungsverhalten und die Feuchteursachen gezogen werden.

B6 Messung der Materialfeuchte über die korrespondierende Luftfeuchte - KRL-Methode

Die Materialfeuchte ist für die meisten Materialien kein fester Wert, sondern sie ist vom Umgebungsklima abhängig. Bei gleichbleibender Temperatur stellt sich zwischen der Materialfeuchte und der relativen Luftfeuchte der Umgebung ein Gleichgewicht ein. Das heißt, ein Material wird solange Feuchtigkeit aufnehmen oder abgeben, bis es mit der Feuchte der Umgebungsluft im Gleichgewicht ist. Diese Eigenschaft lässt sich zur Bestimmung der Materialfeuchtigkeit nutzen.

Man kann zur Messung der korrespondierenden Luftfeuchte Materialprobe und Sensor in einem luftdichten Gefäß oder Folienbeutel einschließen, den Sensor in abgedichtete Bohrlöcher, Rohrleitungen oder Behältern einbringen oder einen Bereich der Materialoberfläche und den Sensor mit einer luftdichten Folie abkleben. Je mehr die relative Luftfeuchte der eingeschlossenen Luft ansteigt, desto höher ist die Materialfeuchte und das Bestreben des Materials, diese Feuchte an die Umgebung abzugeben.

Der Industrieverband Klebstoffe e.V. beschreibt im TKB Bericht 2 „Die KRL-Methode zur Bestimmung der Feuchte in Estrichen“, die Vorgehensweise mit Probeentnahme aus Estrichen analog zur Kalziumkarbidmethode. Bei Estrichen ist die ausreichende Trocknung vor dem Aufbringen des Oberbelages sehr wichtig, damit es nicht durch die Feuchte oder den Dampfdruck zu Schäden am Fußbodenbelag kommt.

B7 Materialfeuchtemessgerät mit Mikrowellen

Bei einem Materialfeuchtemessgerät mit Mikrowellenverfahren wird die Durchdringung (Adsorption) bzw. Reflexion von Mikrowellen in Abhängigkeit von der Materialfeuchtigkeit gemessen. Die Sensoren arbeiten entweder berührungsfrei, werden auf die Materialoberfläche aufgesetzt, in Bohrlöcher oder Rohrleitungen zum Materialtransport eingebracht. Zur Auswertung wird entweder das transmittierte oder das reflektierte Signal verwendet. Da nur eine geringe Mikrowellenleistung für die Messung erforderlich ist, wird eine Gefährdung von Personen ausgeschlossen und das Material nicht durch die Strahlung verändert.

Die Bestimmung der Materialfeuchtigkeit mit Mikrowellenprüfgeräten ist schnell und an der selben Stelle wiederholbar. Bei Feuchtemessungen für Produktions- oder Lagerprozesse können zusätzliche Einwirkungen z.B. Temperatur, Schichthöhe, Schüttdichte erfasst und in die Auswertung einbezogen werden.