EIPOS_05_3.4_Feuchte- und Salzanalyse

Was sind bauschädliche Salze?

Salz=  Metall-Ion + Säure –Ion     ( Stoffe mit Ionenbindung )

               Kation     + Anion    

Salze sind ein Reaktionsprodukt:  Base + Säure →Salz + Wasser

Dissoziation ( selbststätiger Vorgang der Teilung einer chemischen Verbindung in zwei oder mehrere Moleküle,  Atome oder Ionen ) von Salzen=   Aufspalten der Ionenverbindung in wässriger Lösung  →damit Reaktionsfähigkeit der Ionen!!

Salz I + starke Säure + Wasser → Salz II + schwache Säure + Wasser

Tabelle Kationen/Anionen

Anionen Kationen	Sulfat  SO42-	Chlorid CL-	Nitrat  NO3 -
Magnesium    Mg 2 +	Magnesiumsulfat Bittersalz häufiger Wechsel der Hydratstufen	Magnesiumchlorid   Stark hygroskopisch	Magnesiumnitrat   hygroskopisch  kristallisationsaktiv
Calcium           Ca 2 +	Calciumsulfat Gips einmalige Volumenzunahme ; hygroskopische Dehnung	Calciumchlorid   Stark hygroskopisch	Calciumnitrat Mauersalpeter hygroskopisch kristallisationsaktiv Sehr löslich
Natrium          Na	Natriumsulfat Glaubersalz häufiger Wechsel der Hydrationsstufen	Natriumchlorid Speisesalz hygroskopisch	Natriumnitrat Natronsalpeter hygroskopisch kristallisationsaktiv
Kalium            K+	Kaliumsulfat   häufiger Wechsel der Hydrationsstufen	Kaliumchlorid Kalisalz Wenig hygroskopisch	Kaliumnitrat Kalisalpeter Wenig hygroskopisch
Ammonium   NH4+	Ammoniumsulfat     Stark Beton schädigend	Ammoniumchlorid Salmiak   Stark Beton schädigend	Ammoniumnitrat Ammonsalpeter Hygroskopisch, sehr löslich

Wo finden wir Kationen in der Bausubstanz?

Magnesium ,      Mg ^{2 +}  

• Baustoffe ( dolomithaltige Mörtel und Natursteine )
• Trockene Deposition ( Industriestaub ; Baustofflager )
• Grundwasser mit hoher Härte ; Spritzwasser
• Düngemittel
• Winterdienst mit Magnesialauge ( angrenzendes Straßennetz )

Calcium,   Ca ²⁺

• Baustoffe z.B. Kalkmörtel , Beton ; kalkhaltige Naturstein
• trockene Deposition ( Industriestaub, Baustofflager )
• Grundwasser mit hoher Härte 

Natrium, Na⁺ und Kalium K⁺     

• Zementhaltige Baustoffe , Tausalze im Mörtel
• Tausalze auf Wegen, Grundwasser; Spritzwasser
• frühere Behandlung mit Natrium- bzw. Kaliumwasserglas oder  alkalische Materiealien

Ammonium, NH₄⁺   

• Harnstoffe ( Tierhaltung, Toiletten)
• Düngemittel

Wie gelangen Anionen in die Bausubstanz?

Sulfat SO₄ ^2-

• Luftverunreinigung z. B Verbrennen von schwefelhaltiger Kohle und Erdöl
• Baustoffe ( gebrannte Ziegel, gipshaltige Baustoffe )
• Grundwasser / Spritzwasser

Chlorid CL^-

• Tausalze ( Winterdienst und Mörtelzusatz )
• Verwendung von HCl zum Absäuern ( z.B. Reinigen von Klinkerfassaden )
• Luftverschmutzung ( z.B. bei Verbrennen von PVC )
• Grundwasser ; Spritzwasser

Nitrat NO_3-

• Tierhaltung
• Dünger
• Verwesung ( Friedhof )
• Fäkalien
• Deposition aus der Luft , auch Regenwasser ( auch bei intensiver Tierhaltung in der Umgebung )
• Grundwasser
• Autoabgase und andere Hochtemperaturverbrennungen

Wie kommt es nun zum eigentlichen Schaden im Bauwerk?

Voraussetzung ist also das Vorhandensein dieser Kationen und Anionen in der Bausubstanz, die  in trockener Form oder mit Hilfe von Wasser eingebracht werden konnten.

Abhängig vom Grad der vorhandenen Feuchte ( z.B.wässriges Medium ) kommt es nun zur Reaktion der Schadsalze.

Dabei unterscheiden wir drei Formen:

1. Die Kristallisation der Salze durch Erhöhung der Konzentration → treibender Angriff ist dabei der Kristallisationsdruck
2. Die Kristallumbildung bei Wechsel der Umgebungsfeuchte  →  treibender Angriff ist hier der Hydrationsdruck
3. Hygroskopie der Salze  → verantwortlich für Materialdurchfeuchtung und Salzwanderungen  ( Hygroskopie ist hier die Fähigkeit der Salze, Wasser aus der angrenzenden Luft zu absorbieren )

An den Wandoberflächen ( Verdunstungsflächen ) kann es nun zu sichtbaren Kristallisationen durch Überschreitung der Löslichkeit  kommen. ( z.B. Calciumnitrat ; Mauersalpeter ) 

Diese Schadaktivitäten können teilweise oder vollkommen zu einer chemischen Veränderung des Baustoffes führen. Ursache ist somit der lösende Angriff .

Woher kommt die notwendige Feuchtigkeit für die Lösung und den Transport der Ionen?

• Aufsteigende Feuchte
• Regenwasser ( Schlagregen, Spritzwasser, Sickerwasser, defektes Dach usw. )
• Rohrbruch, Löschwasser
• Hygroskopische Feuchte ; durch das Porensystem des Baustoffes und/ oder durch Salze verursacht,
• Kondenswasser ; durch Taupunktunterschreitung von Luft und Bauteiltemperatur

Was sind Hydratstufen?

Hydratstufen ( Faktor n ) sind ein Parameter für das Schädigungspotential von Salzen

z. B Natriumsulfat ( Glaubersalz ) Na₂SO₄  * n H₂O    n = 7; 10

Schädigung durch Expansionseffekte + Krsitallwanderung

Was ist Gleichgewichtsfeuchte?

Angaben in % ; ist der Wassergehalt eines Baustoffes, der sich bei konstanter Lagerung in einem Raum mit konstanter Temperatur und Raumluftfechte einstellt.

(Beispiel: je niedriger Gleichgewichtsfeuchte zB. 33% immer feucht, da rel. Luftfeuchtigkeit i.d.R. > 33%)

Kann zum Entfeuchten von Räumen genutzt werden.

Was für Wasser gibt es in Baustoffen ?

Nicht mobil, nur durch Zerstörung messbar:

• Chemisch gebundenes Wasser

• Wasser in Gelporen ( nm Bereich )

Mobil , temperaturabhängig austreibbar

• Hydratwasser ( in Salzen angelagert )
• Wasser in Kapillar- und Luftporen                    

Kapillarkondensation                Kapillarsog ; Adsorbtionswasser  bei 0,1 -100 µm

Wie lautet die Formel für die Baustofffeuchte?

W= Angaben in Masseprozentfeuchtegehalt

W=        mw - md / md * 100%   

Wie wird Wasser durch poröse Feststoffe aufgenommen?       

1. Wasserdampf          →Wasserdampfsorption ( Ausgleichsfeuchte )

                                     →Wasserdampfdiffusion mit Kapillarkondensation

                                                                 ( bei höherer  Feuchte )

2. flüssiges Wasser     → kapillare Wasseraufnahme ( Saugspannung )

                                     → Aufnahme durch atmosphärischen Druck

Wie wird Wasser transportiert?                                             

1. Dampftransport →Wasserdampfdiffusion abhängig von: Dampfdruck + Temperatur

                                 →Wasserdampfströmung

                                 →Molekulartransport (Effusion )

                                 →Lösungsdiffusion ( Moleküle durch Feststoffe )

                                 →Konvektion  ( Luftzug ) Gesamtdruck- und Dichteunterschiede

    

2. Flüssigtransport →Kapillarität ; durch kapillaren Unterdruck 

                                 →Oberflächendiffusion ; abhängig von relativer Luftfeuchte

                                 →Sickerströmung ; Gravitation

                                 →Hydraulische Strömung

                                 →Elektrokinese ( elektrische Felder )

                                 →Osmose; Ionenkonzentration

Welche Porentypen gibt es ?

1. Geschlossene isolierte Pore
2. Durchgängige Kapillarpore
3. Sackpore
4. Kugelpore, Luftpore
5. Haufwerksporen →  können kapillarbrechend wirken

                                  →  sehr kleine Poren können wie Kapillaren wirken

Wesentliche Merkmale der Wasserdampfdiffusion.

• Von warm nach kalt
• Molekültransport ( Brown`sche Molekularbewegung )
• Mindestporenradius 100 nm !  ( 1mm = 1 000 000 nm )

   

  Abhängig von

• Beweglichkeit der Moleküle , somit Temperatur und Luftdruck
• Konzentrationsunterschieden ( absoluter Wassergehalt der Luft   c )
• Porengefüge

Wozu soll eine Salzanalyse dienen?

1. Bestimmung:

• Unterscheidung hygroskopischer Salze von anderen
• Unterscheidung kristallisationsaktiver Salze von weniger zerstörerischen Salzen

   

2.Ursachensuche

• Feuchtequelle →aufsteigende Feuchte?

                                                   →hygroskopische Feuchte und Kondensationsfeuchte

                                                   →Quelle der Schadsalzionen?

                                                   →Ermittlung der Verteilung von Feuchte und Salzen im Bauteil 

3 Ableiten von Sanierungsmaßnahmen

• Bauwerksabdichtung
• Sanierputz/ Kompressenputz
• Salzreduzierung
• z.B. Lüftungsmaßnahmen, Maßnahmen zur Reduzierung der Feuchte

Welche Verfahren der Salzanalyse gibt es?

1.stimmung des Gesamtsalzgehaltes →Lösung der Salze ( Materialprobe ) in destilliertem Wasser

• Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit des Eluates
• Gravimetrische Bestimmung des Eindampfrückstandes

   

2. Aufdrücken des Merck- Teststäbchens

3. Photometrische und Ionenchromatografische Verfahren

4. Röntgendiffaktrometrie XRD

5. Rasterelektronenmikroskop ( REM ) und Mikrosonde (EDX )

6. Durchlichtungsmikroskopie

Wie lautet die Formel für die Berechnung der kapillaren Steighöhe?

h max = 1,49 / r r= Kapillarradius in mm

Was kennzeichnet den hygroskopischen Feuchtebereich?

1. Sorbtionsbereich

2.Adsorbtion

Was kennzeichnet den überhygroskopischen Feuchtebereich?

1. Kapillarwasserbereich

2. Kapillarkondensation

3. ungesättigte Porenwasserströmung mobiles Wasser!

→ Grenzbereich zu Übersättigung: 100 % r LF