Erforschung eines reaktiven Markersystems für Tiefenhydrophobierungen nanoporöser, zementgebundener Werkstoffe
01.01.2010 bis 31.12.2013
StoCretec GmbH
Stahlbetonbauwerke der Verkehrsinfrastruktur sind nutzungsbedingt Expositionen ausgesetzt, die zu Schäden an der Konstruktion führen können. Dabei ist in erster Linie die Einwirkung von tausalzhaltigen Wässern im Winter zu nennen, die durch den Beton kapillar und über Diffusionsvorgänge aufgenommen werden. Ein Weg, die kapillare Wasseraufnahme zu unterbinden, ist eine Tiefenhydrophobierung der Werkstoffoberflächen. Die Wirksamkeit und die Dauerhaftigkeit dieser Maßnahme werden im Wesentlichen durch die Eindringtiefe und den Wirkstoffgehalt in der Betonrandzone bestimmt. Diese Parameter gilt es in der Qualitätssicherung zu überprüfen.
Bisherige Verfahren zur Qualitätssicherung einer Hydrophobierung sind mit einer Bohrkernentnahme verbunden. Andere Verfahren, die zerstörungsfreie und in-situ erfolgen, liefern keine Informationen über die Eindringtiefe und Wirkstoffverteilung. Das Fehlen eines geeigneten analytischen Verfahrens hat bisher eine breite praktische Anwendung der als technisch sehr leistungsfähig geltenden Tiefenhydrophobierungen verhindert.
Im Rahmen von SILAMARK wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem vor Ort die Hydrophobierung nachgewiesen und hoch aufgelöst die Wirkstoffverteilung in der Betonrandzone detektiert werden kann. Voraussetzung war die Entwicklung einer chemisch stabilen Anbindung eines Markers an die Tiefenhydrophobierung, ohne die Eigenschaften der Hydrophobierung negativ zu verändern. Durch die anschließende tiefenaufgelöste Detektion mit der „Laser Induced Breakdown Spectroscopy“ (LIBS) konnte anhand der Verteilung des Markerelementes qualitativ und halbquantitativ der Wirkstoffgehalt bestimmt werden.
Die Anwendung des mobilen LIBS-Systems hat sich bei ersten Messungen an Referenzbauwerken bewährt. Folglich konnte die prinzipielle Baustellentauglichkeit dieser Messmethodik nachgewiesen werden. Demnach kann direkt nach der Applikation der Hydrophobierung das verwendete Produkt identifiziert und die erforderliche Qualitätssicherung durchgeführt werden. Mit weiteren Praxistests im größeren Maßstab und insbesondere mit einer Aufnahme des Messverfahrens in einschlägige Richtlinien und Normen könnte die allgemeine Akzeptanz für eine Anwendung von Tiefenhydrophobierungen deutlich gesteigert werden.
Website: http://www.silamark.de/
Sto SE & Co. KGaA
Ehrenbachstraße 1, 79780 Stühlingen
Bearbeiter:
StoCretec GmbH
Gutenbergstraße 6, 65830 Kriftel
Johannes Müller
13N10652
Teilvorhaben: Integration des reaktiven Markers in ein Hydrophobierungsgel
Aufgabe der Firma Sto SE & Co. KG war es, im Rahmen des Vorhabens durch Einsatz der FT-IR-Spektroskopie, der Rasterelektronenmikroskopie, der Röntgendiffraktometrie und der Gaschromatographie Werkstoffuntersuchungen durchzuführen. Die FT-IT-Spektroskopie diente dabei als Referenzmethode zur Bestimmung der Eindringtiefe mittels LIBS.
Ferner stellte die Sto SE & Co.KG Versuchsprodukte im Technikumsmaßstab in unterschiedlichen Mengen her. Außerdem führte sie Applikationsversuche zur Überprüfung neuformulierter Systeme direkt vor Ort durch. Die hergestellten Probekörper (bis zum Maßstab 1:2) wurden in speziellen Klimakammern unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. So konnten praxisnahe Bedingungen simuliert und applikationsabhängige Einflussfaktoren, wie z.B. Temperatur und Feuchte, untersucht werden.
Die Tiefenhydrophobierung mit chemisch angebundenem Marker zeigt keine veränderten Eigenschaften.
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Aqua Stahl GmbH
Au 2, 88353 Kißlegg
Andreas Stahl
13N10651
Teilvorhaben: Erforschung der Anwendbarkeit eines reaktiven Markers in ein Hydrophobierungsgel
In diesem Teilvorhaben sollte durch das Herstellen von Zementsteinprobekörpern und Bauwerken die Grundlage geschaffen werden, die entwickelten reaktiven Marker unter möglichst realen Bedingungen verarbeiten und testen zu können. Dafür wurden die entwickelten Hydrophobierungsmittel auf die hergestellten Probeplatten und Probekörper appliziert.
Ein weiterer Schwerpunkt stellte der Betrieb sowie die Überwachung der Bewitterungsanlage dar, an welcher die anderen Projektpartner die Ergebnisse unter möglichst realen Bedingungen erforschen konnten.
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SPECHT KALLEJA + PARTNER BERATENDE INGENIEURE GmbH
Keplerstraße 8 - 10, 10589 Berlin
Dr.-Ing. Andre Molkenthin
molkenthin(at)skp-ingenieure.com
13N10650
Teilvorhaben: Anpassung, Optimierung und Validierung des LIBS-Verfahrens für den Nachweis von Hydrophobierungen mittels reaktivem Marker unter Praxisbedingungen
Einzelziele des Teilvorhabens von SKP waren die gemeinsame Entwicklung des Nachweissystems und der -methodik mit der BAM. Zudem sollte durch die SKP die Praxiserprobung unter Baustellenbedingungen, sowie die draus resultierenden Optimierungen des Messsystems durchgeführt werden. Hierfür sind in einem ersten Schritt Ersatzbauwerke geplant und die Herstellung und die Applikation der markierten Hydrophobierung begleitet worden. Dabei mussten das Eindring- und Anlagerungsverhalten der markierten Hydrophobierung bei verschiedenen Bindemitteln, Porenverteilungen und Karbonatisierungs-graden der oberflächennahen Randzonen, sowie bei verschiedenen Expositionen untersucht werden.
Weiterhin wurden geeignete Bauwerke, wie Brücken und Parkhausbauten, ausgewählt und an diesen die Anwendung der entwickelten Messmethodik geplant, sowie die Ausführung der Messungen begleitet.
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Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Angewandte Forschung
Moltkestraße 30, 76133 Karlsruhe
Hochschule Karlsruhe
Moltkestraße 30, 76133 Karlsruhe
Prof. Dr. Andreas Gerdes
andreas.gerdes(at)hs-karlsruhe.de
13N10648
Teilvorhaben: Erforschung der Grundlagen zur Integration des reaktiven Markers in ein Hydrophobierungsgels
Die Aufgabe der Hochschule Karlsruhe war die Grundlagenforschungen zum „Molecular Design“ zur dauerhaften chemischen Anbindung des Markers an die Tiefenhydrophobierung, ohne die Eigenschaften des Hydrophobierungsmittels nachteilig zu verändern. Ferner sollte die Hochschule Karlsruhe die Funktion und die Dauerhaftigkeit der mit einem Marker versehenen Tiefenhydrophobierungen erforschen.
BAM – Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Abteilung 8 "Zerstörungsfreie Prüfung"
Fachbereich 8.2 "Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren"
Unter den Eichen 87, 12205 Berlin
Dipl.-Ing Gerd Wilsch
13N10649
Teilvorhaben: Anpassung und Optimierung des LIBS-Verfahrens für den Nachweis des Hydrophobierungsmittels mittels reaktivem Marker
Einzelziele des Teilvorhabens der BAM war die Adaption und technische Optimierung des Nachweissystems im Hinblick auf Nachweisgrenzen, Messunsicherheit und Randbedingungen, sowie Test und Validierung der Apparatur.
Zum Nachweis der Eindringtiefe und des Wirkstoffgehaltes des markierten Hydrophobierungsmittels musste das LIBS Verfahren angepasst werden. In einem ersten Schritt wurden Untersuchungen mit dem Laborsystem durchgeführt. Nach der Festlegung auf einen geeigneten Marker wurde ein angepasstes mobiles System mit integriertem Scanner getestet und optimiert. Der Scanner dient der Berücksichtigung der Heterogenität der Baustoffe und zum Erfassen der Verteilung des Markers auf Flächen von bis zu 17 cm x 17 cm. Der reaktive Marker muss im heterogenen Baustoff Beton eindeutig, mit hoher Empfindlichkeit und mit hoher örtlicher Auflösung nachweisbar sein. Im ersten Schritt wurden im Labor die notwendigen Geräteparameter ermittelt und geeignete Messabläufe erarbeitet, sowie eine Kalibriervorschrift zur Ermittlung quantitativer Werte festgelegt. Im zweiten Schritt wurde das Verfahren für den Einsatz direkt am Bauwerk zur Qualitätssicherung adaptiert.
Mit dem Labor-LIBS-System und mit dem mobilen LIBS-System ist der Nachweis des Markers erfolgreich gelungen.
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