Technik

Vor- und Nachteile von Feuchtesonden

Feuchtesonden müssen für Anwendungen in der Bauindustrie in Sand, Kies und Frischbeton vielseitige Anforderungen erfüllen. Das Erreichen der Normen-Konformität bei der Herstellung von Transportbeton, SVB und anderen Betonsorten spielt eine immer wichtigere Rolle. Der Betonexperte steht dabei vor der Frage, ob und wie seine Anforderungen erfüllt werden können. Der Text behandelt die Vorteile von Feuchtesonden, die auf der TDR-Radartechnologie basieren.

Extreme Umgebungsbedingungen in der Bauindustrie stellen zunehmend höhere Anforderungen an die Messtechnologie. Mit dem Erreichen einer Genauigkeit von plus/minus einer Picosekunde bei der Messung der Radarlaufzeit war es möglich, Radar-Feuchtesonden in der Bauindustrie einzusetzen.

Das TDR-Messprinzip (Time-Domain-Reflectometry, auch Kabelradar genannt) hat sich in den vergangenen zehn Jahren als präzises Messverfahren für anspruchsvolle Anwendungen in der Industrie durchgesetzt. Beim TDR-Verfahren wird über die Laufzeit (Zeitbereichsmessung) eines elektromagnetischen Impulses die Dielektrizitätskonstante ε und damit die Feuchte bestimmt.

Grafik: Zeitbereichsmessung mit der TDR-Methode

Warum ist es so wichtig, die Feuchte in Sand, Kies, Frischbeton und anderen Materialien sehr präzise, also mit Genauigkeiten von mindestens +-0,3 Prozent oder +-0,1 Prozent zu messen?

An einem einfachen Rechenbeispiel soll der Zusammenhang von Prozent-Feuchtewerten einer Feuchtesonde, die mit Messfehlern behaftet ist, und den damit zusammenhängenden Auswirkungen auf den w/z-Wert verdeutlicht werden.

Beispiel für einen Kubikmeter Transportbeton bestehend aus:

Bei einem mittleren Feuchtegehalt von fünf Prozent in den Zuschlägen ergibt sich ein Wassergehalt in den Zuschlägen von 97 Liter. Bei einem Sollwert von 176 Liter pro Kubikmeter ergeben sich somit 79 Liter Zugabewasser, das bei einem Zementgehalt von 320 Kilo zu einem korrekten w/z-Sollwert von 0,55 führt.

Tabelle: Messergebnisse

Misst eine Feuchtesonde mit einem Fehler von +-1,5 Prozent absolut, dann würden sich erhebliche Abweichungen beim w/z-Wert ergeben. Bei einer Abweichung des Feuchtemesswertes nach unten würde man einen w/z-Wert von 0,64 erhalten und 0,45 bei einer Abweichung nach oben (Dies würde natürlich sofort erkannt und entsprechend behoben). Bei einem Messfehler der Sonde von +-0,3 Prozent (+-6 Liter/Kubikmeter) können sich je nach Anforderung an den Beton noch akzeptable Abweichungen des w/z-Wertes von +-0,02 ergeben, daher würde man einen w/z-Wert von 0,57 oder von 0,53 erhalten.

±1,5 Prozent Fehler einer Feuchtesonde bedeuten +-30 Liter Differenz beim Wassergehalt in Sand und Kies, das den w/z-Wert und die Expositionsklasse erheblich beeinflussen würde. Eine Feuchtesonde muss mindestens eine Genauigkeit von +-0,3 Prozent aufweisen, besser sind +-0,1 Prozent.

Wie schnell und wodurch Messfehler von +-1,5 Prozent in einer Feuchtesonde entstehen können, wird nun beschrieben.

Die Wassermenge eines Messfehlers von +-1,5 Prozent einer  Feuchtesonde entspricht +-30 Liter bei einem Kubikmeter Frischbeton.
Die Wassermenge eines Messfehlers von +-1,5 Prozent einer  Feuchtesonde entspricht +-30 Liter bei einem Kubikmeter Frischbeton.

Feuchte nur in Sand messen?

Die 30 Liter aus obigem Beispiel wären beispielsweise in den 1150 Kilo der Kieszuschläge enthalten, wenn diese Kieszuschläge eine Feuchte von nur 2,5 Prozent aufweisen würden. Also sollte auch die Feuchte der größeren Zuschläge präzise und langzeitstabil gemessen werden, um eine ausreichende Produktqualität zu erreichen.

Umgebungsbedingungen für Feuchtesonden in der Bauindustrie:

Um bei diesen Bedingungen bei den geforderten Expositionsklassen präzise mit einer Genauigkeit von +-0,1 Prozent messen zu können, sollte eine Feuchtesonde vier wichtige Anforderungen erfüllen.

Bei den aufgezählten extremen Umgebungsbedingungen hat es nicht selten dazu geführt, dass dem Messwert einer Feuchtesonde schon kurz nach dem Einbau nicht mehr getraut wurde und die Anlage dann vom Automatikmodus auf „Manuell” umgestellt wurde.

Vier wichtige Anforderungen an Feuchtesonden

1. Präsise Messung unter schwierigen Voraussetzungen

Die Sonde muss bei schwankenden Temperaturen und unterschiedlichen Ionenanteilen im Wasser präzise messen. Bei Zuschlägen mit Recyclingwasser oder Sand aus küstennahen Gebieten darf der Messwert nicht verfälscht werden.

Hohe und tiefe Temperaturen im Sommer- und Winterbetrieb mit Dampfbeaufschlagung dürfen bei einer Sonde nicht zu Fehlmessungen führen. Bei bisherigen Zuschlagssonden können schon geringe ionische Verunreinigungen oder größere Temperaturschwankungen zu erheblichen Messfehlern führen. In Feuchtmischungen mit Zement können sich Leitfähigkeiten bis zu 50dS/m ergeben und erfordern erhebliche Präzision bei der Sondentechnologie.

Durch ein optimales Radarfrequenzband lassen sich Sono-Radarsonden durch erhöhte Leitfähigkeiten im Wasser oder durch Temperaturschwankungen nicht beeinflussen. Das bedeutet hohe Präzision selbst unter extremen Bedingungen.

2. Langzeitstabilität bei Abrasion

Diese Anforderung hat eine besondere Brisanz. Was nützt eine Feuchtesonde, wenn sie nur über einen relativ kurzen Zeitraum konstante Messwerte liefert und nach einigen Wochen erheblich falsche Aussagen macht?

Sonde

3. Zuverlässige Feuchtemessung bei  unterschiedlichen Korngrößen

Sand und Kies weisen unterschiedliche Korngrößen auf. Feuchtesonden sollten sich von der Partikelgröße und -form und den damit verbundenen Hochfrequenz-Streuverlusten nicht beeinflussen lassen. Sono-Radarsonden zeigen betreffend der Korngrößenverteilung vernachlässigbare Einflüsse, selbst bei Sanden mit Feinstanteilen. Mikrowellensonden zeigen aufgrund von Hochfrequenz-Streuverlusten eine ausgeprägte Abhängigkeit von der Partikelgröße und Partikelform. Die Sono-Radartechnologie bietet hohe Zuverlässigkeiten bei der Feuchtemessung von Sand und Kies, da unterschiedliche Korngrößen anders als bei anderen Messverfahren keine Verfälschung der Messergebnisse hervorrufen. Die Kalibrierkurve Cal1 „Universal Sand Mix“ eignet sich zur Messung der Feuchte in Sand (Feinstsand), Kies und Kies/Sand-Gemischen. Die Abweichungen der unten aufgeführten sechs Kies- und Sandarten zur Kalibrierkurve Cal1 sind so gering, dass in Sono-Sonden nur eine einzige Kalibrierkurve eingesetzt werden muss.

4. Zusätzliche Bestimmung des Zementgehaltes einer Mischung

Das Radarverfahren in den Sono-Sonden stellt zusätzlich zur Feuchtemessung eine völlig neue Methode zur Bestimmung der Materialzusammensetzung in Frischbeton zur Verfügung.

Die neuartige Mischersonde Sono-MIX liefert zwei Parameter:

Momentan laufen Untersuchungen, wie sich diese neuartige Messmethode direkt beim Mischen einsetzen lässt, um eine Aussage zum w/z-Wert und dem Ausbreitmaß zu machen.

Fotos Zuschlagstoffe

Stimmen aus der Betonindustrie

Zahlreiche Firmen aus der Betonindustrie haben sich mittlerweile von den Vorteilen der Sono-Radarsonden überzeugen lassen. So die Firma Peterbeton aus Karlsruhe. Mit insgesamt drei Sono-Feuchtesonden werden die Zuschlagsstoffe Sand und Kies präzise vermessen. Werkleiter Kütemeier sagte dazu: „Über die Jahre haben wir bereits einiges an Feuchtesensorik getestet, außer den Sono-Sonden konnte uns bisher keine Feuchtesensorik wirklich überzeugen. Das wirklich Einmalige für uns ist die geringe Wartung.

Wo wir früher noch alle zehn Tage die Sensoren nachkalibrieren mussten, können wir uns heute um die wirklich wichtigen Dinge unserer Produktion kümmern.“ Die generellen Anforderungen an Feuchtesensoren für die Bauindustrie sind hoch. Fehlerhafte Feuchtesonden können zu nicht normenkonformen Betonen führen. In Zeiten, in denen Qualität und Zuverlässigkeit eine immer wichtigere Rolle spielen, können neue Messtechnologien wie die Sono-Radarmessmethode einen Beitrag zu mehr Qualität leisten. Anwender sollten sich über die Grenzen der einzelnen Messverfahren im Klaren sein, um mögliche Enttäuschungen im Vorfeld erkennen zu können.

Diagramm: Kalibrierkurven Kies-Sand
Diagramm

Feuchtesonden verwenden in der Regel eine keramische Abdeckung, die bei Abrasion Fehler im Prozentbereich verursachen kann. Bei bisherigen Feuchtesonden müssen die Messfeldlinien, bevor sie in Sand und Kies eindringen können, durch die Keramikplatte hindurch. Schon bei geringen Abrasionen verändert sich das Messfeld und kann, je nach Feuchtegehalt, zu erheblichen Messfehlern im Prozentbereich führen.

Bei der Sono-Radartechnologie sorgt eine Sondenkonstruktion mit Radar-Leiterfolie in der Mitte der robusten und stabilen keramischen Abdeckung dafür, dass sich trotz Abrieb die Feldlinienstärke nicht verändert. Durch Autokorrektur in den Sono- Sonden ergeben sich kontinuierliche Zuverlässigkeit und längere Wartungszyklen. Erst diese Erfindung hat es ermöglicht, Sono-Radarsonden in der Bauindustrie langzeitstabil einzusetzen.



 
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