Wasserdampfsorption

Autoren: Hans-Jürgen Schwarz

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Abstract

Wird ein getrockneter poröser Körper im Außenklima gelagert, so wird er zunächst an Masse zunehmen und nach Erreichen eines ersten Endwertes diese Masse in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit verändern. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit nimmt auch die Masse des Körpers zu, bei abnehmender Luftfeuchte nimmt auch dessen Masse ab. Die Ursache dafür liegt in der Aufnahme bzw. Abgabe von Feuchtigkeit aus bzw. an die Umgebungsluft. Wassermoleküle werden an den inneren Oberflächen angelagert. Insbesondere in sehr kleinen Kapillaren, mit Mikroporen mit einem Durchmesser von kleiner 0,1µm, kann dieser Prozess bis zur vollständigen Wassersättigung führen (Kapillarkondensation). Neben den Materialeigenschaften spielt insbesondere der Salzgehalt einer Probe bei der Wasserdampfsorption eine große Rolle (siehe ...)

Unter Wasserdampfsorption versteht man die Aufnahme von Wasser aus der Gasphase.

Um Baustoffe bzgl. ihres Feuchteverhaltens zu charakterisieren, werden Proben bei konstanter Temperatur (d.h. isothermen Bedingungen) unter unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten gelagert. Diese Versuche liefern die sogenannten Sorptionsisothermen. Die Sorptionsisotherme ist die graphische Darstellung des Sorptionsverhaltens eines Materials. Sie stellt den Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt des Materials und der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft (Gleichgewicht) bei einer bestimmten Temperatur dar.

Hygroskopische Feuchteaufnahme

In vielen Fällen wird der Feuchtegehalt eines Baustoffes wesentlich durch den Gehalt an hygroskopischen Salzen bestimmt. Bei der hygroskopischen Feuchtigkeitaufnahme handelt es sich um die Wasseraufnahme des Baustoffs aus der Umgebungsluft. Er nimmt dabei umso mehr Feuchtigkeit auf, je höher die relative Luftfeuchtigkeit ist und je höher der Versalzungsgrad des Baustoffs ist. Eine salzhaltige Mauer kann ein Vielfaches an Wasser aus der umgebenden Luft aufnehmen als es der sogenannten Gleichgewichtsfeuchtigkeit oder Sorptionsfeuchtigkeit des salzfreien Baustoffs entspricht.

Die hygroskopische Feuchteaufnahme bezeichnet die Aufnahme von Wasser aus der Gasphase der Luft durch ein hygroskopisches Salz.

Sorptionsisothermen

Die Sorptionsisotherme ist die graphische Darstellung des Sorptionsverhaltens eines Materials in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte bei konstanter Temperatur.

In der Abbildung ist die Sorptionsisotherme einer Probe bei verschiedenen Temperaturen eingetragen. Diese Probe soll nun getrocknet werden.

Bei einem gewissen Wassergehalt ist die Probe vollständig mit Wasser gesättigt und kann kein Wasser mehr aufnehmen. Sie besitzt eine Gleichgewichtsfeuchte von 100% und selbst eine rF von 99% trocknet diese Probe. Sinkt der Wassergehalt, so ist das in der Probe verbleibende Wasser fester gebunden. Um die Probe weiter zu trocknen ist daher eine niedrigere rF erforderlich, z.B. von 50% RH. Nach der Abb. kann bei 50% RH die Probe aber nur bis 3,5g Wassergehalt trocknen. Eine weitere Wasserabgabe ist nur dann möglich, wenn die rF weiter sinkt oder die Temperatur erhöht wird. Bei 80°C wird die Probe nur noch 2g Wasser enthalten.

Die geschilderten Zusammenhänge gelten für die Desorption, die Abgabe von Wasser. Für die Wasseraufnahme (Absorption) gelten analoge Überlegungen. Hier muss die Isotherme in der Art gedeutet werden, bei welcher Luftfeuchte- bzw. Temperatur ist eine bestimmte Befeuchtung möglich. Absoptions- und Desorptionsisothermen haben den gleichen Verlauf. Die Desorptionsisotherme liegt jedoch oberhalb der Absorptionsisotherme. Dies liegt darin begründet, dass das in der Probe befindliche Wasser mit einer gewissen Energie gebunden ist. Diese wird frei, wenn das Wasser aufgenommen wird. Bei gleichem Wassergehalt wird daher leichter Wasser aufgenommen als abgegeben

Beschreiben das Sorptionsverhalten eines Stoffes bei konstanter Temperatur.

Wassergehalt, der sich in einem Material nach Lagerung bei konstanten Bedingungen ergibt (relative Luftfeuchte, Temperatur).

relative humidity /relative Luftfeuchte