Salztransportmodellierung

<bibimport/> Autor: Dr. Andreas Nicolai

Einführung

Der Transport von Salzen in porösen Materialien (Baustoffen, Natursteinen, Böden, etc.) hängt von vielen Faktoren ab. Die Art und Zusammensetzung des Salzes und dessen Verteilung, die Feuchteverteilung im Material, Temperaturen und Umgebungsbedingungen im Allgemeinen und natürlich auch die mikroskopische Struktur des Materials beeinflussen die zeitliche Veränderung der Salzverteilung und das Auftreten von Schäden.

Im Labor können häufig nur bestimmte Kombinationen von Materialien, Salzgemischen und Umgebungsbedingungen messtechnisch erfasst werden (übliche Laborexperimente zur Bestimmung von Salztransporteigenschaften sind an Abschnitt "Experimentelle Bestimmung und Kalibrierung von Parametern von Salztransportmodellen" erläutert). Eine Übertragung solcher empirischer Messergebnisse auf die vielfältigen Fälle und Schadensszenarien in der Praxis ist zumeist nur in Spezialfällen möglich.

Alternativ können Transportmodelle verwendet werden, die die physikalisch-chemischen Zusammenhänge realitätsnah abbilden und so rechnerische Vorhersagen über den zeitlichen Verlauf der Salzverteilung, Salzakkumulation und Materialschädigung liefern.

Grundlegende Aspekte der Salztransportmodellierung

Salztransportmodelle müssen aufgrund der Komplexität der beschriebenen Prozesse eine Reihe von Effekten beschreiben, unter anderem:

* Feuchtetransport- und Feuchtespeicherung
* Energietransport durch Wärmeleitung und Strahlung
* Enthalpietransport, z.B. latente Wärme zur Beschreibung von Verdunstungskühlung
* Salzphasenumwandlungsgleichgewichte und Phasenumwandlungskinetik
* Salzdiffusion und -dispersion
* Ausblühungen/Effloreszenz
* Veränderung des Porenraums durch Kristallisation und resultierende Rückwirkung auf Feuchte- und Salztranport

Feuchtetransportmodellierung

Feuchtetransportmodelle beschreiben einerseits die unterschiedlichen Transportprozesse für Feuchte im porösen Medium, als auch die Feuchtespeicherung und damit den Zusammenhang zwischen Erhaltungsgrößen (Feuchtegehalt, Feuchtemasse) und einer intrinsischen thermodynamischen Zustandsgröße (Kapillardruck, relative Luftfeuchtigkeit, etc.).

Grundlegende Transportmechanismen

Baustoffe, Natursteine und allgemein poröse Materialien können Feuchte in Form von Dampf und Flüssigwasser aufnehmen. Entsprechend werden die Transportmechanismen für flüssiges Wasser und Wasserdampf unterschieden:

• Wasserdampfdiffusion
• Konvektion von Dampf in strömender Luft
• Flüssigwasserleitung induziert durch Unterschiede im Flüssigwasserdruck

Salzausblühung