Materialfeuchte

Die Materialfeuchte (auch Feststofffeuchte) gibt die Menge des in einem Feststoff enthaltenen freien Wassers an.

Allgemeines

Die Aufnahme von Wasser wird als Absorption bzw. Adsorption und die Abgabe als Desorption bezeichnet. Die beiden Vorgänge treten immer gleichzeitig auf, die Gesamtheit des Prozesses wird als Sorption bezeichnet. Jedes Material hat diesbezüglich ganz charakteristische Eigenschaften; um diese darstellen zu können bedient man sich so genannter Sorptionsisothermen.

Bindungsarten des Wassers im Feststoff

Das Wasser kann auf verschiedene Arten in dem Feststoff gebunden sein:

• chemisch gebundenes Wasser (auch Kristallwasser) – in die Struktur des Stoffes (bspw. Gips) eingebautes Wasser
• Adsorptionswasser – an den Phasengrenzflächen angelagertes Wasser
• Adhäsionswasser – an der Oberfläche von polaren Makromolekülen haftendes Wasser
• Kapillarwasser – Wasser in Kapillaren, Rissen, Zwickeln, Poren
• Zwischenraumkapillarwasser – Zellwasser
• Tropfwasser

Für die Materialfeuchte ist im Allgemeinen das chemisch gebundene Wasser nicht von Interesse, da dies nicht zu dem freien Wasser zählt. Wenn chemisch gebundenes Wasser aus dem Material ausgetrieben wird, so geht dies mit der Zerstörung des Materials einher.

Chemisch gebundenes Wasser bzw. zusätzlich das aus der Oxidation von Wasserstoffatomen resultierende Wasser ist von Interesse, wenn das Material zur Verbrennung genutzt wird und entstehender Wasserdampf den Brennwert beeinflusst.

Feuchtekennwerte

Dient die wasserfreie Masse als Bezugswert, kann die Feuchte mehr als 100 % betragen (etwa bei der Holzfeuchte), dient die feuchte Masse als Bezugswert (wie bei der Luftfeuchte), beträgt die Feuchte weniger als 100 %. Dies kann bei Vergleichen zu Verwirrung führen.

Die Materialfeuchte kann durch verschiedene Kennwerte dargestellt werden. Die wichtigsten sind nachfolgend aufgezählt:

Feuchtegehalt bzw. Wassergehalt

ist das Verhältnis der Masse des im Stoff enthaltenen Wassers zur Masse des wasserfreien Stoffes

Formel: ${\displaystyle u_{m}={\frac {m_{w}}{m_{tr}}}={\frac {m-m_{tr}}{m-m_{w}}}}$

Feuchteanteil bzw. Wasseranteil

ist das Verhältnis der Masse des im Stoff enthaltenen Wassers zur Gesamtmasse des Stoffes

Formel: ${\displaystyle \psi _{m}={\frac {m_{w}}{m}}={\frac {m-m_{tr}}{m_{w}+m_{tr}}}}$

Feuchtegehalt volumenbezogen

ist das Verhältnis des Volumens des im Stoff enthaltenen Wassers zum Volumen des wasserfreien Stoffes

Formel: ${\displaystyle u_{V}={\frac {V_{W}}{V_{tr}}}={\frac {m_{W}}{V_{tr}}}=u_{m}\cdot \rho _{tr}}$

Feuchteanteil volumenbezogen

ist das Verhältnis des Volumens des im Stoff enthaltenen Wassers zum Gesamtvolumen des Stoffes

Formel: ${\displaystyle \psi _{V}={\frac {V_{W}}{V}}={\frac {m_{W}}{V}}=\psi \cdot \rho }$

Trockenmasseanteil

ist das Verhältnis der Trockenmasse zur Gesamtmasse

Formel: ${\displaystyle T={\frac {m_{tr}}{m_{tr}+m_{w}}}=1-\psi _{m}}$

Absolute Trockenheit

mit

• ${\displaystyle m_{w}}$ - Masse (Physik) des Wassers
• ${\displaystyle m_{tr}}$ - Masse (Physik) des wasserfreien Stoffes
• ${\displaystyle m}$ - Gesamtmasse (Physik) der Probe
• ${\displaystyle V_{w}}$ - Volumen des Wassers
• ${\displaystyle V_{tr}}$ - Volumen des wasserfreien Stoffes
• ${\displaystyle V}$ - Gesamtvolumen der Probe
• ${\displaystyle \rho }$ - Dichte der Probe
• ${\displaystyle \rho _{tr}}$ - Dichte der wasserfreien Probe

Messverfahren

Die Materialfeuchte kann mit sehr vielen Messverfahren bestimmt werden. Die wichtigsten sind folgend aufgezählt:

Direkte Messverfahren:

• Gravimetrische Methode (Darr-Methode Feuchteabsolutbestimmer)
• Calciumcarbid-Verfahren (analytisch)
• Karl-Fischer-Verfahren

Indirekte Messverfahren:

• Kapazitiver Sensor
• Leitfähigkeitsmessverfahren
• Mikrowellen-Messverfahren
• Infrarotreflexion/absorption
• Luftfeuchteausgleichverfahren
• Zeitbereichsreflektometrie (Wellenausbreitungsgeschwindigkeit)
• Tensiometer (Bodenfeuchte) (Kapillarkräfte im Boden)

Siehe auch

• Sättigung (Physik)
• Taupunkt
• Hygroskopie
• Hydrophobie
• Calciumcarbid

Quellen

• Klaus Kupfer: Materialfeuchtemessung - Grundlagen, Messverfahren, Applikationen, Normen. Renningen-Malmsheim:expert-Verlag, 1997, ISBN 3-8169-1359-8, (Kontakt & Studium 513).

Weblinks

• Übersicht der gängigsten Datenlogger zur Überwachung von Materialfeuchte, Temperatur, Luftfeuchte u. v. m.