Temperaturabhängige Widerstandskennlinien zur Holzfeuchtemessung

und maßgebliche Einflussfaktoren auf die Messgenauigkeit

Der Beitrag beschreibt Untersuchungen zur Erstellung temperatur- und feuchteabhängiger Widerstandskennlinien für ausgewählte Holzarten und den am Bau gebräuchlichen Holzwerkstoff OSB-3. Dabei wurden auch die Einflussfaktoren auf die Holzfeuchtemessung nach dem Widerstandsprinzip analysiert, um die Messgenauigkeit durch Minimierung der Fehlereinflüsse zu verbessern. Die Erkenntnisse flossen in die Entwicklung eines neuen Holzfeuchtemessgeräts ein, das den Widerstand in Kombination mit der Holztemperatur bestimmt und im Monitoringbereich Anwendung finden kann.

1 Holzfeuchtemessung nach dem Widerstandsprinzip – Grundlagen, Grenzwerte und Messunsicherheiten

Holz ist bei richtigem Einsatz ein sehr beständiger Baustoff – Holzkonstruktionen können problemlos mehrere Jahrhunderte überdauern. Da es sich jedoch um ein organisches, feuchteempfindliches Material handelt, kann es unter ungünstigen Umgebungsbedingungen durch Pilze zersetzt werden. Um den Zustand einer Konstruktion analysieren zu können, wird in der Praxis bisher meist die Holzfeuchte, die dem Wassergehalt in M.-% entspricht, als maßgebender Wert herangezogen.

Bei der Feuchteschutzbeurteilung gem. DIN 4108-3, Anhang D [2] durch hygrothermische Simulation mit Programmen wie z.B. WUFI® [3] [4] gelten im einfachsten Fall feste Grenzwerte für die Holzfeuchte. Die Grenzwerte von 20 M.-% für Vollholz und 18 M.-% für Holzwerkstoffe sind u.a. in der DIN 68800-2 [5] festgelegt.

Zwar wird im WTA-Merkblatt 6-8 [6] ein detaillierteres Verfahren zur Bewertung der Dauerhaftigkeit von Holz vorgestellt, das eine genauere Auswertung des Wachstumsrisikos holzzerstörender Pilze in Vollholz ermöglicht, jedoch besteht hier der Grenzwert nicht aus der Holzfeuchte, sondern aus einer Kombination von mittlerer relativer Porenluftfeuchte und Temperatur.

In der Praxis lässt sich die Porenluftfeuchte nur schwer direkt messen, stattdessen wird sie meist indirekt über die Sorptionsisotherme ermittelt, die den Zusammenhang zwischen relativer Feuchte und Wassergehalt beschreibt. Für einen Vergleich von Simulationsergebnissen mit Messungen bei Freiland- oder Objektuntersuchungen ist daher nach wie vor eine genaue, kontinuierliche und zerstörungsfreie Messung der Holzfeuchte wünschenswert. Das wichtigste und gebräuchlichste Verfahren hierfür ist die Bestimmung der Holzfeuchte durch die Messung des elektrischen Widerstands.

Diese Methode existiert schon sehr lange – die ersten brauchbaren Messgeräte erschienen bereits um 1930 [7]. Die Messung basiert auf der starken Abhängigkeit des elektrischen Widerstands vom Feuchtegehalt des Holzes. Bei der Messung werden Elektroden im Holz angebracht, eine Spannung angelegt und anschließend der ohmsche Widerstand gemessen.

Steigt die Holzfeuchte an, sinkt der gemessene Widerstand. Um anschließend den Wassergehalt bestimmen zu können, werden Widerstandskennlinien benötigt, die den Zusammenhang zwischen Wassergehalt und elektrischem Widerstand beschreiben.

Diese Kennlinien werden meistens von den Geräteherstellern selbst erstellt und deshalb als Betriebsgeheimnis angesehen [8]. Belastbare Daten sind schwer zu beschaffen und es ist häufig unklar, woher die Kennlinien stammen und wie sie erstellt wurden. Zudem weichen die Kennlinien der verschiedenen Hersteller teilweise stark voneinander ab [9].

Dieser Umstand führt dazu, dass vergleichende Messungen mit verschiedenen Messgeräten häufig zu unterschiedlichen Ergebnissen führen: Während ein Messgerät noch eine normativ zulässige Holzfeuchte prognostiziert, lässt ein anderes bereits ein Schadenspotenzial vermuten. Auch zu den im Bauwesen häufig verwendeten OSB-Platten gibt es zwar Kennlinien von einzelnen Herstellern, jedoch kaum offen zugängliche Literatur.

Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Temperaturabhängigkeit des Widerstands bei Holz und Holzwerkstoffen. Steigt die Temperatur an, nimmt der gemessene elektrische Widerstand ab. In der Regel werden Widerstandskennlinien bei Raumtemperaturbedingungen (ca. 20 °C) erstellt und anschließend mit einem weiteren Probensatz die Temperaturabhängigkeit bestimmt.

Die Messung der Temperaturabhängigkeit ist aufwendig, da die Temperatur der Holzprobe geändert wird, während der Wassergehalt konstant bleiben muss. Daher werden diese Messungen meist nur mit einer kleinen Anzahl von Proben durchgeführt und sind entsprechend ungenau.

Den ganzen Beitrag können Sie in der Oktober-Ausgabe von »Bausachverständige« lesen.
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