Feuchtemessungen in Bauteilen und anderen Strukturen mit Bluetooth Low Energy

Abstract

Die Massefeuchte im Inneren von Bauteilen, Bauwerken, Dämmen oder anderen Strukturen ermöglicht Transportprozesse wasserlöslicher bauschädlicher Salze. Die Feuchte begünstigt sowohl das Eindringen von Schadstoffen als auch die Initiierung von Schädigungsprozessen wie Alkalikieselsäurereaktion oder die "verspätete" Kristallisation von Ettringit im Inneren von Betonbauteilen ohne Eindringen von Schadstoffen. Infolgedessen wird auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken sehr stark von der Feuchte im Inneren von Bauteilen bestimmt. Die Massefeuchte kann über unterschiedliche Verfahren und Methoden [3] ermittelt werden. Üblicherweise werden oberflächennahe Verfahren angewandt, wie zum Beispiel die komplexe Widerstandsmessung, die passive und aktive Thermografie sowie Radar-oder Mikrowellenverfahren. Die kommerziell üblichen Verfahren ermitteln die Feuchte von außen. Das hier vorgestellte Verfahren ermittelt die Massefeuchte volumengetreu auch innerhalb des Messobjekts. Die aktuelle Forschung befasst sich zunehmend mit eingebetteten Systemen. In den letzten Jahren erlebte der Datentransfer eine grundlegende Veränderung von verkabelten Sensoren bei der Dauerüberwachung von Bauwerken aller Art hin zu kabellos übertragenden Sensorsyste-Die Langzeitüberwachung von Bauteilen (Structural Health Monitoring, SHM) ging in den letzten Jahren zunehmend von verkabelten Sensoren [1] zu kabellosen Sensornetzwerken (WSN) [2] über. Frühwarnsysteme sollen rechtzeitige Signale senden, wenn Schädigungsprozesse einsetzen, wenn ein Bauteil z. B. zu feucht wird (Deiche, Staumauern), oder wenn Feuchteprozesse in Bauteilen auftreten, die den Transport von schädlichen Stoffen ermöglichen. Mittels handelsüblicher multifunktionaler Sensoren wie einem Bluetooth Low Energy (BLE) wurden erste Machbarkeitsuntersuchungen zur Massenfeuchtemessung durchgeführt. Die untersuchten Parameter sind der sogenannte Received Signal Strength Indicator (RSSI) eines Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Signals und die abgestrahlte Sendeleistung eines eingebetteten BLE-Moduls. Das BLE-Modul kommuniziert mit einem mobilen smarten Empfänger wie einem Tablet oder einem Smartphone als SmartHub. Die Veränderung des RSS-Indikators ist ein Maß für die Veränderung der Feuchte im Bauteil, während die ausgesandte Signalstärke konstant bleibt. Wenn das BLE-Signal einen feuchten Bereich im Baumaterial durchläuft, verändert sich der RSS-Indikator. Nach erfolgreicher Machbarkeitsstudie wurde nun ein aus dem Netzwerk MI4G (Modern Industry for Germany) zwischen der Bundesanstalt für Materialprüfung und dem Klein-und mittelständigen Unternehmen LinTech GmbH heraus beantragtes ZIM-Projekt bewilligt. Der Bericht zeigt erste Ergebnisse von Voruntersuchungen und gibt einen Ausblick auf weitere Forschungsaktivitäten.