Mikrolabor
Das Institut für Werkstoffe im Bauwesen verfügt neben einem Mörtel- und Betonlabor, einem Chemielabor sowie einem Makrolabor zur Bestimmung mechanischer Materialkennwerte über ein gut ausgestattetes Mikrolabor zur physikalischen Analyse und Charakterisierung von organischen und anorganischen Werkstoffen.
Atmosphärisches Rasterelektronenmikroskop (A-REM)
In einem Rasterelektronenmikroskop (REM) wird ein Elektronenstrahl in einem bestimmten Muster über das vergrößert abzubildende Objekt geführt. Dabei kommt es zu Wechselwir-kungen der Elektronen mit dem Objekt, die zur Erzeugung eines Bildes des Objekts genutzt werden. Das am WiB verfügbare atmosphärisches Rasterelektronenmikroskop (A-REM) mit LaB6 Emitter erlaubt es im Gegensatz zum REM, das ein Hochvakuum im Probenraum verlangt, Messungen auch bei niedrigem Vakuum und unter Feuchtebelastung – in einer Atmosphäre – durchzuführen (Variabler Druckbereich zwischen 10 Pa und 3000 Pa). Hierfür ist u. a. die Säule ist mit einem Trennventil und zusätzlicher Ionen-Getterpumpe ausgestattet. Dabei kann mit Wasserdampf, Luft oder Stickstoff im Probenraum gearbeitet werden.
Weitere Spezifikationen:
- Maximale Auflösung ca. 500 nm
- Große Probenkammer von 420 mm Innendurchmesser und 330 mm Höhe
- Frei variabler analytischer Arbeitsabstand (8,5 mm – 20 mm)
- Maximale Probenhöhe: 210 mm;
Ausstattung und Zubehör:
- Thermische LaB6-Kathode
- Kammer-Sekundärelektronendetektor (Everhart-Thornley)
- EDX-Detektor und EBSD-Kamera
- 5-Achsen motorisierter kartesischer Tisch
- Kaskadenstromdetektor
- Heiz-/Kühltischaufsatz mit Peltierelement für einen Temperaturbereich von -30 °C bis +50 °C
- K&W: MH.TR10 Heizmodul 1050 °C
- K&W: 5 kN Zug-Druck Einrichtung
- Softwaremodul für Aufzeichnungen von dynamischen Prozessen
- Paket für 3D Oberflächenmodelierung
Analysegerät zur dynamischen Bestimmung der Ausgleichsfeuchte (DVS)
In den exakt klimatisierten Probenraum des DVS-Gerätes wird eine Materialprobe eingebracht und im Anschluss daran periodisch oder kontinuierlich gravimetrisch vermessen. Während des Messvorgangs wird die relative Umgebungsfeuchte in definierter Weise modifiziert und durch Wägen die jeweils dazu relative Wasseraufnahme des Materials aufgenommen.
- 11 Proben in Probenschalen Ø 50 mm
- Max Gewicht: 22 g / 220 g je Probe
- Auflösung: 1 μg / 10 μg
- Wiederholbarkeit: ±5 μg / ±20 μg RMS*
- Temperaturbereich: +5 °C bis +60°C
- Feuchtebereich: 3 % RH bis 98 % RH
Üblicherweise wird die Umgebungsfeuchte linear von nahezu 0 % bis nahezu 100 % immer dann schrittweise geändert, wenn das gemessene Material nahezu Massenkonstanz erreicht hat. Zusätzlich ist es durch geeignete Probenpräparation möglich die Wasserdampfdiffusionseigenschaften von Materialien zu bestimmen.
Röntgendiffraktometer (XRD)
Röntgenstrahlen sind wie Licht elektromagnetische Wellen, die sich jedoch durch eine wesentlich kürzere Wellenlänge auszeichnen. Diffraktion ist ein physikalisches Phänomen, das auftritt, wenn eine Welle auf ein Hindernis trifft, dessen Größe der Wellenlänge ähnelt. Dieses Phänomen macht sich die Röntgendiffraktometrie (XRD, X-ray diffraction) zunutze, um Kristalle mit regelmäßigen Atomgitterstrukturen über ihr, abhängig einem relativ zur Strahlenquelle stehenden Messwinkel, charakteristisches sog. Diffraktogramm zu bestimmen. Daneben lassen sich mit dieser Technik auch die Kristallphasen quantifizieren, allmähliche Änderung derselben detektieren und darüber hinaus u. a. Spannungen im Material feststellen.
Thermogravimeter (TGA)
Unser Thermogravimetrisches Analysegerät (TGA, thermal gravimetric analysis) erlaubt es nahezu jedweden Rohstoff einer Temperaturbelastung von 0 °C bis 1600 °C auszusetzen und u. a. erstens die wärmenergetische Antwort, zweitens die Gewichtsänderung und drittens die Reaktionsgasbildung zu messen. Darüber hinaus kann mit unserem Gerät die Wärmekapazität, also die aufnehmbare Wärme in den verschiedenen Temperaturbereichen ermittelt werden. Die TGA findet häufig Anwendung zur Bestimmung der Zusammensetzung mineralischer Bindemittel für eine Bewertung deren Reaktivitätspotentials.
Isothermes Reaktionskalorimeter
Mittels reaktionskalorimetrischen Messung kann die Reaktionsenthalpie des exothermen Hydrationsverlauf von Zement nach DIN EN 196-8 detailliert aufgezeichnet werden. Dadurch kann das Verständnis auch von nicht herkömmlichen Bindemitteln als gleichwertiger Ersatz für Zement vertieft werden. Auf diese Weise können betontechnologische Zusammenhänge umfassend herausgearbeitet und detailliertes Wissen über die Eigenschaften von unterschiedlichen Betonbindemitteln vertieft werden. Die Reaktionskalorimetrie bietet einen unmittelbaren Ansatz zur Messung von Temperaturänderungen hervorgerufen durch jede Art von Reaktionen. Es lässt sich daher auf eine große Anzahl von Forschungsfragestellungen anwenden und komplettiert häufig das werkstofftechnologische Bild eines Stoffes.
- Probenvolumen: 20 ml
- Messbereich: ± 2 W dynamisch
- Temperaturbereich: 5-90 °C
- Temperaturstabilität: ± 0.01 °C
- Limit Detektierbarkeit (abs.): 20 μW
- Genauigkeit: ± 25 μW
Dynamisches Differenzkalorimeter (DSC)
Unser Dynamisches Differenzkalorimeter (DSC, differential scanning calorimetry) erlaubt es für eine Vielzahl von Werkstoffen und speziell Polymere die Wärmekapazität zwischen -70 °C und +600 °C zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird eine Probe gemeinsam mit einem Referenzmaterial mit einem gleichmäßigen Temperaturprofil beaufschlagt. Beide Proben folgen abhängig ihrer Wärmekapazität unterschiedlich schnell der induzierten Temperatur. Aus der bekannten Wärmekapazität der Referenzprobe kann diejenige der zu untersuchenden Probe ermittelt werden. Durch eine zeitliche Auflösung der Wärmeaufnahme können Phasenwechsel genau spezifiziert werden. So ist die genaue Temperatur des Phasenwechsel sowie die dabei umgesetzte Energiemenge quantifizierbar.
Lasergranulometer
Ermittelte Größen:
- Partikelgrößenverteilung
- Quantilwerte der Partikelgrößen
- Spezifische Oberfläche
Eingangsgrößen:
- Brechungsindex des untersuchten Stoffes
- Brechungsindex des Dispergiermediums
Anforderungen an untersuchten Stoffe:
- Feststoffpartikel mit Durchmessern von 0,1 μm bis 3,0 mm
- Die Rohdichte sollte mindestens 800 kg/m³ betragen
Mit einem Lasergranulometer lassen sich mittels Lichtbrechungen an kleinsten Teilchen die Partikelgrößenverteilung von feinsten Pulvern bestimmen. Auf diese Weise ist es möglich die Packungsdichte der Feinstanteile und des Bindemittels in einem Beton zu optimieren. Dabei handelt es sich um eine der zur Herstellung moderner Hochleistungsbetone (HPC, UHPC) entscheidende Technologie. Nur durch die Eliminierung kleinster Hohlräume im Zementstein sind die hohe Dichtigkeiten, Festigkeiten und Dauerhaftigkeiten moderner Betone möglich.
Wärmeleitfähigkeitsmessgerät für Dämmstoffe
In einem Einplatten-Wärmeleitfähigkeitsmessgerät werden gemäß dem sog. Einplattenverfahren Absolutwertmessungen durchgeführt. Die Platten des Gerätes können je nach Messregime auf beliebige Temperaturen zwischen 0 °C und 50 °C eingestellt werden, sodass Wärmeleitfähigkeitsmessungen für mittlere Probentemperaturen im Bereich von 10°C bis 40°C bei einer Temperaturdifferenz der Messplatten von 5 K bis 15 K möglich sind. Um die Probe unabhängig von der Umgebungstemperatur messen zu können, sind außen ringförmige Kühlinstrumente angeordnet. Die Messheizung ist einseitig durch eine Gegenheizplatte thermisch so abgeschirmt werden, dass die zugeführte Energie vollständig durch die zu messende Probe strömt und im Bereich der Messzone, im inneren Bereich des Gerätes, der Wärmestrom eindimensional und stationär ist.
- Mittlere Probentemperaturen: 10°C bis 40°C
- Probenmaße: 15 cm x 15 cm x H (3 cm < H < 8 cm)
- Messbereich: 0,001 bis ca. 2 W/(mK)
Wärmeleitfähigkeitsmessgerät für Baustoffe
In einen Probekörper wird ein selbstheizender Messfühler mit einer vernachlässigbaren Wärmekapazität eingebetteten. Dieser Aufbau wird bei einer bestimmten Temperatur bis zum Erreichen eines thermischen Gleichgewichts gelagert. Um ein dynamisches Temperaturfeld innerhalb des Probekörpers aufzubauen, wird durch die Sonde ein Wärmepuls in Form einer schrittweisen Funktion erzeugt. Versetzt wird der Temperaturanstieg in der Sonde als eine Funktion der Zeit gemessen. Diese agiert somit als ein Temperatur-Messfühler, der mit einer Heizquelle kombiniert ist. Das Temperaturverhalten der Probe wird im Anschluss abhängig des Sondentyps und der Randbedingungen mithilfe eines analytischen Modells ausgewertet.
Mit dem Gerät sind Messung der Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und Wärmekapazität nach DIN EN ISO Standard 22007-2 möglich
- Messbereich: 0,01 bis 400 W/(mK)
- Raumtemperatur bis ca. 300°C
- Messzeit: ca. 1 min
- 20 bis 1280 Sekunden
- Probengeometrie: weitgehend beliebig
Quecksilberporosimeter (MIP)
Die Technik der Quecksilber(druck)porosimetrie (MIP, mercury intrusion porosimetry) basiert auf der druckabhängigen Intrusion evakuierter Poren durch nichtbenetzendes Quecksilber. Unter der vereinfachenden Annahme, dass die Poren des untersuchten Stoffes eine zylindrische Form aufweisen, wird jedem Arbeitsdruck eine spezifische Porengröße zugeordnet. Die Ergebnisse werden grafisch und tabellarisch ausgegeben. Die Porenradien sind üblicherweise im logarithmischen Maßstab aufgetragen. Die Ableitung der Summenkurve des Porenvolumens nach dem Logarithmus des Porenradius ergibt die differentielle Porengrößenverteilungskurve.
CDF/CIF-Prüfanlage
Mit einer CDF/CIF-Prüfanlage lässt sich der Widerstand von Beton gegenüber Frost- und Frost-Tausalz-Beanspruchungen beurteilen. Dazu werden in einer Prüfflüssigkeit gelagerte Probekörper definierten, zyklischen Frost-Tau-Beanspruchungen ausgesetzt. In regelmäßigen Abständen erfolgt eine Bestimmung der äußeren Schädigung (Wägung des abgewitterten Materials) und der inneren Schädigung (Messung der Ultraschalllaufzeit durch die Probekörper).
- Temperaturbereich: -20 °C bis +20 °C
- Regelabweichung: < ± 0,5 °C
- Das Temperaturprofil ist frei einstellbar
- Bestückung wahlweise mit 10 oder 15 Probekörpern
- Durchführung z.B. gemäß RILEM CDF/CIF-Test, CEN/TS 12390-9, CEN/TR 15177, DIN EN 13581, BAW Merkblatt Frostprüfung von Beton, ASTM C666 Teil A und ÖNORM B3303 möglich
Heliumpyknometer
Mit dem Heliumpyknometer kann die Reindichte von Festkörpern sehr genau bestimmt werden. Ist diese bekannt, lassen sich daraus mit hoher Präzision Porositäten errechnen. Hierzu werden Materialproben fein verwogen und im Anschluss in einem Probenraum mit definiertem Volumen mit Helium befüllt. Die Heliummenge gibt Aufschluss über den Porenraum bzw. des Feststoffanteil.
Impact-Resonanz-Messgerät
Ermittelte Größen:
- Resonanzfrequenz
- Longitudinale Schallgeschwindigkeit clong
- Dynamischer Elastizitätsmodul Edyn
- Dämpfungsmaß D
Eingangsgrößen:
- Maße des Probekörpers
- Rohdichte
Anforderungen an den Probekörper:
- Bei den Probekörpern handelt es sich entweder um Zylinder (auch Stäbe), oder um Prismen mit quadratischem Querschnitt (auch Würfel)
- Abmessungen: l/b/h = min. 10 cm / max. 15 cm / max. 15 cm
Ein Probekörper wird durch einen definierten, mit einer Stahlkugel eingeleiteten Impuls zur Schwingung angeregt. Währenddessen erfolgt eine Messung des Frequenzgangs im Hörschallbereich und daraus eine Berechnung der Resonanzfrequenz. Auf Grundlage der Resonanzfrequenz und der Probekörperabmessungen, wird die longitudinale Schallgeschwindigkeit clong berechnet. Der dynamische Elastizitätsmodul Edyn ergibt sich anschließend als Produkt aus dem Quadrat der Schallgeschwindigkeit und der – als Eingangsgröße zu implementierenden – Rohdichte. Zu beachten ist, dass dieser Zusammenhang nur dann zu präzisen Ergebnissen führt, wenn das Verhältnis der Schallwellenlänge zum Durchmesser des Probekörpers relativ groß ist. Dieser Verhalt ist bspw. bei metallischen Rundstäben, Mörtelprismen und sogar bei Betonwürfeln und -zylindern mit einer Kantenlänge von bis zu 15 cm gegeben. Die Höhe der Probekörper sollte zum Zweck einer präzisen Bestimmung der Schallgeschwindigkeit mindestens 10 cm betragen. Geprüft werden können Stoffe unterschiedlichster Dichte, von Dämmstoffen über mineralische Stoffe bis hin zu Metallen. Über clong und Edyn hinaus ist eine Bestimmung des Dämpfungsgrads D möglich.
Zug-/Druckmodul
Mit dem mechanischen Zug-/Druckmodul im Handtaschenformat können sowohl kraft- als auch weggesteuerten Versuche bis max. 5 kN gefahren werden. Dabei sind auch zyklische Beanspruchungen und Langzeitmessungen möglich. Dank seiner geringen Maße kann es in das AREM implementiert werden.
- Kraftbereich: 1 µN bis 5 kN
- Proben (Maximalmaße): 60 mm x 10 mm x 5 mm
- Geschwindigkeiten: 0,3 bis 50 µm/sec.
- Zug-/Druck-Weg: max. 45 mm
- Wegmessung: Linear-Enkoder; Auflösung: 100 nm
- Anschluß: 230/110 V / 50Hz
- Maße in mm (LxBxH): ca. 200 x 150 x 55
Teil des Mikrolabors sind unter anderem des Weiteren:
- Stereomikroskop (VHX-600, Keyence)
- Ionchromatograph (881 Compact IC Pro, Methrom)
- Laborkammerofen (Carbolite, 1100 °C)