Analyse und Prüfung von Bau- und Beschich­tungs­stoffen (Stahlbau und Korrosions­schutz)

Mit Hilfe spezieller physikalischer und chemischer Untersuchungsmethoden werden im Chemie- und Korrosionslabor die Zusammensetzung, Eignung bzw. Qualität von Bau-, Werk- und Beschichtungsstoffen analysiert und bewertet.

FTIR-Spektroskopie

Die Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie (FTIR-Spektroskopie) dient als Analysemethode zur Charakterisierung und Untersuchung anorganischer/organischer Molekülgruppen (Bild 1). Durch die Erstellung von Infrarotspektren mit charakteristischen Absorptionsbanden können Aussagen über die molekulare Beschaffenheit und Zusammensetzung von Materialien (Werkstoffen, Elastomere, Beschichtungen) gemacht werden. Beispielhafte Untersuchungen sind:

  • Identifizierung von Beschichtungsstoffen zur Qualitätssicherung (finger print)
  • Nachweis von Mischungs- bzw. Aushärtefehlern bei Beschichtungsstoffen sowie Untersuchung der Carbamatbildung bei Aminhärtern von Epoxidharzbeschichtungen
  • Bestimmung von Mineralphasen in Beton und Mauerausblühungen
  • Bestimmung von Korrosionsprodukten und Ableitung der Korrosionsursache

Die FTIR-Spektroskopie erlaubt somit eine schnelle, qualitative Analyse von Baustoffen im Allgemeinen sowie von Beschichtungsstoffen im Speziellen.

Thermoanalyse mit TG-DTA-Simultangerät

Mit diesem Simultangerät können durch gleichzeitige thermogravimetrische (TG) bzw. kalorimetrische (DTA) Messungen Aussagen über die Zersetzungstemperaturen, physikalische Prozesse (Aufschmelzen, Phasenumwandlung) und über das Vorhandensein z.B. spezifischer Komponenten des Betons (u.a. Portlandit, Ettringit und Calcit, s. Bild 2) gemacht werden. Weitere Anwendungen sind:

  • Bestimmung des Gehaltes an Restlösemitteln in Beschichtungsproben
  • Thermogravimetrische Untersuchung von Betonproben, Elastomeren und Korrosionsprodukten
  • Nachweis von Mischungs-/Aushärtefehlern zweikomponentiger Beschichtungsstoffe

Die TG erlaubt eine Erhöhung der Aussagekraft und die Verifizierung anderer Untersuchungsergebnisse.

Headspace-Gaschromatographie (HS-GC)

Dieses chromatographische Analyseverfahren dient zum Nachweis spezifischer, flüchtiger Inhaltsstoffe in polymerer Matrix. Der Einsatz nicht zulässiger bzw. störender Lösemittel bei der Applikation von Beschichtungsstoffen im Stahl- und Stahlwasserbau kann damit auch noch nach dem Aushärten des Polymers nachgewiesen werden und die 'Schuldfrage' beim Versagen des Korrosionsschutzes gegebenenfalls geklärt werden. Ferner kommen zur Anwendung:

  • Nachweis von toxischen Alkyloximen und Aromaten in Alkydharzen
  • Quantifizierung von Restlösemittelgehalten durch Multiple-Headspace-Extraktion (MHE)
  • Erstellung von Profilen (finger print) für unterschiedliche Verdünner und Lösemittelgemische (Bild 3)

Das Verfahren ermöglicht darüber hinaus den Nachweis geringer Anteile bis in den Spurenbereich.

Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)

Dieses spektroskopische Analyseverfahren (Bild 4) dient zur quantitativen Bestimmung verschiedener Elemente in unterschiedlichen Materialen und Werkstoffen. So kann z.B. die Zusammensetzung von Stahl, Legierungen und Korrosionsprodukten ermittelt werden. Bei der Bindemittelanalyse von Betonproben wird damit unter Berücksichtigung der Kohlenstoff- und Schwefel-Gehalte die Charakterisierung des Bindemittels (Zementtyp) durchgeführt und die (quantitative) Zusammensetzung von Altbetonen bestimmt. Im Bild 5 ist die Zuordnung von Bindemitteln im Dreistoffdiagramm (CaO - SiO2 - Al2O3) ersichtlich.

Auflichtmikroskopie

Mit Hilfe des Auflichtmikroskopes werden, mit bis zu 500facher Vergrößerung, Materialproben auf ihren morphologischen Aufbau und strukturelle Beschaffenheit hin untersucht. Vor allem bei Beschichtungsproben können der applizierte Schichtaufbau (Bild 1), die Abfolge der Einzelschichten und das Vorhandensein von Störungen (Blasen, Einschlüsse, Krater, etc.) ermittelt werden. Durch computerunterstützte Bildanalyse ist es weiterhin möglich, z.B. die Materialstärken der vorhandenen Einzelschichten oder die Flächen von Unterrostungen zu bestimmen. Metallographische Gefügeuntersuchungen (Struktur, Textur, Korngröße) erfolgen ebenfalls unter Einsatz des Auflichtmikroskops. Für spezielle Fälle, wie der Mineralphasen- und Gefügebestimmung, wird das Durchlichtmikroskop (Polarisationsmikroskop) eingesetzt.

Methoden Bautechnik