Multifrequenz-Reflektometrie zur Analyse des Feuchte- und Salzgehaltes in historischem Mauerwerk (MuReMa)

Teilprojekte des ISAT: Entwicklung eines FEM-Simulationsmodells; Konstruktion, Aufbau und Inbetriebnahme eines Laborprüftands zur Vermessung der hergestellten Mauerwerksproben; Vermessung der Materialproben, Anpassung des Simulationsmodells und Weiterentwicklung des Auswertealgorithmus

Projektleiterin: Prof. Dr. Alexandra Troi, Fakultät Design der Hochschule für angewandte Wissenschaften Coburg

Projektpartner:

• ISAT
• Institut für Diagnostik und Konservierung an Denkmalen in Sachsen und Sachsen-Anhalt e.V. (IDK)

Laufzeit: 01.02.2021 – 31.01.2023

Ziel des Projektes ist Entwicklung eines Messsystems zur Bestimmung von Salz- und Feuchtebelastung in historischem Mauerwerk. Dabei kommt die tiefenabhängige zeitaufgelöste Reflektometrie mittels elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Frequenzen zur Anwendung. Die Messmethode der Reflektometrie stellt sicher, dass nur ein einseitiger Zugang zum Mauerwerk erforderlich ist. Oberhalb einer Frequenz von 100-200 MHz lässt sich so der Effekt von Salz und Feuchte auf den Real- und Imaginärteil der komplexen Dielektrizitätskonstante auftrennen und messtechnisch separieren.

Optimale Multifrequenzkombination

Ziel der geplanten Untersuchungen ist die Identifikation einer optimalen Multifrequenzkombination, mit der sich auch dicke Wände von historischem Mauerwerk bis in die Tiefe von mindestens 50 cm im Reflexionsmodus vermessen lassen und eine ortsabhängige Aussage zu Salz-, Feuchtegehalt und vorliegenden Salzarten erlauben. Weiterhin soll untersucht werden, wie über die Anwendung von „Machine learning-Algorithmen“ auch aus bisher nicht oder nur schlecht auswertbaren Signalen eine Messinformation extrahiert werden kann. Über eine Mehrfrequenzmessung soll außerdem erreicht werden, dass – unabhängig von der Art des Mauerwerks – auf den Feuchte- und Salzgehalt geschlossen werden kann.

Machine Learning-Algorithmen

Vorgesehen ist ein Labortest an bauwerkstypischen Mauerwerksmodellen mit verschiedenen Feuchte- und Salzkonzentrationen, Feuchte- und Salzprofilen sowie unterschiedlichen Salzarten bei mehreren Frequenzen. Auf Grundlage der Messdaten werden Simulationsmodelle zur Beschreibung der Experimente entwickelt bzw. angepasst. Zudem werden Auswertealgorithmen entwickelt, die auf „Machine Learning-Algorithmen“ basieren. Nach der Etablierung der Modelle im Laborversuch erfolgt ein finaler Test im Feld an realem Mauerwerk. Sowohl bei den Laborversuchen als auch bei den Feldtests werden die aus den Messdaten abgeleiteten Werte für Feuchte, Salzgehalt und Salzarten mit den über etablierten Methoden gewonnenen Referenzdaten verglichen.

Das Forschungsprojekt wird mit Mitteln des Innovationsprogramms Zukunft Bau – Forschungsförderung vom Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung gefördert. (Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-20.49.)