TY - CONF A1 - Millar, Steven A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - Chemische Zustandsanalyse von Stahlbetonbauwerken mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) N2 - Die chemische Analyse von Beton gehört bei der Ermittlung des Ist-Zustandes von Stahl- und Spannbetonbauwerken zu den grundlegenden Untersuchungen bei der Zustandserfassung. Der tiefenabhängige Chloridgehalt sowie der Karbonatisierungsfortschritt müssen bei der Bewertung des Ist-Zustandes, beim Instandsetzungsbedarf und ggf. bei der Planung eines erforderlichen Instandsetzungskonzeptes mit einbezogen werden. Seit Mitte der 1990er Jahre wird an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (engl. Laser-induced Breakdown Spectroscopy) – kurz LIBS – stetig für die chemische Analyse von Beton weiterentwickelt. In diesem Beitrag wird der aktuelle Stand der Forschung/ Technik und der Normungsarbeit präsentiert, sowie zukünftig mögliche Anwendungen vorgestellt. Mit den aktuellen LIBS-Systemen (mobiles LIBS-System sowie kommerziell erhältliche Laborsysteme) ist es möglich den Chloridgehalt ortsaufgelöst in wenigen Minuten zu quantifizieren, sogenannte Elementlandkarten zu erstellen und somit die Elementverteilung innerhalb des Betons zu visualisieren. Durch das Scannen eines Bohrkernquerschnittes und der simultanen Erfassung von mehreren Elementen mit einer Messung, ist es zudem möglich, die Gesteinskörnung in den Messdaten zu identifizieren und den Chloridgehalt auf die Zementsteinmatrix zu beziehen. Fehlerquellen aus der Umrechnung der betonbezogenen Chloridgehalte können dadurch minimiert werden. Neben den Grundlagen von LIBS werden vor allem aktuelle Praxisbeispiele vorgestellt, die die aktuellen Möglichkeiten des Verfahrens veranschaulichen. T2 - 9. Kolloquium Parkbauten CY - Esslingen, Germany DA - 04.02.2020 KW - LIBS KW - Chemische Analyse KW - Spektroskopie KW - Beton PY - 2020 UR - https://elibrary.narr.digital/article/99.125005/kpb202010305 SN - 2510-7763 VL - 9 IS - 1 SP - 305 EP - 319 AN - OPUS4-50615 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Epple, Niklas T1 - Monitoring of bridges with coda waves - first steps towards an imaging strategy N2 - Monitoring of concrete structures is of utmost importance in maintenance and preservation of infrastructure. As a part of the DFG research group CoDA (Concrete Damage Assessment by Coda Waves), the works within this PhD project aim for identification of damage sensitive parameters extracted from ultrasonic measurements obtained with embedded sensors, the determination of environmental (reversible) influences on the signal and the localisation of damaged areas. The main technique used for the detection of changes in the monitored material is the so-called Coda Wave Interferometry (CWI). It uses the later part of the ultrasonic recording for the detection of small changes in the sensed area and the calculation of a relative velocity change. Using this technique we can show that we are able to detect changes in concrete temperature with ultrasound measurements. This enables temperature correction for ultrasound monitoring with embedded sensors. The crucial point for imaging and localisation with coda waves is the calculation of the so-called sensitivity kernels. We propose the application of numerical wave simulations for the kernel calculations instead of the commonly used diffusivity equation. Using finite-difference wave modelling code from our DFG project partners we are able to calculate those Kernels and first results are shown in this presentation. The major task for the second year will be the development and implementation of the inversion algorithm as well as the preparation of validation experiments. T2 - Doktorandenseminar BAM Abt. 8 CY - Berlin, Germany DA - 30.03.2020 KW - Ultrasound KW - Non-destructive testing KW - Numerical modelling KW - Structural health monitoring PY - 2020 AN - OPUS4-50624 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Johann, Sergej A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Zimmek, David A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Smart electronic helper for long-term monitoring of bridges and building structures N2 - Increasing traffic volume on the one hand and ageing infrastructure on the other hand have created many new challenges for maintenance and structural health monitoring of roads and bridges. In the past, many bridges and road structures have been neglected, often resulting in traffic congestion, road closure, and increased repair costs. This research is concerned with the development of a system to improve the challenge of maintenance and early detection of damage, particularly moisture penetration and corrosion of steel reinforced concrete components. The objective is to develop a method that will also work after 30 years and longer. Many new IoT solutions are equipped with internal energy storage elements (accumulators or batteries) which are inappropriate here, since most relevant signs of concrete degradation occur after decades, where the functioning of such elements are more than questionable. The presented technology approach uses radio-frequency identification (RFID) and enables connectivity to sensors. It offers the advantage of an passive, completely independent energy supply without any energy storage components. Since the system should be permanently embedded in concrete, it is crucial to develop a long-term stable device which is adapted to the environmental influences of the structure, e.g., long-term resistance in very alkaline environment of pH 13. In numerous experiments, the robustness of the system was tested and evaluated. Various tests with encapsulations to protect the electronics were performed, and for long-term validation different concrete specimens were instrumented with RFID-sensor-systems. Their operating time is now around two years and investigations for signs of fatigue and damage to the encapsulation and the electronics are ongoing. T2 - SMAR 2019 CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Sensors KW - Passive RFID KW - Smart structures KW - SHT KW - Long term monitoring PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-501931 UR - https://www.ndt.net/?id=25011 SN - 1435-4934 VL - 25 IS - 1 SP - 1 EP - 6 PB - NDT.net CY - Kirchwald AN - OPUS4-50193 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Hauke, Max T1 - Entwicklung eines Versuchsstandes zur Dickenbestimmung von Werkstoffen mithilfe von frequenzmoduliertem Ultraschall N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Versuchsstandes zur Di-ckenbestimmung von Werkstoffen mithilfe von frequenzmoduliertem luftgekoppelten Ultra-schall. Zur Erzeugung des frequenzmoduliertem Signals wird ein fluidischer Oszillator ver-wendet. Die Schwingungsfrequenz des Oszillators ist von der Größe, der Geometrie und den Druckverhältnissen im Oszillator abhängig, welche durch ein Druckventil veränderbar sind. Zur Datenfassung dienen zwei Laservibrometer. Weiterhin soll die schlussendliche Dicken-bestimmung mithilfe eines Kreuzkorrelationsverfahrens erreicht werden. Während der Ent-wicklung wurden Messungen im Medium Luft, als auch mit Polyamid-Probekörpern durchge-führt. Für die Luftmessungen wurde das Ultraschallsignal an zwei Messpunkten erfasst und der Abstand zwischen diesen Messpunkten daraufhin versucht zu ermitteln. Diese Abstand-messungen wurden mit unterschiedlichen Abständen von 6 bis 15 Zentimeter durchgeführt, wobei der Abstand anhand der Daten mit einer Abweichung von unter einem Zentimeter er-folgreich bestimmt werden konnte. Die Messungen am Probekörper waren weniger Erfolg-reich, da keine reproduzierbare Dickenbestimmung erreicht werden konnte. Trotzdem kann die Entwicklung aufgrund der erfolgreichen Abstandmessung in der Luft sowie den neuen Erkenntnissen aus den Messungen am Probekörper als Erfolg betrachtet werden. KW - Berührungsloser Ultraschall KW - Bauwesen KW - Frequenzmodulation KW - Fluidische Anregung PY - 2019 SP - 1 EP - 74 CY - Berlin AN - OPUS4-50219 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Water content in construction materials N2 - Discussion of material moisture and moisture transport in liquid and vapour phase. Prediction of the pore saturation in partially saturated pores in building materials. T2 - 5. Herbstschule Competence Center for Material Moisture CY - Ettlingen, Germany DA - 08.10.2019 KW - Material moisture KW - Building materials KW - Embedded sensors KW - Partially saturated pores PY - 2019 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-49260 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Correlation between the electric impedance and the water layer thickness in partially saturated screed samples N2 - Discussion of material moisture in liquid and vapour phase. Prediction of the pore saturation in partially saturated pores in building materials. Correlation between the electric impedance and the water layer thickness in partially saturated screed samples. T2 - 10. CMM Tagung CY - Ettlingen, Germany DA - 10.10.2019 KW - Embedded sensors KW - Corresponding relative humidity KW - Electrical impedance KW - Material moisture KW - Building materials KW - Partiallly saturated pores PY - 2019 AN - OPUS4-49261 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Völker, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Wilsch, Gerd T1 - Classification of cement pastes with laser-induced breakdown spectroscopy N2 - In civil engineering, the investigation of existing infrastructure is of major importance for maintaining and ensuring stability of the structures. To ensure durability, uniform regulations and standards apply e.g. the European standard EN 206-1. In some countries, the EN-standard is supplemented by additional standards, as in Germany with DIN 1045-2. Here, specific application rules are described, e.g. for the cement type, to ensure the resistant to different exposures. Therefore, the knowledge of the materials originally used is important in assessing the condition of existing concrete structure. Unfortunately, these are often unknown and must be determined retrospectively. Therefore, we present the application of the laser-induced breakdown spectroscopy to distinguish between different types of cement. Spectral information’s are used to build a classification model. First, the accuracy of the classification is analyzed on ten pure laboratory cement samples. To investigate possible sources of error, the model was then applied to cement samples with different moisture content. The study shows that LIBS is a promising tool for distinguishing between cement types. For further industrial application, however, factors influencing the LIBS signal must be included to ensure a robust model. T2 - 10th Euro-Mediterranean Symposium on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy CY - Brno, Czech Republic DA - 08.09.2019 KW - Spectroscopy KW - LIBS KW - Cement KW - Classification PY - 2019 AN - OPUS4-49253 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Stolpe, Heiko A1 - Kruschwitz, Sabine ED - Schumann, R. T1 - Correlation between the electric impedance and the water layer thickness in partially saturated screed samples N2 - The moisture content of screed samples is monitored by means of embedded sensors. Relative humidity sensors and multi-ring-electrodes are used to measure the spatial moisture distribution during desorption. Based on the humidity data and the pore volume distribution, the moisture and the water layer thickness within the pore space are predicted. Slit shape as well as cylindrical pores are evaluated. Finally, the measured real part of the electrical impedance and the calculated water layer thickness are correlated. Based on the available data, a significant trend change of the impedance is documented at a water layer thickness of approximately 3 nm. This water layer thickness corresponds to a relative humidity of 88.3%. T2 - 10. CMM Tagung CY - Ettlingen, Germany DA - 10.10.2019 KW - Material moisture KW - Screed KW - Embedded sensors KW - Electric impedance KW - Water layer thickness PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-494636 VL - 10 SP - 79 EP - 102 PB - CMM, Karlsruher Institut für Technologie CY - Karlsruhe AN - OPUS4-49463 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Johann, Sergej A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Smart RFID Sensors Embedded in Building Structures for Early Damage Detection and Long-Term Monitoring N2 - In civil engineering, many structures are made of reinforced concrete. Most Degradation processes relevant to this material, e.g., corrosion, are related to an increased level of material moisture. Therefore, moisture monitoring in reinforced concrete is regarded as a crucial method for structural health monitoring. In this study, passive radio frequency identification (RFID)-based sensors are embedded into the concrete. They are well suited for long-term operation over decades and are well protected against harsh environmental conditions. The energy supply and the data transfer of the humidity sensors are provided by RFID. The sensor casing materials are optimised to withstand the high alkaline environment in concrete, having pH values of more than 12. Membrane materials are also investigated to identify materials capable of enabling water vapour transport from the porous cement matrix to the embedded humidity sensor. By measuring the corresponding relative humidity with embedded passive RFID-based sensors, the cement hydration is monitored for 170 days. Moreover, long-term moisture monitoring is performed for more than 1000 days. The Experiments show that embedded passive RFID-based sensors are highly suitable for long-term structural health monitoring in civil engineering. KW - RFID based sensors KW - Embedded sensors KW - Corresponding relative humidity KW - Porous building materials KW - Reinforced concrete KW - Corrosion KW - Civil engineering PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-500831 DO - https://doi.org/10.3390/s19245514 VL - 19 IS - 24 SP - 1 EP - 18 PB - MDPI CY - Basel, Swiss AN - OPUS4-50083 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gottlieb, C. A1 - Lierenfeld, M. B. A1 - Wilsch, Gerd A1 - Bohling, C. T1 - Es geht auch einfacher N2 - Mit laserbasiertem Verfahren Zustand von Betonbauwerken erfassen: Die Laserinduzierte Breakdown Spektroskopie (LIBS) stellt eine Alternative zur nasschemischen Analyse dar, um den Zustand von Betonbauwerken zu erfassen. Bei diesem Verfahren laufen der Analysevorgang und die Auswertung automatisiert ab. Ein Prototyp für die mobile Anwendung auf der Baustelle steht zur Verfügung. So kann auf Knopfdruck ein schriftlicher Bericht erstellt werden, der einen genauen Wert für die Eindringtiefe eines relevanten Elements wie Chlorid ausgibt. KW - Beton KW - LIBS KW - Chlorid KW - Vor-Ort-Untersuchung PY - 2019 VL - 42 IS - 7 SP - 28 EP - 31 PB - Verlagsgesellschaft Rudolf Müller GmbH CY - Köln AN - OPUS4-50283 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bartelmeß, Jürgen A1 - Zimmek, David A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Schäferling, M. T1 - Fibre optic ratiometric fluorescence pH sensor for monitoring corrosion in concrete N2 - In this communication a novel concept for pH sensing is introduced which is specifically adapted to monitor carbonation induced corrosion in concrete structures. The method is based on a ratiometric measurement principle, exploiting the pH sensitive colour switching of thymol blue in the basic pH regime and the emissive properties of two different (Zn)CdSe/ZnS core shell quantum dots. The transition point of thymol blue in a Hydrogel D4 matrix was determined to be at around pH 11.6, which fits ideally to the intended application. Next to the fundamental spectroscopic characterization of the ratiometric response, a new design for a sensor head, suitable for the incorporation into concrete matrices is presented. Toward this, a manufacturing process was developed which includes the preparation of a double layer of polymers containing either thymol blue or a quantum dot mixture inside a porous ceramic tube. Results of a proof-of-priciple performance test of the sensor head in solutions of different pH and in cement specimens are presented, with encouraging results paving the way for future field tests in concrete. KW - Fiber optic sensing KW - PH monitoring in concrete KW - Embedded sensors KW - Ratiometric fluorescence PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1039/c9an02348h VL - 145 IS - 6 SP - 2111 EP - 2117 PB - Royal Society of Chemistry AN - OPUS4-50381 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Ermittlung der Porosität von Sandsteinen - Vergleich von Quecksilberporosimetrie, Tauchwägung und NMR N2 - Die Porosität sowie die Porengrößenverteilung (PSD) eines Baustoffs sind wichtige petrophysikalische Eigenschaften, die Transportprozesse im Material beeinflussen und im direkten Zusammenhang mit der Schadensanfälligkeit stehen (Frost-Tau-Schäden, Schäden durch Salzeinträge und sauren Regen). Verfahren zur Ermittlung der Porosität stellen die Quecksilberporosimetrie (MIP), das Prinzip der Tauchwägung nach Archimedes (triple weighing method, TWM) und die Nuklear Magnetische Resonanz (NMR) dar. Das Hauptziel dieser Arbeit ist der Vergleich der drei Methoden für die Porositätsbestimmung. Als Untersuchungsmaterial wurde Sandstein gewählt. Als Baustoff wird Sandstein trotz einer teilweise geringen Festigkeit, aber aufgrund seiner Farbvielfalt häufig für Kulturbauten, Gehwegmaterial und Fassaden eingesetzt. Sandsteine weisen zudem meist eine hohe effektive Porosität (bis zu ca. 30 %) und teilweise breite Porengrößenspektren auf, wodurch Feuchte- und Ioneneinträge begünstigt werden und zu z. B. langfristigen Verfärbungen an Sandsteinfassaden führen können. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Porositäten von 10 verschiedenen Sandsteinen aus Deutschland und Tschechien bestimmt. Für die Untersuchungen mittels TWM und NMR wurden für jede Sandsteinart zwei zylinderförmige Proben unter Unterdruck mit Leitungswasser aufgesättigt. Beim Vergleich der Verfahren liegt der Fokus insbesondere auf NMR und der verwendeten Gerätetechnik, die mit einer minimalen Echozeit von 50 µs ein Wasserstoffsignal in Sandsteinen aus bis zu ca. 2 nm kleine Poren erfassen kann. Darüber hinaus wird das Auflösungsvermögen von MIP und NMR bezüglich der Poren- bzw. Poreneingangsgrößen diskutiert. Für den Vergleich von NMR und MIP werden an ausgewählten Sandsteinproben ebenfalls die zusätzlich ermittelten PSD in Korrelation zueinander gebracht. Erste Ergebnisse zeigen eine gute Korrelation von NMR- und TWM-Daten, aber teilweise starke Abweichungen zu den mit MIP bestimmten Porositäten. Ergebnisse zu den PSD zeigen teilweise nahezu identische Kurvenverläufe. Jedoch ist die Abschätzung des Umrechnungsfaktors für die NMR-Daten ohne Hinzuziehen von zusätzlichen Referenzverfahren wie Röntgen-Computer-Tomographie oder Spektral Induzierte Polarisation teilweise sehr schwierig. T2 - Bauwerksdiagnose CY - Berlin, Germany DA - 13.02.2020 KW - NMR KW - Porosität KW - Sandsteine KW - Quecksilberporosimetrie KW - Tauchwägung PY - 2020 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-50405 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dietz, T. A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Kohns, P. A1 - Ankerhold, G. T1 - Comparison of atomic and molecular emission in LIBS for the quantification of harmful species in cement-based materials N2 - Due to the penetration of harmful chlorides into concrete, e.g. from de-icing salt, damage processes such as chloride-related pitting corrosion can occur if critical values are exceeded. In this study, multiphase materials such as chloride-contaminated concrete are examined in detail. A direct comparison is made by analyzing the spectroscopic information of simultaneously measured atomic and molecular emissions with laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). In addition, the influence on the calibration is examined on the basis of the combined spectral information of both reaction paths of the penetrated chlorides. The calibration models of univariate and multivariate methods were validated using reference samples with wet chemical analysis. The results are applied to a concrete sample of a parking deck, which was also analyzed by potentiometric wet chemistry. In order to account for the heterogeneity of concrete, spatially (200 μm) and spectroscopically (0.1 nm) resolved LIBS measurements were performed using a fully automated laboratory system. Simultaneous measurements with three spectrometers allow the analysis of the emission processes of several elements such as Cl, Ca, O, Si and Mg as well as the newly formed molecules CaO and CaCl. The evaluation of the molecular emission in combination with atomic lines extends the analytical performance, since different concrete phases such as aggregates and cement matrix can be better represented. The measurements were carried out in ambient air and with helium purge gas. The limit of detection (LOD) achieved for a combined evaluation of atomic and molecular emission was determined to be 0.028 wt%. KW - Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) KW - Cement-based materials KW - Atomic and molecular mapping KW - Chemometrics PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.sab.2019.105707 SN - 0584-8547 VL - 161 SP - 105707 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-50438 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Abraham, O. A1 - Larose, E. T1 - A review on ultrasonic monitoring of concrete: coda wave interferometry and beyond N2 - The propagation of ultrasonic waves in concrete is affected by its micro- and macro-structure, geometry and properties as well as external influences as stress, temperature or moisture. In addition, age and degradation have a strong influence. Therefore, Ultrasound has been used to monitor concrete samples and structures since decades. However, early applications using conventional techniques as time-of flight or changes in amplitudes have been limited to detect changes in a late stage close to serviceability or ultimate load states. Around 2000, several new, more sensitive techniques adopted from geophysics or other field of material sciences have been introduced to research in ultrasonic monitoring of concrete. The most discussed methodologies are coda wave interferometry, a technique which allows to detect very subtle changes from repeated ultrasonic measurements. Nonlinear acoustic techniques help to identify e. g. cracks even in an inhomogeneous background. Both techniques can be combined. This paper reviews methods and results achieved so far on the laboratory scale and with full scale models the directions for future research and application is given as well. T2 - QNDE 2019 CY - Portland, OR, USA DA - 14.07.2019 KW - Ultrasound KW - Coda wave interferometry KW - Concrete KW - Nonlinear KW - Monitoring PY - 2019 AN - OPUS4-48688 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Johann, Sergej A1 - Wu, Cheng-Chieh A1 - Strangfeld, Christoph T1 - KonSens - RFID embedded² systems in concrete – validation experiments N2 - Structural Health Monitoring (SHM) is an important part of buildings surveillance and maintenance to detect material failure as early as possible and to contribute in protection of structures and their users. The implementation of Radio Frequency Identification (RFID) sensor systems without cable connection and battery into building components offers innovative possibilities to enable long-term in-situ SHM of addressed structures, bridges. The objectives of the presented study are complete embedding of RFID sensors systems in concrete, full passive communication with the systems, at best for the whole life span of structures. One challenge for this task is the highly alkaline environment in concrete, which requires non-degrading and robust encapsulation. Further Requirements are passive communication and energy supply, appropriate antenna design, placement and fixation in concrete, and the selection and implementation of sensors and connections. The concept is to develop and optimize a simple and robust system, which meets the requirements, as well as comprehensive validation in concrete specimen and real world applications. Two different systems were developed (HF and UHF RFID, respectively). First tasks were the implementation of analog sensors using the superposition principle for the signal adaption. Investigation of suitable materials for robust encapsulation and sensor protection against basic environments. Four materials were investigated in pH 13 solution for 14 days - 3D-Printer-Polymer was completely resolved - PVC has no noticeable decrease in weight - (VitaPro) glass filter for the sensor protector, has weight loss 2.7 % - The epoxy resin has increased by 1.8 % due to moisture expansion Different concrete samples were prepared for the validation of the systems. RFID sensors were embedded in different integration depths. Investigate the energy- and data transfer through concrete, also with varying moisture content. Additionally, signal strength data was used to optimize and validate the antenna characteristics in concrete. Next steps are to guarantee a sufficient energy supply for UHF RFID systems embedded in different concrete mixtures and further embedding the HF and UHF RFID systems in real bridges and buildings to validate the long term monitoring. T2 - 5th International Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures (SMAR 2019) CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Passive RFID KW - RFID sensors KW - Sensors in concrete KW - Smart structures KW - Structural health monitoring PY - 2019 AN - OPUS4-48790 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Katzenbach, R. A1 - Hillmann, S. A1 - Schallert, M. A1 - Unseld, H. A1 - Willmes, M. ED - Bullock, P. ED - Verbeek, G. ED - Paikowsky, S. ED - Tara, D. T1 - A Framework for Nondestructive Testing Used in Foundation Reuse Projects N2 - The reuse of existing foundations is considered in various construction Projects to save time and costs while avoiding unnecessary interference with other underground objects. Because the design and as-built drawings might not be complete and questions may arise regarding the condition of the foundations, a detailed investigation is a prerequisite for the planning process in most cases. Nondestructive testing (NDT) techniques are a core part of this endeavor. The processes and procedure for foundation reuse planning are not yet standardized, and the possibilities and limitations of NDT methods are not known to many planners and stakeholders. The German research Project REFUND (2014–2016) has developed charts for the planning and Investigation process that consider available standards and the current state of the art in NDT. These charts are separately available for single and strip, slab, and pile foundations. Available NDT methods have been compiled and evaluated for specific tasks at these foundation types, including their respective limitations. The procedures have been successfully tested in two real-world projects. The results from these projects enable planners to improve the reliability of the process while potentially saving significant resources. This paper discusses the procedures for pile foundations and demonstrates the use of various NDT methods in a project on the reuse of electrical tower foundations. KW - Foundation reuse KW - Pile integrity testing KW - Parallel seismic PY - 2019 SN - 978-0-8031-7667-6 DO - https://doi.org/10.1520/STP161120170159 VL - 1611 SP - 238 EP - 253 PB - ASTM International CY - West Conshohoken, PA, USA AN - OPUS4-48795 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schwarz, W. A1 - Wilsch, Gerd A1 - Pichelhöfer, A. A1 - Ebell, Gino A1 - Völker, Tobias T1 - Galvanic chloride extraction by an embedded zinc anode: Ion distribution mapped by laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) N2 - An important aspect with regard to the service life of zinc based galvanic anodes and the durability of the corrosion protection of steel in concrete is the “galvanic chloride extraction”. Chloride ions move in the electric field generated by the current, flowing between the galvanic anode and the cathodic steel. Migration leads to an accumulation of anions, e.g. chloride ions, at the anode and depletion of chlorides near the steel rebar surface. The ion migration was studied on steel reinforced concrete specimens admixed with 3 wt.% chloride/wt. cement and galvanically protected by a surface applied embedded zinc anode (EZA). The zinc anode was embedded and glued to the concrete surface by a geo-polymer based chloride free binder. The EZA was operated over a period of 1 year and the ion distribution between anode (EZA) and cathode (steel reinforcement) was studied by laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) after 5 months, 7 months and 12 months. The results show that chloride ions efficiently migrate in the direction of the zinc-anode and accumulate there. Chloride distribution in the EZA correlates with the distribution of zinc ions generated by the anodic dissolution of the zinc anode in the binder matrix. The microstructure of the binder matrix and its interface to the zinc-anode are studied by REM/EDX – preliminary results will be reported. T2 - Concrete Solutions 2019 CY - Cluj Napoca, Romania DA - 30.09.2019 KW - Galvanic corrosion KW - Corrosion KW - Chloride extraction PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-488189 DO - https://doi.org/10.1051/matecconf/201928903010 VL - 289 SP - 03010, 1 EP - 5 PB - MATEC Web of Conferences AN - OPUS4-48818 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Johann, Sergej A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Zimmek, David A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Smart electronic helper for long term monitoring of bridges and building structures N2 - Increasing traffic volume on the one hand and ageing infrastructure on the other hand have created many new challenges for maintenance and structural health monitoring of roads and bridges. In the past, many bridges and road structures have been neglected, often resulting in traffic congestion, road closure, and increased repair costs. This research is concerned with the development of a system to improve the challenge of maintenance and early detection of damage, particularly moisture penetration and corrosion of steel reinforced concrete components. The objective is to develop a method that will also work after 30 years and longer. Many new IoT solutions are equipped with internal energy storage elements (accumulators or batteries) which are inappropriate here, since most relevant signs of concrete degradation occur after decades, where the functioning of such elements are more than questionable. The presented technology approach uses radio-frequency identification (RFID) and enables connectivity to sensors. It offers the advantage of an passive, completely independent energy supply without any energy storage components. Since the system should be permanently embedded in concrete, it is crucial to develop a long-term stable device which is adapted to the environmental influences of the structure, e.g., long-term resistance in very alkaline environment of pH 13. In numerous experiments, the robustness of the system was tested and evaluated. Various tests with encapsulations to protect the electronics were performed, and for long-term validation different concrete specimens were instrumented with RFID-sensor-systems. Their operating time is now around two years and investigations for signs of fatigue and damage to the encapsulation and the electronics are ongoing. T2 - 5th International Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures (SMAR 2019) CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Passive RFID KW - Sensors KW - SHM KW - Long term monitoring KW - Smart structures PY - 2019 AN - OPUS4-48832 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Johann, Sergej A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Zimmek, David A1 - Bartholmai, Matthias ED - Helmerich, Rosemarie ED - Ilki, A. ED - Motavalli, M. T1 - Smart electronic helper for long-term monitoring of bridges and building structures N2 - Increasing traffic volume on the one hand and ageing infrastructure on the other hand have created many new challenges for maintenance and structural health monitoring of roads and bridges. In the past, many bridges and road structures have been neglected, often resulting in traffic congestion, road closure, and increased repair costs. This research is concerned with the development of a system to improve the challenge of maintenance and early detection of damage, particularly moisture penetration and corrosion of steel reinforced concrete components. The objective is to develop a method that will also work after 30 years and longer. Many new IoT solutions are equipped with internal energy storage elements (accumulators or batteries) which are inappropriate here, since most relevant signs of concrete degradation occur after decades, where the functioning of such elements are more than questionable. The presented technology approach uses radio-frequency identification (RFID) and enables connectivity to sensors. It offers the advantage of an passive, completely independent energy supply without any energy storage components. Since the system should be permanently embedded in concrete, it is crucial to develop a long-term stable device which is adapted to the environmental influences of the structure, e.g., long-term resistance in very alkaline environment of pH 13. In numerous experiments, the robustness of the system was tested and evaluated. Various tests with encapsulations to protect the electronics were performed, and for long-term validation different concrete specimens were instrumented with RFID-sensor-systems. Their operating time is now around two years and investigations for signs of fatigue and damage to the encapsulation and the electronics are ongoing. T2 - 5th International Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures (SMAR 2019) CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Long term monitoring KW - Passive RFID KW - SHM KW - Sensors KW - Smart structures PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-489890 SP - 1 EP - 6 PB - German Society for Non-Destructive Testing (DGZfP e.V.) AN - OPUS4-48989 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Ertel, Jens-Peter T1 - PileInspect N2 - The EC funded project PileInspect (2013-2016) has tried to improve the traditional low strain pile integrity test by using a shaker instead of a hamm and sophisticated higher order spectra analysis methods to provide automated, reliable interpretation. However, the results, even if promising, have not seen full validation yet. A second module, providing depth information by regularized deconvolution, was developed and tested successfully, but doesn't deliver additional information compared tomteh traditioanl test. T2 - DFI Seminar Pile Integrity Testing CY - Bruxelles, Belgium DA - 12.09.2019 KW - Pile integrity testing KW - Shaker KW - Higher order spectra KW - Deconvolution PY - 2019 AN - OPUS4-48948 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Wilsch, Gerd A1 - Bohling, Christian T1 - Chemometrics for the analysis of cement-based materials N2 - The analysis of the chemical composition of cement-based materials like concrete is a crucial task in civil engineering. Concrete is a multi-phase material made of cement, water, aggregates, additives and admixtures. During the damage assessment of concrete structures, the external ingress of harmful species like chlorine, alkalis or sulfates needs to be determined. In order to provide a fast and precise analysis of concrete the application of LIBS offers unique possibilities as the technique can detect all elements at air atmosphere. To determine the condition of concrete, the information about the chemical composition, the ingress of harmful species as well as the evaluation of characteristic values like the used cement type or the type of aggregates are needed. This work presents the two-dimensional evaluation of concrete samples using LIBS and multivariate data analysis of atomic and molecular emission. For the evaluation of the main components different classification methods will be applied to identify the heterogeneity of the samples. With respect to their specific phase, different species will be quantified using multivariate regression (PLS) and important figures of merit will be presented. All results will be verified using Standard procedure of wet chemistry (XRF, potentiometric titration and ICP-OES). T2 - 10th Euro-Mediterranean Symposium CY - Brno, Czech Republic DA - 08.09.2019 KW - Heterogeneous material KW - Chemometics KW - Cement KW - Concrete PY - 2019 AN - OPUS4-51838 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias T1 - Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Automated 2D chemical analysis of chloride content in concrete structures N2 - The application of a LIBS system is presented. A diode-pumped low energy laser (3 mJ, 1.5 ns, 100 Hz) and a compact NIR spectrometer are used. A scanner allows the two-dimensional element mapping. For the quantitative analysis calibration of the system is carried out with reference samples in a concentration range of chlorine of 0.05 wt.% to 2.5 wt.%. To determine the 2D distribution of harmful elements (Cl, C), concrete cores were drilled, split and analyzed directly. By comparing the chloride ingress and the carbonation, the interaction of both processes can be visualized in one measurement that takes less than 10 minutes with a drill core of 50 mm x 100 mm. Results obtained were compared and verified with standard measurements. T2 - Concrete Solutions 2019 CY - Cluj Napoca, Romania DA - 30.09.2019 KW - Chloride KW - Beton KW - LIBS KW - Schädigung PY - 2019 AN - OPUS4-51703 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - Fast quantitave chemical analysis of concrete using LIBS N2 - Overview of application of LIBS for the fast and automated quantitative chemical analysis of concrete. T2 - NDT-E Workshop CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2019 KW - Sulphate KW - LIBS KW - Concrete KW - Damage KW - Chloride KW - Mapping PY - 2019 AN - OPUS4-51704 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias T1 - Mobile LIBS-System for condition assesment of concrete structures on-site N2 - Application of a mobile LIBS system for on-site investigation of chemical composition of concrete. T2 - SMAR 2019 CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Mobile system KW - LIBS KW - Concrete KW - Damage KW - Chloride KW - Sulphate KW - Mapping PY - 2019 AN - OPUS4-51706 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - LIBS for the analysis of concrete N2 - Special features and examples of using LIBS on concrete. T2 - Workshop on tandem LIBS/LA-ICP-MS CY - Berlin, Germany DA - 18.11.2019 KW - Mobile system KW - LIBS KW - Concrete KW - Damage KW - Chloride KW - Sulphate KW - Mapping PY - 2019 AN - OPUS4-51710 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - Mobile LIBS system for evaluation of concrete structures on site N2 - Features and application of a mobile LIBS system for evaluation of concrete structures on-site. T2 - EMSLIBS 2019 CY - Brno, Czech Republic DA - 08.09.2019 KW - On-site KW - LIBS KW - Concrete KW - Mapping KW - Evaluation PY - 2019 AN - OPUS4-51711 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Bohling, Christian A1 - Wilsch, Gerd T1 - New possibilities for concrete analysis 4.0 with the Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) N2 - In civil engineering the damage assessment of concrete infrastructures is an important task to monitor and ensure the estimated life-time. The aging of concrete is caused by different damage processes like the chloride induced pitting corrosion of the reinforcement. The penetration depth and the concentration of harmful species are crucial factors in the damage assessment. As a highly cost and time-consuming standard procedure, the analysis of concrete drill cores or drilling by wet-chemistry is widely used. This method provides element concentration to the total mass as aggregates and binder are homogenized. In order to provide a method that is capable to detect the element concentration regarding the cement content only, the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) will be presented. The LIBS method uses a focused pulsed laser on the sample surface to ablate material. The high-power density and the laser-material interaction causes a laser-induced plasma that emits elemental and molecular line emission due to energy transition of the excited species in the plasma during the cooling phase. As each element provides element-specific line emission, it is in principle possible to detect any element on the periodic table (spectroscopic fingerprint) with one laser shot. In combination with a translation stage the sample under investigation can be spatially resolved using a scan raster with a resolution up to 100 µm (element mapping). Due to the high spatial resolution, the element distribution and the heterogeneity of the concrete can be evaluated. By using chemometrics the non-relevant aggregates can be excluded from the data set and the element concentration can be quantified and referred to a specific solid phase like the binding matrix (cement) only. In order to analyze transport processes like diffusion and migration the twodimensional element distributions can provide deep insight into the transport through the pore space and local enrichments of elements. As LIBS is a multi-elemental method it is also possible to compare the ingress and transport process of different elements like Cl, Na, K, S, C, and Li simultaneously and evaluate cross-correlations between the different ions. Furthermore, the element mapping allows to visualize the transport along cracks. This work will show the state of the art in terms of hardware and software for an automated LIBS system as well as different application for a concrete analysis 4.0. Focus will be the application of LIBS for a fast concrete analysis. T2 - SMAR 2019 CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Damage KW - LIBS KW - Concrete KW - Mapping KW - Chlorine PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-517282 UR - https://www.ndt.net/?id=24963 SN - 1435-4934 VL - 25 IS - 1 SP - 1 EP - 8 PB - NDT.net CY - Kirchwald AN - OPUS4-51728 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oesch, Tyler A1 - Weise, Frank A1 - Marx, Heidi A1 - Kositz, M. A1 - Huenger, K.-J. T1 - Analysis of the porosity of alkali-sensitive aggregates for the assessment of microstructure-dependent solubility in the context of ASR N2 - Intensified Alkali-Silica Reaction (ASR) damage has occurred on German roadways in recent years, leading to requirements for compulsory pre-construction investigation of aggregate alkali sensitivity using concrete tests with external alkali supply. However, since these tests are time-consuming and cost-intensive, there is interest in replacing them with a solubility test on pure aggregate in 0.1 M KOH solution at 80°C with a defined NaCl content (1wt.-%). In this context, the influence of aggregate pore structure on SiO2 and Al2O3 solubility was investigated in this project. This paper compares the results of porosity studies with X-ray Computed Tomography (3D-CT) and the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method on individual quarried and river gravel granules of both rhyolite and greywacke. For visualization and quantification of both externally accessible and fully enclosed surfaces of granules using X-ray 3D-CT, special software tools were developed. The results demonstrated that the river gravel granules had significantly larger externally accessible surfaces than the quarried granules. BET measurements on individual stones showed, as expected, that measured surfaces were about three orders of magnitude larger than those from the X-ray 3D-CT analyses due to the higher spatial resolution of BET. There was no apparent correlation between the X-ray 3D-CT and BET surface areas. Mercury porosimetry measurements indicate that this may be due to the presence of significant porosity below the spatial resolution of the X-ray 3D-CT. A comparison of SiO2 and Al2O3 solubility measurements with the X-ray 3D-CT and BET surface area data resulted only in weak, inconclusive correlations, indicating the need for further experimental investigation. T2 - Microdurability Webinar CY - Online meeting DA - 12.10.2020 KW - X-ray Computed Tomography (CT) KW - Brunauer-Emmett-Teller (BET) Method KW - Alkali-Silica Reaction (ASR) KW - Porosity KW - Solubility PY - 2020 AN - OPUS4-51429 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - LIBS – Betonanalytik mir dem Laser N2 - Es wird ein alternatives Verfahren zur schnellen zweidimensionalen Analyse der chemischen Zusammensetzung von Baustoffen vorgestellt. Dieses beruht auf der Kombination des Abtrags einer geringen Materialmenge durch einen gepulsten Laser, der Plasmaerzeugung und der Analyse der Lichtemission des Plasmas mittels optischer Spektroskopie. Es können prinzipiell alle Elemente gleichzeitig nachgewiesen werden. Damit ist es möglich einerseits Informationen über den Baustoff an sich als auch über den Eintrag potentiell schädigender Elemente (z. B. Cl, C, Na, K, S) zu gewinnen. Das Verfahren kann automatisiert im Labor oder als mobile Version direkt vor Ort eingesetzt werden. Es liefert zweidimensionale Bilder der Elementverteilung in Echtzeit. Es kann ohne große Probenvorbereitung z. B. direkt an der Querschnittsfläche eines Bohrkernes gemessen werden. Die Messung dauert nur wenige Minuten. Das Prinzip der Messung, die Vor- und die Nachteile, sowie die verfügbare Gerätetechnik für den Einsatz im Labor oder direkt am Bauwerk werden vorgestellt. Abschließend werden praktische Beispiele für die Anwendung des LIBS-Verfahrens zur Erfassung des Chlorid-Eintrages, der Karbonatisierung und der Verteilung von Schwefel präsentiert. T2 - 9. Betonfachtagung CY - Berlin, Germany DA - 12.11.2019 KW - Chloride KW - Beton KW - LIBS KW - Schädigung PY - 2019 AN - OPUS4-51673 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - LIBS – Betonanalytik mit dem Laser N2 - Es wird ein alternatives Verfahren zur schnellen zweidimensionalen Analyse der chemischen Zusammensetzung von Baustoffen vorgestellt. Dieses beruht auf der Kombination des Abtrags einer geringen Materialmenge durch einen gepulsten Laser, der Plasmaerzeugung und der Analyse der Lichtemission des Plasmas mittels optischer Spektroskopie. Es können prinzipiell alle Elemente gleichzeitig nachgewiesen werden. Damit ist es möglich einerseits Informationen über den Baustoff an sich als auch über den Eintrag potentiell schädigender Elemente (z. B. Cl, C, Na, K, S) zu gewinnen. Das Verfahren kann automatisiert im Labor oder als mobile Version direkt vor Ort eingesetzt werden. Es liefert zweidimensionale Bilder der Elementverteilung in Echtzeit. Es kann ohne große Probenvorbereitung z. B. direkt an der Querschnittsfläche eines Bohrkernes gemessen werden. Die Messung dauert nur wenige Minuten. Das Prinzip der Messung, die Vor- und die Nachteile, sowie die verfügbare Gerätetechnik für den Einsatz im Labor oder direkt am Bauwerk werden vorgestellt. Abschließend werden praktische Beispiele für die Anwendung des LIBS-Verfahrens zur Erfassung des Chlorid-Eintrages, der Karbonatisierung und der Verteilung von Schwefel präsentiert. T2 - 9. Betonfachtagung CY - Berlin, Germany DA - 12.11.2019 KW - Chloride KW - Beton KW - LIBS KW - Schädigung PY - 2019 SP - 1 PB - InformationsZentrum Beton GmbH CY - Berlin AN - OPUS4-51675 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gottlieb, C. A1 - Bohling, C. A1 - Millar, S. A1 - Günther, Tobias A1 - Wilsch, Gerd ED - Krieger, J. ED - Isecke, B. T1 - Schnelle ortsaufgelöste Chloridbestimmung mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) N2 - Im Zuge der Ist-Zustandserfassung von Stahl- und Spannbetonbauwerken spielt die chemische Analyse von Beton eine zentrale Rolle. Durch den externen Eintrag von schädigenden Substanzen wie Chlorid oder Alkalien aus Tausalzen oder Meerwasser, kann u.U. der Beton und/oder die Stahlbewehrung angegriffen werden. Bei Überschreitung kritischer korrosionsauslösender Chloridgehalte, z.B. bei Stahlbeton 0,4 M.-% (bzw. 0,5 M.-%) und Spannbeton 0,2 M.-% bezogen auf den Zement, erhöht sich das Risiko für eine Chlorid-induzierte Korrosion. Für die Beurteilung eines Instandsetzungsbedarfs und, sofern notwendig, der Erarbeitung eines Instandsetzungskonzeptes muss nach der Rili-SIB1 ein sachkundiger Planer herangezogen werden. Standardmäßig werden für die chemische Analyse Bohrkerne bzw. Bohrmehlproben aus dem zu untersuchenden Bauwerk entnommen und nach aufwendiger Probenvorbereitung nasschemisch analysiert (nach DAfStb Heft 401 oder DIN 14629). Dabei wird der Gesamtchloridgehalt bezogen auf die Einwaage angegeben. Eine Umrechnung auf den Zementgehalt erfolgt i.d.R. durch Schätzwerte. Der Einsatz der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) wird seit Mitte der 90er Jahren an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung erforscht, um den Chloridgehalt durch eine ortsaufgelöste Elementanalyse an einer Betonprobe möglichst genau zu ermitteln. Die zweidimensionale LIBS-Messung mit einer lateralen Auflösung von 100 µm x 100 µm erlaubt die Berücksichtigung der Heterogenität von Beton. Dabei lassen sich die Bindemittelmatrix und die Gesteinskörnung separat betrachten, wodurch sich die Aussagekraft der Ergebnisse und somit die Sicherheit der chemischen Zustandserfassung erhöht. Durch die stetige Weiterentwicklung von Komponenten wie Laser, Spektrometer und analytischer Auswerteroutinen sind mittlerweile automatisierte Systeme für die schnelle LIBS-Analyse auf dem Markt verfügbar. In diesem Vortrag wird der aktuelle Stand der Technik anhand von Praxisbeispielen präsentiert und entscheidende Vorteile gegenüber dem Standardverfahren herausgestellt. Aufgrund der Möglichkeit für eine simultane Multielementanalyse mit LIBS werden weitere Anwendungen, wie z.B. die Ermittlung der Karbonatisierungstiefe, Untersuchungen von Transportprozessen, Chlorideintrag entlang von Rissen oder Untersuchungen von Elementverteilungen im Kontext einer AKR vorgestellt. T2 - 4. Brückenkolloquium CY - Online meeting DA - 08.09.2020 KW - Chloride KW - Beton KW - LIBS KW - Schädigung PY - 2020 SN - 978-3-8169-3518-6 SP - 465 EP - 471 PB - Narr Francke Attempto Verlag GmbH + Co. KG CY - Tübingen AN - OPUS4-51681 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gottlieb, C. A1 - Bohling, C. A1 - Millar, S. A1 - Günther, Tobias A1 - Wilsch, Gerd T1 - Schnelle ortsaufgelöste Chloridbestimmung mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie N2 - Im Zuge der Ist-Zustandserfassung von Stahl- und Spannbetonbauwerken spielt die chemische Analyse von Beton eine zentrale Rolle. Durch den externen Eintrag von schädigenden Substanzen wie Chlorid oder Alkalien aus Tausalzen oder Meerwasser, kann u.U. der Beton und/oder die Stahlbewehrung angegriffen werden. Bei Überschreitung kritischer korrosionsauslösender Chloridgehalte, z.B. bei Stahlbeton 0,4 M.-% (bzw. 0,5 M.-%) und Spannbeton 0,2 M.-% bezogen auf den Zement, erhöht sich das Risiko für eine Chlorid-induzierte Korrosion. Für die Beurteilung eines Instandsetzungsbedarfs und, sofern notwendig, der Erarbeitung eines Instandsetzungskonzeptes muss nach der Rili-SIB1 ein sachkundiger Planer herangezogen werden. Standardmäßig werden für die chemische Analyse Bohrkerne bzw. Bohrmehlproben aus dem zu untersuchenden Bauwerk entnommen und nach aufwendiger Probenvorbereitung nasschemisch analysiert (nach DAfStb Heft 401 oder DIN 14629). Dabei wird der Gesamtchloridgehalt bezogen auf die Einwaage angegeben. Eine Umrechnung auf den Zementgehalt erfolgt i.d.R. durch Schätzwerte. Der Einsatz der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) wird seit Mitte der 90er Jahren an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung erforscht, um den Chloridgehalt durch eine ortsaufgelöste Elementanalyse an einer Betonprobe möglichst genau zu ermitteln. Die zweidimensionale LIBS-Messung mit einer lateralen Auflösung von 100 µm x 100 µm erlaubt die Berücksichtigung der Heterogenität von Beton. Dabei lassen sich die Bindemittelmatrix und die Gesteinskörnung separat betrachten, wodurch sich die Aussagekraft der Ergebnisse und somit die Sicherheit der chemischen Zustandserfassung erhöht. Durch die stetige Weiterentwicklung von Komponenten wie Laser, Spektrometer und analytischer Auswerteroutinen sind mittlerweile automatisierte Systeme für die schnelle LIBS-Analyse auf dem Markt verfügbar. In diesem Vortrag wird der aktuelle Stand der Technik anhand von Praxisbeispielen präsentiert und entscheidende Vorteile gegenüber dem Standardverfahren herausgestellt. Aufgrund der Möglichkeit für eine simultane Multielementanalyse mit LIBS werden weitere Anwendungen, wie z.B. die Ermittlung der Karbonatisierungstiefe, Untersuchungen von Transportprozessen, Chlorideintrag entlang von Rissen oder Untersuchungen von Elementverteilungen im Kontext einer AKR vorgestellt. T2 - 4. Brückenkolloquium CY - Online meeting DA - 08.09.2020 KW - Beton KW - LIBS KW - Schädigung KW - Chloride PY - 2020 AN - OPUS4-51683 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Oesch, Tyler A1 - Mielentz, Frank A1 - Meinel, Dietmar A1 - Stolpe, Heiko A1 - Spyridis, P. T1 - Evaluation of Advanced NDT-Methods for Measurement of Fibre Orientation in Concrete N2 - Integration of fibre reinforcement in high-performance cementitious materials has become widely applied in many fields of construction. One of the most investigated advantages of steel fibre reinforced concrete (FRC) is the deceleration of crack growth and hence it’s improved sustainability due to e.g. decrease of permeability of concrete by aggressive substances. Additional benefits are associated with the structural properties of FRC, where fibres can significantly increase the ductility and the tensile strength of concrete. In some applications, such as tunnel linings or industrial slabs, it is even possible to entirely replace the conventional reinforcement, leading to significant logistical and environmental benefits. Fibre reinforcement can, however, have critical disadvantages and even hinder the performance of concrete, since it can induce an anisotropic material behaviour of the mixture if the fibres are not appropriately oriented. For a safe use of FRC in the future, reliable non-destructive methods need to be identified to assess the fibres’ orientation in hardened concrete. In this study, ultrasonic material testing, electrical impedance testing, and X-ray computer tomography have been investigated for this purpose using specially produced samples with biased or random fibre orientations. This paper demonstrates the capabilities of each of these NDT techniques for fibre orientation measurements and draws conclusions based on these results about the most promising areas for future research and development using these techniques. T2 - fib2020 Shanghai CY - Online meeting DA - 22.11.2020 KW - Ultrasonic testing KW - Steel fibre reinforced concrete (FRC) KW - Fibre orientation KW - X-ray computed tomography (CT) KW - Electrical impedance PY - 2020 AN - OPUS4-51651 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Non-destructive testing at BAM N2 - A brief introduction to non-destructive testing at BAM, Department 8 and its Divisions. T2 - AK Post Docs Symposium CY - BAM Berlin, Germany DA - 02.02.2021 KW - Non-destrucitve testing PY - 2021 AN - OPUS4-52063 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Gojani, Ardian A1 - Völker, Tobias A1 - Günther, Tobias A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günster, Jens T1 - Investigation of grain sizes in cement-based materials and their influence on laser-induced plasmas by shadowgraphy and plasma imaging N2 - The effect of particle grain sizes in different cement-based mixtures on the laser-induced plasma evolution is studied using two experimental methods: (i) temporal and spatial evolution of the laser-induced shock wave is investigated using shadowgraphy and two-dimensional plasma imaging, and (ii) temporal and spatial distribution of elements in the plasma is investigated using two-dimensional spectral imaging. This study is motivated by the interest in applying laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for chemical analysis of concrete, and subsequently obtain information related to damage assessment of structures like bridges and parking decks. The distribution of grain sizes is of major interest in civil engineering as for making concrete different aggregate grain sizes defined by a sieving curve (64mm to 0.125 mm) are needed. Aggregates up to a size of 180 μm can be excluded from the data set, therefore only the amount of small aggregates with a grain size below 180 μm must be considered with LIBS. All components of the concrete with a grain size smaller than 0.125mm are related to the flour grain content. Tested samples consisted of dry and hardened cement paste (water-cement ratio w/z=0.5), which served as a reference. Aggregate mixtures were made by adding flour grains (size 40 μm) and silica fume (size 0.1 μm) in different ratios to cement: 10%, 30%, 50% and 60%, all combined to the remaining percentage of dry or hydrated cement. The visualization results show that a dependance in the evolution of the plasma as a function of sample grain size can be detected only in the initial stages of the plasma formation, that is, at the initial 3 μs of the plasma life. Spectral information reveals the elemental distribution of the silicon and calcium in plasma, in both neutral and ionized form. Here also, a significant effect is observed in the first 1 μs of the plasma lifetime. KW - LIBS KW - Cement-based materials KW - Particle size KW - Shadowgraphy KW - Plasma imaging PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.sab.2020.105772 VL - 165 SP - 105772 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-50319 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Alhadad, Mohamad Saddik T1 - Entwicklung und Validierung eines luftgekoppelen Impakt-Echo-Messverfahrens mittels fluidischer Anregung N2 - Die steigende Nachfrage von zerstörungsfreien Prüfverfahren, welche die Zeitinvestition verbessern und eine kontinuierliche Messung ermöglichen, erfordert die Entwicklung des luftgekoppltes Impakt-Echo-Messverfahrens. Diese Entwicklung kann durch die fluidische Anregung ermöglicht werden. Das Ziel dieser vorliegenden Arbeit war der Aufbau einer Messapparatur, die auf Schnelligkeit setzt und kontinuierlich misst. Nach der Durchführung der fluidischen Anregung wurden mit Hilfe eines Laservibrometers die Daten aufgenommen. Zur Analysierung der auf diese Weise erhobenen Messwerte wurden sie mittels der Fast-Fourier-Transformation in den Frequenzbereich transformiert. Für den Zweck der Validierung wurden Zylinder-Probekörper und Platten-Probekörper wurden verwendet. Die Messungen an den Zylinder-Probekörpern lieferten erfolgreiche Ergebnisse, während die Messungen an den Platten-Probekörpern weitere Untersuchung und Entwicklung benötigten werden. KW - Bauwesen KW - Delamination KW - Kontaktloses Impakt-Echo KW - Dickenbestimmung PY - 2019 SP - 1 EP - 87 CY - Berlin AN - OPUS4-50320 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Gollwitzer, Christian A1 - Kupsch, Andreas A1 - Léonard, Fabien A1 - Müller, Bernd R. A1 - Oesch, Tyler A1 - Onel, Yener A1 - Thiede, Tobias A1 - Zscherpel, Uwe ED - Puente León, F. ED - Zagar, B. T1 - Moderne Methoden der CT-gestützten Strukturanalyse T1 - Modern techniques of CT based structure analysis N2 - Durch den großflächigen Einsatz der Computertomographie (CT) in unterschiedlichen Industriebereichen steigen auch die Anforderungen an die quantitative Bildanalyse. Subjektive Bildwahrnehmung muss durch objektive Algorithmen ersetzt werden. In diesem Artikel stellt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die seit den 1980er Jahren an der Entwicklung der industriellen CT beteiligt ist, anhand ausgewählter Beispiele den aktuellen Stand ihrer Analysemethoden an verschiedenen Anwendungsbeispielen der CT vor. N2 - The increasing use of computed tomography (CT) in various industrial sectors requires more sophisticated techniques of quantitative image analysis. Subjective image perception needs to be replaced by objective algorithms. The German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) has been involved in the development of industrial CT since the 1980s. This paper summarizes the current status of quantitative 3D image analysis techniques based on selected examples. KW - Computed tomography KW - Computertomographie KW - Röntgen-Refraktion KW - X-Ray refraction KW - Schadensanalyse KW - Damage analysis KW - Normung KW - standardization PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1515/teme-2019-0125 SN - 0171-8096 SN - 2196-7113 VL - 87 IS - 2 SP - 81 EP - 91 PB - de Gruyter CY - Berlin AN - OPUS4-50337 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ebell, Gino A1 - Burkert, Andreas A1 - Günther, Tobias A1 - Wilsch, Gerd T1 - Untersuchungen zum korrosionsauslösenden Chloridgehalt an nicht rostendem ferritischem Betonstahl in Mörtel N2 - Der maßgebliche Korrosionsschutz von nicht rostendem Stahl in Beton basiert, anders als bei unlegiertem Betonstahl, auf der Ausbildung einer Chromoxidschicht. Die Chromoxidschicht ist in alkalischem und in carbonatisiertem Beton beständig, sodass nicht rostende Stähle in einem passiven Zustand vorliegen. Die Initiierung von Lochkorrosionserscheinungen ist dagegen auch an nicht rostenden Stählen in Beton möglich. Der korrosionsauslösende Chloridgehalt ist neben dem Gehalt an Legierungselementen (insbesondere dem Chromgehalt) und der Oberflächenbeschaffenheit auch vom Konzentrationsverhältnis von OH“ zu CI“ im Elektrolyten abhängig. Daher ist prinzipiell zu erwarten, dass in karbonatisierten Betonen geringere Chloridgehalte Korrosion initiieren können als in Betonen mit höheren pH-Werten. Dies gilt in besonderem Maße für nicht rostende Betonstähle mit geringen Chromgehalten, wie z. B. Produkte aus dem Werkstoff 1.4003 (X2CrNi12) mit seiner im Vergleich zu den Standardausteniten geringen Beständigkeit. Um den kritischen korrosionsauslösenden Chloridgehalt am Beispiel eines am Markt verfügbaren ferritischen Chromstahls zu bestimmen, wurden an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) umfangreiche Untersuchungen zu beschleunigten Korrosionsversuchen in alkalischen und karbonatisierten Mörteln durchgeführt. Mittels Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) konnten die korrosionsauslösenden Chloridgehalte im Phasengrenzbereich Betonstahl-Mörtel ermittelt werden. KW - Korrosion KW - Betonstahl KW - Nicht rostender KW - LIBS KW - Chloridgehalt KW - Kritischer PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1002/bate.201900077 SN - 0932-8351 VL - 97 IS - 1 SP - 21 EP - 31 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-50247 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Klewe, Tim ED - Rizzo, P. ED - Milazzo, A. T1 - Hygrometric Moisture Measurements Based on Embedded Sensors to Determine the Mass of Moisture in Porous Building Materials and Layered Structures N2 - Subfloors are layered structures, consisting largely of porous building materials, such as screed. They are often suffering damage from tap water leakage, which is a typical problem in buildings, and which has largely contributed to repair costs of almost 3 billion Euro in 2018 alone in Germany. In this context, especially mould plays a role, which is both destroying the structure and posing severe health risks. To determine the damaging effects of moisture, it is necessary to know the respective processes occurring in building materials, especially to quantify the amount of moisture and its progress in the material. In this study, humidity sensors are used to derive the material moisture experimentally. Capacitive sensors recording the relative humidity are embedded into the screed and in the insulation materials such as expanded polystyrene, extruded polystyrene, perlite and glass wool. For the application in screed, the sensors need to be shielded against the aggressive alkaline materials. To ensure an appropriate exchange with the environment, a permeable membrane is requested. Different membrane materials have been investigated regarding their robustness and their permeability. In the first experimental setup, two humidity sensor arrays with seven individual sensors are embedded in homogeneous screed samples. The measured corresponding relative humidity of the screed is converted to the material moisture based on the approach of Hillerborg. In a second experimental setup, a layered structure of a complete subfloor is built in a box of 0.8 m times 0.8 m. The humidity sensors are positioned in the different insulation materials of various thicknesses. By adding water, leakage damage is simulated and its progress and effect is investigated experimentally. The investigations point at the question if the observed moisture is able to generate damage such as mould. The moisture and corresponding humidity values are discussed. It will be shown that this low-cost hygrometric approach can be used easily for moisture monitoring of screed and insulation materials as well KW - Moisture monitoring KW - Material moisture KW - Building materials KW - Embedded humidity sensors PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-030-64594-6_22 VL - 1 SP - 213 EP - 225 PB - Springer Nature CY - Cham AN - OPUS4-52013 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schweitzer, T. A1 - Hörmann, M. A1 - Bühling, Benjamin A1 - Bobusch, B. T1 - Switching Action of a Bistable Fluidic Amplifier for Ultrasonic Testing N2 - Air-coupled ultrasonic testing is widely used in the industry for the non-destructive testing of compound materials. It provides a fast and efficient way to inspect large concrete civil infrastructures for damage that might lead to catastrophic failure. Due to the large penetration depths required for concrete structures, the use of traditional piezoelectric transducer requires high power electric systems. In this study, a novel fluidic transducer based on a bistable fluidic amplifier is investigated. Previous experiments have shown that the switching action of the device produces a high-power broadband ultrasonic signal. This study will provide further insight into the switching behaviour of the fluidic switch. Therefore, parametric CFD simulations based on compressible supersonic RANS simulations were performed, varying the inlet pressure and velocity profiles for the control flow. Switching times are analyzed with different methods, and it was found that These are mostly independent of the slope of the velocity profile at the control port. Furthermore, it was found that an inversely proportional relationship exists between flow velocity in the throat and the switching time. The results agree with the theoretical background established by experimental studies that can be found in the literature. KW - Ultrasound KW - Non-destructive testing KW - Fluidic devices KW - Computational fluid dynamics KW - Concrete KW - Bistable fluidic amplifier PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-525115 DO - https://doi.org/10.3390/fluids6050171 SN - 2311-5521 VL - 6 IS - 5 SP - 171 PB - MDPI CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-52511 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Application of 1H proton NMR relaxometry to building materials - A review N2 - Since nuclear magnetic resonance with focus on 1H protons is highly sensitive to pore filling fluids, it is nowadays often applied for the investigation of porous media. Mainly in materials research and especially in the field of non-destructive testing in civil engineering it is increasingly used. Scientific questions about and based on NMR meanwhile cover a broad spectrum. To give an overview, we have reviewed various studies dealing with the determination of moisture contents and parameters such as the pore-size distribution, surface relaxivity, porosity, etc. In some papers, the monitoring of moisture transport in connection with degradation processes or admixtures was the main objective. In other papers, NMR was used for pore space analysis or even applied on site to assess the state of conservation of cultural heritage. Building materials that have been investigated in the presented studies are for example cement, concrete, woods, sandstones etc. In this paper, short descriptions and the significant results of the reviewed articles are summarized and their measurement problems and discrepancies are pointed out. A special feature of this review article is the concise tabular compilation of determined 𝑇1 and 𝑇2 relaxation times, as well as of surface relaxivity values for various materials and components. Finally, relevant aspects are summed up and conclusions about the increasing potential of NMR relaxometry for investigations of porous building materials are drawn, followed by an outlook about future applications and the need for technical development. KW - NMR relaxometry KW - Building materials KW - Natural stones KW - Relaxation times KW - Surface relaxivities KW - Moisture KW - Pore space characterization PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-521888 DO - https://doi.org/10.1016/j.jmro.2021.100012 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. VL - 6-7 SP - 100012 PB - Elsevier Inc. CY - Amsterdam AN - OPUS4-52188 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph T1 - TC 286-GDP STAR - chapter: Modelling moisture transport in porous media N2 - The current content and structure of the chapter "Modelling moisture transport in porous media" of the state of the art report is presented. T2 - RILEM Spring Convention 2021 CY - Online meeting DA - 06.04.2021 KW - Moisture transport KW - Porous media KW - Modelling mass transfer KW - Gas diffusion KW - Concrete PY - 2021 AN - OPUS4-52405 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Johann, Sergej A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Betonintegrierte RFID-sensor-systeme zur Früherkennung von Schädigungsmechanismen N2 - Übersicht über die bauteilintegrierte Sensorik mit RFID Sensorsystemen T2 - VDI/VDE-GMA FACHAUSSCHUSS 2.12STRUKTURANALYSE UND -ÜBERWACHUNG IN DER BAUTECHNIKIM FACHBEREICH PROZESSMESSTECHNIK UND STRUKTURANALYSE CY - Chemnitz, Germany DA - 06.09.2018 KW - RFID KW - Schdensfrüherkennung KW - Bauteilintegrierte Sensoren PY - 2018 AN - OPUS4-45864 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Millar, Steven A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Sankat, Nina A1 - Wilsch, Gerd A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Chlorine determination in cement-bound materials with Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) – A review and validation N2 - The determination of chloride is still one of the main tasks for the evaluation of reinforced concrete structures. The corrosion of the reinforcement induced by the penetrating chlorides is the dominant damage process affecting the lifetime of concrete structures. In the recent years different research groups demonstrated that LIBS can be a fast and reliable method to quantify chlorine in cement-bound materials. Because chlorine in concrete can only occur as solved ions in the pore solution or bound in salts or hydrated cement phases, the detected emission of chlorine can be correlated with the chloride concentration determined e.g. with potentiometric titration. This work inter alia describes the production of reference samples and possible side effects during the production process. Due to transport processes in the porous matrix of the cement a misinterpretation of the concentrations is possible. It is shown how to overcome these effects and higher precisions of the single measurements can be realised. Using the calibration method, blank sample method and noise method, three different ways of calculating the limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) are compared. Due to the preparation of the reference samples a precision of the whole calibration model of sx0 = 0.023 wt% is determined. The validation of the model is based on different test sets, which are varying in their composition (different Cl-salts, water-to-cement ratios and additives). The determined mean error of the validation is 0.595 ± 0.063 wt%, which is comparable to standardised methods like potentiometric titration, direct potentiometry or photometry (0.40 ± 0.06 wt%) [1]. KW - LIBS KW - Chlorine KW - Cement KW - Calibration KW - Validation PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.sab.2018.05.015 SN - 0584-8547 VL - 147 IS - September SP - 1 EP - 8 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-46558 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gulikers, J. A1 - Millar, Steven A1 - Wilsch, Gerd T1 - Practical application of Laser Induced Breakdown Spectroscopy for determinafion of the chioride content in concrete structures N2 - This paper will address the relevance of chloride measurements in practice for durability condition assessment and a description of the working principle of LIBS will be given. Examples of chloride profiles obtained by the common wet chemical analysis will be shown and compared with results from LIBS measurements as to demonstrate the accuracy of the LIBS-technique. The latter will be supported by clear graphs. In addition examples on the extra information resulting from measurements performed with LIBS for improvement of condition assessment and prediction will be shown. T2 - CONFERENCE IN HONOR OF Centennial of LABORATORY OF CONSTRUCTION MATERIALS CY - Lausanne, Switzerland DA - 19.08.2018 KW - LIBS KW - Concrete KW - Chloride KW - Condition assesment PY - 2018 SP - 80 EP - 83 CY - Lausanne AN - OPUS4-47108 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gulikers, J. A1 - Millar, Steven A1 - Wilsch, Gerd T1 - Practical application of Laser Induced Breakdown Spectroscopy for determination of the chloride content in concrete structures N2 - The relevance of chloride measurements in practice for durability condition assessment and a description of the working principle of LIBS will be given. A comparison of chloride profiles obtained by the common wet chemical analysis and results from LIBS measurements are shown to demonstrate the accuracy of the LIBS-technique. In addition, an example on the extra information resulting from measurements performed with LIBS for improvement of condition assessment and prediction will be shown. T2 - Conference celebrating the Laboratory of Construction Materials (EPFL) Centennial CY - Lausanne, Switzerland DA - 19.08.2018 KW - LIBS KW - Concrete KW - Chlorride KW - Condition assesment PY - 2018 AN - OPUS4-47109 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Millar, Steven A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - Alternative Möglichkeiten zur Bestimmung der Chlorid-Migration in Parkhausbauten (LIBS) N2 - Vorstellung von LIBS. Demonstration der Möglichkeiten zur Untersuchung des Chlorid-Gehaltes im Beton in Parkbauten. Darstellung von Praxisbeispielen zur Bestimmung des Zustandes eines Parkhauses. T2 - Fachtagung "Parkhäuser und Tiefgaragen" CY - Hamburg, Germany DA - 27.11.2018 KW - LIBS KW - Beton KW - Chlorid KW - Parkbauten KW - Qualitätssicherung PY - 2018 AN - OPUS4-47114 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Millar, Steven A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Wilsch, Gerd T1 - Determination of total chloride content in cement pastes with laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) N2 - The presented work discusses the accuracy of Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) in determining the total chloride content in cement pastes. LIBS as an emission spectroscopy method is used to detect simultaneously several elements present in cement-based materials. By scanning surfaces the variability in the spatial distribution of elements can be visualised. However, for a quantification of the results, studies are necessary to characterise possible influences due to the wide variation of the chemical compositions in which cement can occur. It is shown how the calibration can be done, how the calibration samples were produced, and which statistical parameters are necessary to describe the precision of the regression. The performance of LIBS is estimated by detecting chloride in validation samples. Therefore, 55 samples and 7 ets with changing mix ompositions were produced. The presented study deals with possible influences of different mix compositions, ncluding different cations of chloride, varying w/c-ratios and the artial replacement of Portland cement with last furnace slag (50% BFS) and limestone (30% LS). Comparing the LIBS results with otentiometric titration, n accuracy of±0.05 wt%/total has been determined. KW - Spectroscopy KW - LIBS KW - Chloride KW - Quantification KW - Cement PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.12.001 SN - 0008-8846 VL - 117 IS - March SP - 16 EP - 22 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-47059 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Heideklang, René T1 - Data fusion for multi-sensor nondestructive detection of surface cracks in ferromagnetic materials N2 - Fatigue cracking is a dangerous and cost-intensive phenomenon that requires early detection. But at high test sensitivity, the abundance of false indications limits the reliability of conventional materials testing. This thesis exploits the diversity of physical principles that different nondestructive surface inspection methods offer, by applying data fusion techniques to increase the reliability of defect detection. The first main contribution are novel approaches for the fusion of NDT images. These surface scans are obtained from state-of-the-art inspection procedures in Eddy Current Testing, Thermal Testing and Magnetic Flux Leakage Testing. The implemented image fusion strategy demonstrates that simple algebraic fusion rules are sufficient for high performance, given adequate signal normalization. Data fusion reduces the rate of false positives is reduced by a factor of six over the best individual sensor at a 10 μm deep groove. Moreover, the utility of state-of-the-art image representations, like the Shearlet domain, are explored. However, the theoretical advantages of such directional transforms are not attained in practice with the given data. Nevertheless, the benefit of fusion over single-sensor inspection is confirmed a second time. Furthermore, this work proposes novel techniques for fusion at a high level of signal abstraction. A kernel-based approach is introduced to integrate spatially scattered detection hypotheses. This method explicitly deals with registration errors that are unavoidable in practice. Surface discontinuities as shallow as 30 μm are reliably found by fusion, whereas the best individual sensor requires depths of 40–50 μm for successful detection. The experiment is replicated on a similar second test specimen. Practical guidelines are given at the end of the thesis, and the need for a data sharing initiative is stressed to promote future research on this topic. KW - Data fusion KW - Non destructive testing KW - Multi-sensor KW - Surface cracks PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-471339 DO - https://doi.org/10.18452/19586 SP - 1 EP - 157 CY - Berlin AN - OPUS4-47133 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bassil, A. A1 - Wang, Xin A1 - Chapeleau, X. A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Abraham, O. A1 - Leduc, D. T1 - Distributed fiber optics sensing and coda wave interferometry techniques for damage monitoring in concrete structures N2 - The assessment of Coda Wave Interferometry (CWI) and Distributed Fiber Optics Sensing (DFOS) techniques for the detection of damages in a laboratory size reinforced concrete beam is presented in this paper. The sensitivity of these two novel techniques to micro cracks is discussed and compared to standard traditional sensors. Moreover, the capacity of a DFOS technique to localize cracks and quantify crack openings is also assessed. The results show that the implementation of CWI and DFOS techniques allow the detection of early subtle changes in reinforced concrete structures until crack formation. With their ability to quantify the crack opening, following early detection and localization, DFOS techniques can achieve more effective monitoring of reinforced concrete structures. Contrary to discrete sensors, CWI and DFOS techniques cover larger areas and thus provide more efficient infrastructures asset management and maintenance operations throughout the lifetime of the structure. KW - Distributed fiber optic sensors KW - Coda wave interferometry KW - Reinforced concrete KW - Cracks KW - Damage detection KW - Structural health monitoring PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-472549 DO - https://doi.org/10.3390/s19020356 SN - 1424-8220 VL - 19 IS - 2 SP - 356, 1 EP - 15 PB - MDPI AN - OPUS4-47254 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Wiggenhauser, Herbert T1 - The LAUS: First Applications of a New System for Ultrasonic Imaging of Very Concrete Structures N2 - The LAUS (Large Aperture Ultrasonic System) has been developed to image very thick concrete structures, which are not accessible for commercial systems. The device and the corresponding software is the result of joint Research of BAM, an ultrasonic instrument manufacturer and University of Kassel, Germany. It consists of 12 separate Arrays of 32 point-contact shear wave transducers each, which can be deployed in flexible configurations. Each array is combined with battery and transmitter, receiver and wireless communication electronics. Three case histories are presented. First the system was deployed on a 5-m thick heavily reinforced foundation slab. The reflection of the slab’s bottom was imaged clearly. In addition, a multiple reflection was registered, thus giving hope that even thicker elements might be imaged by the instrument. Second, the LAUS was used to investigate a massive bridge girder where a heavy rainstorm during concreting had led to imperfections that were visible after removing the formwork was removed. The LAUS could image tendon ducts in 1.8m depth and the backwall closely behind them. Some limited areas showed blurred reflections and were checked by drill holes; these areas were affected by diffuse damage which could be repaired by injections. Third, a large retaining wall was checked for thickness. Meanwhile, the LAUS has been used in underground waste deposits (nuclear and other) for quality assurance of sealing plugs. A confirmed penetration depth of about 7 m has been reached. T2 - SMT and NDT-CE 2018 CY - New Brunswick, NJ, USA DA - 27.08.2018 KW - LAUS (Large Apertur Ultrasonic System) KW - Ultrasonic echo KW - Deep penetration KW - Concrete PY - 2019 UR - https://asnt.org/smt18papers SN - 978-1-57117-456-7 VL - 11/19 SP - 208 EP - 213 PB - The American Society for Nondestructive Testing, Inc. CY - Columbus, OH, USA AN - OPUS4-47238 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Johann, Sergej A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Chahardehinejad, Omid A1 - Bartholmai, Matthias ED - Pastrama, S. D. ED - Constantinescu, D. M. T1 - Passive RFID Transponder – Low-Power Multi-Sensor Interface for Structural Health Monitoring in Concrete N2 - Structural Health Monitoring (SHM) has become very important in today's rapidly developing time. High buildings, large bridges and complex technical structures need to be monitored continuously and this over long periods. Visual monitoring cannot evaluate the internal condition of building structures. Thus, material embedded sensors are needed. Cable connection of these sensors pose the disadvantage of weak spots and water intrusion. For concrete embedded sensors the use of batteries is not convenient, because of limited lifetime, difficult charging, and generation of electrical waste.. Hence, monitoring should be implemented preferentially with firmly embedded passive RFID sensor modules. However, since the concrete structure forms an electromagnetically reflective and absorbing barrier, only limited energy can be transmitted to the module. This project requires a highly energy-saving system, which can record different sensor parameters at critical points. T2 - 35th Danubia - Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics CY - Sinaia, Romania DA - 25.09.2018 KW - RFID KW - Structural Health Monitoring KW - Passive sensor interface KW - Concrete PY - 2018 SN - 978-606-23-0874-2 SP - 141 EP - 142 AN - OPUS4-46097 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Wang, Xin A1 - Mierschke, Vivien A1 - Bertschat, Anja Sophie T1 - Concepts from seismic interferometry transferred to sonic and ultrasonic concrete inspection and monitoring N2 - Seismic interferometry (SI) deals either with the sensible detection of changes in the subsurface or with the reconstruction of virtual signals between two receivers by crosscorrelation of signals from diffuse sources. These concepts can be applied in NDT in civil engineering for various purposes, e. g. to detect changes in bridges. Here it is demonstrated using data from a reference structure on our test site. Practical applications can be expected in the very near future. T2 - European Conference on Non-Destructive Testing (ECNDT) CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.6.2018 KW - Ultrasound KW - Monitoring KW - Concrete KW - Interferometry KW - Coda PY - 2018 AN - OPUS4-46844 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven T1 - Fast quantitave chemical analysis of concrete using LIBS N2 - Overview about LIBS applications for investigation of building materials. T2 - NDT&E Advanced Training Workshop CY - Berlin, Germany DA - 27.06.2018 KW - LIBS KW - Concrete KW - Damage processes KW - Chlorid KW - Sulfate KW - Alkalies PY - 2018 AN - OPUS4-46821 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Millar, Steven A1 - Günther, Tobias A1 - Sankat, Nina T1 - Application of LIBS for the chemical investigation of concrete infrastructure N2 - Concrete is often used in combination with steel as reinforced concrete. Environmental influences, especially the ingress of harmful ions in combination with the ingress of water, trigger different damage processes which reduce the designed lifetime of a structure. The ingress of chlorides from de-icing salt or sea water leads to corrosion of the reinforcement. Also the carbonation of the concrete may trigger the corrosion of the reinforcement. The ingress of alkalis from de-icing salts may cause the expansion of the amorphous silica aggregates (alkali-silica reaction) through formation of a swelling gel of calcium silicate hydrate if water is present. The ingress of sulfates may cause spalling of the concrete surface due to ettringite formation. BAM has developed the LIBS technique for automated laboratory use with high numbers of samples to investigate transport processes of harmful species (Cl-, CO2, SO42- and alkalis) in concrete. Information about ingress depth and the quantitative values are important to estimate the remaining lifetime of the infrastructure. To get information about the ingress depth, a core has to be taken and cut in the middle. The measurements are carried out at the cross section. The main advantages of LIBS are the direct measurement on the surface of the concrete, fast analysis (sample rate 100 Hz) with a spatial resolution of up to 100 µm, the consideration of the heterogeneity of the concrete. The possibility of automated measurements saves a lot of manpower and time. At the same time a 2D-evaluation provides information about hot spots of elemental concentration which may not be found by standard methods. Typical results of 2D investigation of concrete in laboratory will be presented. The performance is also demonstrated by examples for onsite applications using a mobile LIBS system. The road map to standardization is presented as well. T2 - 12th ECNDT CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - LIBS KW - Concrete KW - Chloride KW - Sulfates KW - Heterogeneity PY - 2018 AN - OPUS4-46828 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wilsch, Gerd A1 - Bohling, C. A1 - Molkenthin, A. T1 - Mobiles LIBS-Gerät (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) N2 - Schädigungen durch Korrosion der Bewehrung von Stahlbetonbauwerken unserer Infrastruktur sind u. a. mit dem Eindringen von Chloriden aus Tausalzen oder Meereswasser verbunden. In den Regelwerken sind daher Grenzwerte für den maximal zulässigen Chlorid-Gehalt deiniert. Die Einhaltung dieser Grenzwerte wird in der Praxis über die Entnahme von Bohrmehl oder die Entnahme von Bohrkernen überwacht. Die Bohrkerne werden in Zylindersegmente von meist zwei cm Höhe geschnitten, dann gemahlen und mit Säure aufgeschlossen. Das Bohrmehl aus verschiedenen Tiefenabschnitten kann direkt mit Säure aufgeschlossen werden. Der Chlorid-Gehalt im Aufschluss wird dann meist mittels Potentiometrischer Titration bestimmt. Dieses Vorgehen ist mit einem hohen Zeit- und Personalaufwand verbunden. Die Information über die Heterogenität des Betons geht dabei aufgrund der Homogenisierung bei der Probenvorbereitung oder bei der Entnahme von Bohrmehl verloren. Der Chlorid-Gehalt wird in der homogenisierten Betonprobe (Zement, Wasser und Gesteinskörnung) analysiert und die Werte bezogen auf den Beton angegeben. Demgegenüber sind die Grenzwerte des maximal zulässigen Chlorid-Gehaltes auf den Zement bezogen. Da die Rezeptur des Betons fast nie verfügbar ist, wird die Umrechnung vom Gehalt bezogen auf den Beton zum Gehalt bezogen auf den Zement über eine zusätzliche Analyse oder durch Abschätzung durchgeführt. Als Ergänzung zum Standardverfahren wurde in der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung das LIBS- Verfahren (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) für die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Baustofen im Labor seit einigen Jahren erfolgreich eingesetzt. In einem vom Bundeswirtschatsministerium geförderten Projekt sollten die sich ergänzenden Kompetenzen eines Forschungspartners (BAM), eines Geräteherstellers (SECOPTA analytics GmbH) und eines potentiellen Anwenders (Ingenieurbüro Specht, Kalleja und Partner) in die Entwicklung eines mobilen LIBS Gerätes (BauLIBS) eingehen. Dieser Artikel stellt das Messprinzip und seine wesentlichen Vorteile vor, gibt einen Überblick über das entwickelte mobile LIBS-Gerät und seine Leistungsparameter. Anschließend werden einige erfolgreiche Anwendungsbeispiele zur Untersuchung von Schädigungsprozessen direkt an der Beton-Infrastruktur vorgestellt und ein Ausblick auf zuküntige Entwicklungen gegeben. Das BauLIBS-Gerät liefert dem sachkundigen Planer Daten für die Bewertung des Istzustandes von Bauwerken unserer Infrastruktur durch die zweidimensionale Erfassung von Elementverteilungen. Typische Anwendungen sind die Erfassung von Chlor, Schwefel, Kohlenstof, Natrium, Kalium und Lithium in Beton oder als Qualitätssicherung der Nachweis der mit einem Marker versehenen Tiefenhydrophobierung. KW - Mobiles LIBS KW - Beton KW - Chloride KW - Sulfate KW - Schädigung PY - 2018 VL - 160 IS - Juni 2018 SP - 46 EP - 50 PB - DGZfP CY - Berlin AN - OPUS4-46806 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd T1 - LIBS - Ein Tool zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Beton N2 - Die „Laser Induced Breakdown Spectroscopy“ (LIBS) bietet die Möglichkeit, direkt auf der optisch zugänglichen Oberfläche von Baustoffen 2-dimensional die Elementverteilung zu erfassen. Durch das zugrundeliegende Prinzip sind alle Elemente des Periodensystems detektierbar, auch leichte Elemente wie Wasserstoff oder Lithium. Einerseits können alle für die Zusammensetzung des Zementes und der Gesteinskörnung relevanten Elemente erfasst werden, andererseits auch die für Schädigungsprozesse in Beton wichtigen Elemente Chlor, Schwefel, Natrium, Kalium, Kohlenstoff und Stickstoff. Der Nachweis kann simultan erfolgen. Der Vorteil des Verfahrens liegt in der einfachen Probenvorbereitung, der direkten Messung auf der Oberfläche des Festkörpers und der Schnelligkeit der Messung. Die Heterogenität von Beton wird im Ergebnis berücksichtigt. Die Konzentrationen von schädigenden Ionen lassen sich bezogen auf den Bindemittelgehalt angeben. LIBS liefert standardmäßig qualitative Werte. Durch Kalibrierung anhand von Referenzproben ist eine Quantifizierung der Ergebnisse möglich. Das Potenzial des Verfahrens wird am Beispiel der Bestimmung der Chlorid-Verteilung in der Bindemittelmatrix vorgestellt. Andere Anwendungen sind die Bestimmung der Karbonatisierungstiefe, die Bestimmung des Eintrages von Alkalien oder die Bestimmung der Verteilung von Schwefel. Das Verfahren kann im Labor zur Untersuchung einer großen Anzahl von Proben oder vor-Ort zur schnellen Entscheidungsfindung eingesetzt werden. Kommerzielle Geräte sind seit kurzem verfügbar. Die örtliche Auflösung der Messung beträgt bis zu 0,1 mm × 0,1 mm. Ein Messpunkt hat einen Durchmesser von ca. 100 μm. Die Messfrequenz liegt bei 100 Hz. Als Ergebnis entstehen für jedes Element eine 2D-Darstellungen der Konzentration über der Messfläche. Der Scan eines Bohrkerns von 50 mm x 70 mm dauert bei einer Auflösung von 0,5 mm lateral und 1 mm vertikal ca. 7 min. Es können auch raue oder gebrochene Oberflächen durch Nachführung der z-Achse untersucht werden. Die Nachweisgrenze für die Bestimmung des Chlorgehaltes bezogen auf den Bindemittelgehalt liegt bei 0,03 M-%. Der Unterausschuss LIBS im Bauwesen im FA ZfP im Bauwesen der DGZfP arbeitet an der Erstellung von Merkblättern und Regelwerken zur Anwendung des Verfahrens. T2 - Bauwerksdiagnose 2018 CY - Berlin, Germany DA - 15.02.2018 KW - Alkalien KW - LIBS KW - Beton KW - Schädigung KW - Chlorid KW - Sulfat PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-468076 UR - https://www.ndt.net/search/docs.php3?id=22621 AN - OPUS4-46807 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Molkenthin, André A1 - Wilsch, Gerd A1 - Millar, Steven T1 - Sofortige Chloridbestimmung am Bauwerk mit LIBS N2 - Alle bislang angewendeten Verfahren zur Chloridbestimmung in Beton- und Stahlbetonbauwerken arbeiten über die Entnahme von Probenmaterial und dessen Analyse unter Laborbedingungen. Diese Methodik erfordert Zeit und generiert erhöhte Aufwendungen. Prüfverfahren, die direkt und zuverlässig solche Untersuchungen am Bauteil oder Bauwerk vornehmen können, standen bislang nicht zur Verfügung. Eine bereits in früheren Kolloquien vorgestellte Methode der Laser-induzierten Breakdown Spektroskopie wurde innerhalb eines aktuellen Forschungsvorhabens so weiter entwickelt, dass mit Hilfe eines neuartigen mobilen und kompakten Analysegerätes die Chloridwerte nun direkt und unmittelbar auf den Betonflächen bestimmt werden können. T2 - 8. Kolloquium Parkbauten CY - Ostfildern/Stuttgart, Germany DA - 23.01.2018 KW - Parkbauten KW - Chlorid KW - Mobiles LIBS PY - 2018 SP - 231 EP - 236 AN - OPUS4-46811 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias A1 - Sankat, Nina T1 - LIBS - Ein Tool zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Beton N2 - Dargestellt werden die Möglichkeiten von LIBS zur Untersuchung von Baustoffen und aktuelle Anwendungsbeispiele. T2 - LIBS Seminar - Immer wissen was drin ist CY - Telow, Germany DA - 28.06.2018 KW - Alkalien KW - LIBS KW - Beton KW - Schädigung KW - Chloride KW - Sulfate PY - 2018 AN - OPUS4-46820 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias A1 - Wilsch, Gerd T1 - Boosting of chlorine emission by electric discharge reheating in laser-induced plasma N2 - For the determination of the remaining life-time and the degree of damage of reinforced concrete structures such as marine construction, bridges or parking decks, a highly precise measurement of harmful species is also required for trace elements. One of the most interesting elements is chlorine, because above a certain threshold corrosion is triggered. To increase the intensity of the chlorine line, helium is usually used, which is costly. To overcome this problem, low electrical discharge reheating is used which operates in air atmosphere. A comparison between results obtained by measuring with helium and reheating by electrical discharge is presented. The performance is compared by the resulting calibration curves and the calculated limit of detection obtained by 15 reference samples based on cement with NaCl. Concentrations of reference samples range from 0.05 to 2.5 wt% chlorine. T2 - Xth international conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy CY - Atlanta, GA, USA DA - 21.10.2018 KW - LIBS KW - Electric discharge KW - Plasma reheating PY - 2018 AN - OPUS4-46792 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Gojani, Ardian T1 - Temporal evaluation and imaging of laser-induced plasmas on cement-based materials N2 - In civil engineering, the laser-induced breakdown spectroscopy has been applied as a fast and reliable method for a quantitative evaluation of concrete cores. Due to a two-dimensional scanning, the heterogeneity of concrete can be evaluated and elements like Cl, Na, and S are related to the cement matrix only. This study deals with the temporal evaluation and imaging of laser-induced plasmas on cement-based materials, in order to investigate the impact of aggregates with diffrent grain size on the spectral response in LIBS. T2 - Xth international conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy CY - Atlanta, GA, USA DA - 21.10.2018 KW - LIBS KW - Concrete KW - Grain size PY - 2018 AN - OPUS4-46794 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günther, Tobias A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Völker, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Wilsch, Gerd T1 - Plasma reheating in LIBS with electric discharge to detect halogens in low concentrations N2 - The Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) is an useful analytical technique for the chlorine detection in building materials, specifically in the reinforcement concrete. If chlorine exceeds a specific concentration threshold, the result can be pitting corrosion of the reinforcement, which affects the stability and lifetime of building structures like marine constructions, bridges or parking decks. The critical chlorine content based to cement is 0.4 wt.-% based to the cement for reinforced concrete. The ingress of chlorides from sea water or de-icing salt leads to corrosion of the reinforcement. The chlorine spectral line Cl I at 837.59 nm shows a good performance in helium atmosphere. For measurements without helium we used a electric discharge setup to reheat the Laser-induced plasma with a voltage below 100 V. In this case the reheating shows an increasing chlorine emission in air atmosphere. This work shows chlorine calibration curves with LIBS in a helium flow and LIBS with electric discharge reheating in air atmosphere. The determination of the limit of detection (LOD) for both setups and the measurement results of a drill core sample with a quantitative chlorine ingress profile will be presented. T2 - Xth international conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy CY - Atlanta, GA, USA DA - 21.10.2018 KW - LIBS KW - Laser induced plasma KW - Plasma reheating KW - Electric discharge PY - 2018 AN - OPUS4-46797 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy T1 - Zerstörungsfreie Feuchtebestimmung und Porengrößenabschätzung an Estrichen mittels NMR N2 - Nuklear magnetische Resonanz (NMR) etabliert sich zunehmend im Bauingenieurwesen als eine alternative Methode zur zerstörungsfreien Feuchtebestimmung in Baustoffen. Schäden, die durch einen zu hohen Anteil an Flüssigwasser auftreten können, sind Ablösungen, Korrosion, Frostschäden, Induktion von Salzkristallisationen, etc. Aufgrund der Sensitivität für 1H-Protonen, ist NMR eine geeignete Methode zur Feuchtedetektion. Dabei kann laut Theorie zwischen frei, chemisch oder physikalisch gebundenem Wasser differenziert werden, während in der Praxis abhängig von der Messtechnik und Probengröße größtenteils nur das freie Wasser detektierbar ist. Mithilfe der NMR Relaxometrie lassen sich nicht nur Relaxationsabklingkurven ermitteln, sondern auch Relaxationszeitenverteilungen, sowie bei Vollsättigung ggf. eine Porengrößenverteilung ableiten. Darüber hinaus lassen sich erste Annahmen über die Entwicklung der Porensättigung bei Teilsättigung der Probe treffen. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der zeitlichen Entwicklung der Porensättigung während des natürlichen Trocknungsprozesses (Teilsättigung) sowie die Ermittlung der Porengrößenverteilung an Beispiel von zementgebundenen Estrichen. Für den Versuch wurden zwei zementgebundene Estrichproben nach abgeschlossener Hydratation wieder aufgesättigt. Während des anschließenden natürlichen Trocknungsprozesses wurden regelmäßig NMR-Messungen durchgeführt sowie die Massenentwicklung observiert. Hauptfokus lag auf der zeitlichen und tiefenabhängigen Entwicklung der Relaxationszeitenverteilungen. Bei fortschreitender Trocknung der Proben konnte eine Verschiebung des Maximums der Relaxationszeitenverteilung zu kleineren Zeiten beobachtet werden. Die Ursache liegt zum einen in dem abnehmenden Anteil an freiem Wasser in größeren Poren und zum anderen in dem verhältnismäßig zunehmenden Signalanteil durch Wasser in kleineren Poren. Durch den Vergleich mit Quecksilberporosimetrie und Gas-Adsorptions-Ergebnissen, konnte aus den NMR-Daten eine unimodale Porengrößenverteilung mit einer dominanten Porengröße von 0,08 bis 0,1 µm und eine effektive Oberflächenrelaxivität von ca. 10 bis 30 µm/s abgeleitet werden. T2 - Bauwerksdiagnose 2018 CY - Berlin, Germany DA - 15.02.2018 KW - Estrich KW - Feuchte KW - NMR KW - Porengrößen KW - Relaxometrie PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-468966 UR - https://www.bauwerksdiagnose2018.de/Portals/bauwerksdiagnose2018/P/p11.pdf N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-46896 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven ED - Forde, Mike T1 - Application of laser induced breakdown spectroscopy N2 - A big part of the infrastructure is made of concrete, which is a multiphase system made of cement, aggregates, water and pores. Concrete is often used in combination with steel as reinforced concrete. Environmental influences, especially the ingress of harmful ions in combination with the ingress of water, trigger different damage processes which reduce the designed lifetime of a structure. The ingress of chlorides from de-icing salt or sea water leads to corrosion of the reinforcement. In addition, the carbonation of the concrete may trigger the corrosion of the reinforcement. The ingress of alkalis from deicing salts may cause the expansion of the amorphous silica aggregates (alkali-silica reaction) through formation of a swelling gel of calcium silicate hydrate if water is present. The ingress of sulphates may cause spalling of the concrete surface due to ettringite formation. For the standard procedure in civil engineering cores are taken, cut in slices, grinded and the obtained homogenized powder is solved in acid and investigated by standard procedures. BAM has developed the LIBS technique for the 2D evaluation of the chemical composition of concrete. The technique is established for automated laboratory use with high numbers of samples to investigate transport processes of harmful species (Cl-, CO2 , SO4 2-and alkalis) in concrete. Information about ingress depth and the quantitative values are important to estimate the remaining lifetime of the infrastructure. LIBS is a surface technique. To get information about the ingress depth, a drill core has to be taken and cut in the middle. The measurements are carried out at the cross section. The main advantages of LIBS are the direct measurement on the surface of the concrete, fast analysis (sample rate 100 Hz) with a spatial resolution of up to 100 µm, the consideration of the heterogeneity of the concrete and the possibility of automated measurements which save a lot of manpower and time. As an example the investigation of ingress profiles for standard diffusion and migration tests in civil engineering takes hours in comparison to just a few minutes using LIBS. At the same time a 2D-evaluation provides information about hot spots of elemental concentration which may not be found by standard methods. The state of the art of LIBS technique for applications in civil engineering will be presented, including typical results of 2D investigation of concrete in laboratory. The performance is also demonstrated by examples for onsite applications using a mobile LIBS system. The road map to standardization is presented as well. T2 - Structural Faults + Repair-2018 CY - Edinburgh, UK DA - 15.05.2018 KW - Sulphate KW - Chloride KW - Concrete KW - LIBS PY - 2018 SN - 0-947644-86-5 DO - https://doi.org/10.25084/sfr.2018.0030 SP - 1 EP - 7 PB - University of Edinburgh CY - Edinburgh AN - OPUS4-46947 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Sankat, Nina T1 - Application of LIBS for the chemical investigation of concrete infrastructure N2 - Overview about LIBS applications in civil engineering T2 - Structural Faults + Repair-2018 CY - Edinburgh, UK DA - 15.05.2018 KW - On-site measurements KW - LIBS KW - Concrete KW - Chloride KW - Sulfates PY - 2018 AN - OPUS4-46948 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Weise, Frank A1 - Millar, Steven A1 - Wilsch, Gerd T1 - Analyse des Tausalzeintrags in Fahrbahndeckenbetone mit neuartiger Prüftechnik T1 - Analysis of De-icing Salt in Concrete Pavement with a new type of Test Technology N2 - In den letzten Jahren sind im deutschen Bundesautobahnnetz vermehrt AKR-Schäden an Betonfahrbahndecken aufgetreten. Ursächlich hierfür ist die Verwendung alkaliempfindlicher Gesteinskörnung. Dies führt bei gleichzeitiger Anwesenheit von Wasser infolge der Exposition der Fahrbahndecke und des alkalischen Milieus durch den Einsatz alkalireicher Portlandzemente bei der Betonherstellung zu einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR). Zusätzlich wird der AKR-Schädigungsprozess in Betonfahrbahndecken durch den externen Tausalzeintrag (primär NaCl) im Winter begünstigt. Vor diesem Hintergrund kommt der Ermittlung des Tausalzeintrags in den Fahrbahndeckenbeton eine große Bedeutung zu. Die Analyse des Tausalzeintrags erfolgte bisher ausschließlich nasschemisch an gemahlenen Bohrkernsegmenten. Nachteilig sind hierbei der relativ hohe prüftechnische Aufwand und die eingeschränkte Ortsauflösung. Der alternative Einsatz von LIBS (Laser-induced breakdown spectroscopy) eröffnet in diesem Kontext neue Möglichkeiten. So wird in diesem Beitrag anhand von Bohrkernen aus einem repräsentativen AKR-geschädigten BAB-Abschnitt exemplarisch die Vorgehensweise bei der LIBS-Analyse zur Ermittlung der Na- und Cl-Verteilung an vertikalen Schnittflächen von Bohrkernen aufgezeigt. Da der Tausalzeintrag primär über den Zementstein erfolgt, wurde der verfälschende Na-Grundgehalt der Gesteinskörnung mittels eines Ausschlusskriteriums (Ca-Gehalt) eliminiert. Vergleichend durchgeführte Cl-Mappings mit Mikroröntgenfluoreszenzanalyse sowie nasschemische Analysen belegen die Güte der durchgeführten LIBS-Messungen. Allerdings bedarf es bei der quantitativen Ermittlung des Natriumgehaltes in der Betonfahrbahndecke noch weitergehender Untersuchungen. N2 - Analysis of the intrusion of de-icing salt into concrete pavements by a novel test method In recent years the German motorway network has seen an increase in the occurrence of damage in concrete pavements. This has been caused by the use of alkali-sensitive aggregates. Given the exposure of the concrete pavement to water and the alkaline environment caused by the use of Portland cement during concrete mixing, this environment can lead to an alkali-silica reaction (ASR) process. This ASR-damage process in concrete pavements is further exacerbated by the external application of de-icing salt in winter. Against this background, the evaluation of the intrusion of de-icing salt becomes of great importance. Until now, the analysis of the intrusion of de-icing salt was carried out in a wet-chemistry process on finely ground segments of drilling cores. The disadvantages of this method are the relatively arduous testing process and the limited depth resolution. The alternative application of LIBS (laser-induced breakdown spectroscopy) offers new possibilities in this context. In this paper, the procedure for the LIBS analysis of sodium and chloride distribution on vertical cut surfaces of drilling cores taken from representative ASR-damaged concrete pavements is presented. Because the intrusion of de-icing salt takes place primarily in the cement matrix, the distorting effect of the sodium content in the aggregates was eliminated by an exclusion criteria (namely, the calcium content). The comparable chloride mappings by micro X-ray fluorescence spectroscopy and wet-chemical analysis confirm the quality of the LIBS measurements. However, additional investigations are necessary for the quantitative analysis of sodium content in concrete pavements. KW - Betonfahrbahndecke KW - Alkali-Kieselsäure-Reaktion KW - Tausalz KW - LIBS KW - MRFA KW - Nasschemie KW - ZfP PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1002/best.201800033 SN - 0005-9900 SN - 1437-1006 VL - 113 IS - 9 SP - 656 EP - 666 PB - Wilhelm Ernst & Sohn, Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG CY - Berlin AN - OPUS4-46171 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Weise, Frank A1 - Kind, Thomas A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Wieland, M. T1 - Dunkelfärbung der Betonfahrbahndecke im AKR-Kontext - Ursachenanalyse mit innovativer Prüftechnik T1 - Dark Dyeing of the Concrete Pavement in the AKR Context: Root Cause Analysis with innovative Testing Technology N2 - Die AKR-Schadensevolution von Betonfahrbahndecken ist in der Anfangsphase durch eine Dunkelfärbung der Oberfläche im Fugenbereich gekennzeichnet. Es wird vermutet, dass eine erhöhte Durchfeuchtung der Betonrandzone ursächlich für diese Erscheinung ist. Vor diesem Hintergrund wurde exemplarisch eine Fahrbahnplatte eines repräsentativen Bundesautobahnabschnitts systematisch mit verschiedenartiger zerstörungsfreier Prüftechnik vor Ort untersucht. Die Ergebnisse der zunächst erfolgten großflächigen Durchmusterung mit Radar zeigen, dass in den Bereichen mit einer Dunkelfärbung der Betonfahrbahndecke erhöhte Laufzeiten der Radarimpulse zwischen der Oberfläche und der Rückseite der Betonfahrbahndecke auftreten, was auf eine erhöhte integrale Durchfeuchtung der Betonfahrbahndecke schließen lässt. Vertiefend durchgeführte NMR-Feuchtemessungen in der Betonrandzone zeigen eine gute Korrelation zwischen erhöhtem Feuchtegehalt und der dunkel gefärbten Fahrbahnoberfläche. Die Ergebnisse beider zerstörungsfreien Prüfmethoden lassen den Schluss zu, dass die Betonfahrbahndecke in der Nähe des Fugenkreuzes eine höhere Durchfeuchtung als im Bereich der Querscheinfuge aufweist. Die geringste Durchfeuchtung besitzt die Betonfahrbahndecke in der Plattenmitte. Die mit den zerstörungsfreien Prüfverfahren ermittelten Befunde stimmen prinzipiell gut mit den punktuell mittels Darr-Wäge-Verfahren an Bohrmehlproben gewonnenen Ergebnissen überein. N2 - Darkening of the surface within alkali-silica reaction context - Root cause analysis with non-destructive measurement methods The damage evolution in concrete pavements due to alkali-silica reaction is characterized in the initial phase by a darkening of the surface along joint regions. It is generally assumed that an increased moisture content of the concrete boundary zone is responsible for this visual appearance. Against this background, a concrete pavement slab of a representative German motorway section was systematically investigated in-situ using different non-destructive measurement methods. The results of the high-resolution, planar radar showed an increased time of flight of the radar pulse between the pavement surface and the base of the concrete slab in the darkened areas. This indicated that the overall moisture content is increased near joints in the slab. Additional NMR moisture measurements in the concrete boundary zone confirmed the correlation between increased moisture content and the dark-colored surface of the concrete pavement. The results of both non-destructive measurement methods indicated that the moisture content near the intersection of two joints was higher than the moisture content near the area around the transverse joint. The lowest moisture content was measured in the center of the concrete pavement slab. The results obtained with the two non-destructive testing methods were in overall good agreement with moisture measurements of boring dust analyzed using the gravimetric method. KW - Betonfahrbahndecke KW - Alkali-Kieselsäure-Reaktion KW - Feuchtemessung KW - Radar KW - Nuclear Magnetic Resonance KW - ZfP PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1002/best.201800020 SN - 0005-9900 SN - 1437-1006 VL - 113 IS - 9 SP - 647 EP - 655 PB - Wilhelm Ernst & Sohn, Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG CY - Berlin AN - OPUS4-46173 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Zimmek, David T1 - Experimentelle Validierung eingebetteter Sensorik zur pH-Wert Bestimmung basierend auf Fluoreszenzspektroskopie N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der experimentellen Validierung eingebetteter Sensorik zur pH-Wert Bestimmung basierend auf Fluoreszenspektroskopie. Bisherige Karbonatisierungsmessungen basieren auf zerstörenden Methoden. Durch das Einbetonieren von immer erreichbaren pH-Sonden wird die Überprüfung zerstörungsfrei. Um ein fehlerfreies, reproduzierbares Ergebnis zu gewährleisten, mussten diese pH-Sonden zunächst getestet und eine ausreichend präzise Methode zur Messung entwickelt werden. Durch das Vorgeben unterschiedlicher pH-Milieus und dem Testen verschiedener Messmethoden und Versuchsaufbauten werden Situationen im Beton simuliert. Hierzu werden die pH-Sonden mit unterschiedlich starken basischen und neutralen Lösungen in Kontakt gebracht, wodurch der in den Sonden befindliche Indikator je nach pH-Wert eine blaue oder orange Färbung annimmt. In den Sonden befindliche Quantenpunkte werden durch einen Laser angeregt. Diese Quantenpunkte fluoreszieren aufgrund der Anregung im blauen und orangen Spektrum. Mithilfe der Fluoreszenzspektroskopie wird die durch den Indikator gefilterte Fluoreszenz in Reflexion und Transmission gemessen. Die Ergebnisse werden genutzt, um ein Verhältnis zwischen den zwei Wellenlängen zu berechnen, anhand dessen zu erkennen ist, welche Farbe der Indikator in den Sonden angenommen hat. Die experimentelle Validierung dient der Optimierung der Methodik, des Versuchsaufbaus und der Zusammensetzung der Sonden. Nach eine Reihe unterschiedlicher Versuche, werden Bedingungen geschaffen, welche zu den gewünschten Ergebnissen führen. Das in Reflexion gemessene Licht kann Aussage darüber geben, welche Farbe der Indikator annimmt und das Verhältnis zwischen dem blauen und dem orangen Spektrum gibt die erwarteten Werte zurück. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen in Betonprobekörpern angewandt werden, um die hier erprüfte Methode in Realbedingungen zu testen. KW - pH Wert in Baustoffen KW - Fluoreszenzspektroskopie KW - Eingebettete Sensorik PY - 2018 SP - 1 EP - 68 CY - Berlin AN - OPUS4-46326 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kind, Thomas T1 - GPR Testing of concrete structures N2 - The basics of ground penetrating radar and its NDT application in civil engineering were shown. T2 - NDT&E Advanced Training Workshop CY - Berlin, Germany DA - 27.06.2018 KW - GPR KW - Concret KW - NDT PY - 2018 AN - OPUS4-46297 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Prinz, Carsten A1 - Hase, Felix A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Data of embedded humidity sensors, sample weights, and measured pore volume distribution for eight screed types N2 - Four cement-based and four calcium-sulphate-based screed types are investigated. The samples have a diameter of 300 mm and a height of 35 or 70 mm. Up to ten humidity sensors are embedded directly during the concreting of the screed samples. Thus, the humidity over the sample height is monitored during hardening, hydration, evaporation, and oven drying. Furthermore, the screed samples are weighed during every measurement to determine the total mass and the corresponding moisture loss. To define the pore system precisely, mercury intrusion porosimetry as well as gas adsorption is performed. According to the data, the entire pore volume distribution is known. The measured pore diameters range from 0.8 nm to 100 µm and the total porosity of the examined screeds ranges between 11% and 22%. Based on these measurement data, moisture transport, pore saturation as well as sorption isotherms and their hysteresis may be calculated quantitatively as described in “Monitoring of the absolute water content in porous materials based on embedded humidity sensors” (Strangfeld and Kruschwitz, 1921). KW - Concrete and screed KW - Embedded humidity sensors KW - Pore volume distribution KW - Material moisture PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-462339 DO - https://doi.org/10.1016/j.dib.2018.09.020 SN - 2352-3409 VL - 21 SP - 8 EP - 12 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-46233 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Völker, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Ebell, Gino A1 - Shen, J. T1 - Toward Data based corrosion analysis of concrete with supervised machine learning N2 - Half-Cell-Potential Mapping (HP) is the most popular non-destructive testing (NDT) method for the detection of active corrosion in reinforced concrete. HP is influenced by parameters such as moisture and chloride gradients in the component. The sensitivity to the spatially small, but dangerous pitting is low. In this study we show how additional measurement information can be used with multi-sensor data fusion to improve the detection performance and to automate data evaluation. The fusion is based on supervised machine learning (SML). SML are methods that recognize relationships in (sensor) data based on given labels. We use SML to distinguish "defective" and "intact" labeled areas in our dataset. It consists of 18 measurement - each contains HP, ground radar, microwave moisture and Wenner resistivity data. Exact labels for changing environmental conditions were determined in a laboratory study on a reinforced concrete slab, which deteriorated controlled and accelerated. The deterioration progress was monitored continuously and corrosion was generated targeted at a predefined location. The detection results are quantified and statistically evaluated. The data fusion shows a significant improvement over the best single method (HP). We describe the challenges of data-driven approaches in nondestructive testing and show possible solutions. T2 - SMT/NDT-CE 2018 CY - New Brunswick, NJ, USA DA - 26.08.2018 KW - SMT KW - NDT-CE PY - 2018 AN - OPUS4-46261 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Sharma, Govind A1 - Kind, Thomas T1 - Distinction of tendon ducts and rebars by GPR reflection signal patterns N2 - We investigated the possibility of surrounding waves along with perimeter of large diameter tendon ducts during ground penetrating radar (GPR) testing of concrete structures. The surrounding waves influence the primary reflection from tendon duct and alter the phase as well as amplitude of signal depending on the diameter of the tendon duct. This phenomenon was studied in detail by conducting several simulations using a commercial software Reflexw®. Finite Difference Time Domain method was adopted to analyze reflection patterns from objects of various diameters located at different depths in concrete media. The proposed methodology will be useful in qualitative assessment of size of metallic objects greater than a diameter of 6 cm. In general, the identification of large diameter tendon ducts in a civil structure is carried out by prior knowledge of the civil plan and its diagonal appearance to smaller diameter object mesh. The proposed methodology will enhance the confidence in identification of the larger diameter tendon ducts even if the civil plan is not known accurately. T2 - 17th International Conference on Ground Penetrating Radar CY - Rapperswil, Switzerland DA - 18.06.2018 KW - Ground penetrating radar KW - Rebar KW - Concrete PY - 2018 AN - OPUS4-46246 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Sharma, Govind A1 - Kind, Thomas T1 - Distinction of tendon ducts and rebars by GPR reflection signal patterns N2 - We investigated the possibility of surrounding waves along with perimeter of large diameter tendon ducts during ground penetrating radar (GPR) testing of concrete structures. The surrounding waves influence the primary reflection from tendon duct and alter the phase as well as amplitude of signal depending on the diameter of the tendon duct. This phenomenon was studied in detail by conducting several simulations using a commercial software Reflexw®. Finite Difference Time Domain method was adopted to analyze reflection patterns from objects of various diameters located at different depths in concrete media. The proposed methodology will be useful in qualitative assessment of size of metallic objects greater than a diameter of 6 cm. In general, the identification of large diameter tendon ducts in a civil structure is carried out by prior knowledge of the civil plan and its diagonal appearance to smaller diameter object mesh. The proposed methodology will enhance the confidence in identification of the larger diameter tendon ducts even if the civil plan is not known accurately. T2 - 17th International Conference on Ground Penetrating Radar CY - Rapperswil, Switzerland DA - 18.06.2018 KW - Ground penetrating radar KW - Rebar KW - Concrete PY - 2018 SN - 978-1-5386-5776-8 SP - 232 EP - 235 AN - OPUS4-46247 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Völker, Tobias A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Kazakov, Alexander Ya. A1 - Wilsch, Gerd T1 - Application of two calibration-free LIBS techniques for synthetic spectra of cement samples N2 - Two calibration-free LIBS techniques are used for the quantitative analysis of synthetic cement samples: the CF-LIBS based on the Boltzmann plot method and the Monte Carlo (MC) LIBS based on the iterative spectrum fitting. In CF-LIBS, the inverse problem is solved, i.e. the elemental concentrations are determined by the reconstruction of plasma parameters from spectra. The MC-LIBS technique solves the direct problem by finding the highest correlation between the model-generated and experimental spectrum. The accuracy of both calibration-free LIBS methods suffers from factors such as inaccurately determined instrumental function, the deviation of experimental plasma from the mathematical model used, not taking into account the collection geometry and from the uncertainty of spectroscopic data. Therefore, the both calibration-free LIBS approaches are applied to synthetic spectra which perfectly suit the mathematical model of the method. This test yields the accuracy of both the approaches for the ideal case. In addition, the accuracy of both methods is investigated for non-isothermal plasma, because real laser-induced plasma often has high gradients in temperature. Both methods assume an isothermal plasma. T2 - Xth international conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy CY - Atlanta, GA, USA DA - 21.10.2018 KW - Cement KW - MC-LIBS KW - LIBS KW - CF-LIBS PY - 2018 AN - OPUS4-46774 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias T1 - Schnelle quantitative Untersuchung der Elementverteilungen im Beton mittels LIBS N2 - Die Laserinduzierte Plasmaspektroskopie (engl.: Laser-induced Breakdown Spectroscopy, kurz: LIBS) ist eine Kombination aus Laserablation mittels eines energiereichen Laser-Pulses, der Erzeugung eines Plasmas auf der zu untersuchenden Oberfläche und dem quantitativen Nachweis der Elementzusammensetzung durch spektroskopische Untersuchung der vom Plasma emittierten Strahlung. Ein LIBS-Gerät liefert dem sachkundigen Planer Daten für die Bewertung des Ist-Zustandes von Bauwerken unserer Infrastruktur durch die zweidimensionale Erfassung von Elementverteilungen. Typische Anwendungen sind die Erfassung von Chlor, Schwefel, Kohlenstoff, Natrium, Kalium und Lithium in Beton oder als – Qualitätssicherung – der Nachweis der mit einem Marker versehenen Tiefenhydrophobierung. In Zusammenarbeit zwischen Industriepartnern und der BAM wurden ein Labor und ein mobiles LIBS-System für die Vor-Ort-Messungen entwickelt. Die Analyse erfolgt vollautomatisch. Die Ortsauflösung beträgt bis zu 0,1 mm x 0,1 mm. Es können Messflächen von 140 mm x 170 mm gescannt werden. Die Erstellung von 2D-Elementverteilungen im Beispiel unten benötigt weniger als 10 Minuten. T2 - ibausil - 20. Internationale Baustofftagung CY - Weimar, Germany DA - 12.09.2018 KW - LIPS KW - Chlorid KW - LIBS KW - Beton PY - 2018 AN - OPUS4-46778 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias ED - Ludwig, H.-M. T1 - Schnelle quantitative Untersuchung von Elementverteilungen in Beton mittels LIBS N2 - Die Laserinduzierte Plasmaspektroskopie (engl.: Laser-induced Breakdown Spectroscopy, kurz: LIBS) ist eine Kombination aus Laserablation mittels eines energiereichen Laser-Pulses, der Erzeugung eines Plasmas auf der zu untersuchenden Oberfläche und dem quantitativen Nachweis der Elementzusammensetzung durch spektroskopische Untersuchung der vom Plasma emittierten Strahlung. Ein LIBS-Gerät liefert dem sachkundigen Planer Daten für die Bewertung des Ist-Zustandes von Bauwerken unserer Infrastruktur durch die zweidimensionale Erfassung von Elementverteilungen. Typische Anwendungen sind die Erfassung von Chlor, Schwefel, Kohlenstoff, Natrium, Kalium und Lithium in Beton oder als – Qualitätssicherung – der Nachweis der mit einem Marker versehenen Tiefenhydrophobierung. In Zusammenarbeit zwischen Industriepartnern und der BAM wurden ein Labor und ein mobiles LIBS-System für die Vor-Ort-Messungen entwickelt. Die Analyse erfolgt vollautomatisch. Die Ortsauflösung beträgt bis zu 0,1 mm x 0,1 mm. Es können Messflächen von 140 mm x 170 mm gescannt werden. Die Erstellung von 2D-Elementverteilungen im Beispiel unten benötigt weniger als 10 Minuten. T2 - ibausil - 20. Internationale Baustofftagung CY - Weimar, Germany DA - 12.09.2018 KW - LIPS KW - LIBS KW - Beton KW - Chlorid PY - 2018 SN - 978-3-00-059950-7 VL - 2 SP - 2380 EP - 2387 PB - F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde, CY - Weimar AN - OPUS4-46779 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias T1 - Auf dem Weg zum gläsernen Beton neues Analyseverfahren mit laserinduzierter Plasmaspektroskopie N2 - Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS) oder englisch: Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) ist eine Kombination aus Laserablation mittels energiereichem Laser-Puls, der Erzeugung eines Plasmas auf der zu untersuchenden Oberfläche und dem quantitativen Nachweis der Elementzusammensetzung durch die spektroskopische Untersuchung der vom Plasma emittierten Strahlung. Das Verfahren wird z. B. in der Prozessanalytik, der Sortierung von Rest- und Rohstoffen oder zur Qualitätssicherung in der pharmazeutischen Industrie angewendet. Das LIPS arbeitet scannend und liefert die zweidimensionale Verteilung der Konzentrationen ausgewählter Elemente – und das auch auf rauen Oberflächen. Alle Elemente können auch gleichzeitig erfasst werden. Damit lassen sich beispielsweise Unterschiede im Eindringverhalten von Chlor und Natrium dokumentieren. Nach einer Kalibrierung stehen quantitative Werte zur Verfügung. Zurzeit sind Geräte für automatisierte Messungen im Labor und vor Ort verfügbar. Die scannende Messung, mit einer Ortsauflösung von bis zu 80 µm, erfasst die Heterogenität des Betons. Damit kann die ermittelte Konzentration direkt auf den Bindemittelgehalt bezogen werden. Die Messfrequenz beträgt aktuell 100 Hz. Beispielsweise dauert die Erfassung des Chlorgehaltes in einem Bohrkern mit 50 mm Durchmesser und einer Länge von 80 mm, bei drei Mittelungen pro Messpunkt und einer Auflösung von 0,5 mm, nur 8 Minuten. Das Ergebnis steht direkt nach der Messung als „Elementlandkarte“ zur Verfügung. Durch die hohe Ortsauflösung des Verfahrens können z. B. fundiertere Eingangsparameter für Modellrechnungen erzeugt oder der Transport durch Risse visualisiert werden. Ein LIPS-Gerät liefert Daten für die Bewertung des Istzustandes von Infrastrukturbauwerken. Typische Anwendungen sind die Erfassung von Chlor, Schwefel, Kohlenstoff, Natrium, Kalium und Lithium im Beton oder der Nachweis, der mit einem Marker versehenen Tiefenhydrophobierung, welcher zur Qualitätssicherung herangezogen wird. Die Messungen sind schnell und automatisiert, so dass eine große Anzahl von Betonkernen in kurzer Zeit ausgewertet werden kann. Die Nachweisgrenze für die Bestimmung der Chlorid-Konzentration liegt mit 0,04 % deutlich unterhalb der allgemein akzeptierten Grenze für die Initiierung der Bewehrungskorrosion von 0,5 % (bezogen auf den Bindemittelgehalt). Dies bestätigten auch Vor-Ort-Messungen, wo Staub und Erschütterungen wenig Einfluss auf die Ergebnisse hatten und das Messsystem sich als stabil und robust erwiesen hat. Eine technische Spezifikation und Regeln für die Anwendung des Verfahrens erarbeitet der neu gegründete Unterausschuss LIBS im Fachausschuss Zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen der Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V.. T2 - 25. Internationale IFF-Fachtagung Beton(t) DAUERHAFT CY - Weimar, Germany DA - 14.11.2018 KW - LIBS KW - LIPS KW - Alkalien KW - Chlorid PY - 2018 AN - OPUS4-46780 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias T1 - Application of LIBS for the chemical investigation of concrete infrastructure N2 - The majority of the built infrastructure is made of concrete, which is a multiphase system made of cement, aggregates, water and pores. Concrete is often used in combination with steel as reinforced concrete. Environmental influences, especially the ingress of harmful ions in combination with the ingress of water, trigger different damage processes which reduce the designed lifetime of a structure. The ingress of chlorides from de-icing salt or sea water leads to corrosion of the reinforcement. Also the carbonation of the concrete may trigger the corrosion of the reinforcement. The ingress of alkalis from de-icing salts may cause the expansion of the amorphous silica aggregates (alkali-silica reaction) through formation of a swelling gel of calcium silicate hydrate if water is present. The ingress of sulfates may cause spalling of the concrete surface due to ettringite formation. For the standard procedure in civil engineering cores are taken, cut in slices, grinded and the obtained homogenized powder is solved in acid and investigated by standard procedures. BAM has developed the LIBS technique for the 2D evaluation of the chemical composition of concrete [1-11]. The technique is established for automated laboratory use with high numbers of samples to investigate transport processes of harmful species (Cl-, CO2, SO42- and alkalis) in concrete. Information about ingress depth and the quantitative values are important to estimate the remaining lifetime of the infrastructure. LIBS is a surface technique. To get information about the ingress depth, a core has to be taken and cut in the middle. The measurements are carried out at the cross section. The main advantages of LIBS are the direct measurement on the surface of the concrete, fast analysis (sample rate 100 Hz) with a spatial resolution of up to 100 µm, the consideration of the heterogeneity of the concrete and the possibility of automated measurements which save a lot of manpower and time. As an example the investigation of ingress profiles for standard diffusion and migration tests in civil engineering takes hours in comparison to just a few minutes using LIBS. At the same time a 2D-evaluation provides information about hot spots of elemental concentration which may not be found by standard methods. Ingress of chlorides due to a crack in a repair mortar. Left: Photo of the cross section of a concrete core and the surface investigated by LIBS (area 70 mm x 70 mm). Right: Color coded chlorine intensity on the cross section of a concrete core, dark red represents high chlorine content. The state of the art of LIBS technique for applications in civil engineering will be presented, including typical results of 2D investigation of concrete in laboratory. The performance is also demonstrated by examples for onsite applications using a mobile LIBS system. The road map to standardization is presented as well. T2 - ICCRRR2018, 5th international conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting CY - Cape Town, South Africa DA - 19.11.2018 KW - LIBS KW - Chlorid KW - Alkalies KW - Concrete KW - Damage PY - 2018 AN - OPUS4-46781 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias T1 - Detection of ion ingress by LIBS for Evaluation of the remaining lifetime of a concrete structure N2 - The majority of the built infrastructure is made of concrete, which is a multiphase system made of cement, aggregates, water and pores. Concrete is often used in combination with steel as reinforced concrete. Environmental influences, especially the ingress of harmful ions in combination with the ingress of water, trigger different damage processes which reduce the designed lifetime of a structure. The ingress of chlorides from de-icing salt or sea water leads to corrosion of the reinforcement. Also the carbonation of the concrete may trigger the corrosion of the reinforcement. The ingress of alkalis from de-icing salts may cause the expansion of the amorphous silica aggregates (alkali-silica reaction) through formation of a swelling gel of calcium silicate hydrate if water is present. The ingress of sulfates may cause spalling of the concrete surface due to ettringite formation. For the standard procedure in civil engineering cores are taken, cut in slices, grinded and the obtained homogenized powder is solved in acid and investigated by standard procedures. BAM has developed the LIBS technique for the 2D evaluation of the chemical composition of concrete [1-11]. The technique is established for automated laboratory use with high numbers of samples to investigate transport processes of harmful species (Cl-, CO2, SO42- and alkalis) in concrete. Information about ingress depth and the quantitative values are important to estimate the remaining lifetime of the infrastructure. LIBS is a surface technique. To get information about the ingress depth, a core has to be taken and cut in the middle. The measurements are carried out at the cross section. The main advantages of LIBS are the direct measurement on the surface of the concrete, fast analysis (sample rate 100 Hz) with a spatial resolution of up to 100 µm, the consideration of the heterogeneity of the concrete and the possibility of automated measurements which save a lot of manpower and time. As an example the investigation of ingress profiles for standard diffusion and migration tests in civil engineering takes hours in comparison to just a few minutes using LIBS. At the same time a 2D-evaluation provides information about hot spots of elemental concentration which may not be found by standard methods. Ingress of chlorides due to a crack in a repair mortar. Left: Photo of the cross section of a concrete core and the surface investigated by LIBS (area 70 mm x 70 mm). Right: Color coded chlorine intensity on the cross section of a concrete core, dark red represents high chlorine content. The state of the art of LIBS technique for applications in civil engineering will be presented, including typical results of 2D investigation of concrete in laboratory. The performance is also demonstrated by examples for onsite applications using a mobile LIBS system. The road map to standardization is presented as well. T2 - ASNT SMT/NDT-CE 2018 CY - New Brunswick, NJ, USA DA - 27.08.2018 KW - Damage processes KW - LIBS KW - Concrete KW - Chloride PY - 2018 AN - OPUS4-46782 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Völker, Tobias A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Wilsch, Gerd T1 - Quantitative on-site analysis of harmful elements in building structures with a mobile LIBS-System N2 - Environmental influences and damage processes drastically reduce the durability of concrete and reinforced concrete structures. Much of this damage can be traced back to the penetration of harmful elements into the concrete. These elements cause damage processes such as the chlorine-induced corrosion, the alkali-silica reaction or the carbonization. For the maintenance the knowledge of the element concentration and the penetration depth of these harmful elements is essential. Based on this data, a maintenance concept can be developed and an estimation of the remaining service life-time can be carried out. Typically, chemical analyzes are used to determine harmful elements in concrete, which are costly and time consuming. As an alternative method LIBS is used. On-site measurements were carried out with a mobile LIBS-System to determine harmful elements in a parking garage. A scanner is used to obtain a two-dimensional element mapping. For the quantitative analysis, a calibration of the system is carried out with 15 reference samples based on cement with NaCl with a concentration range of chlorine of 0.05 to 2.5 wt.%. To determine the penetration profile of the harmful element chlorine, concrete cores were drilled, split and analyzed directly on-site. T2 - Xth international conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy CY - Atlanta, GA, USA DA - 21.10.2018 KW - LIBS KW - Mobile-LIBS KW - On-site analysis KW - Concrete PY - 2018 AN - OPUS4-46790 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Wilsch, Gerd T1 - Spatially resolved determination of chloride content on rough surfaces using LIBS N2 - The durability and the lifetime of reinforced concrete structures can be drastically reduced by the influence of damage processes. One of the most common causes is chloride-induced corrosion, which is triggered by increased chloride content near the reinforcement. In a study, the chloride content should be determined directly at corrosion areas. The LIBS system used consists of a micro-chip laser (3 mJ, 100 Hz, 1.5ins) and two compact spectrometers covering the wavelength range of 177-355 nm (UV) and 750-940 nm (NIR). The analysis of the chloride content was carried out via the atomic chlorine spectral line 837.59 nm, using helium for signal amplification. Calibrations were carried out for quantitative chlorine measurements with 15 reference samples in the working range of 0.05 to 6.00 wt% chlorine. The calibration of the LIBS system was done according to DIN 32 645 and was tested for linearity. The determination of the quantitative chlorine contents was carried out on samples which were broken and thus have a high surface roughness. This requires real time correction of the focus point to compensate for the roughness of the samples. The poster shows spatially resolved element distributions and determined quantitative chloride concentrations near the corrosion Areas. T2 - Xth international conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy CY - Atlanta, GA, USA DA - 21.10.2018 KW - LIBS KW - Rough surface KW - Chloride PY - 2018 AN - OPUS4-46791 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ritzer, Tobias A1 - Klewe, Tim A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Radarwellen und Neutronenstrahlung - Die Lösung für den Großschaden? Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt zur Feuchtebestimmung von schwimmenden Bodenaufbauten N2 - Die Idee des Dissertationsprojekts ist der parallele Einsatz des Radarverfahrens und der Neutronensonde zur Lokalisierung von Feuchteschäden in Fußbodenaufbauten. Hierbei soll die integrale Messweise der Neutronensonde durch die vertikale Information des Radarsignals ergänzt werden, um zukünftig auf zerstörende Sondierungsbohrungen verzichten zu können. Primäres Ziel ist eine automatisierte und zerstörungsfreie Klassifizierung und Quantifizierung verschiedener Schadensfälle im Fußboden, welche zur Abschätzung und Auswahl des Sanierungsaufwands dienen soll. In systematischen Laborstudien an modular aufgebauten Referenzprobekörpern werden die Nachweisgrenzen der beiden Verfahren für unterschiedliche, häufig anzutreffende Fußbodenaufbauten untersucht. Hierfür wurde ein Satz verschiedenster Estrichprobekörper gefertigt und deren Hydratisierungsprozess gravimetrisch und mit den benannten Feuchtemessverfahren beobachtet. In der laufenden Auswertung konnten bereits signifikante Signalmerkmale der Radarmessungen extrahiert, sowie dessen Korrelation zum Feuchteverlauf der Proben gezeigt werden. Der modulare Aufbau der Fußbodenschichten zur Simulation von gängigen Feuchteschäden folgt im Anschluss. Über Datenfusion und Signalverarbeitung sollen so innovative Auswertungsansätze entwickelt und deren Validität an realen Schadensfällen geprüft werden. T2 - Messekongress Schadenmanagement und Assistance CY - Leipzig, Germany DA - 26.03.2019 KW - Radar KW - Neutronensonde KW - Feuchte KW - Schichtaufbau PY - 2019 AN - OPUS4-47684 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schumacher, T. A1 - Murtuz, A. K. M. G. A1 - Hafiz, A. A1 - Dusicka, P. A1 - Niederleithinger, Ernst ED - Gabrijel, I. ED - Grosse, C. ED - Skazlić, M. T1 - Post-earthquake damage evaluation of concrete structures using ultrasonic monitoring: A proof-of concept laboratory study N2 - In earthquake-prone regions such as the Pacific Northwest, damage assessment tools are needed to enable safety evaluations to support recovery. Currently, damage assessment is performed primarily by visual inspection and is often impossible for structural members that are inaccessible, such as deep foundations or interior members hidden by cladding. This study explores the possibility of using embedded ultrasonic transducers to monitor reinforced concrete members for damage progression under earthquake loading. A novel methodology is proposed where changes in the member condition due to an increase in the earthquake-type loading of a full-scale column-foundation specimen are correlated with changes in the recorded ultrasonic waveforms. The discussed preliminary analysis of the ultrasonic signals is based on wave propagation velocity, changes in the coda wave portion, and maximum amplitude of the signals. Three embedded transducers were used to continuously monitor the laboratory specimen during destructive testing. This paper provides an overview of the proposed methodology, outlines the laboratory experiment, and discusses some preliminary observations. T2 - International Conference on Sustainable Materials, Systems and Structures (SMSS 2019) CY - Rovinj, Croatia DA - 20.3.2019 KW - Concrete KW - Monitoring KW - Ultrasound KW - earthquake PY - 2019 SN - 978-2-35158-227-5 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-031-07258-1_84 SP - 112 EP - 119 PB - RILEM Publications S.A.R.L. CY - Paris, France AN - OPUS4-47679 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Dlugosch, R. A1 - Weise, Frank A1 - Mützel, M. T1 - Ortsaufgelöste NMR-Relaxometrie an mineralischen Baustoffen N2 - Zahlreiche Schädigungsprozesse in Baustoffen stehen im engen Zusammenhang mit Feuchteeintrag und Feuchtetransport. Als Beispiel sind die schädigende Alkali-Kieselsäurereaktion (AKR) von Beton sowie Frost-Tauwechsel induzierte Gefügeschäden genannt. Zur zerstörungsfreien, ortsaufgelösten Feuchtemessung eignet sich die im Bereich der Geophysik etablierte, aber im Bauingenieurwesen noch wenig verbreitete, Messmethode der Nuklear Magnetischen Resonanz (NMR). Unter Verwendung der NMR-Relaxometrie sind sowohl Aussagen zum Feuchtegehalt und dessen räumliche Verteilung als auch die Charakterisierung der Porengrößen möglich, die das Transportverhalten eines porösen Materials maßgeblich beeinflussen. Zur Erfassung der Mikro- und Mesoporen in Baustoffen ist dabei die Auflösung von kurzen T2 Relaxationszeiten unabdingbar. Bisher ist es mit gängigen NMR-Laborgeräten nur begrenzt möglich, solche kurzen T2-Zeiten schichtselektiv zu erfassen. Vor diesem Hintergrund wurde ein speziell für die Messung an mineralischen Baustoffen optimierter NMR-Tomograph beschafft. Dieser ermöglicht sowohl schichtselektive Messungen von Bohrkernen mit Durchmessern von bis zu 70 mm als auch bildgebende Untersuchungen an Proben mit Durchmessern ≤ 40 mm. Erste Untersuchungsergebnisse an Sandstein, Tuffstein und Beton zeigen die Leistungsfähigkeit des neuen NMR-Tomographen zur Erfassung der porengrößenspezifischen Feuchteverteilung. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse verschiedenartiger Laborversuche exemplarisch dargestellt. Für Sandsteine mit unterschiedlichsten Porengrößenverteilungen wurden mit dem neuen NMR-Tomographen und einem herkömmlichen NMR-System vergleichbare T2 Zeitenverteilungen ermittelt. Am sehr heterogenen Tuffstein konnten unterschiedlich poröse (und feuchte) Bereiche räumlich aufgelöst werden. Im Beton ließ sich der Feuchtetransport im Zementstein porengrößenspezifisch, schichtselektiv und zeitlich aufgelöst verfolgen. Die bisher gewonnenen Ergebnisse zeigen das breite Anwendungsspektrum des neuen NMR Tomographen auf und ermöglichen ein besseres Verständnis des Feuchtetransports und der oft damit einhergehenden Schädigungsprozesse in Baustoffen. T2 - 79. Jahrestagung Deutsche Geophysikalische Gesellschaft CY - Brunswick, Germany DA - 04.03.2019 KW - Concrete KW - NMR KW - Sandstone KW - Capillary suction PY - 2019 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-47501 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Ermittlung des Flüssigwasseranteils in Sandsteinen mittels NMR und relativer Luftfeuchte N2 - Die zerstörungsfreie Erfassung der Feuchteverteilung im Porensystem eines Baustoffes ist in der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) von großer Bedeutung, da Feuchte (i. d. R. in Form von Flüssigwasser) ein hohes Schadenspotential für die Materialien und Konstruktionen aufweist. Für die Lokalisierung möglicher Schad- oder Risikostellen und die Einleitung von Präventionsmaßnahmen sind vor allem Kenntnisse über das Porengefüge und Feuchtetransportmechanismen im Baustoff erforderlich. Derzeit besteht allerdings eine wesentliche Problematik in der Erfassung und Quantifizierung von Feuchteverteilungen bei Teilsättigung. In der ZfP stellt die Nuklear Magnetische Resonanz (NMR) ein geeignetes Verfahren zur Feuchtedetektion dar. Mit diesem Verfahren lassen sich prinzipiell Relaxationszeiten von Wasserstoffprotonen in Abhängigkeit von ihrer Bindungsart und der Porenumgebung messen. In Baustoffen dominieren jedoch die Signalanteile des freien (schadensträchtigen) Wassers zumeist stark. Und eine derzeit noch ungeklärte Frage ist, ob bei Materialien mit sehr breiten Porengrößenverteilungen größere teilgesättigte von kleineren vollgesättigten Poren durch unterschiedliches Relaxationsverhalten unterschieden werden können. In dieser Arbeit wird die Eignung von NMR für die Ermittlung von Feuchteverteilungen in Naturstein sowohl bei Voll- als auch bei Teilsättigung untersucht. Die Bestimmung des Flüssigwasseranteils in teilgesättigten Poren soll dabei durch eine Korrelation von NMR und relativen Luftfeuchten erfolgen. Dazu werden 12 verschiedene Sandsteinproben, deren Poren(eingangs-)größenverteilungen mit der Quecksilberporosimetrie bereits ermittelt wurden, untersucht. Die Proben werden in einem Klimaschrank bei 23°C und relativen Luftfeuchten von 40 bis 90% schrittweise aufgesättigt. Nach Abschluss jedes Aufsättigungsschrittes werden mit der NMR-Relaxometrie die T2-Relaxationszeitenverteilungen bestimmt. Durch die Nutzung eines weiterentwickelten Ansatzes von Hillerborg lassen sich schließlich zu jeder Luftfeuchte die adsorbierte Wasserfilmdicke und somit der Porensättigungsgrad berechnen. Mithilfe dieser Zusatzinformation ist eine genauere Analyse der Relaxationszeitenverteilungen bei Teilsättigung möglich. Am Ende dieser Arbeit soll erstmals der Zusammenhang des Wassersignals und dem Porensystem eines Baustoffes mit multimodaler Porengrößenverteilung bei Teilsättigung aufgezeigt werden. T2 - 70. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Brunswick, Germany DA - 04.03.2019 KW - Relative Luftfeuchte KW - Sandstein KW - Nuklear magnetische Resonanz KW - Porengrößenverteilung PY - 2019 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-47513 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Neumann, Patrick P. T1 - Informations-Austausch zu mobilen autonomen Roboterplattformen N2 - Abteilungsübergreifender Informations-Austausch zu mobilen autonomen Roboterplattformen T2 - Informations-Austausch zu mobile autonomen Roboterplattformen CY - BAM, Berlin, Germany DA - 01.03.2019 KW - Mobile Plattform KW - Roboter KW - Autonome Systeme PY - 2019 AN - OPUS4-47475 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maack, Stefan T1 - Zerstörungsfreie Prüfung an Bestandsbrücken aus Beton – Fallbeispiele aus Nachrechnung und Ertüchtigung N2 - Vorstellung von zerstörungsfreien Prüfverfahren und deren Anwendung an konkreten Fallbeispielen der Praxis. T2 - VSVI-Seminar 12/2019 "Brücken- und Ingenieurbau" CY - Braunschweig, Germany DA - 18.03.2019 KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Brückenbauwerke KW - Nachrechnungsrichtlinie PY - 2019 AN - OPUS4-47566 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oesch, Tyler A1 - Sturm, Patrick A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Kühne, Hans-Carsten A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Kowarik, Stefan T1 - Proposed Project SealWasteSafe: Materials Technology, Quality Assurance and Monitoring Techniques for Safe Sealing Systems in Underground Repositories N2 - The proposed BAM project SealWasteSafe will advance the state of the art for the construction and monitoring of safe sealing systems for underground repositories of radioactive or toxic waste. During this project, a novel salt concrete exhibiting neither significant cracking nor shrinkage will be optimized for use in the sealing systems. The composition of this material will be based on alkali-activated materials, which are characterized by particularly small thermal deformations during the hardening reaction. Quality assurance and continuous monitoring systems developed during this project will be demonstrated not only for high reliability, but also for resistance to highly alkaline environments and to water intrusion along cables or at sensor locations. A variety of sensors will be used in combination with wireless Radio Frequency Identification (RFID) technology to record moisture, temperature, and, if necessary, corrosion activity within the sealing system. Distributed Fibre Optic Sensor (FOS) technology will also be used for strain, temperature, and moisture content measurement. Ultrasound-based measuring methods will be utilized for the detection of cracks and delaminations. Additionally, digital image correlation and acoustic emission analysis will be used for deformation measurements and crack detection. A novel borehole probe and advanced ultrasound imaging techniques will be further developed to track cracks and delaminations within the host rock in 3D. The surface-based Large Aperture Ultrasound System (LAUS) will also be utilized to detect cracks and delaminations deep below the exterior surface of the sealing system. Although the focus of this project will be on the host rock salt, the resulting technologies will be intentionally developed in a way that facilitates their adaptation to other host rocks. T2 - 2nd International Conference on Monitoring in Geological Disposal of Radioactive Waste CY - Paris, France DA - 09.04.2019 KW - SealWasteSafe KW - Radioactive Waste Disposal KW - Underground Repositories KW - Alkali-Activated Material KW - Monitoring PY - 2019 AN - OPUS4-47776 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Völker, Tobias A1 - Gornushkin, Igor B. T1 - Extension of the Boltzmann plot method for multiplet emission lines N2 - The Boltzmann plot method is widely used to determine the temperature of laser induced plasma. It involves the use of individual lines that are not easy to find in complex spectra and/or in the spectral range available. If the number of such lines is not enough to build a reliable Boltzmann plot, overlapping lines are often used, which are separated by software. However, line separation is a rather imprecise procedure, which, in addition, requires significant computational costs. This study proposes an extension of the Boltzmann plot method that allows a specific group of unresolved lines to be included in a Boltzmann plot without the need to separate them. This group of lines are multiplets, lines of the same element with similar upper and lower transition states. The multiplet lines along with the individual lines are included in the algorithm, which also includes a correction for self-absorption and is used to determine the plasma temperature. The algorithm is tested on synthetic spectra which are consistent with the model of a homogeneous isothermal plasma in local thermodynamic equilibrium and is shown to be superior to the standard Boltzmann plot method both in more accurate determination of the plasma temperature and in a significant reduction in the computational time. The advantages and disadvantages of the method are discussed in the context of its applications in laser induced breakdown spectroscopy. KW - LIBS KW - Spectroscopy KW - Boltzmann plot KW - Multiplet KW - Spectral overlap PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2023.108741 SN - 1879-1352 VL - 310 SP - 1 EP - 5 PB - Elsevier AN - OPUS4-58058 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Epple, Niklas A1 - Sanchez Trujillo, Camila Andrea A1 - Niederleitinger, Ernst T1 - Ultrasonic monitoring of large-scale structures – input to engineering assessment N2 - Ultrasonic coda wave interferometry can detect small changes in scattering materials like concrete. We embedded ultrasonic transducers in the Gänstorbrücke Ulm, a monitored road bridge in Germany, to test the methodology. Since fall 2020, we've been monitoring parts of the bridge and comparing the results to commercial monitoring systems. We calculate signal and volumetric velocity changes using coda waves, and long-term measurements show that the influence of temperature on strains and ultrasound velocity changes can be monitored. Velocity change maps indicate that different parts of the bridge react differently to environmental temperature changes, revealing local material property differences. A load experiment with trucks allows calibration to improve detectability of possibly damaging events. Our work focuses on measurement reliability, potential use of and distinction from temperature effects, combination with complementary sensing systems, and converting measured values to information for damage and life cycle assessment. T2 - IALCCE 2023 CY - Milano, Italy DA - 02.07.2023 KW - Ultrasonic KW - Monitoring KW - Bridges KW - NDT KW - Coda PY - 2023 AN - OPUS4-58046 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Epple, Niklas A1 - Sanchez Trujillo, Camila Andrea A1 - Niederleitinger, Ernst T1 - Ultrasonic monitoring of large-scale structures – input to engineering assessment N2 - Ultrasonic coda wave interferometry can detect small changes in scattering materials like concrete. We embedded ultrasonic transducers in the Gänstorbrücke Ulm, a monitored road bridge in Germany, to test the methodology. Since fall 2020, we've been monitoring parts of the bridge and comparing the results to commercial monitoring systems. We calculate signal and volumetric velocity changes using coda waves, and long-term measurements show that the influence of temperature on strains and ultrasound velocity changes can be monitored. Velocity change maps indicate that different parts of the bridge react differently to environmental temperature changes, revealing local material property differences. A load experiment with trucks allows calibration to improve detectability of possibly damaging events. Our work focuses on measurement reliability, potential use of and distinction from temperature effects, combination with complementary sensing systems, and converting measured values to information for damage and life cycle assessment. T2 - IALCCE 2023 CY - Milano, Italy DA - 02.07.2023 KW - Ultrasonic KW - Monitoring KW - Bridge KW - NDT KW - coda PY - 2023 SP - 1 EP - 8 PB - IALCCE CY - Milan AN - OPUS4-58047 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Große, Christian A1 - Arndt, Ralf A1 - Mähner, Dietmar A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Taffe, Alexander T1 - Zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen: Memorandum zur Lehre an deutschsprachigen Hochschulen N2 - Dieses erste Memorandum zur Lehre und Forschung an deutschsprachigen Hochschulen auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen gibt einen Überblick hinsichtlich der akademischen Ausbildung und zeigt mögliche Schwerpunkte vor allem in der Lehre auf. Diese Schwerpunkte berücksichtigen auch aktuelle Entwicklungen und Themen auf dem Gebiet der Forschung. Es werden Anregungen zur Entwicklung bzw. Weiterentwicklung der Lehr-Curricula im Hinblick auf eine umfassende und solide fachliche Ausbildung der Studierenden des Bauwesens und angrenzender Fachrichtungen gegeben. Inhaltlich und formal lehnt sich der Beitrag an dem Memorandum der Hochschullehrer im Fachgebiet „Werkstoffe im Bauwesen“ (Breit et al., 2012) an und beruht auf einer Initiative des Unterausschusses Ausbildung – Arbeitsgruppe Ausbildung in der Hochschule – des Fachausschusses ZfP im Bauwesen der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP). Die Hauptredaktion wurde übernommen von Prof. Christian U. Grosse (TU München) und Prof. Ralf W. Arndt (FH Erfurt). KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Lehrplan KW - Bauwesen PY - 2019 UR - https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/bate.201900008 DO - https://doi.org/10.1002/bate.201900008 SN - 1437-0999 SN - 0932-8351 VL - 96 IS - 4 SP - 360 EP - 368 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-47606 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - Ultrasonic monitoring of structural concrete elements N2 - Ultrasonic transmission measurements are used to monitor concrete elements mostly on a laboratory scale since decades. Recently, coda wave interferometry, a technique adapted from seismology, has been introduced to civil engineering experiments. It can be used to reveal subtle changes in concrete samples and even large construction elements without having a transducer directly at the location where the change is taking place. The methodology works best with embedded transducers to avoid coupling issues or excessive environmental influence. These transducers can be used for newly built and existing structures. Recently, large concrete beams have been equipped with a network of transducers and loaded until failure. Using code wave interferometry, it was possible to visualize stress fields and damaged areas. This paper gives an overview of the state of the art, recent results achieved at BAM and a task list for further results and development. T2 - International Conference on Sustainable Materials, Systems and Structures (SMSS 2019) CY - Rovinj, Croatia DA - 20.03.2019 KW - Concrete KW - Ultrasound KW - Monitoring KW - coda wave interferometry PY - 2019 AN - OPUS4-47676 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Epple, Niklas A1 - Fontoura Barroso, Daniel A1 - Clauß, F. A1 - Ahrens, M. A. A1 - Mark, P. T1 - Ultraschallbasierte Überwachung von Stahl- und Spannbeton-konstruktionen – erste Ergebnisse der DFG-Forschungsgruppe 2825 CoDA N2 - Die Überwachung von Bauteilen aus Stahl- oder Spannbeton mit Ultraschall hat in Labor- und Technikumsversuchen schon vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Besonders gute Resultate wurden dabei mit eingebetteten Ultraschalltrans-ducern und bei Auswertung der Daten mit der hochsensiblen Codawelleninterferometrie erzielt. Erfasst werden können neben Temperatur- und Feuchteeffekten auch Belastungszustände und jegliche Art von Schädigung, die mit Mikro- oder Makrorissbildung einhergeht. Seit 2019 untersucht die DFG-Forschergruppe 2825 „CoDA“ (Sprecher: Prof. Christoph Gehlen, TU München) ver-schiedenste Aspekte dieser innovativen Technologie mit dem Ziel, Einflussgrößen quantitativ zu erfassen, Umweltein-flüsse zu korrigieren und 3D-Auswerteverfahren zu verbessern. Final soll eine am Bauwerk einsatzfähige Methode ent-stehen, die klassische Monitoringverfahren ergänzt und erweitert sowie Input zu einem Update des statischen Systems liefert. Aufgaben der BAM in der Forschergruppe ist neben Verbesserung und Adaptierung der Messsystem und Sensorik auch Langzeitversuche an einem Großobjekt und Testinstallationen an Realbauwerken. Hierzu liegen erste Ergebnisse vor, die zeigen, dass die Technologie auch außerhalb des Labors einsatzfähig ist. T2 - 4. Brückenkolloquium CY - Online meeting DA - 08.09.2020 KW - Ultraschall KW - Monitoring KW - Brücke KW - Codawelleninterferometrie PY - 2020 AN - OPUS4-51206 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Mielentz, Frank A1 - Effner, Ute A1 - Friedrich, C. A1 - Maulke, R. A1 - Büttner, C. T1 - Qualitätssicherung von Verschlussbauwerken in Endlagern mit Ultraschall N2 - Zur Versiegelung von Endlagern für radioaktive oder chemische Abfälle in ehemaligen Salzbergwerken werden Verschlussbauwerke aus Salzbeton auf ihre Eignung geprüft. Seit einigen Jahren werden durch die Bundesgesellschaft Endlagerung (BGE) und der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) an Versuchsbauwerken Erfahrungen mit der Ultraschalltechnik zur Qualitätssicherung unter Tage gesammelt. Hierbei kommen sowohl kommerzielle und experimentelle Geräte zur Echoprüfung als auch eigens entwickelte Bohrlochsonden zum Einsatz. Alle Geräte basieren auf niederfrequenten s-Wellen-Punktkontaktprüfköpfen (25 kHz– 50 kHz), die in unterschiedlichen Arrays kombiniert werden. In mehreren Versuchsreihen gelang es, unverfüllte und teilverfüllte Risse über mehrere Meter zu verfolgen und in ihrer Lage abzubilden. Technische Einbauten konnten bis in ca. 8 m Tiefe im Bauwerk detektiert werden. Mit Hilfe aus der Geophysik adaptierte Abbildungsverfahren gelang es, einige bisher nicht detektierbare Features sichtbar zu machen. Die Ergebnisse dienen sowohl der Analyse des Versuchsbauwerks als auch der Entwicklung eines Qualitätssicherungssystems für zukünftige reale Verschlussbauwerke. T2 - DACH-Jahrestagung 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Ultraschall KW - Verschlussbauwerk KW - Endlager KW - Salzbeton PY - 2019 AN - OPUS4-50568 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Clauß, F. A1 - Epple, Niklas A1 - Ahrens, M. A. A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Mark, P. T1 - Correlation of Load-Bearing Behavior of Reinforced Concrete Members and Velocity Changes of Coda Waves N2 - The integral collection of information such as strains, cracks, or temperatures by ultrasound offers the best prerequisites to monitor structures during their lifetime. In this paper, a novel approach is proposed which uses the collected information in the coda of ultrasonic signals to infer the condition of a structure. This approach is derived from component tests on a reinforced concrete beam subjected to four-point bending in the lab at Ruhr University Bochum. In addition to ultrasonic measurements, strain of the reinforcement is measured with fiber optic sensors. Approached by the methods of moment-curvature relations, the steel strains serve as a reference for velocity changes of the coda waves. In particular, a correlation between the relative velocity change and the average steel strain in the reinforcement is derived that covers 90% of the total bearing capacity. The purely empirical model yields a linear function with a high level of accuracy (R 2 =0.99, R2=0.99, RMSE≈90μ RMSE≈90μ strain). KW - Ultrasound KW - Coda Wave Interferometry (CWI) KW - Structural Health Monitoring KW - Reinforced Concrete KW - Embedded Sensors PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-542316 DO - https://doi.org/10.3390/ma15030738 VL - 15 IS - 3 SP - 738 PB - MDPI AN - OPUS4-54231 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bühling, Benjamin A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Maack, Stefan T1 - Entwicklung eines luftgekoppelten Ultraschall-Echo-Prüfverfahrens mittels fluidischer Anregung N2 - In vielen technischen Bereichen werden Ultraschallverfahren zur zer-störungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt. Dabei wird ein Schallpuls von einem Prüfkopf in ein Prüfobjekt eingebracht. Der Puls kann unter anderem durch Membra-nen oder Piezoelemente erzeugt werden und wird in der Regel durch direkten Kontakt oder über ein Koppelmittel an das Objekt übertragen. Luftgekoppelter Ultraschall spielt in kommerziellen Anwendungen bisher eine untergeordnete Rolle, da die Dif-ferenz der akustischen Impedanzen von Luft und Festkörpern immense Verluste beim Übergang des Schallsignals hervorruft. In diesem Beitrag soll ein neuartiges Anregungsprinzip vorgestellt werden, mit dem ein Großteil dieser Verluste vermieden wird. Anstelle eines Festkörpers soll mit Hilfe einer fluidischen Düse Druckluft zur Signalerzeugung eingesetzt werden. In die-ser Düse wird eine selbsterhaltende Strömungsinstabilität erzeugt, die einen Schall-puls von bis zu 100 kHz hervorruft, sodass der Impedanzverlust in die Umgebungsluft entfällt. Da die charakteristische Frequenz eines fluidisch generierten Pulses maßgeb-lich von der Bauform der Düse und dem anliegenden Druck abhängt, lässt sich mittels einer geeigneten Strömungsregelung ein breiter Frequenzbereich zur Abtastung nut-zen. Die so emittierten Pulse werden auf das Prüfobjekt gerichtet und die reflektierten Signale mit einem Laservibrometer an der Oberfläche des Objekts im Echo-Verfahren abgetastet. Von drei signalmindernden Materialübergängen bei gewöhnlichem luftge-koppeltem Ultraschall bleibt in dem hier vorgeschlagenen Messystem lediglich die Grenzfläche von Luft zu Prüfkörper, sodass eine höhere Signalausbeute als bisher er-wartet werden kann. T2 - DACH-Jahrestagung 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Ultraschall KW - Ultrasound KW - Air-coupled KW - Luftgekoppelt KW - Fluidic oscillator KW - Fluidischer Oszillator KW - Laser-Doppler-Vibrometer KW - Refraktovibrometrie KW - Refracto-vibrometry KW - NDT KW - ZfP PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-481207 VL - 2019 SP - 1 EP - 8 PB - DGZfP Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung AN - OPUS4-48120 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maack, Stefan A1 - Villalobos, S. A1 - Scott, D. T1 - Validation of artificial defects for non-destructive testing measurements on a reference structure N2 - Non-destructive testing was established over the last decades as an important tool for assessing damages, material characterization and quality assurance in civil engineering. For example, Ground Penetrating Radar (GPR) can be used to scan large areas of concrete structures to determine the spatial position of the reinforcement. With the ultrasonic echo method, the thickness of concrete structures can be easily determined even if a high density of reinforcement is given. Various methods and processes have been developed for the validation of NDT procedures aiming at ensuring the quality of measurements in practical use. The Probability of Detection (POD) for example, is an available method to compare different technical devices with each other quantitatively regarding their performance. With this method, the best suited testing device for a specific inspection task under defined boundary conditions can be selected. By using the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM), it is possible to quantify the measurement uncertainty of an inspection procedure for a specific task. Another important aspect to improve the acceptance of Non-destructive testing methods is the development of reference specimens. Reference specimens serve for the calibration and further development of NDT methods under realistic conditions in different laboratories under the same conditions. A particular challenge here is the most realistic representation of a damage that can occur at building sites. Possible damages include for example horizontal and vertical cracks or honeycombs in concrete. Such a reference structure was built for the development of a new design of power plant constructions. Comparative studies on the manufacturing of realistic honeycombs and delaminations were carried out in advance on a test specimen. The results of this study are presented here. T2 - ICCRRR 2018 - Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting CY - Cape Town, South Africa DA - 19.11.2018 KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Nondestructive testing KW - Istzustandserfassung KW - Ultrasonic PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-464497 DO - https://doi.org/10.1051/matecconf/201819906006 SN - 2261-236X VL - 199 SP - 1 EP - 9 PB - EDP Sciences CY - Les Ulis AN - OPUS4-46449 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maack, Stefan A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - Imaging of Ultrasonic Echo Measurements for Reconstruction of Technical Data of Bridges – Possibilities, Limitations and Outlook N2 - When reassessing existing concrete bridges, the challenge is often to obtain missing or incomplete information on the internal structure. In particular, the number and position of the existing reinforcement as well as the geometric dimensions of the components are of interest. Non-destructive testing methods, like radar or ultrasound, which work on the basis of the pulse-echo method, have been established for this purpose, as they only require access to the component from one side. The measurement data recorded on the structure require pre-processing to be able to reproduce the internal structure geometrically accurately. Besides different steps of data processing, the geometrical reconstruction of the measured data based on the Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) is state of the art today. In this paper, the technical possibilities of the ultrasonic echo method are presented based on measurements in the laboratory and on a real bridge structure. The precision of the reconstruction and its limitations are shown. In addition to the state of the art SAFT technique, open questions and the latest research approaches, such as imaging by reverse time migration (RTM) including initial results are discussed. T2 - 13th German-Japanese Bridge Symposium CY - Osaka, Japan DA - 29.08.2023 KW - Bridge KW - Non destructive testing and evaluation KW - Concrete KW - Validation PY - 2023 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-58327 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Al-Neshawy, F. A1 - Ferreira, M. A1 - Bohner, E. A1 - Ojala, T. A1 - Sjöblom, V. A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Effner, Ute A1 - Puttonen, J. T1 - Design, Construction and NDT of a Mock-up for Reinforced Concrete Walls in NPP N2 - Construction methods, environmental stressors, and aging factors are the main causes for defects of reinforced concrete in nuclear power plants (NPP). These defects are typically occurred as corrosion of reinforcement steel, delamination, cracks, malfunction of post-tensioning or steel composite systems etc. Some of the challenges for assessing the performance of these structures by nondestructive testing methods (NDT) are that the assessment could be performed only during the annual overhauls when testing is time-limited and uncertainty of the accuracy and reliability of the available NDT testing devices combined with the lack of the international uniformity of the methods used for NDT tests. To overcome these challenges, a mock-up wall representing a section of the concrete containment of the NPP was built. The mock-up wall included simulated defects, which mimic the most common types of defects in NPP concrete structures such as dimensional errors, honeycombing, delamination, defects adjacent to the steel liner and voids in grouted tendon ducts for the post-tensioned structures. This paper introduces the design and construction of the wall including the concrete properties, reinforcement, tendon ducts and the types of the simulated defects. The paper also introduces the NDT methods and techniques that are suitable for assessing the condition of the mock-up wall under the real environmental conditions. These techniques include mechanical methods as rebound hammer, ultrasonic and electromagnetic methods. This mock-up wall will enable to investigate reliably available NDT methods and experts’ skills providing also an important and very much need educational platform for future NDE experts. T2 - SMIRT-25 CY - Charlotte, NC, USA DA - 04.08.2019 KW - NDE KW - Defects KW - Thick-walled KW - Concrete KW - Deterioration KW - Steel liner PY - 2019 SP - 1 EP - 12 AN - OPUS4-48965 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -