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Entwicklung von Fluoreszenzspektroskopischer Sensorik zur pH-Wert Bestimmung in Baustoffen

  • Das Projekt befasst sich mit einem neuen Ansatz, den pH-Wert im Beton zu bestimmen. Der pH-Wert ist vor allem für Stahlbeton-Bauwerke von Bedeutung, da dieser maßgeblich die Korrosion des Stahls beeinflusst. Im frischen Beton liegt der pH-Wert im basischen Bereich. Der Stahl ist in diesem Bereich passiviert, also vor schädlicher Korrosion geschützt. Durch die sogenannte Karbonatisierung sinkt der pH-Wert und die Korrosionswahrscheinlichkeit steigt deutlich an. Die Stabilität von Bauwerken in denen Stahlbeton verbaut ist, wird durch diese Korrosion langfristig beeinträchtigt. Allein in deutscher Infrastruktur rechnet man mit circa 5 Milliarden Euro Schaden jährlich. Die entwickelte Methode verwendet Sonden, welche die Korrosion Monitoren sollen. Im Sondeninneren befindet sich eine Schicht pH-Indikator (Thymolblau) und eine Schicht mit Quantenpunkten. Die Quantenpunkte fluoreszieren, nach Anregung durch zum Beispiel einen Laser, bei circa 440 nm (blau) beziehungsweise 610 nmDas Projekt befasst sich mit einem neuen Ansatz, den pH-Wert im Beton zu bestimmen. Der pH-Wert ist vor allem für Stahlbeton-Bauwerke von Bedeutung, da dieser maßgeblich die Korrosion des Stahls beeinflusst. Im frischen Beton liegt der pH-Wert im basischen Bereich. Der Stahl ist in diesem Bereich passiviert, also vor schädlicher Korrosion geschützt. Durch die sogenannte Karbonatisierung sinkt der pH-Wert und die Korrosionswahrscheinlichkeit steigt deutlich an. Die Stabilität von Bauwerken in denen Stahlbeton verbaut ist, wird durch diese Korrosion langfristig beeinträchtigt. Allein in deutscher Infrastruktur rechnet man mit circa 5 Milliarden Euro Schaden jährlich. Die entwickelte Methode verwendet Sonden, welche die Korrosion Monitoren sollen. Im Sondeninneren befindet sich eine Schicht pH-Indikator (Thymolblau) und eine Schicht mit Quantenpunkten. Die Quantenpunkte fluoreszieren, nach Anregung durch zum Beispiel einen Laser, bei circa 440 nm (blau) beziehungsweise 610 nm (gelb-orange). Das Thymolblau ist im basischen Milieu (pH > 9,6) blau, im neutralen Milieu (um pH 7) gelb-orange. Der Indikator wirkt wie ein Farbfilter und lässt, je nach pH-Wert, unterschiedliche Wellenlängen zur Glasfaser durch. Aus der gemessenen Intensität bei 440 nm und 610 nm kann ein Verhältnis ermittelt werden. Dieses Verhältnis lässt erkennen, welchen pH-Wert das Milieu besitzt, in dem sich die Sonde befindet. Die entwickelte Methodik ist zerstörungsfrei, das heißt kein Material muss aus den Bauwerken entnommen werden. Vielmehr sollen die Sonden beim Betonieren in das Bauwerk eingebettet werden. Über Glasfasern können die Sonden jederzeit angesprochen werden. Dies ermöglicht permanentes pH-Monitoring, was die Früherkennung von Korrosionsgefahr verbessert und die Sanierungskosten verringert.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:David Zimmek
Koautor*innen:Jürgen Bartelmeß, Christoph Strangfeld, Matthias Bartholmai, Michael Schäferling
Dokumenttyp:Vortrag
Veröffentlichungsform:Präsentation
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:2019
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:Korrosion; Quantenpunkte; Stahlbeton; Thymolblau; pH-Monitoring
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Veranstaltung:Simulation in den Umwelt- und Geowissenschaften 2019
Veranstaltungsort:Kassel, Germany
Beginndatum der Veranstaltung:08.05.2019
Enddatum der Veranstaltung:10.05.2019
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:20.05.2019
Referierte Publikation:Nein
Eingeladener Vortrag:Nein
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