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Im Jahre 2011 wurde in Deutschland nach 50 Jahren der Ausstieg aus der kommerziellen Kernenergie beschlossen. Fünf Jahre später war Deutschland mit 80.000 GWh immer noch unter den zehn größten Atomstromproduzenten. Im darauffolgenden Jahr wurden weltweit 2.500.000 GWh Atomstrom produziert. Durch die Atomstromproduktion fallen große Mengen an radioaktiven Reststoffen an, die bis zu mehrere tausend Jahre für einen vollständigen Abbau benötigen. Aus dieser Problematik geht die Debatte über den Verbleib der Reststoffe hervor. Die Endlagerung in tiefen Gesteinsschichten ist eine Lösung für das Problem. Voraussetzung ist hierbei allerdings die Gewährleistung eines dauerhaften Schutzes vor ionisierender Strahlung, die durch Verschlüsse der tiefen Gesteinsschichten in Form von Verschlussbauwerken erzielt werden sollen. Es gilt die bauliche Integrität sowie die Dichtwirkung der Verschlussbauwerke dauerhaft zu überwachen und zu prüfen, um eine langfristige Verzögerung der Radionuklidfreisetzung zu gewährleisten.
Entwicklung eines luftgekoppelten Ultra-schall-Echo-Prüfverfahrens mittels fluidischer Anregung
(2019)
In vielen technischen Bereichen werden Ultraschallverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt. Dabei wird ein Schallpuls von einem Prüfkopf in ein Prüfobjekt eingebracht. Der Puls kann unter anderem durch Membranen oder Pie-zoelemente 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 Differenz der akustischen Impedanzen von Luft und Festkörpern immense Verluste beim Über-gang 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 dieser Düse wird eine selbsterhaltende Strömungsinstabilität erzeugt, die einen Schallpuls von bis zu 100 kHz hervorruft, sodass der Impedanzverlust in die Umge-bungsluft entfällt. Da die charakteristische Frequenz eines fluidisch generierten Pul-ses maßgeblich von der Bauform der Düse und dem anliegenden Druck abhängt, lässt sich mittels einer geeigneten Strömungsregelung ein breiter Frequenzbereich zur Abtastung nutzen. 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 luftgekoppeltem Ultraschall bleibt in dem hier vorgeschlagenen Mes-system lediglich die Grenzfläche von Luft zu Prüfkörper, sodass eine höhere Signal-ausbeute als bisher erwartet werden kann.
Die Kenntnis der Leistungsfähigkeit von zerstörungsfreien Prüfverfahren
im Bauwesen (ZfPBau-Verfahren) ist eine wichtige Grundlage für deren
zunehmende Akzeptanz in der Baupraxis. Insbesondere bei Radar wird von Anwendern
immer wieder nachgefragt, bis in welche Tiefe, bei welchem Betonalter und
mit welcher Antennenfrequenz schlaffe Bewehrung zuverlässig geortet werden
kann. Die Frage nach der Eindringtiefe in Bezug zum Betonalter ist insofern von
Bedeutung, dass eine erfolgreiche Anwendung an Bestandsbauwerken an vergleichbaren
Bauteilen aus jungem Beton misslingen kann, wenn die Anwendungsgrenzen
von Radar an jungem Beton nicht richtig eingeschätzt werden. Da in realen
Bauteilen der Bewehrungsgehalt stark differiert, ist für den Anwender auch von
Interesse, wie sich die Zuverlässigkeit des Verfahrens mit zunehmender Verlegedichte
der oberflachennahen Bewehrung ändert.
In diesem Beitrag werden systematische Untersuchungen an Stahlbetonbauteilen mit
Bewehrungsstäben in variierender Verlegetiefe bei zunehmendem Betonalter und
zunehmender Verlegedichte der oberflächennahen Bewehrung vorgestellt. Die
Untersuchungen erfolgten unter Verwendung von Radarantennen mit Signalmittenfrequenzen
von 1,2 GHz-, 1,6 GHz- und 2,3 GHz. Die Dielektrizitätszahl εr
wird bezüglich ihrer Streuung im Bauteil quantifiziert. Daraus ergeben sich ebenso
Kenntnisse über die Streuung der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit, die beim
Einsatz von Migrationsalgorithmen von großer Bedeutung sind.
Die Ergebnisse zum Eindringverhalten von Radar werden dem Anwender quantitativ
in Abhängigkeit vom Betonalter und der Signalmittenfrequenz der Radarantennen
zur Verfügung gestellt. In tabellarischer Form bieten die Ergebnisse so eine
wichtige Orientierungshilfe für Untersuchungen an neu errichteten Stahl- und
Spannbetonbauteilen und können als Ergänzung des DGZfP-Merkblatts B10 dienen.