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Für die zerstörungsfreie Prüfung großer Betonbauwerke unter dem Aspekt der Analyse von Spannkanälen hat sich die Ultraschalltechnik in den letzten Jahren als geeignete Methode herausgestellt, da sowohl die Messtechnik insbesondere die Ultraschallwandler als auch die numerischen Auswerteverfahren in einem Stadium sind, das es erlaubt, größere Messflächen und damit größere Volumina zu beschallen und abzubilden. Mit Hilfe der Modellierung der Ausbreitung elastischer Wellen in komplexen Medien können praxisrelevante Problemstellungen untersucht werden, auch unter dem Aspekt, Testkörper zu planen oder gar zu ersetzen. Durch die Auswertung der Phase der Rekonstruktion eines Streuvorgangs können Fehlstellen klassifiziert und damit Aussagen über die Bauwerkssicherheit signifikant objektiviert werden. Die Methoden werden, im Hinblick auf eine ganzheitliche Sichtweise von skalaren und polarimetrischen Abbildungsverfahren mit Unterstützung der Modellierung und der anschließenden Klassifizierung durch Phasenanalyse, an ausgewählten Beispielen erläutert.
For nondestructive testing of concrete buildings under the aspect of tendon duct analysis, ultrasonic testing has proven to be a suitable method, as both the measuring technique in particular the acoustic sensors and the numerical methods allow the insonification and imaging of larger surfaces and volumes. With the aid of numerical modelling of elastic wave propagation in complex media real life problems can be examined with the goal to design or even to replace test specimen. By determination of the phase of an imaged scattering event, defects can be classified, and the prediction of the integrity of buildings can be significantly objectified. The methods are explained for selected examples in an integral way with respect to scalar and polarimetric imaging algorithms supported by modelling and subsequent classification through phase analysis.
Die Dauerhaftigkeit von Betonbauteilen zu einer messbaren Größe zu machen, ist ein vorrangiges Ziel der Baustoffforschung. Schrumpfen, Schwinden und Temperaturverformungen gefährden bei Hochleistungsbetonen deren Dauerhaftigkeit. Die begleitende messtechnische Deformationsmessung wird daher zu einer unverzichtbaren Methode, Betonrezepturen zielsicher und ökonomisch hinsichtlich der Dauerhaftigkeit zu entwickeln. Ein flexibler Fabry-Pérot-Interferometer-Sensor ermöglicht die messtechnische Erfassung der frühen Deformationsprozesse bereits ab dem Moment des Betoneinbaus. Der Artikel zeigt das Sensorprinzip, Untersuchungen zur In-situ-Referenzierung und zur Rückwirkung des Sensors sowie dessen Einsatzmöglichkeiten in der Baustoff- und Materialforschung. ----------------------------------------------------------------------
The primary intention of construction materials research is to refer the durability of concrete members to a measurable parameter. Setting, shrinkage, and temperature deformations compromise the durability of high-performance concrete. The respective deformation measurement technology is becoming an indispensible method for the targeted and economic development of concrete mixtures with respect to durability. A flexible EFPI sensor enables the survey of early age deformations directly after placing the concrete. The paper deals with the sensor principle, investigations concerning in-situ referencing, and possible effects of the sensor on the matrix as well as its application in the field of materials research.
Ingenieurbauten des Bundesfernstraßenbereichs sind aufgrund ihrer Exposition an vielen Stellen besonders betroffen von Graffiti. Graffitischmierer nehmen hierbei keine Rücksicht auf die Art der Substratmaterialien, und besonders poröse Untergründe bereiten Schwierigkeiten bei der Reinigung. Um Baustoffoberflächen besser zu schützen und von Graffiti leichter reinigen zu können, wurden in den vergangen Jahren spezielle Prophylaxesysteme (Anti-Graffiti-Systeme, AGS) entwickelten. Für die Beurteilung der Funktionalität und Verwendbarkeit dieser Anti-Graffiti-Systeme wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) eine neue Technische Prüfvorschrift und Technische Lieferbedingungen (TP/TL AGS-Beton) erarbeitet. Die TP/TL AGS-Beton gilt hierbei nur für die Beurteilung von AGS auf Betonuntergründen. In einer Forschungsstudie wurde untersucht, inwieweit die vorhandene Prüfvorschrift für Betonsubstrate auch auf andere Untergründe, z. B. Naturstein oder Klinker, angewendet werden kann. Weiterhin wurde untersucht, welche Faktoren eine Rolle bei der Reinigung von mit AGS behandelten verschiedenen Substraten spielen.
Der Einsatz von Sekundärrohstoffen im Betonbau kann einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigen Ressourcenwirtschaft im Bauwesen leisten. Sekundärrohstoffe (Recycling-Baustoffe, RC-Baustoffe) finden bereits Anwendung als Roh- bzw. Brennstoffe in der Portlandzementklinkerherstellung, als Zementbestandteile, als Betonzusatzstoffe sowie als sekundäre Gesteinskörnungen in Beton. In einem Teilprojekt des DAfStb/BMBF-Verbundforschungsvorhabens 'Nachhaltig Bauen mit Beton' wurde das Einsatzpotenzial von Sekundärrohstoffen in Beton untersucht. Hierbei spielen sowohl technische als auch ökologische und ökonomische Fragestellungen eine wichtige Rolle. Vor diesem Hintergrund wurde eine Bewertungsgrundlage mit ganzheitlicher Betrachtung von Nachhaltigkeitsaspekten (Technik, Ökologie, Ökonomie) ausgearbeitet. Dieses Bewertungskonzept umfasst die vier Bewertungsschritte: I. Grundsätzliche Überlegungen, II. Vorteile für das nachhaltige Bauen, III. Alternative Bewertungswege und IV. Sensitivitätsanalysen. Das Bewertungskonzept wurde am Beispiel der bereits im Betonbau eingesetzten rezyklierten Gesteinskörnungen entwickelt.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nowadays there are several applications of secondary mineral materials and residues. In the framework of the German research project 'Sustainable Building with Concrete', a concept to assess the applicability of already used and new secondary materials in concrete has been developed. It considers sustainability aspects and includes the following four assessment steps: I. Basic considerations, II. Advantages for sustainable construction, III. Alternative paths of application, and IV. Sensitivity analysis. Depending on changing technical, ecological and economic aspects, the assessment has to be performed for changed technical, ecological and economic conditions as necessity arises.
Die Computertomographie (CT) ist in der Medizin als Standardtechnik etabliert, in der zerstörungsfreien Prüfung wird sie zunehmend angewendet, in einzelnen Fällen sogar als Referenzverfahren eingesetzt. Gegenwärtig ist eine starke Zunahme von Anwendungen der CT in der Materialcharakterisierung zu verzeichnen. Zudem werden weitere moderne 3D-Techniken für werkstoffwissenschaftliche Fragestellungen genutzt, um die Mikrostruktur - auch in situ (z.B. Druck, Temperatur) - aufzuklären. Hier werden neben der konventionellen Absorptions-CT auch die Potenziale der Refraktions-CT zur Beantwortung prozesstechnischer sowie werkstofflicher Fragestellungen aufgezeigt, die ein „ganzheitliches Bild“ des jeweiligen Werkstoffs zum Ziel haben.
In den letzten Jahren werden vermehrt trocken ankoppelbare Ultraschall-Punktkontaktprüfköpfe erfolgreich für Prüfaufgaben im Bauwesen angewendet. Oft werden mehrere Punktkontaktprüfköpfe in einem Gehäuse zu einer Strahlergruppe kombiniert, um die Schallbündelung zu verbessern oder um einzelne Prüfköpfe nacheinander als Sender und Empfänger zu betreiben und die Messsignale nach der Messung einer SAFT-Auswertung zuzuführen. Alternativ können die einzelnen Prüfköpfe einer solchen Gruppe laufzeitgesteuert angeregt und dadurch schon während der Messung das Prüfkopfschallfeld beeinflusst werden. Für diese Technik sind die Bezeichnungen laufzeitgesteuerte Ultraschall-Gruppenstrahler oder 'Phased Array' gebräuchlich. Mit den präsentierten Untersuchungen sollen die Anwendungsmöglichkeiten der Gruppenstrahlertechnik im Niederfrequenzbereich durch den Einsatz von Punktkontaktprüfköpfen verbessert werden. Dazu werden verschiedene Wellenarten eingesetzt und der Einfluss der Anordnung der Strahlerelemente im Array untersucht.
Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht das Ermüdungsverhalten von Beton unter hochzyklischen Druckschwellbeanspruchungen. Der aktuelle Wissensstand bezüglich des Ermüdungsverhaltens ist nach wie vor sehr lückenhaft. Ganz besonders trifft das auf den eigentlichen Ermüdungsprozess zu, der dem abschließenden Ermüdungsversagen vorausgeht. Dem Defizit im Wissen um das Ermüdungsverhalten steht allerdings eine zunehmende Bedeutung der Thematik in der Baupraxis gegenüber. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit eine systematische Untersuchung des Ermüdungsprozesses vorgenommen. Damit wird ein Beitrag geleistet, um einen tieferen Einblick und ein besseres Verständnis für den Schädigungsprozess und die damit verbundenen Vorgänge innerhalb des Betons zu gewinnen.
Die experimentellen Untersuchungen bestehen im Wesentlichen aus einstufigen Dauerschwingversuchen im Druckschwellbereich an zylindrischen Probekörpern aus Normalbeton. Verwendet wurden zwei verschiedene Ermüdungslastniveaus, die Bruchlastzyklen zwischen 10⁶ und 10⁷ sowie zwischen 10³ und 10⁴ erzeugten. Die Untersuchung des Ermüdungsvorgangs erfolgte durch den Einsatz verschiedener ZfP- und ZP-Methoden, wie der Dehnungsmessung, der Messung flächiger Oberflächenverformungen, der Ultraschallmessung, der Schallemissionsmessung, der Lichtmikroskopie und des Rasterelektonenmikroskops. Zur Bewertung einiger Einflussgrößen im Zusammenhang mit dem Ermüdungsverhalten fanden zudem ergänzende Versuche zum Kriecheinfluss sowie zum Einfluss der Probengröße statt.
Es konnte festgestellt werden, dass es sich bei dem Ermüdungsvorgang um eine von Beginn an einsetzende Schädigungsevolution innerhalb des Betons handelt. Diese beeinflusst die verschiedenen Materialeigenschaften des Betons in vielfältiger und sehr unterschiedlicher Weise. Die wesentlichste Feststellung in diesem Zusammenhang ist, dass die ermüdungsbedingte Materialschädigung zu einer Veränderung der gesamten Spannungs-Dehnungs-Beziehung führt, die sich ebenfalls in einem fortlaufenden Evolutionsprozess äußert.
Aus den Untersuchungen konnten als entscheidende Ursache für die beobachteten Veränderungen im makroskopischen Materialverhalten Veränderungen in der Mikrorissstruktur nicht festgestellt werden. Vielmehr weisen die Ergebnisse der Untersuchungen darauf hin, dass die ermüdungsbedingten Veränderungen speziell in den Phasen I und II vorrangig das Resultat von viskosen Prozessen innerhalb des Zementsteins sind. Darüber hinaus geht aus den Versuchen hervor, dass auch das Kriechen zu relativ ähnlichen, aber weniger stark ausgeprägten Veränderungen im Material führt. Ein Einfluss der Probengröße auf das resultierende Verhalten konnte sowohl im statischen als auch im zyklischen Fall beobachtet werden.
Aus den gewonnenen experimentellen Erkenntnissen wird eine Beschreibung der Vorgänge abgeleitet, die während des Ermüdungsprozesses im Materialgefüge ablaufen und zu den beobachteten makroskopischen Veränderungen führen. In diesem Zusammenhang hat sich herausgestellt, dass eine Erfassung der ermüdungsbedingten Schädigung anhand einer skalaren Größe über die Steifigkeit der tatsächlichen Veränderung der Spannungs-Dehnungs-Beziehung nicht gerecht wird. Eine Betrachtung im Hinblick auf einen zuverlässigen Schädigungsindikator im Zusammenhang mit den gemessenen Größen liefert zudem einen Überblick über die Eignung verschiedener Größen zur Erfassung des Ermüdungsschädigungsgrades im Beton. Abschließend wird ein Ansatz vorgestellt, der die beobachteten Entwicklungen entscheidender Größen im Ermüdungsvorgang abzubilden vermag.
Concrete is a complex material. Its properties evolve over time, especially at early age, and are dependent on environmental conditions, i.e. temperature and moisture conditions, as well as the composition of the material.
This leads to a variety of macroscopic phenomena such as hydration/solidification/hardening, creep and shrinkage, thermal strains, damage and inelastic deformations. Most of these phenomena are characterized by specific set of model assumptions and often an additive decomposition of strains into elastic, plastic, shrinkage and creep components is performed. Each of these phenomena are investigated separately and a number of respective independent models have been designed. The interactions are then accounted for by adding appropriate correction factors or additional models for the particular interaction. This paper discusses the importance of reconsider even in the experimental phase the model assumptions required to generalize the experimental data into models used in design codes. It is especially underlined that the complex macroscopic behaviour of concrete is strongly influenced by its multiscale and multiphyscis nature and two examples (shrinkage and fatigue) of interacting phenomena are discussed.
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.
Durch das alkalische Porenwassermilieu ist Stahl im Beton vor Korrosion geschützt. Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen (Karbonatisierung, Chlorideintrag) kann die passive Deckschicht auf der Stahloberfläche zerstört werden. Im weiteren Verlauf können sich korrosionsbedingte Folgeschäden, wie Risse und Abplatzungen am Bauwerk ergeben. Um notwendige Sanierungsmaßnahmen sind frühzeitige und weitgehend zerstörungsfrei ermittelte Informationen über das aktuelle Korrosionsverhalten der Stahlbewehrung von großer Bedeutung. Die Potentialfeldmessung ist ein etabliertes und weit verbreitetes Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustandes der Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bereiche aktiv korrodierender Bewehrung zerstörungsfrei lokalisiert werden. In der Regel kommt diese Messmethode bei der Detektion chloridinduzierter Korrosion zum Einsatz.