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Zusammenfassung
Durch die Entwicklung verschiedener Longitudinal- und Transversalwellenprüfköpfe, der variierenden Prüfkopfanordnung und -anzahl in Arrays sowie der verwendeten Erregerfrequenzen stehen derzeit mehrere Ultraschall-Verfahren für Untersuchungen an Betonbauteilen im Echobetrieb zur Verfügung. Darüber hinaus können verschiedene Verfahren für die Auswertung der Messergebnisse, u. a. SAFT-Rekonstruktionsberech-nungen (Synthetic Aperture Focusing Technique), genutzt werden.
Um die Leistungsfähigkeit der Verfahren spezifizieren und auch vergleichen zu können, sind geeignete Kenngrößen erforderlich.
Zu diesem Zweck wurden vorerst drei Kenngröße - das Signal/Rausch-Verhältnis s, die Laterale Auflösung D x und die Gleichmäßigkeit der Abbildung g - definiert und auf Untersuchungsergebnisse zu einem bekannten Prüfobjekt angewendet. Dabei handelt es sich um eine Bohrung in einem Betontestkörper aus Normalbeton B 35, die parallel zur Messfläche eingebracht wurde.
In diesem Beitrag werden die Definitionen und die am Beispiel der Bohrung ermittelten Kenngrößen vorgestellt. Es soll gezeigt werden, dass anhand der vorgestellten Definitionen die Kenngrößen für jedes Verfahren prinzipiell ermittelt werden können. Eine Beurteilung der Werte kann derzeit noch nicht erfolgen. Dazu müssen sich Untersuchungen an weiteren bekannten Objekten anschließen, u. a. auch an gezielt konzipierten Testkörpern, an denen die Einflüsse ausgewählter Objekteigenschaften auf die verfahrensabhängigen Kenngrößen untersucht werden sollen.
Die Risstiefenbestimmung in Festen Fahrbahnen ist hinsichtlich der Dauerhaftigkeit der Konstruktion von wesentlichem Interesse. Im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens mit der DB AG wurden aus der Literatur bekannte Ansätze bewertet und darauf aufbauend ein Verfahren zur bildgebenden Rissdarstellung entwickelt. Rissüberbrückende Bewehrung sowie Kontaktstellen zwischen den Rissflanken wirken als Schallbrücken und erschweren die Risscharakterisierung, wie bei einem Einsatz an einer Betriebserprobungsstrecke festgestellt wurde. Ein aus der Literatur bekanntes Verfahren der einfachen Laufzeitmessung erwies sich für die Tiefenbestimmung von realen verunreinigten Rissen als ungeeignet.
Since several years ultrasonic imaging techniques are used for testing concrete elements. Combined with a reconstruction calculation they lead to an acoustic imaging of scatterers and reflectors from the inside of the concrete element. For several testing problems it is an advantage to use a two dimensional synthetic aperture and to combine it with a three-dimensional reconstruction calculation (3D-SAFT, Synthetic Aperture Focussing Technique).
This enables the analysis of the tested volume by means of B-scans in two directions and C-scans (projections parallel to the surface), respectively. Using the 2D-scanning technique, especially the disturbing influence of the reinforcing rebars can be minimised.
In this contribution the state of the art of this method is demonstrated and analysed. Examples of the application are presented, concerning
Localisation of honeycombing and compaction faults
Characterisation of cracks (especially measuring the crack depth)
Investigation of tendon ducts
The results presented are obtained in the frame of a research initiative Non-destructive Evaluation of Concrete Structures Using Acoustic and Electromagnetic Echo-Methods supported by the German Science Council (FOR 384 of DFG, Deutsche Forschungsgemeinschaft). The methods are assessed and improved in cooperation with the partners participating in the project.
Improved Detection of Tendon Ducts and Defects in Concrete Structures Using Ultrasonic Imaging
(2002)
At the beginning of the 90s the general opinion was, that ultrasonic inspection methods using pulse-echo technique were not suitable for the inspection of concrete because of the inhomogeneity and the strong scattering behavior of the embedded aggregates. In the meantime the progress in the development of new equipment and inspection strategies in connection with ultrasonic imaging techniques turns the pulse-echo technique into a powerful tool to solve problems related to concrete materials. These imaging techniques - developed for the inspection of homogenous materials like steel of aluminum - could be adopted to the very low frequencies needed for concrete inspections.
Ultrasonic investigation is an established non-destructive testing method for detection of defects and material characterisation. In the last years scanning ultrasonic echo methods were developed especially for the application in civil engineering.
The different scanning ultrasonic echo methods are modified with respect to the type of the transducer applied, the number and the arrangement of transducers and the frequency used. Also different algorithms are used to analyse the measured data, for instance SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique) reconstruction. The results are typically presented as B- and C-scans, obtained from raw data or the SAFT reconstructed data.
Since 2001 several German research institutes co-operate within the scope of the research initiative Non-destructive Evaluation of Concrete Structures Using Acoustic and Electromagnetic Echo-Methods (FOR 384) supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). One of the tasks is to investigate these ultrasonic echo methods for special applications like the detection of cavities in concrete structures or faults in tendon ducts.
Concrete test specimens with intentional faults have been manufactured and investigated. Parameters were defined to assess the results more objectively. Currently three parameters -signal/noise-ratio, lateral edge resolution and uniformity- are considered. For the first time results of different working groups on the same imaged objects are compared quantitatively. It should help to get more knowledge about the ultrasonic inspection of typical faults in civil engineering structures.
An jeweils einem Fenster der Dome zu Stendal, Havelberg und Halberstadt sowie im Zisterzienserkloster Marienstern in Panschwitz-Kuckau und der Nikolaikirche in Quedlinburg wurden Klimamessungen sowie Staub- und Materialuntersuchungen durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Fachgruppe 4.2 durchgeführt. Ziel der Arbeiten war es, den allgemeinen Erkenntnisstand über die Wirksamkeit von Schutzverglasungen zu verbessern, die spezifische Situation für die Glasmalereien in den fünf Objekten zu beurteilen (siehe Faltblatt 6 dieser Reihe: „Kontrollen der Wirksamkeit von Schutzverglasungen"), im Bedarfsfall Maßnahmen zur Verbesserung zu empfehlen und gegebenenfalls weitere Untersuchungen vorzuschlagen. Bisher gibt es keine Erkenntnisse zum Einfluss von Stäuben auf die Korrosionsprozesse von Glasoberflächen. Daher sollte das Projekt neben der unmittelbaren Kontrolle der fünf Objekte auch Antworten zu dieser grundlegenden Frage geben.