Filtern
Erscheinungsjahr
- 2014 (25) (entfernen)
Dokumenttyp
- Beitrag zu einem Tagungsband (11)
- Zeitschriftenartikel (5)
- Vortrag (5)
- Posterpräsentation (4)
Schlagworte
- Ultrasound (4)
- Concrete (3)
- Monitoring (3)
- Tomography (3)
- Ultrasonics (3)
- Coda wave interferometry (2)
- Correlation (2)
- Data fusion (2)
- Deconvolution (2)
- Diaphragm walls (2)
Eingeladener Vortrag
- nein (5)
Die immer komplexere Konstruktionsweise von Neubauten einerseits und die alternde Infrastruktur andererseits erfordern in manchen Fällen eine dauerhafte Überwachung, um besondere Einwirkungen und gegebenenfalls Schädigungen rechtzeitig und genau zu erkennen. Hierfür ist eine Vielzahl von Methoden und Sensoren verfügbar. Das Portfolio weist aber insbesondere bei der Detektion langsamer, räumlich begrenzter Veränderungen Lücken auf. Hierfür sind bisher sehr aufwändige Untersuchungen oder Installationen notwendig.
In der vorliegenden Arbeit werden Sensoren und zugehörige Auswertemethoden für die Ultraschalltransmission vorgestellt, die sich für die zerstörungsfreie, dauerhafte Überwachung von Beton eignen. Direkt oder nachträglich in Betonkonstruktionen eingebaut, ermöglichen sie eine nicht nur lokale, sondern größere Raumbereiche umfassende Dauerüberwachung von Änderungen der Materialeigenschaften.
Das Prinzip der Ultraschalltransmission und die verschiedenen Einflussparameter werden vorgestellt. Zu letzteren gehören neben der Belastung und Schädigung auch Umweltparameter wie Temperatur und Feuchte. Verschiedene Methoden zur Datenanalyse, wie z. B. die Codawelleninterferometrie, ermöglichen eine Detektion kleinster Veränderungen. Die in den Beton einzubettenden Ultraschallsensoren werden vorgestellt und ihr Einbau und Betrieb beschrieben. Als Beispiele für Anwendungen werden Frost-Tauwechsel-Experimente im Labor, die Detektion von lokalen Lasten im Technikumsmaßstab und der Einsatz an realen Brücken diskutiert. Die Sensoren sind zum Teil bereits seit mehreren Jahren in Probeobjekte eingebettet und liefern zuverlässig wertvolle Daten.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Monitoring of concrete constructions by embedded ultrasonic sensors:
Challenging new constructions and the ageing infrastructure are increasing the demand for permanent monitoring of loads and damages. Various methods and sensors are used for this purpose. But the technologies available today have difficulties in detecting slowly progressing locally confined damages. Extensive investigations or instrumentations are required so far for this purpose.
In this study we present new sensors and data processing methods for ultrasonic transmission, which can be used for non-destructive permanent monitoring of concrete. They can be mounted during construction or thereafter. Larger volumes can be monitored by a limited number of sensors for changes of material properties.
The principles of ultrasonic transmission and influencing factors are presented. This latter include load, damages as well as environmental parameters as temperature or moisture. Various methods for data processing, e. g. coda wave interferometry are introduced. They allow the detection of very small changes in the medium. The embedded sensors are shown including mounting and operation. Application examples so far include small scale laboratory freeze-thaw experiments, localizing loads in larger concrete models and monitoring load effects on real structures. Some sensors are operating already for several years.
Das Sorptionsverhalten und die Frost-Tau-Beständigkeit von Baustoffen hängen maßgeblich von ihrer Porengrößenverteilung ab. Ein zerstörungsfreies, räumlich visualisierendes Messverfahren, das diese
abschätzen könnte, wäre für die Bau- und Sanierungsindustrie sehr hilfreich. Scott und Barker (2003) berichteten über einen deutlichen Zusammenhang zwischen dominanter Porenhalsgröße und der SIP-Relaxationszeit an Sandsteinen. Diese Korrelation wird seit einiger Zeit für Baustoffe, insbesondere Sandsteine, an der BAM untersucht.
At BAM a multi-sensor robot system BetoScan is used for the investigation of reinforced concrete floors affected by corrosion in parking garages.
Potential maps, as well as the distribution of concrete cover and moisture can be assessed simultaneously and data can be collected contactlessly. In order to evaluate the extent of degradation adequately and to divide the investigated structure into zones with defined damage classes, large data sets have to be collected and interpreted manually. Thus, to promote an efficient data evaluation framework, which could speed up and simplify the evaluation of large data sets, an unsupervised data fusion is of major interest. However, taking into account that collected data do not certainly coincide in space, a scattered data interpolation method should be applied prior data fusion.
In the paper, a case study involving a BetoScan data set acquired from a reinforced concrete floor of a parking garage in Germany is presented. The data set includes potential mapping, covermeter based on eddy current, as well as microwave moisture measurements. Among the examined methods for interpolation of scattered data, kriging shows to yield smooth interpolated data plots even in the case of very sparse data. In the post-processing step, the investigated structure is efficiently segmented into zones using clustering based data fusion methods, which prove to be robust enough also for handling noisy data. Based on the minimization of the XB validity index, an unsupervised selection of optimal segmentation into damage classes is derived.
Diaphragm walls are used to provide a stable and water-tight confinement for the construction of tunnels, underground railway stations, deep basements and other structures requiring deep excavations. These walls consist of individual panels, cast piece-wise in the ground, separated by water-tight joints. There are several methods to improve the water tightness of these joints, including rubber bands, metal sheets or precast concrete elements. In most cases, diaphragm walls perform very well. Quality problems, which occur in a few occasions, may be due to uncontrolled concrete flow between the joints, unexpected geological conditions or poor workmanship. Different methods of quality assurance are applied on construction sites. Sonar instruments can be used in a bentonite-filled trench to evaluate the shape of the excavation. An improved prototype instrument has been developed, including digital data-processing features, which allow the detection of even small anomalies at the stop-end surface before concreting the adjacent panel. The sonar sensor can be used in depths up to 200 m. Model experiments show that a centimetre resolution can be achieved. Set-up, model experiments and their results are shown. The prototype might be the basis of an easy-to-use commercial device.
Diaphragm walls are used to provide a stable and watertight confinement for the construction of tunnels, Underground railway stations, deep basements and other structures requiring deep excavations. Water seepage and soil loss through the joints have occurred on several occasions, causing extensive damage. This may have been due to uncontrolled concrete flow between the joints, unexpected geologic conditions or just poor workmanship.
Different ways of quality assurance are applied on construction sites. Most of them rely on recording Parameters of the construction equipment and conventional concrete quality control. In the frame of the EUREKA/ZIM project DiWaQ we have looked at several ways to perform non-destructive Quality control. Some methods are to be applied after excavation before concreting (phase 1); others after the wall is completed (phase 2).
For phase 1 we have used two different principles for checking the shape of the excavation, especially the joint to existing panels. A mechanical device which can be adapted to the excavating Equipment was developed; field tested and validated on test and construction sites. It is described in detail in another paper in the same volume. A sonar-based device with a 10 mm resolution has shown good performance in the lab, but is still under development.
For phase 2 different temperature sensors have been lowered into access holes to monitor the hydration heat developed during concrete curing. The same tubes can also be used to perform electromagnetic and ultrasonic crosshole measurements across or along joints to detect flaws.
Especially the ultrasonic method has shown promising results on Validation specimen at the BAM test site at Horstwalde, but limitations as well. Success substantially depended on the joint type, flaw size and distance of the sensors to the joint.
Ultraschallverfahren haben sich im Bauwesen in den letzten Jahren immer mehr in der Praxis etabliert. Echomessungen zur Geometriebestimmung sind Stand der Technik. In der Wissenschaft gibt es zahlreiche Ideen, die Messmethodik und die Auswertung weiter zu verbessern sowie den Einsatzbereich zu erweitern. Erste eingebettete Ultraschallsysteme zum Langzeitmonitoring sind installiert, Mehrkanalgeräte ermöglichen immer größere Aperturen und Eindringtiefen, verbesserte Abbildungsverfahren zeigen immer mehr Details. Zusätzlich lassen sich Verfahren aus der Geophysik adaptieren, die weiteren Fortschritt versprechen. Die Seismische Interferometrie dient klassisch dazu, Materialeigenschaften des Erduntergrundes mittels seismischer Wellen zu bestimmen. Derzeitige Anwendungsbereiche sind die Verbesserung seismischer Abbildungsverfahren, Interpolation seismischer Spuren (A-Scans), Bestimmung von Quellparametern oder die Eliminierung unerwünschter Signale in passiven und aktiven Experimenten, hauptsächlich durch Kreuzkorrelation und Bestimmung Greenscher Funktionen. Diese Techniken können auch auf Ultraschalldaten, die an Betonkonstruktionen erfasst wurden, angewendet werden. Moderne Abbildungsverfahren benötigen eine möglichst hohe A-Scan-Dichte und eine genaue Kenntnis des Quellsignals. Beides ist nicht unbedingt gegeben, z. B. wegen der physischen Größe der Sensoren und wechselnder Ankopplungsbedingungen. In simulierten und realen Experimenten wurden interferometrische Methoden zur Lösung dieser Aufgabenstellungen evaluiert. Es zeigt sich, dass fehlende A-Scans kinematisch korrekt interpoliert werden können, wenn ausreichend viele Sender- und Empfängerpositionen genutzt wurden. Amplituden und Signalform sind verändert, können aber durch adaptive Filterung angepasst werden. Die Quellsignalform kann mit hoher Genauigkeit rekonstruiert werden. Die Ergebnisse können potentiell zu einer Verbesserung der Abbildung des Inneren der untersuchten Objekte genutzt werden.