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Die Potentialfeldmessung ist eines der wichtigsten zerstörungsfreien Prüfverfahren für die Zustandsbewertung von Stahlbetonbauteilen. Mit dieser Methode kann eine ortsabhängige Wahrscheinlichkeit für aktive, chloridinduzierte Bewehrungskorrosion bestimmt werden. Bei der konventionellen Anwendung wird über ein langes Schleppkabel eine Verbindung zwischen einem Messgerät und der Bewehrung hergestellt. Eine Interpretation der Messergebnisse wird anhand der absoluten Potentialwerte durchgeführt. Die Zuordnung zu aktiven oder passiven Zustanden der Bewehrung ist dabei nicht eindeutig. Eine zuverlässigere Methode der Bewertung des Korrosionspotentials ist jedoch die Bestimmung der Gradienten der Messspannungen. Das vorrangige Ziel dieser Arbeit ist es, die Potentialfeldmessung zu einem vollkommen zerstörungsfreien Differenzpotentialfeldmessverfahren (DP-Messung) weiter zu entwickeln, mit dem die Potentialgradienten direkt gemessen werden und bei dem auf die permanente Ankoppelung an die Bewehrung verzichtet werden kann. Die Arbeit fasst die Entwicklungsschritte zusammen und definiert die Bewertungskriterien für die DP-Messung, die die Qualität der Interpretation verbessern. Anhand der neu definierten Gradientenbreite wird aufgezeigt, wie die Detektionswahrscheinlichkeit für korrosionsaktive Bereiche erhöht wird. Es wird gezeigt, wie die automatisierte Kombination des Verfahrens mit großflächigen Messungen des Feuchtegehalts und der Betondeckung zu einer zuverlässigeren Zustandsbewertung führt.
BETOSCAN - An instrumented mobile robot system for the diagnosis of reinforced concrete floors
(2009)
Verkehrsbauwerke sind oft besonders widrigen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Dies gilt besonders für Parkhäuser und -garagen. Zu einer hohen Chloridbelastung, mechanischer Beanspruchung und Frost-Tauwechsel Beanspruchung kommen gerade bei Bauwerken aus den 1970er und 1980er Jahren baulich bedingte Schwachstellen wie zu geringe Betondeckung, unzureichende Entwässerungsvorrichtungen, fehlende Abdichtungen und schlecht nachbehandelter Beton an der Oberfläche. Erschwerend kommt hinzu, dass nicht alle Schäden visuell von außen erkennbar sind. Für solche Bauwerke muss der sachkundige Planer zusammen mit dem Bauherren wichtige Entscheidungen treffen. Lohnt eine Instandsetzung? Wenn ja, wie umfangreich muss sie sein, damit sie auch dauerhaft ist? Wie stark ist die Konstruktion geschädigt? Die Fragen müssen zuverlässig beantwortet werden, um eine bedarfsgerechte Instandsetzung sicherzustellen. Dazu hat sich die Kombination verschiedener zerstörungsfreier Verfahren als sinnvoll erwiesen. So werden an jedem Messpunkt eines umfangreichen Messrasters am Bauwerk Messwerte verschiedener Verfahren im Sinne ergänzender Untersuchungen aufgezeichnet. Zur Beantwortung der Frage, ob an einer Stelle tatsächlich mit Korrosion zu rechnen ist, werden z. B. die Messwerte der Potentialfeldmessung mit Betondeckungsmessungen und Feuchtemessungen kombiniert. Um die Kombination solcher Verfahren in einem ausreichend dichtem Messraster und dennoch schnell durchführen zu können wird in dem Beitrag über ein selbstnavigierendes Robotersystem berichtet, das modular mit bis zu sechs Verfahren bestückt ist und um weitere Verfahren erweitert werden kann. Bei der Darstellung der Ergebnisse wurde besonders darauf geachtet, diese für großflächige Bereiche so darzustellen, dass eine vergleichende Betrachtung möglich ist.
Bestandsaufnahme und Zustandsanalyse von Brücken und Parkhäusern mit automatisierten Verfahren
(2010)
Control and data acquisition of automated multi-sensor systems - two examples from civil engineering
(2010)
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.
The combination of RFID tags and energy efficient sensors offers promising potential for identification, diagnosis, and monitoring applications - particularly when it comes to objacts, which require continuous observation and which are difficult to access with conventional tools. This paper presents two examples as an outlook for RFID sensor systems in embedded structures and in mobile applications.
A new approach is presented to evaluate corrosion of steel bars in concrete by 1.5- and 2.6-GHz ground-penetrating radar (GPR) and a modified half-cell potential method. Changes in time-lapsed travel times, amplitudes, and peak frequencies that are associated with short-time Fourier transform spectrograms of the bar reflections were continuously measured. The year-long corrosion process of the reinforcement bar rapidly accelerated within a few days by impressing direct current across a pair of embedded reinforcement bars, which served as the anode and cathode. When corrosion started, the travel times, amplitudes, and frequency spectra of the bar reflection changed. The results were analyzed by dividing the material's response into three phases (NaCl contamination, depassivation, and corrosion). The writers attribute the phenomena of the first two phases to the ionic conduction and interfacial polarization effect, described in the low-frequency regime of complex dielectric permittivity outlined in the Maxwell-Wagner effect. The remaining phase corresponds with the appearance of large and multiple interfaces among steel, concrete, corrosion product, and cracks, in addition to the upward movement of the corrosion product to the concrete surface that intercepts wider radar footprints. The findings, based on time lapse measurements, provide a basis to further apply the GPR technique to spatial measurements in laboratory and field studies.
Eine Vielzahl zerstörungsfreier Prüfverfahren hat in den letzten Jahren Einzug in die Bauwerksuntersuchung gehalten. Um die Aussagekraft der Einzelverfahren zu erhöhen und den wirtschaftlichen Einsatz weiter voranzubringen, lag es nahe, die Verfahren kombiniert auf einer automatisierten Plattform zu montieren. Zu diesem Zweck wurde das BetoScan-System entwickelt. Um weitere Erfahrungen mit dem BetoScan-System zu erhalten, wurde ein langjährig genutztes Parkhaus aus Stahlbeton mit Gussasphaltfahrbahn als Untersuchungsobjekt ausgewählt. Bei der experimentellen Bauwerksuntersuchung wurden die Verfahren Wirbelstrom, Radar, Ultraschall und Mikrowelle zum Einsatz gebracht. Von der Anwendung des Systems und der Auswertung der Ergebnisse wird in diesem Beitrag berichtet.-----------------------------------------------------------------------------------------
In recent years a variety of non-destructive evaluation methods are more and more used for the inspection of constructions. Increasing the information value of inspections and the economic aspects of applications leads to a combination of methods on an automated system. Therefore, the BetoScan robot was developed. Gaining more experience in applications was realized with the inspection of a car park which was unused for several years. The building was made of reinforced concrete with melted asphalt as floor coating. Within the frame of the inspections eddy current, radar, ultrasound and microwaves were used. The application of the BetoScan system and the results are presented in this article.
The combination of radio-frequency identification (RFID) tags with different types of sensors offers excellent potential for applications with regard to identification, diagnosis, and monitoring. This should be demonstrated by means of two examples of actual developments carried out by the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). The Identification and diagnosis of concrete components is a major task in the maintenance of critical infrastructure, for instance concrete bridges with heavy traffic volume. A feasibility study investigates the application of RFID sensor systems for this task. The second example reviews the transportation of dangerous goods. Using modern technologies enables promising possibilities to reduce accidents and to avoid non-conformity with transportation regulations. Project results demonstrate an innovative technical solution for monitoring of dangerous goods transports with RFID sensor systems.
The capabilities of non-destructive testing (NDT) methods for defect detection in civil engineering are characterized by their different penetration depth, resolution and sensitivity to material properties. Therefore, in many cases multi-sensor NDT has to be performed, producing large data sets that require an efficient data evaluation framework. In this work an image fusion methodology is proposed based on unsupervised clustering methods. Their performance is evaluated on ground penetrating radar and infrared thermography data from laboratory concrete specimens with different simulated near-surface defects. It is shown that clustering could effectively partition the data for further feature level-based data fusion by improving the detectability of defects simulating delamination, voids and localized water. A comparison with supervised symbol level fusion shows that clustering-based fusion outperforms this, especially in situations with very limited knowledge about the material properties and depths of the defects. Additionally, clustering is successfully applied in a case study where a multi-sensor NDT data set was automatically collected by a self-navigating mobile robot system.
Infrastructure is subject to continuous ageing. This has given life cycle management of infrastructure an increasing role. Reliable inspection and monitoring tools are therefore an increasing demand. A combination of different non-destructive test methods is often necessary to receive reliable results for material characterization,
flaw detection and the determination of component specific geometry parameters.
Regarding concrete structures thickness measurements are combined with flaw detection and additional information about reinforcement and tendon ducts is required.
Therefore, a multi-sensor measurement approach is necessary with a high degree of automation. Otherwise a time consuming succession of manual measurements has to be performed which would prevent practical applications. A modular control and data acquisition approach is described and the application of two different automated measurement devices is shown. The BetoScan system consists of a self-navigating
mobile robot. The system is especially designed for the investigation of reinforced concrete floors exposed to de-icing salts. The data acquisition of the OSSCAR system a multi-sensor scanner is similar to the robot approach. These different applications are based on a similar kernel allowing the modular use of different contact and noncontact sensors. The described general concept of multi-sensor data acquisition and data analysis presented here is not limited to the field of civil engineering applications.
Automated multi-sensor systems in civil engineering for condition assessment of concrete structures
(2012)
Automated multi-sensor systems in civil engineering for condition assessment of concrete structures
(2011)
Bereits seit vielen Jahren stehen Anwendern der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) zuverlässige Geräte für Radar-, Wirbelstrom- und Ultraschallmessungen an Betonbauteilen zur Verfügung. Doch erst die Kombination dieser drei Verfahren an einer Messfläche erlaubt den maximalen Informationsgewinn über die innere Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen. Mit dem OSSCAR-Bauwerkscanner wurden diese drei Verfahren erstmals zur kombinierten
und automatisierten Datenaufnahme an einem Scannerrahmen und unter einer Software vereint. Die Ergebnisse werden bildgebend in frei wählbaren Schnitten dargestellt, was eine Rekonstruktion von Bauteilen erlaubt, für die keine Planunterlagen vorliegen.
Bereits seit vielen Jahren stehen Anwendern der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) zuverlässige Geräte zur Untersuchung von Betonbauteilen zur Verfügung. Viele dieser Geräte zeichnen eine Messgröße in Bezug zum Messort auf und sind je nach Ausstattung in der Lage, die Ergebnisse in einem Koordinatensystem darzustellen. Doch erst die Kombination verschiedener ZfPBau-Verfahren an einer Messfläche erlaubt den maximalen Informationsgewinn über die innere Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen. In dem Beitrag wird ein Bauwerkscanner zur automatisierten und kombinierten Datenaufnahme beschrieben, der erstmals die Kombination von Radar, Ultraschall und Wirbelstrom mit Datenausgabe in einem einheitlichen Koordinatensystem ermöglicht. Dieser Scanner ist im Gegensatz zu früheren Systemen technikerbasiert und erlaubt im Bedarfsfall eine spätere detaillierte Auswertung durch ZfP-Spezialisten. Die Ergebnisse werden bildgebend in frei wählbaren Schnitten dargestellt, was bereits kurze Zeit nach der Messung auf der Baustelle möglich ist. Am Beispiel eines Brückenträgers wird gezeigt, wie der tatsächliche Spanngliedverlauf aus Messdaten ermittelt wird und dem angenommenen Verlauf gemäß Bestandsplan gegenübergestellt wird. Damit kann künftig eine Überprüfung von Bestandsplänen durchgeführt werden. Darüber hinaus könnten nicht vorhandene Bestandspläne rekonstruiert werden. Des Weiteren wird am gleichen Brückenträger gezeigt, wie sich ein echter Verpressfehler und im Unterschied dazu ein Luftspalt in einem Hüllrohr in Messdaten abbilden. An dem Beispiel wird deutlich, wie Ultraschallergebnisse in Kombination mit Phasenauswertung zur Formulierung von Verdachtsstellen für Verpressfehler eingesetzt werden können und welche Maßnahmen zur Verifizierung getroffen werden müssen.