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Erscheinungsjahr

  • 2021 (1)
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Sprache

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  • Deutsch (21)

Referierte Publikation

  • nein (53)
  • ja (16)

Schlagworte

  • Embedded sensors (14)
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Organisationseinheit der BAM

  • 8 Zerstörungsfreie Prüfung (69)
  • 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (60)
  • 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (20)
  • 8.0 Abteilungsleitung und andere (8)
  • 5 Werkstofftechnik (2)
  • 5.5 Technische Keramik (2)
  • 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (1)
  • 1.2 Biophotonik (1)

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Anwendung von ZFP-Verfahren zur Material- und Feuchtezustands-Charakterisierung im Bauwesen (2017)
Strangfeld, Christoph
Zu viel Feuchte im Unterboden führt zu Schäden an teuren Oberböden wie z. B. Parkett, Laminat, Fliesen, etc. Zum Testen der Restfeuchte existieren in Deutschland zwei anerkannte zerstörende Verfahren, die CM- und die Darr-Methode. Die BAM testet und validiert einige zerstörungsfreie Messverfahren und vergleicht diese mit gravimetrischen und zerstörenden Prüfungen. Weiterhin wird mittels eingebetteter Luftfeuchte-Sensoren der Trocknungsverlauf verfolgt. Weiterhin wird gezeigt, dass mit Kenntnis der Porenvolumenverteilung und der Kelvin-Gleichung die Luftfeuchte in die absolute Massenfeuchte überführt werden kann.
Determining the pore size distribution in synthetic and building materials using 1D NMR (2019)
Nagel, Sarah Mandy ; Strangfeld, Christoph ; Kruschwitz, Sabine
NMR is gaining increasing interest in civil engineering applications for the use of microstructure characterization as e.g. pore size determination and monitoring of moisture transport in porous materials. In this study, the use of NMR as a tool for pore size characterization was investigated. For our study we used screed and synthetic materials at partial and full saturation. A successful determination could be achieved when having a reference or calibration method, although partly diffusion effects have been registered. Due to these diffusion effects, for the determination of pore size distributions of synthetic materials another NMR device was needed. Finally, the determination of the surface relaxivity of screed (50 μm/s) led to a higher value than first expected from literature.
Embedded wireless sensor systems for long-term SHM and corrosion detection in concrete components (2017)
Bartholmai, Matthias ; Johann, Sergej ; Strangfeld, Christoph
State-of-the-art communication standards like RFID and Bluetooth Low Energy enable the development of sensor systems which can be completely embedded into concrete components for long-term SHM and early damage detection. Objective of the project KonSens which is carried out at BAM is the development, implementation, and validation of sensors for measuring of Parameters relevant for corrosion, like moisture, pH value, and electrical conductivity, inside steel reinforced concrete components. The primarily addressed application is detection and evaluation of corrosion processes in concrete bridges. In contrast to cable connected sensors, embedded wireless sensors avoid any pathways for intrusion of moisture and chemicals, e.g., chlorides which could trigger corrosion activity. To allow for long-term, ideally life-time operation, the once embedded sensor systems must work highly energy efficient. One option are passive RFID sensor systems, which work without battery. The energy is transmitted to the system through the electromagnetic field, even to operate sensors. A crucial parameter is the transmission depth in concrete. First experiments with RFID sensors working at frequencies of 13.56 MHz (HF) and 868 MHz (UHF) embedded in concrete specimen resulted positive for transmission depths of up to 13 cm, which is quite promising, considering that corrosion would appear first at the top level of rebars. A second generation of passive RFID sensor systems has been implemented with improved antenna design. Current experiments using these systems focus on the Transmission characteristics in terms of transmission depths and the impact of concrete moisture. Low-energy humidity sensors are used and analysed regarding their capability for measuring the material moisture. Additionally, a relation between transmitted power to the embedded sensor and the moisture content of the concrete specimen caused by energy absorption can be presumed and is under systematic investigation.
Moisture Measurements with RFID based Sensors in Screed and Concrete (2016)
Strangfeld, Christoph
To quantify the moisture in concrete, RFID based humidity sensors are embedded. Passive high frequency, ultra-high frequency RFID tags as well as active Bluetooth sensors are tested. After concreting, all sensors measure the corresponding relative humidity to monitor the concrete moisture. Two case studies are performed, embedding in an existing construction, i.e. the duraBASt test bridge, and embedding in cement based mortar in the laboratory. As basis for robust and long-life sensors in alkaline concrete, different casing materials are tested. Furthermore, signal strength measurements and their sensitivity to different moisture levels are performed.
RFID-Sensor-Transponder in Beton (2017)
Bartholmai, Matthias ; Strangfeld, Christoph ; Van Bocxlaer, A.
Sensor-Transponder-Lösung der BAM ermöglicht automatisiertes Brückenmonitoring und Predictive Maintenance und detektiert Korrosion in Beton.
RFID sensor system embedded in concrete –validation of UHF antenna geometries in different concrete depths (2017)
Johann, Sergej ; Strangfeld, Christoph ; Bartholmai, Matthias
This paper is a further research on the topic of the complete embedding of radio frequency identification (RFID) sensors in concrete. The focus is on the antenna of the transponder. Earlier investigations of different RFID technologies, embedded in concrete, showed a difference in energy transmission. The transmission through concrete at ultra high frequency (UHF), in spite of the large signal range, does not match the targeted application specific task. Therefore, the antenna characteristics have been examined more closely. The antenna is an important component for the application of RFID. Through the antenna, energy and data transfer takes place, so it is important to design an optimal antenna to accomplish a maximum embedding depths in concrete. To identify the optimal antenna geometry, different UHF antenna types were selected and investigated. An experimental comparison was performed to gain more information about the damping behavior and antenna characteristics in concrete.
Zerstörungsfreie Feuchtebestimmung und Porengrößenabschätzung an Estrichen mittels NMR (2018)
Nagel, Sarah Mandy ; Strangfeld, Christoph ; Kruschwitz, Sabine
Nuklear magnetische Resonanz (NMR) etabliert sich zunehmend im Bauingenieurwesen als eine alternative Methode zur zerstörungsfreien Feuchtebestimmung in Baustoffen. Schäden, die durch einen zu hohen Anteil an Flüssigwasser auftreten können, sind Ablösungen, Korrosion, Frostschäden, Induktion von Salzkristallisationen, etc. Aufgrund der Sensitivität für 1H-Protonen, ist NMR eine geeignete Methode zur Feuchtedetektion. Dabei kann laut Theorie zwischen frei, chemisch oder physikalisch gebundenem Wasser differenziert werden, während in der Praxis abhängig von der Messtechnik und Probengröße größtenteils nur das freie Wasser detektierbar ist. Mithilfe der NMR Relaxometrie lassen sich nicht nur Relaxationsabklingkurven ermitteln, sondern auch Relaxationszeitenverteilungen, sowie bei Vollsättigung ggf. eine Porengrößenverteilung ableiten. Darüber hinaus lassen sich erste Annahmen über die Entwicklung der Porensättigung bei Teilsättigung der Probe treffen. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der zeitlichen Entwicklung der Porensättigung während des natürlichen Trocknungsprozesses (Teilsättigung) sowie die Ermittlung der Porengrößenverteilung an Beispiel von zementgebundenen Estrichen. Für den Versuch wurden zwei zementgebundene Estrichproben nach abgeschlossener Hydratation wieder aufgesättigt. Während des anschließenden natürlichen Trocknungsprozesses wurden regelmäßig NMR-Messungen durchgeführt sowie die Massenentwicklung observiert. Hauptfokus lag auf der zeitlichen und tiefenabhängigen Entwicklung der Relaxationszeitenverteilungen. Bei fortschreitender Trocknung der Proben konnte eine Verschiebung des Maximums der Relaxationszeitenverteilung zu kleineren Zeiten beobachtet werden. Die Ursache liegt zum einen in dem abnehmenden Anteil an freiem Wasser in größeren Poren und zum anderen in dem verhältnismäßig zunehmenden Signalanteil durch Wasser in kleineren Poren. Durch den Vergleich mit Quecksilberporosimetrie und Gas-Adsorptions-Ergebnissen, konnte aus den NMR-Daten eine unimodale Porengrößenverteilung mit einer dominanten Porengröße von 0,08 bis 0,1 µm und eine effektive Oberflächenrelaxivität von ca. 10 bis 30 µm/s abgeleitet werden.
Zerstörungsfreie Lokalisierung von Flüssigwasser in Schichtaufbauten - Projektvorstellung (2018)
Klewe, Tim ; Strangfeld, Christoph ; Kruschwitz, Sabine ; Ritzer, T.
Da derzeit keine zerstörungsfreie Alternative zur Lokalisierung von Leitungswasserschäden in Fußböden existiert, werden in der Regel unter hohem zeitlichen und finanziellen Aufwand Sondierungsbohrungen vorgenommen, um das entnommene Material im Labor thermo-gravimetrisch zu untersuchen. Dabei nehmen Leitungswasserschäden mit rd. 2,6 Milliarden Euro jährlich den deutlich größten Posten bei Gebäudeversicherungen ein. Für derartige Fragestellungen werden seit einigen Jahren Neutronensonden eingesetzt. Mit diesem Verfahren ist es möglich, sich einen Überblick über die Gesamtwassermenge in einem definierten Baustoffvolumen zu verschaffen, jedoch kann flüssiges und chemisch gebundenes Wasser nicht unterschieden werden. Daher werden die Messdaten mit den Ergebnissen der Sondierungsbohrungen kalibriert. So können auch große Flächen wie Industriefußböden in relativ kurzer Zeit größtenteils zerstörungsfrei untersucht werden. Da die integrale Messweise der Neutronensonde allerdings keine Tiefenzuordnung eines gefundenen Feuchteschadens zulässt, muss auch diese Information über die Bohrkerne generiert werden. Die Idee des Projekts ist, durch den parallelen Einsatz des Radarverfahrens in Zukunft auf Sondierungsbohrungen verzichten zu können. Nach der Abgrenzung trockener von feuchten Bereichen über die Neutronensonde, wird das Radarverfahren herangezogen, um typische Schadensfälle zerstörungsfrei zu unterscheiden. In systematischen Laborstudien an modular aufgebauten Referenzprobekörpern untersuchen wir die Nachweisgrenzen und Detektionswahrscheinlichkeiten der beiden Verfahren für verschiedene, häufig anzutreffende Fußbodenaufbauten. Anschließend sollen über Datenfusion und Signalverarbeitung innovative Auswertungsansätze entwickelt werden, welche die Messergebnisse von Neutronensonde und Radar automatisiert zur Gewinnung eines höheren Informationsgehalts und zur Klassifizierung der Schadensfälle kombinieren. Im Rahmen des Projekts wird die erarbeitete Vorgehensweise an real geschädigten Objekten getestet, um die Methode zu etablieren sowie Akzeptanz bei Anwendern und Eigentümern zu schaffen. Könnten durch genauere Schadenseingrenzung die Sanierungskosten um nur 4% gesenkt werden, ergäbe sich in Deutschland eine Kostenreduzierung von ca. 100 Million Euro jährlich.
Embedded RFID-sensors for concrete bridge structures (2015)
Strangfeld, Christoph
In the near future, it will be important to adopt innovative approaches and technologies in order to further guarantee the reliability and availability of the highway network. New tools are therefore needed in order to obtain in-depth information about the condition of bridges and its development early enough before significant, precarious damage cases occur. In 2011, the research program “Intelligente Brücken (Smart Bridges)” was launched by the BASt together with the BMVI to evolve systems for information and holistic evaluation for Bridge structures as a supplement to the current inspection-based maintenance management. Several projects dealt with the topic in the last few years and provided guidelines and a solid basis to move towards a first implementation considering the input of all research projects carried out so far.
Intelligent bridge: the durabasttest bridge equipped with RFID-based sensors (2016)
Strangfeld, Christoph
The duraBASt area at the highway intersection “Köln-Ost” is a large test field for road testing. It includes the duraBASt test bridge which is ca. 66 m long and 14.25m broad. This bridge is part of the “road in the 21st century” project and is equipped with several sensors for structural health monitoring. This feasibility study is realised to construct intelligent bridges in the future. Quantities like temperature, strain, moisture, corrosion, etc. are measured by embedded sensors. In the presented work, the focus lays on passive RFID-based sensors. The communication and energy supply is realised by a mobile transmitter through the concrete cover. Hence, no cables or batteries are required. The sensors are design to withstand in the alkaline environment in concrete. Thus, moisture and corrosion are detectable for several decades.
  • 1 bis 10

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