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Organisationseinheit der BAM
In der BAM wurde als Gemeinschaftsvorhaben der Fachgruppe „Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren“ ein rechnergesteuerter Messabtaster für Bauwerksteile (Baustellenscanner) entwickelt. Es handelt sich um ein auf Schienen verfahrbares modulares System mit einem multifunktionalen Messkopf für mehrere zerstörungsfreie Prüfverfahren. Mit dem Baustellenscanner können Objekte wie Brücken oder Fundamentplatten schneller und genauer als bisher bei gleichzeitig reduziertem Personalaufwand untersucht werden.
Quantitative determination of sulfur content in concrete with laser-induced breakdown spectroscopy
(2005)
Laser-induced breakdown spectroscopy has been employed for the investigation of the sulfur content of concrete. Sulfur compounds are a natural but minor component in building materials. The ingress of sulfates or sulfuric acid constitutes a major risk of chemical aggression for concrete. There is a need for a fast method, which can be used on-site and is able to investigate a wide range of different measuring points, so that damages can be characterized.
For quantitative determination the sulfur spectral line at 921.3 nm is used. The optimum ambient atmosphere has been determined by comparison of measurements accomplished under air, argon and helium atmosphere.
Reference samples have been produced and calibration curves have been determined, the results of LIBS measurements are compared with results from chemical analysis. Defining a limit for the intensity ratio of a calcium and a oxygen spectral line can reduce the influence of the heterogeneity of the material, so that only spectra with a high amount of cementitious material are evaluated. Depth profiles and spatial resolved sulfur distributions are presented measured on concrete cores originating from a highly sulfate contaminated clarifier.
Bemessungsregeln werden im Bauwesen derzeit auf der Grundlage der so genannten Zuverlässigkeitsanalyse entwickelt. Auf ihr ist auch das Sicherheitskonzept der EUROCODES gegründet. Seit ungefähr einem Jahrzehnt werden auch Dauerhaftigkeitsanalysen nach dieser Vorgehensweise durchgeführt. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie Methoden der Zuverlässigkeitsanalyse nun auch auf Messaufgaben angewandt werden können. Dies wird am Beispiel der zerstörungsfreien Prüfung von Tunnelinnenschalen mit dem Ultraschallecho-Verfahren erläutert, dessen Anwendung in der Richtlinie RI-ZFP-TU des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung geregelt ist. Es wird gezeigt, wie Messdaten weitergehend ausgewertet werden können und welche Rückschlüsse daraus gezogen werden können. Damit kann die Eignung zerstörungsfreier Prüfverfahren im Bauwesen bezogen auf die vorhandenen Randbedingungen der Prüfaufgabe auch quantitativ angegeben werden.
Laser-induced breakdown spectroscopy has been used for quantitative measurement of trace elements, e.g. sulfur and chlorine, in concrete. Chloride and sulfate ions have a large effect on the durability of concrete structures, and quantitative measurement is important for condition assessment and quality assurance. Concrete is a highly heterogeneous material in composition and grain-size distribution, i.e. the spatial distribution of elements. Calibration plots were determined by use of laboratory-made reference samples consisting of pressings of cement powder, hydrated cement, cement mortar, and concrete, in which the heterogeneity of the material is increasing because of the aggregates. Coarse aggregate and cement paste are distinguishable by the intensity of the Ca spectral lines. More advanced evaluation is necessary to account for the effect of the fine aggregate. The three series of reference samples enable systematic study of the effects of heterogeneity on spectral intensity, signal fluctuation, uncertainty, and limits of detection. Spatially resolved measurements and many spectra enable statistical evaluation of the data. The heterogeneity has an effect on measurement of the sulfur and chlorine content, because both occur mainly in the cement matrix. Critical chloride concentrations are approximately 0.04% (m/m). The chlorine spectral line at 837.6 nm is evaluated. The natural sulfur content of concrete is approximately 0.1% (m/m). The spectral line at 921.3 nm is evaluated. One future application may be simultaneous determination of the amount of damaging trace elements and the cement content of the concrete.
The re-use of foundations on urban sites contributes to the Sustainable Development in construction. Investigations at potential parts to be re-used should be performed in time to influence the planning process. Non-destructive testing methods in civil engineering (NDT-CE) provide necessary information about location, dimension and condition of existing foundations. Thickness measurement of foundation slabs, imaging of their geometry is dealt with as well as localisation of voids and reinforcement beyond surface-near layers. For pile foundations this article introduces NDT-CE methods to measure the pile length or deviation of an expected length as well as to determine the pile integrity. Practical examples of typical testing problems are given and show the possibilities as well as limits of a method. This guidance enables the planning engineer to consider the use of NDT-CE methods and to assure their successful application.
Eine realistische Abschätzung des finanziellen Instandsetzungsaufwands im Vorfeld einer Betoninstandsetzung basiert auf der detaillierten und belastbaren Kenntnis des Bauwerkszustands. Mit Hilfe zerstörungsfreier Prüfverfahren im Bauwesen (ZfPBau-Verfahren) können Schadensart, -umfang und -ursachen ermittelt und wirksame Instandsetzungsmaßnahmen festgelegt werden. In dem Beitrag wird auf folgende Anwendungsgebiete von ZfPBau-Verfahren hingewiesen: Brückenprüfung nach DIN 1076 (Objektbezogene Schadensanalyse), RI-ZFP-TU - Richtlinie für die Anwendung der zerstörungsfreien Prüfung von Tunnelinnenschalen (Qualitätssicherung) und Nachhaltiges Bauen durch Wiedernutzung vorhandener Bausubstanz. Es wird eine Übersicht akustischer (Ultraschallecho, Impakt-Echo), elektromagnetischer (Radar, Infrarot-Thermografie, Radiografie), elektrochemischer (Potentialfeldmessung), magnetischer (Remanenzmagnetismus-Verfahren) und spektroskopischer (Laser-Induzierte Breakdown Spektroskopie) ZfPBau-Verfahren gegeben.
Die Schwerpunkte der beschriebenen baupraktischen Anwendungen bilden Zustandsermittlung von Bauteilen und Qualitätssicherung von Instandsetzungsmaßnahmen. Dabei werden Leistungsfähigkeit und Grenzen der Verfahren anhand von durchgeführten Untersuchungen aufgezeigt. Die aktuellen Literaturhinweise auf Verfahrensgrundlagen, detaillierte Messergebnisse und Anwendungshinweise ermöglichen ein vertieftes Studium. Die zusammenfassende Betrachtung der beschriebenen Verfahren soll dem planenden bzw. bauüberwachenden Ingenieur Hinweise geben, die ihm eine erste Einschätzung erlauben, ob und in welchem Maß der Einsatz eines ZfPBau-Verfahrens als erfolgversprechend angesehen werden kann.
Die Validierung dient bereits in vielen Bereichen der Technik zum Nachweis, ob mit einem Verfahren Kundenanforderungen erfüllt werden können. Da gerade die im Bauwesen verwendeten zerstörungsfreien Prüfverfahren bis auf den Rückprallhammer nicht in einer deutschen Norm geregelt sind, kann die Validierung zur verbesserten Anwendungssicherheit nicht genormter Verfahren beitragen. Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens wird für den Kunden transparent, so dass er die Güte der Messergebnisse einschätzen kann. Das ist besonders dann von Bedeutung, wenn aus dem Messergebnis eine belastbare Aussage abgeleitet werden soll und hohe Anforderungen bezüglich der Messgenauigkeit bestehen. So entsteht z. B. die Frage, welche Bauteildicke nach zerstörungsfreien Untersuchungen für eine statische Nachrechnung auf einem bestimmten Vertrauensniveau angesetzt werden kann oder mit welcher Sicherheit Pfahlgründungen, deren Länge ebenfalls zerstörungsfrei bestimmt wurde, in eine tragende Schicht einbinden. In dem Beitrag werden die Grundzüge der Durchführung einer Validierung beschrieben und am Beispiel der Dickenmessung an Fundamenten erläutert. Die beschriebene Vorgehensweise kann prinzipiell auf eine Vielzahl im Bauwesen auftretender Prüfaufgaben angewandt werden. Sind die Anforderungen an die Prüfaufgabe bezüglich der Genauigkeit nicht so hoch, können vereinfachte Abschätzungen der Messunsicherheit vorgenommen werden.