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Mit Radar, Impact-Echo und Ultraschallecho wurden 2004/2005 zwei Spannbetonbrücken der stark befahrenen A 23 Südosttangente in Wien zerstörungsfrei untersucht. Bei den Bauwerken handelt es sich um Hohlkastenbrücken, die 1975/76 unter Verwendung unterschiedlicher Spannsysteme errichtet wurden. Durch Messungen mit den zerstörungsfreien Prüfverfahren an den Außenseiten zweier Hohlkastenstege wurde sowohl die schlaffe Bewehrung als auch Längsspannglieder in den Stegen geortet. Darüber hinaus sollte der Verpresszustand der Spannglieder mit Hilfe der akustischen Verfahren Impact-Echo und Ultraschallecho ermittelt werden.
Zusammenfassung
Die Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) ist eine analytische Methode mit der die Elementverteilung auf der Oberfläche von Proben orts- und tiefenaufgelöst ermittelt werden kann. Ein intensiver, infraroter Laserstrahl wird auf die Oberfläche fokussiert. Durch die hohe Energiedichte werden einige Mikrogramm Material verdampft und ein Plasma gebildet. Bei der Ausdehnung und Abkühlung des Plasmas wird die charakteristische Fluoreszenz der verdampften Elemente abgestrahlt und mit spektroskopischen Mitteln analysiert. Die Empfindlichkeit der Methode liegt im ppm-Bereich, die typische Messgenauigkeit beträgt einige Prozent. Die Ergebnisse liegen quasi on-line vor, es ist keine Probenpräparation notwendig und die Apparatur ist vor Ort einsetzbar.
Im Artikel werden Anwendungen der LIBS zur Untersuchung von Baustoffen beschrieben. Die Ergebnisse der Ermittlung der Salzverteilung in Baustoffen, der Untersuchung der Betonzusammensetzung und dem Nachweis von hydrophobierten Schichten auf unterschiedlichen Baustoffen werden vorgestellt.
For the investigation of the complex inner structure of historic buildings, the application of radar has been increased during the last ten years. Although historic masonry in general is very inhomogeneous and although in some cases high absorption occurs due to enhanced moisture, radar has been successfully applied to get information on geometry, position of inclusions and about kind and size of existing damages. In this paper case studies will be presented concerning the localisation of metallic inclusions and the investigations of the structure of an exterior wall with a multiple leaf structure.
Ortung von Hohlstellen und Ablösungen in Betonkonstruktionen mit Radar und Impuls-Thermografie
(2003)
Non-destructive testing (NDT) of concrete structures is performed using pulse-echo methods. According to the type of the applied waves it can be classified as acoustic (Impact-Echo, Ultrasonics) and electromagnetic methods (Radar). The results are visualised through different imaging processes. This work is performed in the frame of a research project promoted by Deutsche Forschungsgemeinschaft (FOR384).The objective of data fusion is to use the complementary information of the different methods. Radar can detect metallic reflectors in concrete (metallic ducts and concrete reinforcement) very well. This method is not able to locate defects behind these reflectors (injecting defects, defects behind close concrete reinforcement), because the electromagnetic waves are completely reflected at metals. The acoustic methods are able to compensate this deficit i.e. acoustic waves can penetrate through metal. But acoustic waves in the ultrasonic range are completely reflected by air layers. Air layers have smaller influence on radar propagation, so that both methods complement each other.In order to be able to combine the NDT-data from several methods records at the same volume, the different data setsmodes of signals must be adapted. The ultrasonic and radar data have to be reconstructed with programs based on the Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) before data fusion. Subsequently, a conversion of the data into a uniform format has to be carried out. This is a prerequisite in order to keep the data exchange between the project partners as simple as possible. After the data sets are imported and transferred into a common reference system, they can be processed with operations according to the purpose of the investigation. Results, which have been achieved in concrete test specimen with radar and ultrasonics, will be presented and will show the feasibility of the data fusion method.
Im Rahmen eines FE-Projektes “Inspektion Fester Fahrbahnen“ der BAM und der Deutschen Bahn AG geht es um die Anwendung und weitere Entwicklung zerstörungsfreier Messverfahren zur Beurteilung des Zustandes Fester Fahrbahnen.
Nach ersten Versuchsreihen direkt im Gleis wurden für verschiedene Bauarten die charakteristischen Herstellungsbedingungen simuliert und systematisch untersucht. Die kombinierte Anwendung der drei Messverfahren Ultraschall-Array-, Impakt-Echo- und Impuls-Radar-Verfahren wird hier an dem Beispiel “Betonschwelle in Betoneinbettung” dargestellt.
Application of laser induced breakdown spectroscopy for the detection of hydrophobic coatings
(2001)
Im Rahmen von Ertüchtigungsmaßnahmen an Spannbetonbrücken werden häufig Kernbohrungen durchgeführt, die die vorhandenen Spannbewehrungen nicht beschädigen dürfen. Die Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) kann einen wesentlichen Beitrag leisten, das Risiko einer Beschädigung zu minimieren und somit eine bessere Planungssicherheit für die Ertüchtigungsmaßnahmen zu schaffen. Typische ZfP-Verfahren für das Auffinden von vorgespannter Bewehrung sind das Radar- und das Ultraschallverfahren. Am Beispiel der Ertüchtigung einer Brücke in Bremen wird die Vorgehensweise beschrieben, und es werden die Grenzen der Verfahren aufgezeigt.
The delamination of concrete slabs is the separation along a plane roughly parallel to, and generally near, the surface. Corrosion-induced delamination is a common problem in old concrete bridge decks. If undetected, delaminations could expand, reach the surface, and result in spalling. Early detection of delamination is necessary for planning timely repairs that prevent costly deck replacement projects. Most bridge owners rely on routine visual and traditional surveys of bridge deck conditions. These surveys are highly subjective and can locate only large shallow delaminated zones. Several nondestructive testing (NDT) techniques have recently been employed for bridge deck evaluation to obtain more objective and comprehensive assessment. The reliability of applicable methods needs to be established before a greater role for NDT in routine inspections can be encouraged. This paper presents a validation study aimed at evaluating the effectiveness of three NDT techniques, namely impact echo, ultrasound (US) echo, and US linear array, in detection of delamination. This study is unique because the subject test specimens were deteriorated bridge deck segments preserved from the demolition of a prestressed box girder bridge. The results of the tests conducted on one of the specimens are presented and discussed here: impact echo provided satisfactory overall assessment, but the individual results were often difficult to interpret; US echo detected deep delaminations but not shallow ones; and US linear array located the extent of deep delaminations and provided indications of shallow ones.
Non-destructive testing (NDT) of concrete structures is performed using pulse-echo methods. According to the type of the applied waves it can be classified as acoustic (Impact-Echo, Ultrasonics) and electromagnetic methods (Radar). The results are visualised through different imaging processes. This work is performed in the frame of a research project promoted by Deutsche Forschungsgemeinschaft (FOR384). The objective of data fusion is to use the complementary information of the different methods. Radar can detect metallic reflectors in concrete (metallic ducts and concrete reinforcement) very well. This method is not able to locate defects behind these reflectors (injecting defects, defects behind close concrete reinforcement), because the electromagnetic waves are completely reflected at metals. The acoustic methods are able to compensate this deficit i.e. Acoustic waves can penetrate through metal. But acoustic waves in the ultrasonic range are completely reflected by air layers. Air layers have smaller influence on radar propagation, so that both methods complement each other. In order to be able to combine the NDT-data from several methods records at the same volume, the different data setsmodes of signals must be adapted. The ultrasonic and radar data have to be reconstructed with programs based on the Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) before data fusion. Subsequently, a conversion of the data into a uniform format has to be carried out. This is a prerequisite in order to keep the data exchange between the project partners as simple as possible. After the data sets are imported and transferred into a common reference system, they can be processed with operations according to the purpose of the investigation. Results, which have been achieved in concrete test specimen with radar and ultrasonics, will be presented and will show the feasibility of the data fusion method.
Complex resistivity (CR) behavior of building material - first results of field scale measurements
(2008)
Radar und Datenfusion
(2007)
Ground Penetration Radar (GPR) as a non-destructive (NDT)-method can be applied to obtain detailed information about the inner structure and condition of bridges without damaging the structure.
In this paper the capabilities and limitations of the application of the fast inspection technique GPR will be demonstrated.
In addition to GPR investigations, geoelectrical measurements, coring and petrophysical investigations have been carried out.
The investigated railway bridge in Olesnica is a typical European masonry arch bridge (age, construction and span length).
It shows typical damage to the masonry arches such as increasing salt concentration, destruction, material losses and longitudinal cracks.
Radar measurements were carried out with two main objectives: (1) Identification of basic geometric dimensions of the bridge and identification of construction details; (2) Evaluation of the condition of the masonry, such as mechanical damage (e.g. cracks) or variation of the moisture content.
Radar antennas of different frequencies (having different penetration depths) have been used to estimate the thickness of the walls.
Because of the high attenuation in the inner masonry structure the measurements have not produced satisfying results, but the radar measurements have been successfully applied to investigate the moisture distribution in the masonry.
These results have been verified by coring and through geoelectrical measurements.
Cracks were studied at two testing areas at one wing wall of the bridge using an automatic 2D radar scanning system.
The radar data were processed using advanced data processing tools like FT-SAFT reconstruction and data fusion.
The processing sequence allowed the creation of high-resolution depth sections (C-Scans).
Influence of concret properties on the calibration of radar, ultrasonics and active thermography
(2008)
Die Bauwerke der Bundesfernstraßen (Brücken, Tunnel, Lärmschutzwände) sind gemäß DIN 1076 regelmäßig zu überprüfen. Bei der alle sechs Jahre stattfindenden Hauptprüfung sind diese Bauwerke handnah zu untersuchen und die Schäden nach Standsicherheit, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit zu bewerten.
Allerdings lassen sich versteckte Schäden beziehungsweise Ursachen von sichtbaren Schäden nicht immer erkennen. Aus diesem Grund sind in den vergangenen Jahren verstärkt Anstrengungen auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfverfahren (ZfP) im Bauwesen unternommen worden. Hierbei haben die Verfahren Radar, Impact-Echo und Ultraschall ihre prinzipielle Einsatzfähigkeit zur Schadenserkundung beziehungsweise -bewertung bewiesen. Allerdings haben die einzelnen Verfahren ihre bestimmten Einsatzgrenzen beziehungsweise Randbedingungen, die zu beachten sind. Zudem ist der Einsatz dieser Verfahren zur Untersuchung größerer Flächen sehr zeit- und personalintensiv und erzeugt zurzeit noch nicht unerhebliche Kosten. Aus diesem Grund hat die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung einen Baustellenscanner entwickelt, der es ermöglicht, automatisiert eine größere Fläche eines Bauwerks mit den oben genannten Verfahren der ZfP zu untersuchen.
Zur Untersuchung eines Bauwerks vor Ort wurde die Fuldatalbrücke Eichenzell gewählt, die im Zuge des Ausbaus der Bundesstraße zur Autobahn A 66 abzureißen war. Mit Unterstützung der Hessischen Straßenbauverwaltung und hierbei speziell des ASV Fulda wurden Untersuchungen mit Radar, Impact-Echo und Ultraschall an der Fahrbahnplatte von oben beziehungsweise von unten sowie an der Innenseite des Hohlkastensteges durchgeführt.
Der Baustellenscanner und die einzelnen Verfahren konnten praxisnah erprobt und ihre Eignung nachgewiesen werden. Ein großer Vorteil der automatisierten Untersuchung eines Bauwerkes mit verschiedenen Verfahren liegt darin, dass die Messung bei den einzelnen Verfahren auf den gleichen Messpunkten erfolgt und somit eine Datenüberlagerung möglich ist. Mit Hilfe spezieller Auswerte- beziehungsweise Überlagerungssoftware konnte eine Datenfusion erreicht werden, die die Vorteile der einzelnen Verfahren zur besseren Untersuchung des Bauwerkes nutzen konnte.
Non-destructive testing (NDT) of concrete structures plays an increasing role in civil engineering. This paper presents the results of systematic measurements carried out in the laboratory at BAM and on-site at several bridges using reconstructed and fused radar and ultrasonic echo data sets. For investigating the influence of concrete mixture, radar and ultrasonic measurements were performed at test specimens consisting of concrete mixtures with different pore content and distribution as well as with steel fibres. Further, it is demonstrated how the fusion of data sets recorded with different methods at the same structure (here: concrete bridges) enhances the information content in the fused data set. Different approaches for data fusion algorithms are discussed. The results of these investigations show the high potential of reconstruction and data fusion for the improvement and simplification of the interpretability of large data sets measured with impulse-echo methods. The presented results are based on the research project FOR384 funded by the DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft).
Automated NDE of post-tensioned concrete bridges using radar, ultrasonic echo and impact-echo
(2006)
Moisture ingress is one of the major deteriorating factors for building materials. Today, the only approved way to assess such damage is the gravimetric Darr method, which is essentially destructive. Substantial progress has been made using the geophysical complex-resistivity method, which can be applied non-destructively and provides spatial information along two-dimensional sections, rather than punctual along one borehole. Considerable advantages of complex resistivity are its sensitivity to textural properties, as well as the pore-fluid chemistry of wet, porous media. In a comprehensive laboratory study, and later in field scale experiments, it could be shown that complex resistivity may even be able to distinguish between salt content and saturation degree in a single measurement. A comparison with complementary nondestructive testing techniques points to the benefit and further research to be explored in multimethodical approaches.
Non-destructive and minor destructive testing methods enable a classification of historic structures, building processes, applied building technologies and materials. Therefore, these methods should be part of the global investigation of historic buildings which is usually required before the planning of any building intervention. The case study presented herein encompasses experimental work carried out at the St. Servatius Church in Quedlinburg, Germany. Within a comprehensive restoration campaign, non-destructive on-site investigations were carried out with radar and ultrasonics. The results were combined with plans, views and cores recorded in advance.
Building stones are porous media and they can deteriorate through moisture ingress and secondary damage such as crystallization of soluble salts. Not only is this due to the increasing number of flood events in the past years but also structural damages of houses from activity such as leakage or rising moisture (groundwater) are the main causes. The potential benefit of several nondestructive testing methods to assess water damage in building stone has been studied in a field-scale experiment. Three testing walls made of fired clay brick, sandstone, and spongilite were flooded and their drying behavior monitored using infrared thermography, complex resistivity, ground penetrating radar, and ultrasonics. The results were compared to the average moisture content determined by gravimetric weighing of the specimens. Qualitatively, the results of the different nondestructive testing methods matched well. But in terms of quantitative data, some scatter was observed and the results should be viewed with care. Collecting time-consuming calibration data would help to overcome this problem, but especially when dealing with historic building structures, this is not always possible in practice.
Der Bedarf an Kernbohrungen in Stahlbetonbauwerken ist in den letzten Jahren durch die steigende Anzahl von Instandsetzungen und Ertüchtigungen unterschiedlicher Stahlbetonbauten stark gewachsen. Für die Durchführung einer Kernbohrung ist die Kenntnis der genauen Lage der vorgespannten Bewehrung notwendig, um diese für die Statik wichtigen Elemente nicht zu beschädigen. Das methodische Vorgehen für die schadensfreie Durchführung von Kernbohrungen wird am Beispiel einer ca. 1 m dicken Hohlkastenseitenwand der Karl-Carstens Brücke in Bremen gezeigt. Nach der Darstellung der Ausgangslage und der Aufgabenstellung werden die Schritte beschrieben, die zu einer erfolgreichen Durchführung der Aufgaben erforderlich waren. Hierbei steht die planmäßige Anwendung der zerstörungsfreien Untersuchungsmethode Impulsradar im Vordergrund. Das Vorgehen gliedert sich in vier Schritte:
- Zunächst wurde eine Voruntersuchung durchgeführt, um festzustellen, ob sich die vorgespannte Bewehrung in den erwarteten Tiefen von bis zu 50 cm und unter den vorhandenen Bedingungen der Hohlkastenseitenwände mit dem Impulsradar detektieren lässt.
- Nach der erfolgreichen Voruntersuchung wurden im zweiten Schritt die Bereiche der geplanten Kernbohrungen großflächig mit dem Impulsradar untersucht.
- Anschließend konnte anhand der Messdaten die Lage der Bewehrung ermittelt und in einen Plan eingezeichnet werden, der im Maßstab 1:1 ausgedruckt wurde. Dieser Plan wurde positionsrichtig auf die Oberfläche der Hohlkastenwand geklebt.
- Im letzten Schritt wurden dann gezielte Test- und Suchbohrungen durchgeführt, denen die eigentlichen Kernbohrungen folgten.
Mit der im Plan dargestellte Bewehrungslage war die Voraussetzung für schadensfreies Bohren gegeben. So konnten die Kernbohrungen durchgeführt werden, ohne die vorgespannte Bewehrung zu beschädigen.
In Zeiten knapper Kassen wird überall nach Wegen gesucht Kosten einzusparen. Im Bauwesen geht es dabei um Kosteneinsparungen ohne Reduktion der Sicherheit und Dauerhaftigkeit des Bauwerks. Beim Bauen im Bestand können mit einer zerstörungsfreien Prüfung von Bauwerken die Weiternutzung oder die erforderlichen Umbauten optimiert werden und so Kosten eingespart werden.
Anhand eines erfolgreichen Messeinsatzes an einer Spannbetonbrücke, deren Querspannglieder zuverlässig lokalisiert und nachfolgend instandgesetzt werden sollen, wird die Vorgehensweise der Radarmessung mit zwei verschiedenen Polarisationsrichtungen der Antenne zur Unterscheidung von unterschiedlichen Arten der Bewehrungen ausführlich erklärt. Das Radarverfahren eignet sich sehr gut für die zerstörungsfreie Ortung von Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Insbesondere lässt sich mit dem Verfahren vorgespannte Bewehrung bis in einer Tiefe von ca. 30 cm und bei einem normalen Bewehrungsgrad (Maschenweite >10 cm) der schlaffen Bewehrung zuverlässig auffinden. Seit einigen Jahren wird das Radarverfahren erfolgreich im Vorfeld einer schadensfreien Kernbohrung im Rahmen von Ertüchtigungsmaßnahmen von Stahlbetonbrücken mit externen Spanngliedern angewendet. Aufgrund der Lage und dem Verlauf der vorgespannten Bewehrung in Hohlkastenseitenwänden und Plattenbalken kann eine vorgespannte Bewehrung von schlaffer Bewehrung in diesen Bauwerken sehr gut unterschieden werden. Diese Unterscheidungsmerkmale lassen sich aber bei Querspanngliedern in einer Fahrbahnplatte nur selten anwenden, da häufig die Überdeckung und der Abstand der schlaffen Bewehrung und der Querspannglieder ähnlich sind. In diesem Beitrag wird beschrieben, wie der gezielte Einsatz verschiedener Polarisationsrichtungen der Antenne zu einer zuverlässigen Unterscheidung von schlaffer Bewehrung und Spanngliedern beiträgt und damit zu einer verbesserten bildgebenden Darstellung der inneren Konstruktion der Fahrbahnplatte führt.
Der große Vorteil der vorgestellten Methode liegt in der quasi on-line Bereitstellung der Ergebnisse und in der Möglichkeit des Einsatzes direkt am Bauwerk. Die vorliegenden Meßergebnisse zeigen den erfolgreichen Einsatz von LIBS zur Messung der Betonzusammensetzung. Eine Unterscheidung von Zementen gelingt durch die Einordnung der Meßwerte ins Dreistoffdiagramm.
Neue kleine Laser, handliche Echellespektrographen und neuartige Lichtleiter lassen sich zu mobilen LIBS-Apparaturen kombinieren, die eine Messung undAuswertung vor Ort ermöglicht.
Our aim is the application of LIBS as a simple, quasi on-line method for the non-destructive testing of concrete. Concrete is naturally inhomogeneous. Therefore we must take into account the local variation of the element composition using a statistical analysis. Depending on how much cement and aggregate is measured with each laser pulse, a scan on the surface of a concrete specimen produces a distribution of points in the Rankin diagram which is used to characterise the concrete.