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Für Ultraschallmessungen in Betonbauteilen wurden neuartige radialsymmetrisch abstrahlende Longitudinalwellenprüfköpfe mit einer Mittenfrequenz von 60 kHz auf deren Eignung hinsichtlich Abstrahlcharakteristik, Empfindlichkeit und Frequenzspektrum untersucht.
Für die Messung der Abstrahlcharakteristiken wurden die Prüfköpfe vertikal und horizontal in Betonzylinder eingebettet und die Richtungsabhängigkeiten der Schallschnelle mithilfe eines Laservibrometers gemessen.
Die Streuung der Prüfkopfempfindlichkeit wurde im Wasserbad unter Verwendung verschiedener Köpfe gleicher Bauart bestimmt. Außer Änderungen der Signalamplituden zeigten sich auch Schwankungen im Frequenzbereich bei verschiedenen Sender-Empfängerkombinationen.
Die Schallschwächung des Betons hat Einfluss auf die erreichbare Auflösung der Messungen und damit auf die maximal möglichen Senderabstände im Bauteil. Durch experimentelle Untersuchungen und Simulationen erfolgte eine Optimierung der Abstände hinsichtlich des Aufwandes und der geforderten Auflösung. Die Signalschwächung im Beton wurde mit verschiedenen Impulsen im Frequenzbereich von 50 kHz bis 100 kHz in Abhängigkeit verschiedener Bewehrungsgrade und Korngrößen ermittelt. Hierfür wurden die Sensoren in unterschiedlichen Abständen in die Probekörper einbetoniert und die Empfangssignale hinsichtlich Amplitudenabfall und Frequenzspektrum untersucht.
Ultrasound sensors should be embedded into concrete for monitoring concrete properties. These new longitudinal wave sensors with a center frequency of 60 kHz were examined regarding their suitability for ultrasonic measurements in concrete structures in terms of emission characteristics, sensitivity and frequency ränge.
For the measurement of the radiation patterns, the sensors were embedded vertically and horizontally in concrete cylinders. The directivity pattern was measured using a laser vibrometer.
The sensitivity of the sensor was determined in water using different sensors of the same type. It shows changes in the signal amplitude as well as variations in the frequency ränge for different transmitter-receiver combinations.
The attenuation of the concrete affects the achievable resolution of the measurements and thus, the maximum possible spacing of the sensors within a concrete element. Experimental tests helped optimizing the distances with respect to the required resolution and the effort of embedding the sensors. The signal attenuation in the concrete was measured in the frequency ränge of 60 kHz in response to various degrees of reinforcement and grain size. For this purpose, the sensors were cast at different distances in the specimens studied. The recorded Signals were evaluated for their amplitude and frequency spectrum.
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.