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Das Bauwesen erfordert sehr hohe Flächenleistungen, so dass der physische Kontakt zur Oberfläche möglichst vermieden werden sollte, um eine hohe Verfahrgeschwindigkeit der Sensoren zu gewährleisten. Andererseits weisen luftgekoppelte, membranbasierte Aktuatoren durch den Impedanzsprung sehr hohe Verluste auf. Daher stellt das schnelle berührungslose Ultraschallmessen immer noch eine ungelöste Herausforderung im Bauwesen dar.
Das vorliegende Arbeitspapier stellt den Stand des Wissens und der Forschung zum Einsatz von Sensorik in Straßenbefestigungen zur Erfassung von Eingangsgrößen und Merkmalen für die Substanzbewertung zusammenfassend dar. Unter Sensorik versteht dieses Arbeitspapier ganz allgemein technische Einrichtungen, mit denen man die Werte von physikalischen Größen erfassen und zur Interpretation darstellen kann.
Um den Feuchtegehalt von Fußbodenestrich vor der Verlegung von Holz- oder anderen
Bodenbelägen zu bestimmen, werden zerstörende Prüfverfahren wie die Calcium-Carbid
Methode (CM) oder das thermogravimetrische Darr-Verfahren eingesetzt. Diese liefern
jedoch einmalig nur punktuelle Informationen und sind je nach Estrichtyp auch störanfällig.
Zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie wurde an der BAM ein Ringversuch
durchgeführt, dessen Ziel es war, verschiedene nach Möglichkeit zerstörungsfreie oder –
arme Prüfverfahren hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Sensitivität vor allem im Bereich der
Belegereife zu testen. Hier dargestellt sind die Ergebnisse aufgenommen an einer
Calciumsulphat-Estrich Probe vom Typ Knauf FE80 Largo mit drei Verfahren, die auch
Aussagen über die Feuchtegradienten in die Tiefe zulassen. Die Proben wurden bei
Konstant-Normklima mit T=23 °C und rH=50 % zur Trocknung gelagert.
Das Ultraschallprüfverfahren wird im Bauwesen für die zerstörungsfreie Prüfung von Bauwerken eingesetzt, insbesondere für Strukturuntersuchungen. Dadurch sollen Lage und Größe von Bauschäden detektiert werden, um geeignete und kostengünstige Sanierungsmaßnahmen ergreifen zu können. Da in der Praxis meist nur eine einseitige Zugänglichkeit gegeben ist (z. B. Betonverschalung eines Tunnels), wird im Impuls-Echoverfahren gemessen. Dies bedeutet, dass ein Ultraschallsignal erzeugt und dessen Echo aufgenommen wird. Prüfköpfe, welche einen Oberflächenkontakt benötigen, erhöhen die benötigte Messzeit dramatisch. Mittels luftgekoppeltem Ultraschall können viele naupraktische Problem umgangen werden und die Messzeit kann deutlich reduziert werden. Als Möglichkeit zur Anregung eines luftgekoppeltem Ultraschallsignals werden fluidische Bauteile diskutiert
Entwicklung eines luftgekoppelten Ultraschall-Echo-Prüfverfahrens mittels fluidischer Anregung
(2019)
In vielen technischen Bereichen werden Ultraschallverfahren zur zer-störungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt. Dabei wird ein Schallpuls von einem Prüfkopf in ein Prüfobjekt eingebracht. Der Puls kann unter anderem durch Membra-nen oder Piezoelemente erzeugt werden und wird in der Regel durch direkten Kontakt oder über ein Koppelmittel an das Objekt übertragen. Luftgekoppelter Ultraschall spielt in kommerziellen Anwendungen bisher eine untergeordnete Rolle, da die Dif-ferenz der akustischen Impedanzen von Luft und Festkörpern immense Verluste beim Übergang des Schallsignals hervorruft.
In diesem Beitrag soll ein neuartiges Anregungsprinzip vorgestellt werden, mit dem ein Großteil dieser Verluste vermieden wird. Anstelle eines Festkörpers soll mit Hilfe einer fluidischen Düse Druckluft zur Signalerzeugung eingesetzt werden. In die-ser Düse wird eine selbsterhaltende Strömungsinstabilität erzeugt, die einen Schall-puls von bis zu 100 kHz hervorruft, sodass der Impedanzverlust in die Umgebungsluft entfällt. Da die charakteristische Frequenz eines fluidisch generierten Pulses maßgeb-lich von der Bauform der Düse und dem anliegenden Druck abhängt, lässt sich mittels einer geeigneten Strömungsregelung ein breiter Frequenzbereich zur Abtastung nut-zen. Die so emittierten Pulse werden auf das Prüfobjekt gerichtet und die reflektierten Signale mit einem Laservibrometer an der Oberfläche des Objekts im Echo-Verfahren abgetastet. Von drei signalmindernden Materialübergängen bei gewöhnlichem luftge-koppeltem Ultraschall bleibt in dem hier vorgeschlagenen Messystem lediglich die Grenzfläche von Luft zu Prüfkörper, sodass eine höhere Signalausbeute als bisher er-wartet werden kann.
Ultraschallmessverfahren werden seit Langem erfolgreich für Prüfaufgaben im Bauwesen eingesetzt. Die dauerhafte Überwachung und frühzeitige Erkennung von Schäden an komplexen Neubauten und alternder Infrastruktur kann mittels Ultraschall-Transmissionsmessungen und speziellen Auswertemethoden, wie z. B. Korrelationverfahren und Codawelleninterferometrie, realisiert werden. Für die Dauerüberwachung wurde ein kompaktes System entwickelt, das Ultraschall-Messdaten erfassen und ins Internet auf einen FTP-Server übertragen kann. Es können hierbei alle angeschlossenen Prüfköpfe für jede Messung wahlweise als Sender oder Empfänger geschaltet werden. Es wurden Vorverstärker entwickelt, bei denen die Versorgung mit Strom über die Messleitung erfolgt. Dadurch können die Verstärker nahe am Prüfkopf positioniert werden. Durch Änderungen in den Ultraschall-Signalen können Schädigungen des Bauteils, wie z.B. Risse, in Echtzeit erkannt werden.
Um den Feuchtegehalt von Fußbodenestrich vor der Verlegung von Holz- oder anderen Bodenbelägen zu bestimmen, werden zerstörende Prüfverfahren wie die Calcium-Carbid Methode (CM) oder das thermogravimetrische Darr-Verfahren eingesetzt. Diese liefern jedoch einmalig nur punktuelle Informationen und sind je nach Estrichtyp auch störanfällig. Zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie wurde an der BAM ein Ringversuch durchgeführt, dessen Ziel es war, verschiedene nach Möglichkeit zerstörungsfreie oder – arme Prüfverfahren hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Sensitivität vor allem im Bereich der Belegereife zu testen. Hier dargestellt sind die Ergebnisse aufgenommen an einer Calciumsulphat-Estrich Probe vom Typ Knauf FE80 Largo mit drei Verfahren, die auch Aussagen über die Feuchtegradienten in die Tiefe zulassen. Die Proben wurden bei Konstant-Normklima mit T=23 °C und rH=50 % zur Trocknung gelagert.