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Eingeladener Vortrag
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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.
Am Deutschen Dom wurden Mikrowellenabsorptionsmessungen, Radar und Infarot- Thermographie als moderne zerstörungsfreie Prüfverfahren der Feuchtemessung in Mauerwerk erprobt. Ergänzende numerische Simulationsrechnungen des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports sollen bei der Auswahl von Trockenlegungskonzepten helfen.
Zusammenfassung
Bei der Errichtung von Spannbetonbauwerken und der Verwendung immer leistungsfähigerer Betone werden die Anforderungen an eine hochwertige und fehlerlose Bauausführung stetig höher.
Zur Vermeidung von Baumängeln und damit zur Sicherung der Tragfähigkeit, sowie zur Erhöhung der Lebensdauer eines Bauwerks ist eine Qualitätsüberwachung bzw. - kontrolle notwendig. Die Hüllrohrortung und die Bestimmung des Verpresszustandes ist demzufolge eine Aufgabe, der im Bauwesen eine wachsende Bedeutung zukommt.
An einem Betonprobekörper mit drei Hüllrohren mit unterschiedlichen Verpresszuständen wurden Messungen durchgeführt, mit dem Ziel, diese zu orten und Aussagen über den Verfüllzustand zu machen.
Die Position der Hüllrohre im Betonprobekörper konnte eindeutig bestimmt werden. Es war nicht möglich, die Tiefenlage zu ermitteln. Nach der Einbringung und Verpressung eines Stabstahles in eines der Hüllrohre waren signifikante Veränderungen im Impaktechogramm zu erkennen, so dass die beiden Verfüllzustande voneinander zu unterscheiden waren.
Gerade bei begrenzter Probekörpergeometrie ist zu beobachten, dass die Impaktechogramme mit regelmäßigen Mustern überlagert werden (Geometrieeffekte). Diese werden hauptsächlich durch die an den seitlichen Bauteilbegrenzungen reflektierten Wellenanteile ausgelöst, erkennbar in den EFIT-Simulationen, welche qualitativ sehr gut mit den experimentellen Befunden übereinstimmen.
Rapid and accurate non-destructive evaluation (NDE) techniques are needed to assess the in-place condition of concrete structures. However the time and effort required to perform NDE tests using conventional surface-mounted contact sensors hinder rapid evaluation of full-scale structures. The authors are cooperating in research to develop rapid and robust methods that collect mechanical wave signals from concrete structures and to characterize defects in concrete
using that signal data. The suitability of surface waves and laser-based, non-contact wave detection techniques for this purpose are examined here. After a brief introduction to non-contact sensing, an experimental set-up is described and results from experimental tests are presented. Mechanical surface waves in a concrete slab specimen are generated with several different conventional sources. The ability of a laser vibrometer to detect wave propagation from concrete that does not have any reflective treatment (normal concrete surface) is demonstrated, allowing the generation of ultrasonic images. Test results from a concrete specimen containing a subsurface defect are then presented. The obtained ultrasonic images illustrate some limitations of using surface waves to detect subsurface defects in concrete, although approaches to improve the results are proposed.
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.
Determination of chloride content in concrete structures with laser-induced breakdown spectroscopy
(2003)
The Chloride content is an important factor which influences the durability of concrete structures. The standard methods are mostly intricate, time consuming and require a chemical laboratory. This article describes the application of a spectroscopic method, the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), for the determination of Chloride contents in concrete and mortar specimens. LIBS can be used on-site, needs no sample preparation and is able to investigate rapidly a large number of different measuring points. The LIBS set-up and the experimental conditions to detect Chlorides are reported. Calibration curves are presented and the limit of detection (LOD) is determined. Results measured on different concrete cores are presented and compared with the results of standard chemical methods.
The high amount of building waste material requires innovative strategies for high-order re-use of the material. With Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) both the elemental composition of building materials and trace elements can be determined with a real-time measurement, even on-site and in a harsh industrial environment. We present the experimental data on heavy metal detection in the ppm concentration range, as well as calibration curves. Further on we demonstrate the characterization of cement and concrete concerning the main components by means of Rankin diagrams. We suggest an implementation of LIBS in the processing of building waste materials to allow a high-order re-use.
Active infrared thermography in civil engineering - quantitative analysis by numerical simulation
(2003)
The cooling-down process of building structures after heating-up with an external radiation source was analysed to detect voids inside and below the surface. Quantitative results of concrete test specimen containing voids with different sizes at various depths will be presented here. The experimental results were compared to numerical simulations performed with a Finite Difference program developed at BAM.
A research project is described involving a comparison of different non-destructive test methods for concrete bridges. A cooperative test series was started with the aim to compare and evaluate the performance and benefits of the latest technical developments in this field. For this purpose test specimens with localized defects were produced. Different modifications of radar, ultrasonic-echo and impact-echo methods were investigated. Including two- and three- dimensional reconstruction models. The experiments were accompanied by numerical simulation of the propagation of sound waves and microwaves. The results showed that the radar and the ultrasonic methods were efficient tools to locate the tendon ducts accurately if the reinforcing bars were not to narrowly spaced. The ultrasonic imaging methods were capable of identifying injection and compaction faults in a blind test. The good performance of the impact-echo method with regard to locating tendon ducts which was claimed in several publications could not be validated in the present investigations. The simulation models provided valuable information on how to improve the experimental test program and its evaluation.
Anwendung der Impuls-Thermografie als quantitatives zerstörungsfreies Prüfverfahren im Bauwesen
(2002)
Zusammenfassung
Die Impuls-Thermografie ist eine aktive Methode zur Strukturuntersuchung von Bauteilen. Im Rahmen eines von der DFG geförderten Projektes wird in Kooperation mit der TU Berlin an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung zur Zeit die mögliche Anwendung der Impuls-Thermografie als zerstörungsfreies Prüfverfahren im Bauwesen untersucht.
Die Impuls-Thermografie soll zur Ortung von oberflächennahen Inhomogenitäten, bei denen es sich im Normalfall um Fehlstellen handelt, in typischen Bauteilen verwendet werden und nach Möglichkeit die Geometrie- sowie die Materialparameter der Inhomogenitäten quantitativ bestimmt werden.
Messungen werden derart durchgeführt, dass Oberflächen mit einem geeigneten Heizstrahler erwärmt, die anschließenden Abkühlungsprozesse mit einer Infrarot-Kamera betrachtet und thermische Bilddaten (Thermogramme) aufgezeichnet werden. Der Hauptansatzpunkt für die quantitative Auswertung der Messdaten ist die Betrachtung von Temperatur-Zeit-Kurven (Transienten) des Abkühlungsprozesses über fehlerfreien und fehlerhaften Bereichen des Probekörpers. Zusätzlich werden auf Basis der Finiten-Differenzen-Methode numerische Simulationen durchgeführt. Quantitative Ergebnisse werden sowohl durch den Vergleich der experimentellen Daten mit den Simulationsrechnungen als auch durch eine Anpassung analytischer Funktionen an die Transienten erzielt.