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In diesem Beitrag werden Verfahren und Strategien basierend auf optischen und thermografischen Methoden zur Lokalisierung, Erfassung und Bewertung von Putzablösungen, Ablösungen von Fassadenelementen und Rissen vorgestellt. Abgelöste Fassadenbereiche und Risse zeigen dabei sowohl geometrische als auch thermische Auffälligkeiten, die im Rahmen eines Monitoring auch über größere Zeiträume verfolgt werden können. Als optische Verfahren werden die trackingbasierte taktile 3D‐Erfassung von Oberflächenmerkmalen und die Stereophotogrammetrie eingesetzt. Zur Charakterisierung verdeckter Ablösungen und Bauteile wird die aktive Thermografie mit natürlicher und künstlicher Erwärmung der Bauteiloberfläche verwendet. Systematische Untersuchungen an Probekörpern und Fallstudien (Magdeburger Dom, Wandbild in Cobbelsdorf, Giebichensteinbrücke) zeigen, wie u. a. mit der Verfahrenskombination die Schäden charakterisiert werden können.
Im Beitrag werden Verfahren und Strategien basierend auf optischen und thermografischen Methoden zur Lokalisierung, Erfassung und Bewertung von Putzablösungen und Ablösungen von Fassadenelementen vorgestellt. Abgelöste Fassadenbereiche zeigen dabei sowohl geometrische als auch thermische Auffälligkeiten, die im Rahmen eines Monitoring auch über größere Zeiträume verfolgt werden können. Als optische Verfahren werden die Stereophotogrammetrie und die trackingbasierte taktile 3D-Erfassung von Oberflächenmerkmalen eingesetzt. Zur Charakterisierung verdeckter Ablösungen und Bauteile wird die aktive Thermografie mit natürlicher und künstlicher Erwärmung der Bauteiloberfläche verwendet. Systematische Untersuchungen an Probekörpern und Fallstudien (Magdeburger Dom, Wandbild in Cobbelsdorf) zeigen, wie u. a. mit der Verfahrenskombination Ablösungen und Materialinhomogenitäten unterschieden werden können.
Active thermography is well suited for the detection of delaminations and cracks in façade elements like plaster and tiles. Not only artificial heating but also solar heating can be used if the adjustment of the façade and the weather conditions are suitable. Optical methods like laser scanners, photogrammetric methods and crack tracking sensors are providing geometrical 3D data which can be used for a 3D mapping of thermograms and for providing data with higher geometrical resolution. Thus, by the combination and fusion of these data, a comprehensive mapping and monitoring of damages of façade systems is possible.
Eines der bedeutendsten Kunstwerke des Magdeburger Doms sind die Putzritzungen am Ostflügel des Kreuzgangs aus dem 13. Jahrhundert. Der größte Teil der einzelnen Putzoberflächen sind Ausbesserungen oder Neuverputzungen aus verschiedenen Restaurierungs- oder Reparaturphasen. In dem von der Forschungsinitiative Zukunft Bau geförderten Projekt zur 3D-Kartierung von Bauwerksoberflächen wurden Untersuchungen zur Erfassung der Schäden an diesen Putzritzungen mit optischen 3D-Messverfahren und der aktiven Thermografie durchgeführt. Dabei wurden bei den optischen Verfahren hochauflösende Techniken zur Erfassung der Oberflächentopologie (Stereophotogrammmetrie) und zur Vermessung der Rissstrukturen und Ausbeulungen (3D-Trackingverfahren) eingesetzt. Die Zuordnung der Signaturen in den Thermogrammen zu Hohlstellen sowie Materialergänzungen und -ersatz wird diskutiert. Weiterhin erfolgt ein Vergleich der Ergebnisse mit Messungen an neu freigelegten Putzbereichen.
Die messtechnische Erfassung von Bauwerkschäden ist eine wichtige Voraussetzung für die dreidimensionale und zeitaufgelöste Darstellung von möglicherweise sicherheitsrelevanten Veränderungen an Bauwerken, wie z. B. Verformungen, Verwindungen und Risswachstum. Ziel des vorgestellten Projektes war die Entwicklung eines Verfahrens zur effizienten und wiederholbaren 3D-Schadenkartierung an zum Teil empfindlichen Bauteiloberflächen.
In this contribution, the development and application of optical and thermographic methods for the nondestructive evaluation of delaminations, cracks and further substructures in Connection with bulging is presented.
Since delaminated fagade elements show geometric as well as thermal anomalies, surface geometry and defects beneath the surface were investigated. As methods, Stereo photogrammetry, a tracking based method for tactile recording of geometric 3D data and active thermography were used. Two case studies were assessed with a combination of these methods: the plaster scratches at the Magdeburg Cathedral and a mural painting in Cobbelsdorf, both located in Germany. While the plaster scratches have been investigated by artificial heating with an infrared radiator, the rural painting was tested by analysing the temperature increase due to solar heating.
Sowohl in der Denkmalpflege als auch in anderen Anwendungsbereichen der zerstörungsfreien Prüfung können größere kostenintensive Erhaltungs- und Instandsetzungsmaßnahmen durch das frühzeitige Erkennen und Einschätzen von Schäden vermieden werden. Eine derartige vorbeugende Instandsetzung ist jedoch nur möglich, wenn häufige Inspektionen kostengünstig und schnell durchgeführt werden können. Systematische Methoden zur Beobachtung und Erfassung von Prozessen über einen längeren Zeitraum sowie deren Überwachung werden unter dem Begriff "Monitoring" zusammengefasst.
In dem von der Forschungsinitiative Zukunft Bau geförderten Projekt
zur „3D Kartierung von Bauwerksoberflächen“ wurden Verfahren zur Ortung von Rissen und Rissverläufen an historischen Gebäuden und Skulpturen weiterentwickelt und optimiert. Diese neuen Entwicklungen zur effizienten 3D Erfassung, Darstellung und zum Monitoring von Rissen basieren auf der aktiven Thermografie, einem Trackingsystem und Ultraschall.
Systematische Untersuchungen zur Zuverlässigkeit und zu Messgenauigkeiten der Messverfahren im Labor wurden durch den kombinierten Einsatz der Verfahren an Skulpturen aus historischem Beton an der Giebichensteinbrücke in Halle ergänzt.
Methods for the combination (i. e. comparison and overlay) and data fusion (i. e. integration of all data in one data set, replacement of data) of active thermography and D laser scanner (light section method) have been developed. Systematic investigations for quantification of damage in historic structures are presented using both techniques. A case study shows that reproducible investigations at regular time intervals are very well suited for structural monitoring.
Monitoring of cracks in historic concrete structures using optical, thermal and acoustical methods
(2015)
Cracks are a major issue in the field of cultural heritage. In order to evaluate the significance of a crack, a long term monitoring of the damaged region is required. However, there is a lack of easy to operate tools for such monitoring measures. Therefore, new or existing methods for other applications have to be optimised for cultural heritage investigation. The paper describes the application of such crack observation methods on a historic concrete sculpture. Beside conventional methods, like mapping by hand and ultrasonic depth profiling, a novel tracking system is presented. Furthermore, the suitability of active thermography for the investigation of cracks was investigated. The results show promising prospects for these non-destructive techniques.
Optische dreidimsionale Erfassung und Datenverarbeitung von Bauwerksoberflächen in der Denkmalpflege
(2016)
Im Beitrag werden Verfahren und Strategien für die dreidimensionale und zeitaufgelöste Erfassung und Darstellung von Veränderungen an Bauwerken und Skulpturen vorgestellt. Ablösungen und Verformungen
können im Rahmen eines Monitoring über größere Zeiträume verfolgt werden. Anhand systematischer Untersuchungen an einer Fallstudie im Magdeburger Dom werden in diesem Beitrag die Vorgehensweise und
Ergebnisse vorgestellt. Zudem kann mit diesen Verfahren auch der Zustand einer Skulptur nach einer Restaurierung dokumentiert werden. Eine dreidimensionale Erfassung kann weiterhin dazu verwendet werden, eine Kopie einer Skulptur mit einem 3D‐Druck‐Verfahren herzustellen. Dieses Verfahren wird in Bezug auf die Genauigkeit mit einem herkömmlich erstellten Gipsabdruck verglichen.
The reaction mechanisms of phosphate-bearing mineral phases from sewage sludge ash-based fertilizers in soil were determined by Raman and synchrotron infrared microspectroscopy. Different reaction mechanisms in wet soil were found for calcium and magnesium (pyro-) phosphates. Calcium orthophosphates were converted over time to hydroxyapatite. Conversely, different magnesium phosphates were transformed to trimagnesium phosphate. Since the magnesium phosphates are unable to form an apatite structure, the plant-available phosphorus remains in the soil, leading to better growth results observed in agricultural pot experiments. The pyrophosphates also reacted very differently. Calcium pyrophosphate is unreactive in soil. In contrast, magnesium pyrophosphate quickly formed plant-available dimagnesium phosphate.
Sewage sludge ash (SSA) based P-fertilisers were produced by thermochemical treatment of SSA with Cl-donors at approximately 1000 °C. During this thermochemical process heavy metals are separated as heavy metal chlorides via the gas phase. Chromium cannot be separated under normal conditions. The risk of the development of toxic Cr(VI) during the thermochemical process was investigated. X-ray Absorption Spectroscopy measurements showed that SSA and thermochemically treated SSA with CaCl2, MgCl2 and NaCl contain Cr(III) compounds only. In contrast, treating SSA with elevated quantities of Na2CO3, to enhance the plant-availability of the phosphate phases of the fertiliser, developed approximately 10–15% Cr(VI). Furthermore, Raman microspectroscopy showed that using Mg-carbonate reduces the risk of a Cr(VI) development during thermochemical treatment. Additionally, leaching tests showed that only a Crwater solubility >10% is an indicator for Cr(VI) in SSA based P-fertilisers.
Die Kombination und direkte Datenfusion der Ergebnisse von 3DLaserscannern
zur Erfassung der Geometrie und der aktiven Thermografie zur
Ortung verdeckter Hohlstellen und anderer Inhomogenitäten liefert umfassende
quantitative Informationen über die Zuordnung von Merkmalen und Veränderungen
eines Bauteils. In diesem Beitrag werden die erforderlichen Verfahrensspezifikationen,
das Prinzip der Datenüberlagerung und ausgewählte Fallstudien aus der
Denkmalpflege vorgestellt.