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LAUS - Erste praktische Erfahrungen mit einem neuartigen Ultraschallsystem großer Eindringtiefe
(2018)
Konventionelle Systeme zur Ultraschall-Echo-Prüfung von Betonbauteilen sind in ihrer Eindringtiefe auf etwa einem Meter begrenzt. Zur Prüfung stärkerer Objekte war die Entwicklung eines neuartigen Prüfsystems notwendig. Das LAUS-System (Large Aperture UltraSound) besteht aus 12 einzelnen Arrays, die mit jeweils 32 Einzelprüfköpfen (Scherwellen, 25 – 50 kHz) als Sender oder Empfänger betrieben werden können. Sie werden unabhängig auf Betonoberflächen mit Unterdruck befestigt und kommunizieren drahtlos untereinander und mit der Zentraleinheit. Alle möglichen Kombinationen ergeben 132 Einzelmessungen, die zur Rekonstruktion des durchschallten Volumens genutzt werden. Mehrere dieser Datensätze lassen sich zu einer 3D-Auswertung kombinieren. Das System wurde an mehreren Testobjekten und Bauwerken erfolgreich erprobt. So konnte die fünf Meter dicke, sehr stark bewehrte Fundamentplatte des Fallturms auf dem BAM-Testgelände bei Horstwalde durchschallt werden. Ein zweites Beispiel ist die erfolgreiche Detektion von Spannkanälen in 1,8 m Tiefe in einem massiven Brückenbauwerk.
Vortrag über die Aktivitäten des Fachbereichs 8.2 in der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen.
The presentation is #4 of the lecture series within the CE5390 NDT&E Course at the “University of Texas at El Paso”, USA (UTEP):
1. Application of NDT to Transportation Infrastructure
2. Application of NDT to Pavements
3. Application of NDT to Tunnels
4. Application of NDT to Nuclear Structures
5. Ultrasonic Methods
6. Electrical Resistivity (ER)
7. Galvanostatic Pulse Measurement (GPM)
8. Half-Cell Potential (HCP)
9. Ground Penetrating Radar (GPR) to Infrastructure
10. Ground Penetrating Radar (GPR) to Pavements
11. Impact Echo (IE)/Ultrasonic Surface Waves (USW)
12. Infrared Thermography (IR)
13. Magnetic Flux Leakage (MFL)
14. Ultrasonic Tomography (UST)
15. Falling Weight Deflectometer/Light Weight Deflectometer
16. Spectral Analysis of Surface Wave
17. Traffic Speed Deflectometer
18. Integrity of Foundations
19. Integration of Technologies
Applications of NDT for nuclear structures are presented with an overview over the special challenges for NDE in this area.
The lecture was held as a webinar on August 29, 2017
Non-Destructive assessment of the National Infrastructure in Germany has been the topic of R&D at BAM since many years. In 1989 BAM has established a R&D group dedicated to the development and application of Non-Destructive Testing in Civil Engineering. Since then, this group has left has participated in numerous research projects and cooperated with many researches and institutes worldwide.
A complex system of inspection and maintenance is in place to inspect and maintain roads, bridges, tunnels and other installations. Based on visual inspection structures like bridges are inspected regularly. In case of concerns which cannot be resolved in this process, a procedure “Object Oriented Damage Analysis” has been put into place where additional inspection methods, especially NDT methods, are being utilized.
NDT methods to establish material properties such as strength, porosity, moisture, carbonation, etc need more attention to strengthen the links between engineers and inspectors. BAM and TU Berlin have established a joint Junior Professor to address this research area with gravity.
Research is currently focused on methods, data, validation, certification and standardization. Industry 4.0 has become a widely discussed topic with unforeseeable impact. Current research topics include
- Large Aperture UltraSound (LAUS) to evaluate very thick concrete elements (> 1m)
- Embedded ultrasound sensors to monitor changes in concrete
- Data fusion algorithms for honeycomb detection, corrosion localization and reinforcement diameter determination
- Reverse Time Migration to improve imaging of concrete structures
- Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) with new applications, improved sensitivity and resolution, new devices
- RFID based humidity and corrosion sensors
- Analysis of scattered Radar waves for the classification of concrete
- Development of reference specimens for selected NDT tasks
The presentation will present examples of current research and ideas for research directions.
Die Coda transmittierter Ultraschallsignale in Beton enthält Informationen zu Struktur und Zustand des Materials bzw. deren Änderung. Relevant sind u. a. Temperatur, Stress, Feuchtigkeit und verschiedene Schädigungsmechanismen. Die zahlreichen Einflussfaktoren sind nur schwer zu trennen und die Messeffekte oft zu Beginn sehr klein.Die CWI ermöglicht die Detektion kleinster Geschwindigkeitsveränderungen durch den Vergleich, der in kleinen Schritten gestauchten oder gestreckten Signalen mit eine Referenzmessung. Andere Indikatoren für Änderungen im Material sind:
• Kreuzkorrelation
• Laufzeit direkte Welle
• Energie/Amplitude
• Änderungen im Frequenzspektrum
Die beschriebene Technik wird von uns bisher primär in klein- und großskaligen Laborversuchen genutzt. Die Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung und Trennung verschiedener Einflusseffekte. Aber auch erste reale Bauwerke wurden schon instrumentiert, z. B. Brücken und eine Tunneldecke.
Die Eignung des Verfahrens der Laser Induzierten Breakdown Spectroscopy (LIBS) zur Kontrolle einer ausreichenden Beschichtung und zur Bestimmung der Schichtdicke von Hydrophobierungsschichten auch im Rahmen wiederholender Messungen sollte untersucht werden. Mit LIBS kann die Elementverteilung orts- und tiefenaufgelöst in oberflächennahen Bereichen quasi on-line bestimmt werden. Es ist keine Probenpräparation notwendig. Wiederholende Messungen würden das vorzeitige Erkennen beschädigter Beschichtungen ermöglichen, wodurch kostspielige Sanierungsmaßnahmen vermieden werden.
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.
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.
Die IE-Methode wird seit vielen Jahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Betonbauteilen eingesetzt. Bei Anwendung dieses Verfahrens besteht oft das Problem, resultierende Frequenzspektren infolge der vielen Peaks richtig zu interpretieren. Ein wichtiges Bewertungskriterium ist dabei die Amplitudengröße eines Peaks, welche u.a. durch das Anregungsspektrum beeinflusst wird.
Einsatzbereiche des Meßsystems:
- Ortung von Strukturelementen oder Verdichtungsmängeln in Beton
- Dickenbestimmung von Bauteilen bei einseitiger Zugänglichkeit
- Messung des Haftverbundes bei mehrschichtigen Bauteilen
Auswerteverfahren:
- Prinzip der laufzeitkorrigierten Überlagerung
Vorteile:
- Automatischer Meßablauf durch Array-Technik
- Flexibler Einsatz durch lange Kabelverbindungen zwischen Prüfkopfarray und Meßapparatur
Laser Induced Breakdown Spectrocsopy (LIBS) - Visualizaton of Ion Transport Processes in Concrete
(2014)
Embedded Sensors
(2013)
Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for Fast Analysis of Ingress Profiles of Ions on Concrete
(2012)
Application and Case Studies
(2010)
NDT-CE at BAM
(2009)
Validation process
(2008)
NDT in civil engineering
(2007)