Julia Wolf

• Die zerstörungsfreien Prüfungen von Bauwerken mit Hilfe von Ultraschallmessverfahren haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Durch Ultraschallmessungen können die Geometrien von Bauteilen bestimmt sowie von außen nicht sichtbare Fehler wie Delaminationen und Kiesnester erkannt werden. Mit neuartigen, in das Betonbauteil eingebetteten Ultraschallprüfköpfen sollen nun Bauwerke dauerhaft auf Veränderungen überprüft werden. Dazu werden Ultraschallsignale direkt im Inneren eines Bauteils erzeugt, was die Möglichkeiten der herkömmlichen Methoden der Bauwerksüberwachung wesentlich erweitert. Ein Ultraschallverfahren könnte mit eingebetteten Prüfköpfen ein Betonbauteil kontinuierlich integral überwachen und damit auch stetig fortschreitende Gefügeänderungen, wie beispielsweise Mikrorisse, registrieren. Sicherheitsrelevante Bauteile, die nach dem Einbau für Messungen unzugänglich oder mittels Ultraschall, beispielsweise durch zusätzliche Beschichtungen der Oberfläche, nicht prüfbar sind, lassen sich mit eingebetteten PrüfköpfenDie zerstörungsfreien Prüfungen von Bauwerken mit Hilfe von Ultraschallmessverfahren haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Durch Ultraschallmessungen können die Geometrien von Bauteilen bestimmt sowie von außen nicht sichtbare Fehler wie Delaminationen und Kiesnester erkannt werden. Mit neuartigen, in das Betonbauteil eingebetteten Ultraschallprüfköpfen sollen nun Bauwerke dauerhaft auf Veränderungen überprüft werden. Dazu werden Ultraschallsignale direkt im Inneren eines Bauteils erzeugt, was die Möglichkeiten der herkömmlichen Methoden der Bauwerksüberwachung wesentlich erweitert. Ein Ultraschallverfahren könnte mit eingebetteten Prüfköpfen ein Betonbauteil kontinuierlich integral überwachen und damit auch stetig fortschreitende Gefügeänderungen, wie beispielsweise Mikrorisse, registrieren. Sicherheitsrelevante Bauteile, die nach dem Einbau für Messungen unzugänglich oder mittels Ultraschall, beispielsweise durch zusätzliche Beschichtungen der Oberfläche, nicht prüfbar sind, lassen sich mit eingebetteten Prüfköpfen überwachen. An bereits vorhandenen Bauwerken können die Ultraschallprüfköpfe mithilfe von Bohrlöchern und speziellem Verpressmörtel auch nachträglich in das Bauteil integriert werden. Für Fertigbauteile bieten sich eingebettete Prüfköpfe zur Herstellungskontrolle sowie zur Überwachung der Baudurchführung als Werkzeug der Qualitätssicherung an. Auch die schnelle Schadensanalyse eines Bauwerks nach Naturkatastrophen, wie beispielsweise einem Erdbeben oder einer Flut, ist denkbar. Durch die gute Ankopplung ermöglichen diese neuartigen Prüfköpfe den Einsatz von empfindlichen Auswertungsmethoden, wie die Kreuzkorrelation, die Coda-Wellen-Interferometrie oder die Amplitudenauswertung, für die Signalanalyse. Bei regelmäßigen Messungen können somit sich anbahnende Schäden eines Bauwerks frühzeitig erkannt werden. Da die Schädigung eines Bauwerks keine direkt messbare Größe darstellt, erfordert eine eindeutige Schadenserkennung in der Regel die Messung mehrerer physikalischer Größen die geeignet verknüpft werden. Physikalische Größen können sein: Ultraschalllaufzeit, Amplitude des Ultraschallsignals und Umgebungstemperatur. Dazu müssen Korrelationen zwischen dem Zustand des Bauwerks, den Umgebungsbedingungen und den Parametern des gemessenen Ultraschallsignals untersucht werden. In dieser Arbeit werden die neuartigen Prüfköpfe vorgestellt. Es wird beschrieben, dass sie sich, sowohl in bereits errichtete Betonbauwerke als auch in der Konstruktion befindliche, einbauen lassen. Experimentell wird gezeigt, dass die Prüfköpfe in mehreren Ebenen eingebettet sein können da ihre Abstrahlcharakteristik im Beton nahezu ungerichtet ist. Die Mittenfrequenz von rund 62 kHz ermöglicht Abstände, je nach Betonart und SRV, von mindestens 3 m zwischen Prüfköpfen die als Sender und Empfänger arbeiten. Die Empfindlichkeit der eingebetteten Prüfköpfe gegenüber Veränderungen im Beton wird an Hand von zwei Laborexperimenten gezeigt, einem Drei-Punkt-Biegeversuch und einem Versuch zur Erzeugung von Frost-Tau-Wechsel Schäden. Die Ergebnisse werden mit anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren verglichen. Es zeigt sich, dass die Prüfköpfe durch die Anwendung empfindlicher Auswertemethoden, auftretende Risse im Beton detektieren, bevor diese eine Gefahr für das Bauwerk darstellen. Abschließend werden Beispiele von Installation der neuartigen Ultraschallprüfköpfe in realen Bauteilen, zwei Brücken und einem Fundament, gezeigt und basierend auf dort gewonnenen ersten Erfahrungen ein Konzept für die Umsetzung einer Langzeitüberwachung aufgestellt.…
• The non-destructive testing of concrete structures with the ultrasound method has become increasingly important in recent years. With the ultrasound technique the geometry of concrete elements can be determined and defects can be detected which are not visible on the surface, such as delaminations and honeycombs. New ultrasound sensors were developed to monitor changes in concrete structures continuously and permanently. Those ultrasound sensors will be embedded into the concrete to transmit and receive ultrasound waves within the structure. This allows a new interpretation of the condition of a structure. The use of the embedded sensors expands the options of the traditional monitoring methods. The ultrasonic technique could monitor a voluminous part of a concrete structure continuously and integral with just a few strategically placed embedded ultrasound sensors and thus register small changes in the concretes texture. Vital parts of concrete structures which are inaccessible for the ultrasonic method after construction can beThe non-destructive testing of concrete structures with the ultrasound method has become increasingly important in recent years. With the ultrasound technique the geometry of concrete elements can be determined and defects can be detected which are not visible on the surface, such as delaminations and honeycombs. New ultrasound sensors were developed to monitor changes in concrete structures continuously and permanently. Those ultrasound sensors will be embedded into the concrete to transmit and receive ultrasound waves within the structure. This allows a new interpretation of the condition of a structure. The use of the embedded sensors expands the options of the traditional monitoring methods. The ultrasonic technique could monitor a voluminous part of a concrete structure continuously and integral with just a few strategically placed embedded ultrasound sensors and thus register small changes in the concretes texture. Vital parts of concrete structures which are inaccessible for the ultrasonic method after construction can be monitored with embedded sensors. Inaccessibility could be caused by a surface layered with a medium reflecting or absorbing the ultrasonic wave or by to much steel obstruct"-ing the waves path. The sensors can be embedded into existing structures using boreholes and grouting mortar or installed during construction and can thus serve as a tool for quality control. The quick damage evaluation of a construction after a natural disaster such as an earthquake or a flood, is conceivable as well. As the contact between the embedded sensors and the surrounding concrete is assumed as constant over a long time, highly sensitive signal evaluation tools, such as the cross correlation between signals, the Coda Wave Interferometry and the amplitude evaluation, can be used. Therefore, with regular measurements, damage in a construction can be detected at an early stage. But, the damage of a structure can not be measured directly. A distinct damage detection needs a quantity of measured parameters, such as time of flight and amplitude of the ultrasonic wave as well as temperature, which need to be linked to each other. To achieve this, correlations between the state of the concrete construction and those parameters of the measured ultrasonic signal must be investigated. In this work the newly developed ultrasound sensors are introduced. Their installation into a concrete structure is described. The sensors sensitivity to small changes in the concrete is investigated and compared to other Non Destructive Testing (NDT) methods. The highly sensitive signal evaluation tools proof to be particularly advantageous when using embedded sensors. Installations of embedded ultrasound sensors for long time monitoring of real constructions are presented. Based on the gained experience with those installations a concept is presented for the set up of a long time monitoring system.…