Kombination von zerstörungsfreien Prüfverfahren: Verbesserung der Einsetzbarkeit in der Baupraxis durch Charakterisierung und Fusion der Verfahren

Die Anwendung der ZfPBau Verfahren Radar, Ultraschall und Wirbelstrom für die Zustandsanalyse bzw. Schadenserfassung hat in letzter Zeit zunehmende praktische Bedeutung erlangt. In Abhängigkeit der vorhandenen Randbedingungen wird hierbei das ZfPBau Verfahren ausgewählt, mit dem die gestellte Prüfaufgabe bestmöglich gelöst werden kann. Von Vorteil sind hierbei die unterschiedlichen Eigenschaften der drei Verfahren. So findet bei dem elektromagnetischen Verfahren eine Totalreflexion an metallischen Einbauteilen wie Hüllrohren oder oberflächennaher Bewehrung etc. statt, so dass sich das Radarverfahren neben der deutlich schnelleren Messdatenaufnahme sehr gut für die Strukturanalyse von Betonbauteilen eignet, wenn der Abstand zwischen den metallischen Einbauteilen nicht zu gering ist. Eine Dickenbestimmung von Betonbauteilen ist aufgrund des hohen Energieverlusts an eingelegter Bewehrung sowie der dämpfenden Eigenschaften des Betons nur bis ca. 30 cm möglich. Das Ultraschallechoverfahren, mit dem elastische Wellen im Betonbauteil mit Punktkontaktprüfköpfen (Transversalwellen) angeregt werden, eignet sich u.a. für die Ermittlung größerer Dicken. Aufgrund der Eigenschaften der elastischen Wellen werden an metallischen Bauteilen nur ca. 50% der eingebrachten mechanischen Energie reflektiert, so dass das Ultraschallechoverfahren auch hinter dicht verlegter Bewehrung noch Strukturen wie die Lage von Hüllrohren auflösen sowie Bauteildicken bestimmen kann. Weiterhin findet eine Totalreflexion der Transversalwellen an Grenzflächen zu schubspannungsfreien Medien statt, so dass beispielsweise Schichtgrenzen Bauteil/Luft dazu führen, dass Dicken bis ca. 1,0 m gut bestimmt werden können. Auch die Ortung von Auffälligkeiten wie Kiesnestern oder Delaminationen ist mit dem Ultraschallechoverfahren zuverlässig möglich. Das Wirbelstromverfahren eignet sich aufgrund seines physikalischen Prinzips dazu, präzise die Betondeckung der ersten Bewehrungslage bei bekanntem Durchmesser zu bestimmen. Bei bekannter Betondeckung kann weiterhin unter Beachtung verschiedener Randbedingungen der Stabdurchmesser ermittelt werden. Begrenzt ist das Wirbelstromverfahren jedoch in seiner Eindringtiefe von ca. 15 cm. Schon die Auflistung dieser wenigen, jedoch signifikanten Eigenschaften der drei Verfahren zeigt deutlich, dass die Kombination von Verfahren zur optimalen Lösung einer Prüfaufgabe sinnvoll ist. Neben der Kombination von Verfahren mit einer getrennten Auswertung der Ergebnisse ist die Fusion der aufbereiteten Messergebnisse dieser drei Verfahren eine Möglichkeit, den Wert der Prüfaussage zu erhöhen sowie die Aussagesicherheit zu verbessern.

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens F20-10-1-073 besteht darin, eine Methodik zu entwickeln, mit der Radar-, Ultraschall und Wirbelstromdaten aufbereitet, fusioniert und anschließend bildgebend dargestellt werden können, um die Aussagekraft der Datensätze zu erhöhen. Dazu ist es neben der Entwicklung einer Auswertesoftware notwendig, einen vorhandenen Scanner so weiterzuentwickeln, dass neben der erforderlichen Aufnahmegenauigkeit schon bei der Datenaufnahme die Deckungsgleichheit von Messfeldern, die mit den drei unterschiedlichen Verfahren aufgenommen wurden, gegeben ist. Ein entsprechender Scanner wurde im Verbundforschungsvorhaben "Brückenscanner - Automatisierte zerstörungsfreie in-situ-Untersuchungen von Brücken (OSSCAR - OnSite SCAnneR)" entwickelt, so dass im Rahmen des aktuellen Forschungsvorhabens auf diesen Scanner zurückgegriffen wird. Neben der anschließenden Bestimmung der Messunsicherheit nach Heft 574 des DAfStB eines jeden Verfahrens sowie der Ermittlung von optimalen Datenaufbereitungsalgorithmen wird die Formulierung von Mess- und Auswertestrategien für die Datenfusion angestrebt, um einen Leitfaden für baupraktische Fragestellungen zur Verfügung zu stellen.