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Innovative Bauwerkssensorik

Motivation

Diverse Statistiken und andere Untersuchungen in vielen Industrieländern zeigen, dass die Bewehrungskorrosion die Hauptursache für Schäden an Stahl- und Spannbetonbrücken und anderen Infrastrukturbauwerken ist. Da korrosionsinduzierte Schäden an Bauwerken im Laufe der Zeit zu immensen Kosten führen, sind die sichere Beurteilung des Korrosionsrisikos und eine frühzeitige Erkennung und zuverlässige Vorhersage der Bewehrungskorrosion Schlüsselaufgaben des Bauwerksmanagementes. Eine Bewertung des Korrosionszustandes wird durch die Bauwerksüberwachung (Monitoring) objektiv möglich.

Durch die Verwendung tiefengestaffelter Korrosionssensoren kann verfolgt werden, bis zu welcher Tiefe die Depassivierungsfront (Chlorid- bzw. Carbonatisierungsfront) im Beton vorgedrungen ist. Somit ist durch Extrapolation eine frühzeitige Voraussage des Depassivierungszeitpunktes der Bewehrung möglich.

Weitere Dauerhaftigkeitsindikatoren sind u.a. der (korrosionsauslösende) Chloridgehalt, der Feuchtegehalt und die Permeabilität des Betons.

Innovative, bauwerksintegrierte Sensorik für Stahlbeton- und Spannbetonbauwerke

Für die genannten Schlüsselparameter wurden am iBMB der TU Braunschweig im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte, u.a. Sonderforschungsbereich SFB 477 „Bauwerksüberwachung“, seit 1998 folgende neuartigen Sensoren und Messverfahren für den Monitoringeinsatz an Betonbauwerken entwickelt und optimiert:

  •     Drahtsensorik zum Monitoring der Bewehrungskorrosion, vgl. Bild 1
  •     Platinensensorik zur elektrochemischen Messung der Korrosionsaktivität und der Betonfeuchte
  •     Verbesserte Ag/AgCl-Sensorik zur Messung des Chloridgehaltes in der Betonporenlösung
  •     Drucksensorik zum Permeabilitätsmonitoring des Betons und
  •     Wärmeleitfähigkeitssensorik zur Feuchtemessung.

Die Langzeiterprobung der Korrosionssensorik erfolgt u.a. an der iBMB-Versuchsbrücke „Concerto“, vgl. Bild 2.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte:

Gegenwärtig und zukünftig werden die genannten Sensoren mit folgenden Aufgabenschwerpunkten weiterentwickelt:

  •     Designoptimierung für verschiedene Messaufgaben und Einsatzgebiete, u.a. distributed/long gage sensing
  •     Erweiterung der Korrosionssensorik zur Schnurlossensorik
  •     Miniaturisierung
  •     alternative Feuchtesensorik.

 

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Bild 1:  Unterschiedliche Bauformen der Drahtkorrosionssensorik: Multidrahtsensor mit Mörtelstift als
            Sensorträger, Einzeldrahtsensoren mit Fertigungsstufen und nach den Einbau in ein Spannbetonbauwerk

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Bild 2:  Die 18 m lange und 4 m breite iBMB-Spannbetonversuchsbrücke „Concerto“, die zur             Langzeiterprobung der Sensorik dient

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Alexander Holst

 

Weiterführende Links:

 

Weiterführende Literatur:

Holst, A.; Bruder, S.; Wichmann, H.-J.: Verbesserte Sensormessverfahren für das Dauerhaftigkeitsmonitoring von Betonbauwerken, in: Nothnagel, R.; Twelmeier, H. (Ed.): Baustoff und Konstruktion, Festschrift zum 60. Geburtstag von Prof. Dr. Harald Budelmann, Springer Verlag Berlin, 2013, S. 319-329

Holst, A.; Budelmann, H.: Low-cost sensor for integrated durability monitoring and life-cycle assessment of reinforced concrete structures. In: A. Strauss, D. Frangopol, K. Bergmeister (Eds.): Proceedings of the 3rd International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering (IALCCE 2012); Vienna, Austria, Oct. 3-6, 2012, CRC press - Taylor & Francis / Balkema, Leiden, ISBN: 978-0-415-621 26-7, p. 303 & CD: pp. 1414-1421

Holst, A.; Budelmann, H.; Wichmann, H.-J.: Improved Sensor Concepts for Durability Monitoring of Reinforced Concrete Structures. In: Chang, F.-K. (ed.): Proceedings of the 8th International Workshop on Structural Health Monitoring (IWSHM 2011), September 13-15, 2011, Stanford University, Stanford, CA, USA, DEStech Publ., Lancaster (PA), 2011, Vol. 2, pp. 1472-1479

Budelmann, H.; Holst, A.: Brückenmonitoring im Rahmen des Lebensdauermanagementes, 21. Dresdner Brückenbausymposium - Planung, Bauausführung, Instandsetzung und Ertüchtigung von Brücken, TU Dresden 7./8. März 2011, ISBN 978-3-86780-211-6, S. 149-165

Holst, A.; Budelmann, H.; Wichmann, H.-J.: Korrosionsmonitoring von Stahlbetonbauwerken als Element des Lebensdauermanagementes - Einsatz innovativer Drahtsensorik zur Überwachung der Bewehrungskorrosion, Beton- und Stahlbetonbau (105) 2010, Heft 12, S. 536-549

Holst, A.; Budelmann, H.: Development of Embeddable Multiprobe Sensors for Corrosion Monitoring and Service Life Prediction of Reinforced Concrete Structures, In: Proceedings of The 3rd International fib Congress incorporating the PCI Annual Convention and Bridge Conference, Washington, D.C., May 29 – June 2, 2010, DVD-Rom, Paper No. 65

Holst, A.: Korrosionsmonitoring und Bruchortung vorgespannter Zugglieder in Bauwerken, DAfStb-Heft Nr. 573, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Beuth-Verlag Berlin, 2008, ISBN: 3-410-65046-6

Budelmann, H.; Holst, A.: New Sensors for Rebar Corrosion Monitoring, In: Proceedings of the 4th European Workshop on Structural Health Monitoring, July 2-4, 2008, Cracow, Poland, Lancaster (PA): DEStech. Publications, 2008, pp. 211-218

Holst, A.; Hariri, K.; Budelmann, H.; Bruder, S.: Rebar corrosion monitoring using novel embedded filament mini-sensors, In: Spencer, B.F. et al. (eds.): World Forum on Smart Material and Smart Structures Technology SMSST'07, May 22–27, 2007, Chongqing and Nanjing, China, CRC Press - Taylor & Francis / Balkema, London, p. 349 / CD-Rom: CH164

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