Prüftechnik zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen in Beton Sascha FEISTKORN, Daniel ALGERNON, Michael SCHERRER SVTI – Schweizerischer Verein für technische Inspektionen, Nuklearinspektorat, Wallisellen, Schweiz 13. Mai 2015 Salzburg Gliederung Stand der Technik von Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen an Beton Prüftechnik an metallischen Werkstoffen Prüftechnik Beispiele (modelliert mit CIVA) neue Prüftechnik zur Rissbeschreibung an Beton Modellierung einer neuen Prüftechnik Erste Erkenntnisse DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Einleitung – Risse im Beton Risse: NICHT generell vermeidbar + NICHT grundsätzlich schädlich, WENN Begrenzung auf ein unschädliches Mass ABER: Beeinträchtigung von Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit möglich (Bewehrungskorrosion; Frostgefahr) BEISPIEL: Risstiefe > Betondeckung leichteres Eindringen von Chloriden «Lochfrasskorrosion» (Parkhäuser etc.) Nachweis einer unkritischen Risstiefe erforderlich Bildquelle: BAM FB 8.2 DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Detektion und Tiefenbestimmung an Beton Norm: BS 1881: Part 203: “Testing concrete Recommendations for measurement of velocity of ultrasonic pulses in concrete” (1986): zwei Abstände X und 2X Empfohlener Abstand X ~ 15 cm Zu berücksichtigen: Freie Zugänglichkeit zum Riss (PK-Seite) Riss lotrecht zur Oberfläche Riss frei von Wasser/Verschmutzungen Ausreichende Rissbreite Schallbrücken (Gesteinskörung/Bewehrung) grosse Messunsicherheiten Norm ersetzt durch EN 12504-4:2004 DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen Quelle: R. Pinto et al.: “Use of Ultrasound to Estimate Depth of Surface Opening Cracks in Concrete Structures” 13. Mai 2015 Salzburg Detektion und Tiefenbestimmung an Beton Ein weiterer Ansatz: Zweidimensionales Abtasten (Anschallen eines Fehlers von mehreren Seiten) und und anschliessende bildgebende Auswertung (SAFT) Quelle: M. Friese et al. (BuST Heft 7/2011): “Qualitätssicherung für Rissfüllungen: ein neuer Ansatz mit bildgebenden Ultraschallverfahren” Ansätze der Risstiefenbestimmung auf Basis der Laufzeitmessung bisher unzuverlässig bzw. aufwendig und auf frei zugängliche Flächen begrenzt DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Prüftechnik für metallische Werkstoffe Vorlaufkeil aus Plexiglas sowie piezoelektrischer Schwinger (Blei-Zirkonat-Titanat) unter einem Winkel Schrägstellung abhängig vom Einschallwinkel und dem Verhältnis der Geschwindigkeiten Vorteile: Keine Longwelle Gute Bedämpfung Fokussierung (Verhältnis D/λ) DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Vorstellung der Simulationssoftware CIVA Semianalytische Software zur Simulation verschiedener ZfP-Verfahren wie z. B. Ultraschall und Wirbelstrom Schallfeldsimulation und Interaktion der elastischen Wellen mit Fehlern Einsatz zur: Veranschaulichung und Verdeutlichung Analyse von Anzeigen in der Prüfpraxis Validierung von Prüftechniken z.B. im Rahmen von Qualifizierungsvorhaben Prüftechnikentwicklung Parameterstudien Entwicklung durch CEA (Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien, Frankreich) DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Detektion und Tiefenbestimmung an Metallen Prinzip: Einschallung unter einem Winkel Beispiel: 2 MHz Transversal; 45 Grad Stahlblock Dicke 100 mm Modellierung eines 45° Winkelprüfkopfs 2 MHz Transversal mit CIVA DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Prinzip der Detektion an Metall Detektion am Beispiel Geometrie (Kante) Bereich ohne Kantenreflexion DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen Bereich mit Kantenreflexion 13. Mai 2015 Salzburg Prinzip der Tiefenbestimmung an Metall Tiefenbestimmung einer Nut (t = 20 mm) Reflexion am Fusspunkt und an der Kante DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen Reflexion an der Nutzspitze 13. Mai 2015 Salzburg Prinzip der Tiefenbestimmung an Metall Reflexion am Fusspunkt bei t = 102.7 μs und -3dB Reflexion an der Spitze bei t = 84.9 μs und +24 dB DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Herkömmlicher Prüfkopf – «Rissantwort» Senkrechtprüfkopf Longitudinal f= 80 kHz; Nuttiefe 5 cm Links: OHNE Einbeziehung des Rückwandechos Rechts: mit Einbeziehung des Rückwandechos und der Seitenwandreflexionen DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Herkömmlicher Prüfkopf – «Rissantwort» Senkrechtprüfkopf Longitudinal f= 80 kHz; Nuttiefe 5 cm Links: OHNE Einbeziehung des Rückwandechos Rechts: mit Einbeziehung des Rückwandechos und der Seitenwandreflexionen Fazit: Detektion schwierig Rissbeschreibung nicht möglich DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Vergleich Schallfelder/Prüfköpfe Beton vs. Metall herkömmliche Prüfköpfe für Beton: Senkrechtprüfköpfe Transversal oder Longitudinal Frequenzen zwischen ca. 50 kHz und 100 kHz Schlechte Fokussierung (Verhältnis D/λ) DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Simulation einer neuen Prüftechnik - Senkrecht Fokussierung des Schallbündels Keine Verbesserung bei der «Rissbeschreibung» DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Simulation einer neuen Prüftechnik - Winkel hier: Schrägeinschallung unter 45 Grad Fokussierung des Schallbündels Verbesserung bei der Rissbeschreibung DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Simulation einer neuen Prüftechnik - Winkel hier: Schrägeinschallung unter 45 Grad Fokussierung des Schallbündels Verbesserung bei der Rissbeschreibung DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Versuche am Testkörper der Dicke 30 cm Vorgehen: Anordnung von Sender/Empfänger in Transmission Variation der Position zwischen 0 cm und 50 cm Aufzeichnung und Vergleich der Amplituden Referenz = Amplitude 0 cm (direkt unter Sender) DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Vergleich herkömmliches / neues Prüfsystem DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg Zusammenfassung – Winkelprüfköpfe an Beton Fazit: Prüftechnik der fokussierte Winkelprüfköpfe für die Beschreibung von Rissgeometrien im Beton durch Übertragung bewährter Prüftechniken an metallischen Werkstoffen Simulation der Prüftechnik mit CIVA erfolgreich Bestätigung der Fokussierung durch praktische Messungen weitere Schritte: Schwenken des Schallfelds und Bestimmung des optimalen Einschallwinkels Validierung der Prüftechnik an geeignteten Testkörpern DGZFP Jahrestagung 2015 Winkelprüfköpfe an Beton zur Detektion und Tiefenbestimmung von Rissen 13. Mai 2015 Salzburg
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