Überwachung von Betonkonstruktionen mit eingebetteten Ultraschallsensoren

Die immer komplexere Konstruktionsweise von Neubauten einerseits und die alternde Infrastruktur andererseits erfordern in manchen Fällen eine dauerhafte Überwachung, um besondere Einwirkungen und gegebenenfalls Schädigungen rechtzeitig und genau zu erkennen. Hierfür ist eine Vielzahl von Methoden und Sensoren verfügbar. Das Portfolio weist aber insbesondere bei der Detektion langsamer, räumlich begrenzter Veränderungen Lücken auf. Hierfür sind bisher sehr aufwändige Untersuchungen oder Installationen notwendig.

In der vorliegenden Arbeit werden Sensoren und zugehörige Auswertemethoden für die Ultraschalltransmission vorgestellt, die sich für die zerstörungsfreie, dauerhafte Überwachung von Beton eignen. Direkt oder nachträglich in Betonkonstruktionen eingebaut, ermöglichen sie eine nicht nur lokale, sondern größere Raumbereiche umfassende Dauerüberwachung von Änderungen der Materialeigenschaften.

Das Prinzip der Ultraschalltransmission und die verschiedenen Einflussparameter werden vorgestellt. Zu letzteren gehören neben der Belastung und Schädigung auch Umweltparameter wie Temperatur und Feuchte. Verschiedene Methoden zur Datenanalyse, wie z. B. die Codawelleninterferometrie, ermöglichen eine Detektion kleinster Veränderungen. Die in den Beton einzubettenden Ultraschallsensoren werden vorgestellt und ihr Einbau und Betrieb beschrieben. Als Beispiele für Anwendungen werden Frost-Tauwechsel-Experimente im Labor, die Detektion von lokalen Lasten im Technikumsmaßstab und der Einsatz an realen Brücken diskutiert. Die Sensoren sind zum Teil bereits seit mehreren Jahren in Probeobjekte eingebettet und liefern zuverlässig wertvolle Daten.