Dr.-Ing. Lasse Petersen - VBD Homepage · E-Modulprüfungen Spaltzugfestigkeitsprüfungen Dr.-Ing....

Dr.-Ing. Lasse Petersen

Mess- und Prüfgeräte für den SachverständigenMöglichkeiten und GrenzenDr.-Ing. Lasse Petersen

Hannover I Hamburg I Wuppertal

LPI Ingenieurgesellschaft mbHProf. Lohaus – Dr. Petersen

www.lpi-ing.de ▪ [email protected]


Tragwerksdiagnostik Schwachstellenanalyse, Untersuchungen Konstruktion, numerische Tragwerks- und Sicherheitsanalysen, Berechnungen

Bauphysikalische DiagnostikFeuchte, Wärme, Schall (Thermografie, Blower Door, Feuchtemessung…)

Einleitung – Bauwerksdiagnostik

Baustoffliche DiagnostikAufnahme zeitlich veränderlicher Baustoffkenndaten zur Erfassung des Ist-Zustandes und zur Prognosen für den Schadenfortschritt




Bauphysikalische DiagnostikFeuchte, Wärme, Schall (Thermografie, Blower Door, Feuchtemessung…)





Den für Sie vermutlich „alltäglichen“ Messgeräten zur Feuchtemessung / Taupunktmessungwidmen wir uns in der folgenden Diskussion




Am Beispiel von Stahlbetonbauwerken




1) Zustandserfassung des Bewehrungsstahls


Korrosionsrisiko Korrosionszustand




1) Zustandserfassung des Bewehrungsstahls


2) Zustandserfassung des Betons

Korrosionsrisiko Korrosionszustand

Mechanische Kennwerte Schädigungszustand (Korrosionszustand und Rissbild)

Feuchte Gefügestörungen



Im alkalischen Milieu des Betons bildet sich an der Stahloberfläche eine Eisenoxidschicht aus, die eine Eisenauflösung bzw. Korrosion verhindert Passivierung (dünne Eisenoxidschicht)

pH-Wert >12,5

Zustandserfassung des Bewehrungsstahls

Passivschicht


Im alkalischen Milieu des Betons bildet sich an der Stahlober-fläche eine Eisenoxidschicht aus, die eine Eisenauflösung bzw. Korrosion verhindert Passivierung (dünne Eisenoxidschicht)

pH-Wert >12,5

Grundlage für die Bewehrungskorrosion:

ChlorideintragCarbonatisierung

1) DepassivierungPassivschicht

Wann diese Prozesse die Bewehrung erreichen, hängt vor allem auch von der Betondeckung ab.

CO2

Cl-

Betondeckung



Im alkalischen Milieu des Betons bildet sich an der Stahlober-fläche eine Eisenoxidschicht aus, die eine Eisenauflösung bzw. Korrosion verhindert Passivierung (dünne Eisenoxidschicht)

pH-Wert >12,5

Grundlage für die Bewehrungskorrosion:

ChlorideintragCarbonatisierung

1) Depassivierung

2) Sauerstoff und Feuchtigkeit

Grundvorraussetzung für die elektro-chemischen Prozesse der Korrosion

Passivschicht

Wann diese Prozesse die Bewehrung erreichen, hängt vor allem auch von der Betondeckung ab

CO2

Cl-

Betondeckung



Carbonatisierungstiefe

Durch Eindringen des CO2 in den Beton wird das Calciumhydroxid Ca(OH)2 zu Calciumcarbonat CaCO3 umgewandelt, was mit einer pH-Wertabsenkung einhergeht

Ca(OH)2 + CO2H2O CaCO3 + H2O

Zur Feststellung der Carbonatisierungstiefe ist nun also die Zone der pH-Wertabsenkung zu erfassen






Prüfung an frischen Bruchflächen (Stemmen, gespalteter Bohrkern)

Besprühen mit Phenolphthaleinlösung

Ausmessen der Carbonatisierungstiefe






PhenolphthaleintestBauteil-außenseite

CO2-EintragpH-Wert > 10


Riss

Berücksichtigung von Rissbereichen




Besonderheiten der Carbonatisierungstiefe bei turmartigen Bauwerken Mögliche Variationen in der Carbonatisierungstiefe in Abhängigkeit der

Bauwerkshöhe

Himmelsrichtung


5-6 mm


Wetterseite

Angaben zu etwa 250 m Höhe



3 mm

5-6 mm

Wetterseite



Es zeigen sich in höheren Bauwerksbereiche teilweise deutlich erhöhte Carbonatiserungstiefen



Es zeigen sich in höheren Bauwerksbereiche teilweise deutlich erhöhte Carbonatiserungstiefen

+ 250 m

+ 150 m

100 % Carbonatisierungsteife

ca. 80 % Carbonatisierungsteife

+ 75 mca. 70 % Carbonatisierungsteife


Chlorideintrag in den Beton

Chlorideintrag wird durch nass / trocken Wechsel verstärkt z. B. Spritzwasserbereich

Die Chloride werden quasi „huckepack“mit der Feuchtigkeit bis zur Bewehrung transportiert

Chlorideintrag über die Tiefe

Spritzwasserbeaufschlagung


Chlorideintrag wird durch nass / trocken Wechsel verstärkt z. B. Spritzwasserbereich

Die Chloride werden quasi „huckepack“mit der Feuchtigkeit bis zur Bewehrung transportiert


Chlorideintrag über die Tiefe





Lochfraßkorrosion


Bohrmehlentnahme


Zur Bewertung der Chloridbeaufschlagung ist es wichtig, Informationen zur Eindringtiefe zu erfassen

Chloridprofile über die Tiefe


Bohrmehlentnahme


Zur Bewertung der Chloridbeaufschlagung ist es wichtig, Informationen zur Eindringtiefe zu erfassen Chloridprofile über die Tiefe

Parkhäuser


Bohrmehlentnahme



- Reagenz Quecksilberthiocyanat- Säureaufschluss (Salpetersäure)

- Färbung in Abhängigkeit des Chloridgehaltes

z. B. Photometrische Bestimmung des Chloridgehaltes im Beton



Tiefe in mmCh

lorid

geha

lt in

M-%

be

zoge

n au

f Ze

men

t

10 20 30 40 50 60

0,5

1,0

1,5

2,0


Bohrmehlentnahme

Umrechnen der Werte auf Chloridgehalte bezogen auf die Zementmasse



Tiefe in mmCh

lorid

geha

lt in

M-%

be

zoge

n au

f Ze

men

t

10 20 30 40 50 60

0,5

1,0

1,5

2,0

Tiefe in mm

Anza

hl in

%

20 30 40 5010

Carbonatisierungstiefen Chlorideintrag

Bewertung?


Tiefe in mmCh

lorid

geha

lt in

M-%

be

zoge

n au

f Ze

men

t

10 20 30 40 50 60

0,5

1,0

1,5

2,0

Tiefe in mm

Anza

hl in

%

20 30 40 5010

Carbonatisierungstiefen Chlorideintrag

Bewertung?

Für die Bewertung des Korrosionsrisikos sind Informationen zur Betondeckung erforderlich

Ortung der Bewehrung und Messung der Betondeckung


Induktive MessverfahrenBei diesen Messverfahren wird die Änderung der Induktivität einer Spule durch den Einfluss eines Bewehrungsstahls ausgenutzt

Spule

Bewehrungsstab

Durch den in das Magnetfeld der Spule eintretenden Bewehrungsstahl wird die Induktivität der Spule verändert




Spule

BewehrungsstabDie Messergebnisse sind abhängig vom Bewehrungsstabdurchmesser





Die Messergebnisse sind abhängig vom Bewehrungsstabdurchmesser


Es stehen unterschiedliche Messgeräte zur Verfügung, die sich vor allem in der Messdatenverarbeitung und Darstellung unterscheiden

Messungen möglich bis etwa bis 8 cm Tiefe



ca. 40 m

große Messaufgaben möglichLine-Scans


4 cm


Histogramm und Parameterschätzung nach Neville-Verteilung

große Messaufgaben möglichLine-Scans

Statistische Auswertungen

ca. 40 m


4 cm


Zweidimensionale Visualisierung der Bewehrungsführung



Holzbalken

Mitte

lstüt

ze



Bewehrungsortung (Anzahl, Lage, Orientierung)

Abbildung der Bewehrungssituation



Mit Radarmessungen sind auch Bewehrungsortungen in größerer Tiefe oder in unterschiedlichen Tiefenlagen möglich

Bei Reflektionsmessungen sind Sendeantenne und Empfänger auf der gleichen Seite angeordnet

Mit dem Radarmessverfahren steht ein Weiteres Messverfahren zur Bewehrungsortung zur Verfügung



Sender/Empfänger

Material A

Material C

Material B

Mit Radarmessungen sind auch Bewehrungsortungen in größerer Tiefe oder in unterschiedlichen Tiefenlagen möglich

Mit einer Sendeantenne werden sehr kurze elektromagnetische Impulse (500 MHz bis 2,5GHz), auf bzw. in das zu untersuchende Bauteil abgegeben

Bei Änderung der elektrischen Eigenschaften des Materials werden die Radarwellen reflektiert und mit einer Empfangsantenne in Abhängigkeit von der Zeit erfasst


Bei Reflektionsmessungen sind Sendeantenne und Empfänger auf der gleichen Seite angeordnet


Sender/Empfänger

I II III


I II

III

Hyperbelausbildung


Radarmessung – Ortung von Querspanngliedern


Korrosionszustand der Bewehrung



1) Bauteilöffnung Augenscheinliche Betrachtung und Beurteilung

Bestimmung Korrosionsgrad bzw. Abrostungsgrad



1) Bauteilöffnung Augenscheinliche Betrachtung und Beurteilung

Bestimmung Korrosionsgrad bzw. Abrostungsgrad

2) Potentialfeldanalyse

Bewehrungsstab

VoltmeterKupfersulfat-Halbzelle

Aufbauen eines Elektrolyts

Elektrische Verbindung zur Bewehrung herstellen

Potentialgradienten lassen auf aktive „Korrosionsherde“schließen



Potentialfeldanalyse

Bewehrungsstab

Voltmeter

Kupfersulfat-Halbzelle

Potentialgradienten lassen auf aktive „Korrosionsherde“ schließen

Makroelementkorrosion: Anode und Kathode örtlich getrennt

Messung der Potentiale mit Referenzelektrode an Betonoberfläche(Potential von Stahl in Beton gegen eine Kupfersulfat-Halbzelle)

Ionenstrom entsprechend Potentialfeld


Zusammenfassung

Es wurden Vorgehensweisen zur Erfassung des Korrosionsrisikos und des Korrosionszustandes der Bewehrung vorgestellt

Es stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Messmethoden für die Bauwerksdiagnostik zur Verfügung, von denen ein kleiner Ausschnitt vorgestellt wurde

Chlorideintrag/Carbonatisierungstiefe Betondeckungsmessungen Korrosionszustand


Beton - Zustandserfassung

Aufnahme mechanischer KennwerteWenn es möglich ist, ist die Entnahme von Bohrkernen und die anschließende Prüfung der Bohrkernproben durch kein Messverfahren zu ersetzen. Druckfestigkeitsprüfungen E-Modulprüfungen Spaltzugfestigkeitsprüfungen


Rückprallhammer

federgetriebene Masse schlägt mit Kolben auf die Prüffläche

Prüfergebnis ist die Rückprallstrecke

Korrelation von Rückprallwerten mit Bohrkernenprüfungen

Rückprallhammerprüfung u.U. auch ohne Bohrkerne



Oberflächenzugfestigkeit


Prüfung mit Abreißversuch, ggf. auch in tiefer liegenden Schichten

Vergleich mit geforderten Werten / bei kleinen Werten Überprüfung Festigkeitskennwerte

Beurteilung von bestehenden Untergründen

Vor allem wird diese Prüfung auch eingesetzt, die Haftung eines aufgebrachten Beschichtungssystem zu überprüfen (Haftzugfestigkeit)


Korrelation von Bohrkernen mit der Ultraschall-Impulsgeschwindigkeit

Laufzeitmessung Longitudinalschwingungsimpuls (20 kHz bis 150 kHz)

Ultraschallprüfung16 kHz bis1,6 GHz

Weglänge zwischen Sender und Empfänger muss bekannt sein

Beton - ZustandserfassungUltraschallmessungen zur Ableitung von mechanischen Kennwerten

direkte Durchschallung halbdirekte Durchschallung indirekte Durchschallung


Ultraschallprüfung16 kHz bis1,6 GHz


Die Messung kann auch zur Erfassung von Fehlstellen im Betongefüge eingesetzt werden


Erfassung der Schädigungstiefe des Betons


Abgedeckte Kläranlagenbehälter

Mikroskopie




Dünnschliff ca. 20 m bis 30 m



Dünnschliff ca. 20 m bis 30 m


200 m200 m

Si = Silicium Ca = Calcium S = Schwefel

EDX-Analyse


Zusammenfassung

Es wurden Vorgehensweisen zur Erfassung des Korrosionsrisikos und des Korrosionszustandes der Bewehrung vorgestellt

Es stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Messmethoden für die Bauwerksdiagnostik zur Verfügung, von denen ein kleiner Ausschnitt vorgestellt wurde

Chlorideintrag/Carbonatisierungstiefe Betondeckungsmessungen Korrosionszustand

Weiterhin wurden Untersuchungsmöglichkeiten des Betons dargestellt mechanische Prüfungen an Bohrkernen Rückprallhammerprüfung, Oberflächenzugfestigkeit Ultraschalluntersuchungen Mikroskopische Untersuchungen zur Schädigungstiefe

Über die vorgestellten Untersuchungsmöglichkeiten hinaus gibt es noch eine Vielzahl weiterer Messmethoden zur Bauwerksdiagnostik


Beton - ZustandserfassungDas wichtigste Messgerät der Bauwerksdiagnostik ist jedoch das Auge des Ingenieurs und das Verständnis für die Konstruktion


Diskussion zu „täglich“ eingesetzten Prüfgeräten wie Feuchtemessung und Taupunktermittlung


1. Gradientenuntersuchungen – Baustoffgruppe 1


ca. 8 cm

ca. 5,5 cm

ca. 1,8 cm

Beton C30/37

Zementestrich

Anhydritestrich

Beton C20/25




Probenlagerung im Raumklima von ca. 20°C und 50% rel. Luftfeuchte abgebildet. In der 8. Woche wurde zur Beschleunigung der Trocknung eine Ventilation installiert.


Anhydrit-Estrich

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0Feuchtegehalt [Masse-%]

Mes

swer

te I

[cV

]

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

Mes

swer

te II

[Mas

se-%

]

Gerät 3

Gerät 4

Gerät 5

Gerät 6

Gerät 7

Gerät A

Gerät B

Zement-Estrich

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Mes

swer

te I

[cV]

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

Mes

swer

te II

[Mas

se-%

]

Gerät 3

Gerät 4

Gerät 5

Gerät 6

Gerät 7

Gerät A

Gerät B

Beton C20-25

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Mes

swer

te I

[cV]

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

Mes

swer

te II

[Mas

se-%

]

Gerät 3

Gerät 4

Gerät 5

Gerät 6

Gerät 7

Gerät A

Gerät B

Beton C30-37

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Mes

swer

te I

[cV

]

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

Mes

swer

te II

[Mas

se-%

]

Gerät 3

Gerät 4

Gerät 5

Gerät 6

Gerät 7

Gerät A

Gerät B


Klinker

Hochloch-ziegel

Kalksandstein

Porenbeton

Fichte

Buche

Pressspan-platte

Butylklebeband



Fichte

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0Feuchtegehalt [Masse-%]

Mes

swer

te I

[cV

]

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

Mes

swer

te II

[Mas

se-%

]

Gerät 3 Gerät 4 Gerät 5 Gerät 6

Gerät 7 Gerät A Gerät B

Buche

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Mes

swer

te I

[cV

]

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

Mes

swer

te II

[Mas

se-%

]



Spanplatte

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Mes

swer

te I

[cV

]

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

Mes

swer

te II

[Mas

se-%

]




Vollziegel: Korrelation Testo zu Testo

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0Messwerte "Gerät 6" [cV]

Mes

swer

te I

[cV

]

Gerät 3 Gerät 4

Gerät 5 Gerät 7

Hochlochziegel: Korrelation Testo zu Testo

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Mes

swer

te I

[cV

]

Gerät 3 Gerät 4

Gerät 5 Gerät 7

Kalksandstein: Korrelation Testo zu Testo

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Mes

swer

te I

[cV

]

Gerät 3 Gerät 4

Gerät 5 Gerät 7

Porenbeton: Korrelation Testo zu Testo

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0


Mes

swer

te I

[cV

]

Gerät 3 Gerät 4

Gerät 5 Gerät 7


3. „Homogene Befeuchtung u. Trocknung“ BG 2 u. 3

ca. 95 % rel. Luftf. bei ca. 20°C (Kammer 11)












3. „Homogene Befeuchtung u. Trocknung“ BG 2 u. 3


Taupunktwird jener Punkt genannt, an dem die Raumlufttemperatur so weit abkühlt, dass sich Kondenswasser bildet. Die Luft kann den enthaltenen Wasserdampf nicht mehr binden. In der Folge wird dieser Wasserdampf „auskondensiert“ und das Kondenswasser setzt sich an den kalten Oberflächen ab.

Taupunkttabelle:Taupunkttabelle:

Um die Gefahr einer Tauwasserbildung (Schimmelpilzbildung) direkUm die Gefahr einer Tauwasserbildung (Schimmelpilzbildung) direkt bestimmen zu kt bestimmen zu köönnen, nnen, benbenöötigt man Kenntnis tigt man Kenntnis üüber:ber:

die Raumtemperaturdie Raumtemperatur die Raumluftfeuchtigkeitdie Raumluftfeuchtigkeit die Oberfldie Oberfläächentemperatur der Raumbegrenzung (i.d.R. Wand)chentemperatur der Raumbegrenzung (i.d.R. Wand)


Taupunktmessgeräte bestehen i.d.R. aus Infrarotthermometer und integriertem Feuchtigkeitsmesser Die Geräte messen die Umgebungs- bzw. Raumtemperatur. Die Geräte messen die Umgebungs- bzw. Raumfeuchtigkeit Daraus berechnen die Geräte den Taupunkt . Dann messen sie die Temperatur (nur die Temperatur, nicht die Feuchtigkeit)

zwischen den beiden Laserpunkten auf der Wandoberfläche. Ist diese Temperatur nahe dem vorher ermittelten Taupunkt , besteht die

Gefahr von Feuchtigkeits- bzw. Schimmelbildung

Taupunktmessgeräte messen also „nur“ die Temperatur und nicht die tatsächliche Feuchte einer Wandoberfläche , um auf diese Weise die Gefahr von Feuchtigkeitsbildung bewerten zu können.

.

VOLTCRAFT IRVOLTCRAFT IR--SCANSCAN--350RH 350RH IRIR--Thermometer, Thermometer, IRIR--TaupunktTaupunkt--MessgerMessgeräät t von Technikus von Technikus

Preis ca. 60 Preis ca. 60 €€

PTD 1 ThermodetektorPTD 1 Thermodetektorvon Boschvon Bosch

Preis ca. 130Preis ca. 130€€

Taupunkt Scanner PCETaupunkt Scanner PCE--DPT 1DPT 1von PCEvon PCE

Preis ca. 300Preis ca. 300€€

Dr.-Ing. Lasse Petersen - VBD Homepage · E-Modulprüfungen Spaltzugfestigkeitsprüfungen Dr.-Ing....

Documents

Transcript of Dr.-Ing. Lasse Petersen - VBD Homepage · E-Modulprüfungen Spaltzugfestigkeitsprüfungen Dr.-Ing....