Forschungsprojekt: Mikrorisse im Beton mittels Schallemissionsanalyse aufspüren

Projektleiter Prof. Gerd Manthei (Bild vergrößern)
  

(19.4.2012) Ein Forschungsprojekt am Gießener Fachbereich Maschinenbau und Energietechnik der Technischen Hochschule Mittelhessen befasst sich mit der Schallemissionsanalyse zur Detektion von Mikrorissen in Baumaterialien. Projektleiter Prof. Dr. Gerd Manthei vom Institut für Methodik der Produktentste­hung arbeitet dabei mit Prof. Dr. Rüdiger Kern vom Labor für Baustoffkunde, Bauteilprüfung und Massivbau zusammen. Das Forschungsvorhaben, an dem auch Studenten beteiligt sind, wird vom Land Hessen im Rahmen des Förderprogramms „For­schung für die Praxis“ mit 35.000 Euro gefördert.

Die Korrosion von Stahlbeton führt nicht nur zu deutlich sicht­baren Schäden, sondern gefährdet letztlich auch die Sicher­heit von Brücken und anderen Bauwerken. Ausgangspunkt der Schäden sind Mikrorisse, die durch starke Belastung entstehen können. Durch diese Risse, die optisch nicht unmittelbar wahr­zunehmen sind, können etwa Taumittel in den Beton eindringen und die Stahlbewehrung angreifen. Als Folge kommt es zu größeren Rissen. Beton platzt ab. Die Sicherheit des Bauwerks ist in Gefahr. Laut Manthei entsprechen zum Beispiel 16 von 20 Autobahnbrücken auf der A 45 nicht mehr den aktuellen Anforde­rungen.

Schäden lassen sich vermeiden, wenn die Mikrorisse frühzeitig entdeckt werden, wo­zu im TH-Projekt die Schallemissionsanalyse eingesetzt werden soll. Diese macht es sich zunutze, dass bei Verformungen oder Rissen in einem Material schwache Schall­impulse ausgesendet werden. Sensoren wandeln die entstehende mechanische Ener­gie in elektrische um. Das Verfahren wurde für Stahl und faserverstärkte Kunststoffe entwickelt und hat sich dort etabliert.

Beton ist dagegen für die Schallemissionsanalyse ein schwieriges Material, da er we­gen seiner unregelmäßigen Geometrie und Zusammensetzung die Ausbreitung elasti­scher Wellen stark dämpft. Deshalb wird vor allem ein neuer Schallemissionsaufneh­mer benötigt, der in einem dem Beton angepassten Frequenzbereich messen kann.

Eine permanente Schallemissionsanalyse könnte sehr frühzeitig Auskunft über Ort, Ausdehnung und Fortschritt der Schädigung eines Bauwerks geben, so dass durch das Verfahren z.B. hochbelastete Autobahnbrücken kostengünstig instant gesetzt werden könnten, bevor Schäden überhaupt sichtbar würden.