Ultraschall-Scans zur Ermittlung von Schäden an Betonbrücken
Infrastrukturen wie Brücken und Straßen beinhaltet in der Regel Stahlbeton, der für die Gewährleistung des regelmäßigen Betriebs und der Sicherheit ständig überwacht werden muss. Große Betonkonstruktionen stellen verschiedene Herausforderungen dar, hauptsächlich aufgrund der breiten Palette von Aggregaten, verdichteten Fragmenten, im Material. „Auf Rollen“ – Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP mittels Ultraschall) ZfP ist eine der effektivsten Methoden zur Überprüfung derartiger Betonstrukturen. Im Rahmen des teilweise EU-finanzierten Projekts COBRI wurde ein einfaches und effizientes System entwickelt, das zudem kostengünstig und portabel ist. Philippe Olivier, CEO von ELOP AS, dem für die Koordinierung von COBRI zuständigen Unternehmen, erklärt: „Der wichtigste technologische Durchbruch ist eine neue Methode zur Erfassung von Ultraschalldaten aus Betonstrukturen in Echtzeit sowie zur Darstellung dieser Daten in einem visuell lesbaren 3D-Videoformat.“ Der auf Rollen befestigte Ultraschall-Scanner verfügt zudem über eine Vielzahl weiterer Funktionen. Zum Beispiel seine hohe Geschwindigkeit und Fähigkeit, Scans zwischen 10 cm/s und 100 cm/s durchzuführen, je nach Auflösung. Die Eindringtiefe wurde von 15 cm auf 50 cm erhöht. Betonstahl sowie die Trennung des Materials in Schichten und Risse können bereits bei einer Auflösung von ca. 1 cm erkannt werden. Prototypentwicklung, Erprobung und Validierung Insgesamt gab es viele Herausforderungen, die die Entwicklung des Prototypen anspruchsvoller als erwartet gestalteten. Die Anpassung an verschiedene Signalformen und die Streuung durch Aggregate erforderten viel zusätzliche Forschung und zeitraubende Experimente. Es wurde ein Feldversuch zusammen mit Ramboll, einem hochqualifizierten Unternehmen für Brückeninspektionen und ZfP, durchgeführt. ELOP arbeitete mit Partnern wie TOPRO, Aurotech Ultrasound AS, COWI und RAMBOL zusammen, um dieses Projekt zu realisieren. Nächste Schritte – Neue Maßstäbe und Marktexpansion COBRI wurde Ende 2017 abgeschlossen und verfolgt nun ehrgeizige Pläne für die Erweiterung der technologischen Funktionen sowie die Einführung in den Markt. Die Optimierung der Signalverarbeitung wird eine Unterscheidung zwischen den verschiedenen Materialien – Stahl, Luft und Wasser – in der Visualisierung ermöglichen. Parallel dazu wird die Industrialisierung des Scanners abgeschlossen und das Unternehmen wird den Außendienst aufbauen und anschließend die Produktion aufnehmen. Für größere horizontale Bereiche ist eine Rollwagen-Version mit den gleichen Basisrollen geplant. Das zu prüfende Gelände ist nicht immer flach und Strukturen wie Dämme, Säulen und Silos erfordern zeit- und kostenintensive Gerüste für den Zugang. Die Antwort ist der rollende Scanner, der mit Robotern oder Raupen verbunden ist. Basierend auf dem gleichen Rollenprinzip für die schnelle sichere Erfassung von Ultraschalldaten plant das Team, einen neuen Markt anzusprechen. Durch die Nutzung höherer Frequenzen können neue Breitbandscanner für Verbundwerkstoffe und Metall verwendet werden. Zudem könnten zerstörungsfreie Zielstrukturen auch Windradflügel, Schweißinspektionen, Tanks und Schiffsrümpfe darstellen, und genau damit beschäftigt sich die Forschung des Spin-off-Projekts Multrawheel. Sozioökonomische Auswirkungen und die Umwelt „Die Auswirkungen enden nicht mit der Erkennung von Problemen in Stahlbetonstrukturen, obwohl die frühzeitige proaktive Erkennung von Korrosion, Rissbildung und Delamination weltweit zu Einsparungen in Milliardenhöhe führen könnte“, betont Olivier. Die Wertschöpfungskette der Nutzer reicht von Konstrukteuren, Prüfberatern und ZfP-Dienstleistungsanbietern bis hin zu den Brückenbesitzern. Darüber hinaus setzt der Scanner weniger Fachschulungen als aktuell verwendete Systeme voraus und die Daten können an einen zentralen Standort übermittelt werden, wo sie schließlich von Experten analysiert werden können. Zu den Vorteilen für die Umwelt gehört die Reduzierung des Energieverbrauchs für die Zementproduktion und Abbruchabfälle. Weniger Verkehrsstörungen bedeuten weniger Kraftstoffverbrauch und somit auch weniger Lärm und Luftverschmutzung. Olivier fasst den Erfolg des Projekts wie folgt zusammen: „Wir stellen eine kostengünstige Lösung für eine einfache und effiziente zerstörungsfreie Prüfung von Betonstrukturen bereit“. In Bezug auf die Auswirkungen auf die Straßeninfrastruktur fügt er noch hinzu: „Diese innovative Lösung wird die derzeitigen Methoden der Brückeninspektion vereinfachen und verbessern und somit die Sicherheit, Kapitalinvestitionen und die Kapazität der Straßeninfrastruktur erhöhen.“
Schlüsselbegriffe
COBRI, Beton, Scanner, Brücke, Ultraschall
