Concrete Damage Assessment by Coda Waves
Motivation
Stahlbetonbauwerke sind ein unverzichtbarer Bestandteil unseres Lebens, da unsere Mobilität, unsere industrielle Leistungsfähigkeit und die Funktionalität der modernen Gesellschaft im Allgemeinen direkt von der technischen Zuverlässigkeit dieser Bauwerke abhängen. Daher ist eine ressourcenschonende und kostengünstige Erhaltung der Infrastrukturbauwerke über die gesamte Lebensdauer von größter Bedeutung. Höhere (Verkehrs-) Lasten, längere Lebensdauern, der Einsatz neuer Materialien und Ressourcenknappheit, erfordern eine zuverlässige Lebensdauerprognose, die in ein effizientes Managementsystem eingebettet ist. Im Bauwerk integrierte, robuste Diagnose-werkzeuge, die ortsaufgelöst über Verdachtsmomente mit Blick auf kritische Zustände (z. B. Überlastung, Materialdegradation) berichten könnten, fehlen aktuell.
Projektziel
Durch die Etablierung dieser Forschungsgruppe soll dieses fehlende Instrument nun entwickelt werden. Ziel dieses Projektes ist es daher, eine neuartige Methode zur Bewertung der Sicherheit und Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauwerken zu entwickeln. Die Methode basiert auf der Anwendung von Codawelleninterferometrie (CWI). Aufgrund der diffusionsähnlichen Verbreitung von Codawellen durch die Vielfachstreuung in Beton können bereits geringe Änderungen im Gefüge als Mittelwert über größere Bauteilvolumina erkannt bzw. Änderungen in den Umweltparametern Temperatur und Feuchtegehalt sowie Laständerungen gegenüber einem Referenzzustand registriert werden. Laborversuche im Probenmaßstab (nm - cm - Bereich) als auch auf Bauteilebene (cm - m) liefern Korrelationen zwischen bestimmten Lasttypen (d.h. mechanisch, chemisch oder thermisch) und deren Wirkung auf das Material sowie Merkmale der Codawelle. Durch numerische Modellierung mit Hilfe von Translations-, Upscaling- und Lokalisierungsmethoden, können die verschiedenen Lasttypen unterschieden werden. Schließlich werden Methoden zur Verwendung der Informationen aus der Codawelle entwickelt, um schnelle Updates für die Lebensdauervorhersage von Stahlbetonbauwerken zu ermöglichen. Nach Abschluss der Arbeiten stände somit ein wirtschaftliches Managementtool von Bauwerken sofort zur Verfügung. Die Forschungsergebnisse gehen direkt in die Lehre ein, welche in den gesellschaftlich immer bedeutender werdenden Bereichen Instandhaltung, Bauen im Bestand und ressourceneffiziente Infrastruktur ausbilden soll.
Teilprojekte
Die Forschungsgruppe CoDA setzt sich aus sechs Teilprojekten zusammen, welche in enger Zusammenarbeit Fragestellungen verschiedener Disziplinen bearbeiten.
Die Untesuchungen der Forschungsgruppe umfassen streng kontrollierte Laborexperimente zu Einflüssen auf das Coda-Signal an kleinskaligen Probekörpern (TUM1), sowie an Probekörpern mit Bauteilgröße (RUB2). Theorie und Experiment basiert wird ein Materialmodell entwickelt (RUB1) und für die Silmuation der Wellenausbreitung in Beton (BU) herangezogen. Komplementär decken Tragwerksmodellierungen und -simulationen (TUM2) die großskalige Betrachtung ab. Hinzu kommt die stetige Weiterentwicklung der für die Ultraschalluntersuchungen benötigten Messtechnik und Auswerteverfahren, sowie die Anwendung der Verfahren auf reale Bauwerke (BAM).
BU : Höchstleistungs-Simulationen der Wellenausbreitung für Strukturuntersuchungen von Beton
TUM2 : Großskalige, hybride Modelle zur Schadenserkennung in beliebig geformten Betontragwerken