Entwicklung eines scannenden Prüfgeräts zur Detektion von Delaminationen in Betonfahrbahndecken

Ein bedeutender Teil (ca. 30 %) der Bundesautobahnen ist in Betonbauweise hergestellt. An solchen Fahrbahnen konnen spezielle Schadensbilder auftreten, die in Zusammenhang mit chemischen Reaktionen (insbesondere Schadigung aufgrund Alkali-Kieselsaure-Reaktion) oder mechanischer und thermischer Beanspruchung stehen (z. B. Hitzeschaden). Zur zerstorungsfreien Zustandserfassung im Hinblick auf substanzielle Schaden von Fahrbahndecken aus Beton steht derzeit noch kein wirtschaftlich sinnvoll einsetzbares Prufsystem zur Verfugung, das als Entscheidungsgrundlage fur Instandsetzungsmasnahmen dienen konnte. Zwar gibt es Systeme mit denen z. B. die Tragfahigkeit oder der komplette Strasenaufbau (Georadar) reprasentativ und auch mit hohen Scangeschwindigkeiten abgebildet werden kann. Jedoch ist die Abbildung von auf der Oberflache nicht sichtbaren horizontalen Rissen und Delaminationen im Inneren der Betondecke nur mit grosem Aufwand messtechnisch durchfuhrbar. Deshalb wurde im Rahmen des hier beschriebenen Forschungsvorhabens ein scannendes Messverfahren entwickelt und in einem Prototypensystem implementiert. Das System erlaubt die Durchfuhrung von Messungen auf Basis von elastischen Wellen- und Schwingungsphanomenen, die direkt mit strukturellen Eigenschaften wie z. B. dem Vorhandensein von Rissen korrelierbar sind. Das entwickelte Messsystem nutzt als Grundlage das sog. Impakt-Echo-Verfahren, bei dem durch einen mechanischen Impakt elastische Wellen im Betonkorper ausgelost, mit geeigneter Sensorik empfangen und mit Methoden der Datenverarbeitung im Hinblick auf Informationen bezuglich Materialkennwerten und Schaden analysiert werden. Im Laufe der Entwicklungsarbeiten wurden messtechnische Komponenten wie Sensorik, Signalquellen und Messelektronik fur die speziellen Erfordernisse scannender Messungen an Betonfahrbahndeckenim Bestand konzeptioniert, hergestellt und optimiert. Insbesondere wurde zur Realisierung der scannenden Funktionsweise eine luftschallbasierte Signalaufzeichnung implementiert. Daruber hinaus wurden auf Basis numerischer Simulationen und Realmessungen Methoden zur Datenverarbeitung und korrekten Interpretation der Messdaten erarbeitet. Testmessungen wurden sowohl an ausgebauten Fahrbahnplatten als auch an ausgewahlten Fahrbahnen im Bestand durchgefuhrt. Mit dem System konnten an Fahrbahnen unterschiedlicher Bauart Messergebnisse erzielt werden, die Ruckschlusse auf das Vorhandensein horizontaler Risse ermoglichen. Bei Vorliegen mehrerer Rissebenen ergibt sich durch das Messprinzip die Einschrankung, dass nur die oberste Rissebene detektierbar ist. Die Messergebnisse konnten an ausgewahlten Stellen durch Kernbohrungen verifiziert werden. Wo keine direkte Verifikation moglich war, ergab sich eine gute Ubereinstimmung mit alternativen Messverfahren (Ultraschall) oder eine plausible Ubereinstimmung mit dem allgemeinen Fahrbahnzustand, der z. B. durch Ausbesserungsstellen im umgebenden Bereich der Messlokationen ersichtlich war. Das Prototypensystem erlaubt erstmals eine scannende Erfassung struktureller Schadigung durch horizontale Risse und Delaminationen in Betonfahrbahndecken von einer beweglichen Plattform aus. Obwohl noch Optimierungsmoglichkeiten v. a. hinsichtlich der Scangeschwindigkeit bestehen, ergab sich durch die Bearbeitung des Forschungsvorhabens eine wesentliche Verbesserung bestehender Pruftechnik zur Abbildung kleinskaliger Schaden in Fahrbahndecken aus Beton.