DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR ZERSTÖRUNGSFREIE PRÜFUNG Fachtagung Bauwerksdiagnose Praktische Anwendungen Zerstörungsfreier Prüfungen

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1 DGZfP-Berichtsband 66 CD Plakat 30 DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR ZERSTÖRUNGSFREIE PRÜFUNG Fachtagung Bauwerksdiagnose Praktische Anwendungen Zerstörungsfreier Prüfungen Januar 1999 in der Neuen Messe München Zerstörungsfreie Baustoffprüfung mittels Computer-Tomografie K.-D. Dewitz, Eberswalde 1. Einleitung Mit Hilfe der Computer-Tomografie können Erkenntnisse über den inneren Zustand von Baustoffen gewonnen werden. Dies gilt insbesondere für die Verteilung von Materialdichte und Flüssigkeiten in den zu untersuchenden Proben. Im Beitrag werden sowohl Ergebnisse aus der praktischen Bau-stoffprüfung vorgestellt als auch prinzipielle Anwendungsmöglichkeiten und Hinweise zur Weiterentwicklung dieser Untersuchungsmethode behandelt. 2. Zur Methode der Computer-Tomografie Die Computer-Tomografie (CT) ist eine Methode zur zerstörungsfreien Untersuchung der inneren Struktur von Stoffen. Dabei wird die Verteilung des lokalen Gamma- Strahlungs-Absorptionskoeffizienten (AK, Formelzeichen α, Einheit m -1 ) in der ausgewählten Meßebene der Probe analysiert. Dazu wird das Prüfelement in der zu untersuchenden Querschnittsebene mehrfach entlang zueinander paralleler Strecken sowie unter verschiedenen Einfallswinkeln durchstrahlt und die auf jedem einzelnen Strahlengang resultierende Schwächung gemessen. Die aus den so integral erfaßten Meßdaten errechnete AK-Matrix des gemessenen Querschnittes kann in verschiedener Weise als Grafik dargestellt und ausgewertet werden. Eine optisch gut und schnell erfaßbare Darstellung der untersuchten Meßebene erfolgt im Farbbild. Dabei werden den einzelnen AK-Bereichen unterschiedliche Farben zugeordnet, s. Abbildungen. Die Methode der CT (theoretische Grundlagen, Geräte sowie Bilderzeugungs- und auswertungsverfahren) beschreibt insbesondere RIDDER in einer Vielzahl von Veröffentlichungen. Der lokale AK steigt in erster Näherung linear mit zunehmender Dichte des durchstrahlten Materials im entsprechenden Volumenelementes des untersuchten Querschnittes (DEWITZ 1996). Die für den AK maßgebende Dichte setzt sich sowohl aus der Trockenrohdichte des Probenfeststoffes als auch aus dessen Feuchtigkeitsgehalt zusammen. An trockenen Baustoffen oder solchen mit gleichmäßiger DGZfP-Berichtsband 66-CD: Plakat

2 Feuchteverteilung kann deshalb anhand der AK-Matrix die Materialhomogenität innerhalb des zu prüfenden Elementes festgestellt werden. Weiterhin sind Feuchteverteilung und (sofern die Dichte des trockenen Materials bekannt ist) Feuchtigkeitsgehalt aus den gemessenen AK bestimmbar (DEWITZ 1997). Nachstehend werden einige Beispiele für den Einsatz der CT zur Baustoffprüfung demonstriert. Die in den folgenden Bildern gezeigten Vertikalschnitte durch Baustoff-Prüfwürfel lassen Dichteunterschiede in den Proben erkennen. So ist beim Prüfkörper im linken Bild die Dichte am Boden deutlich höher. Eine Ursache dafür könnte eine ungünstige Mischungskonsistenz (Rezepturfehler) sein, welche eine Sedimentation der schwereren Bestandteile zuläßt. Die Schichtungen im rechten Bild können wohl nur mit der ungenügenden Sorgfalt bei der Herstellung des Betons (technologischer Fehler) erklärt werden. DGZfP-Berichtsband 66-CD: Plakat

3 Aus den Schnitten des gezeigten 16 DF-Hohlblocksteines (oben Horizontal-Schnitt, unten Vertikal-Schnitt in einer durchgehenden Wandung) ist erkennbar, daß die Dichte zum (bei der Produktion) unteren Bereich hin geringer wird. Mögliche Ursachen dafür können sein: - Mischungskonsistenz zu gering, - zu geringe Rüttelung bei Formenfüllung und Mischungsverdichtung, - Auflastgeschwindigkeit zu schnell (Schockwelle), - Form bzw. Stein-Geometrie ungeeignet, - zu großes Größtkorn. Der oben gezeigte Horizontalschnitt weist insbesondere im Bereich der Kernhalterungen der Form Inhomogenitäten auf, die als Gefügeschwächungen und Sollbruchstellen im Baustein anzusehen sind. DGZfP-Berichtsband 66-CD: Plakat

4 Desweiteren kann mittels CT auch das Vorhandensein und die Lage von Bewehrungen in Bauelementen sowie deren Querschnitt und Zustand nachgewiesen werden. Beispielsweise ist dies an Stützen, die im Ortbetonverfahren hergestellt worden sind, für den Gütenachweis wichtig, nebenstehendes Bild: Querschnitt eines Stahlbetonmastes. Die nächsten Bilder zeigen den Prozeß des Wassereindringens zur Bestimmung der kapillaren Saugfähigkeit (Bestimmung des Wasseraufnahmekoeffizienten) am Beispiel eines Betonwürfels (rechts trocken, links nach einer Befeuchtungszeit von einer Woche, die befeuchtete Fläche ist im Bild unten). Obwohl das Wasser nicht tief eindringt, liegt in den befeuchteten Bereichen ein Feuchtegehalt von bis zu 15 % vor. DGZfP-Berichtsband 66-CD: Plakat

5 Mittels CT können auch Bautenschutzmittel und Verfahren zur Durchfeuchtungsverhinderung bzw. zur Trockenlegung getestet werden. In den folgenden Bildern ist das Imprägnierverhalten verschiedener Wirksubstanzen erkennbar. Einige Mittel dringen gar nicht in den Baustoff ein. Literatur Dewitz, K.-D.: Baustoffanalyse mittels Computer-Tomografie; Bautenschutz und Bausanierung 7(1996)26-29 Dewitz, K.-D.: Einsatz der Computer-Tomografie zur Ermittlung der Feuchte-verteilung in Baustoffen; 9. Feuchtetag 17./18. September 1997 in Weimar; Tagungsband Hrg. K. Kupfer Habermehl, A.; Ridder, H.-W.: Methodik der Computer-Tomografie zur zerstörungsfreien Untersuchung des Holzkörpers von stehenden Bäumen; Holz als Roh- und Werkstoff 50(1992) Habermehl, A.; Ridder, H.-W.: Computer-Tomographie am Baum; Materialprüfung 34(1992),H. 10 und Habermehl, A.; Ridder, H.-W.: Anwendungen der mobilen Computer-Tomografie zur zerstörungsfreien Untersuchung des Holzkörpers von stehenden Bäumen; Holz als Roh- und Werkstoff 51(1993)1-6 Ridder, H.-W.: Das Verfahren der Computer-Tomografie, mobile Geräte zur Baum-Tomografie und neue PC-Software zur Darstellung der Tomogramme; in Habermehl, A.: Die Computer-Tomografie als diagnostische Methode bei der Untersuchung von Bäumen; Baum-Zeitung-Verlag (bzm-v) Minden, März 1994 DGZfP-Berichtsband 66-CD: Plakat