Umwelt- bzw. mechanisch bedingte Änderungen in der (Beton-)Mikrostruktur und ihr Effekt auf die Codasignale

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Gehlen
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398216472

Die Coda-Wellen-Interferometrie (CWI) eignet sich besonders für die Langzeitüberwachung von Strukturen aus Stahlbeton. Ziel des Projektes ist es, die Coda-Technologie als Werkzeug zur Beurteilung der Sicherheit und Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauwerken zu entwickeln und zu verstehen. In diesem Teilprojekt soll mittels gut beherrschbarer eindimensionaler Experimente der Einfluss von mechanischer Belastung und Umwelteinflüssen auf das Codasignal abgebildet werden. Zum einen werden Kalibrierkurven für die Störung der Coda durch direkte Einwirkungen abgeleitet. Andererseits sollen typische Phänomene in Bezug auf das Material Beton, z.B. die Langzeitprozesse Karbonatisierung oder Frostangriff, im Zeitbereich charakterisiert werden. Am Ende des Projekts wird ein Spektrum an Kalibrierkurven und betonspezifischen Merkmalen bereitgestellt, um eine Kalibrierung und Signalkompensation an realen Ingenieurbauwerken zu ermöglichen.Um die Ursachen von Signalvariationen zu validieren, werden Veränderungen der Betonmikrostruktur mit konventionellen und innovativen Techniken charakterisiert. Die Zusammenhänge zwischen Einwirkungen und mikrostrukturellen Veränderungen sowie die entsprechende Analyse und Interpretation der Codasignale liefern wichtige Eingangsparameter für die Modellierung von Wellenausbreitung, Materialeigenschaften und Strukturänderungen, wie sie im Rahmen anderer Einzelprojekte dieser Forschungsgruppe entwickelt werden.Während der zweiten Phase dieses Projekts sollen die Zusammenhänge aus den eindimensionalen Versuchen aus der ersten Phase systematisch um den Einfluss von Probengeometrie, Oberflächenzustand und Bewehrung erweitert werden, bezogen auf die entsprechenden Änderungen in der Coda. Darüber hinaus werden nach der Charakterisierung homogener Zustände praxisrelevante Feuchte- und Temperaturgradienten in den Probekörpern untersucht. Besonderes Augenmerk wird auf die Unterscheidung von Variationen infolge von reversiblen und irreversiblen Veränderungen auf mikrostruktureller Ebene gelegt. Die Veränderungen werden mittels ausgewählter Methoden, der Computertomographie, Schallemissionsanalyse und Dünnschliffmikroskopie validiert.Darüber hinaus beabsichtigt die Forschungsgruppe Benchmark Tests zur Überwachung mittels CWI an zwei Ingenieurbauwerken, der Gänstorbrücke, die Ulm und Neu-Ulm verbindet, und dem U-Bahnhof Scheidplatz in München durchzuführen. TUM1 übernimmt die Koordination der Instrumentierung des Scheidplatzes sowie die Vorbereitung und Wartung der Datenerfassungsinfrastruktur zu einer gemeinsamen Datenbank.Mit diesem Projekt wird die Grundlage für viele Anwendungen von CWI basierten Verfahren in der modernen Bautechnik und unserer gebauten Umwelt geschaffen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2825: Concrete Damage Assessment by Coda Waves (CoDA)