UNTERSUCHEN OHNE AUFZUBOHREN

Radar ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, mit dem Störungen und Inhomogenitäten in massiven Körpern (Bauwerken, Bauteilen, Boden) durch Reflexionen von elektromagnetischen Wellen festgestellt werden können. Gemessen wird die Laufzeit und Amplitude der empfangenen Radarwellen und deren Messposition.

Die Anwendungsmöglichkeiten von Radar sind vielfältig. So wird Radar 

• im Beton- und Stahlbetonbau [8], 
• in historischen Bauwerken (Mauerwerk, Holz [10]),
• für Verkehrswege (Schichtaufbau, Tragschicht),
• für Erdbauwerke / Dämme, 
• für Baugrunduntersuchungen / Archäologie

mit dem Ziel verwendet, den strukturellen Aufbau (Schalen, Abmessungen), Einbauteile (Bewehrung, Klammern, Dübel, Anker, Leitungen, Fundamente) und Schadstellen (Risse, Ablösungen) zu orten. 

Die Grenzen von Radar sind 

• das Vorhandensein von Metall (z. B. einer Alufolie in einer Bitumenbahn) → führt zu Totalreflexion,
• nasse Oberflächen → führt teilweise zu extremer Signaldämpfung.

Je nach Umgebung und Antennengröße kann die Messung von Hand, mit einem kleinen Wagen oder vom Auto aus durchgeführt werden. Weiterführende Literatur zum Thema Radar kann [10] und [8] entnommen werden.

Bei der Thermografie muss zwischen der allgemein bekannten passiven Thermografie (Gebäudediagnostik, Wärmeverluste), und der aktiven Thermografie (mit einem Erwärmen des zu untersuchenden Bauteils vor der Thermografiemessung) unterschieden werden [MAI2008], [WAL2012].
passive Thermografie

• Gebäudediagnostik (Wärmeverluste/Wärmbrücken/Feuchte )
• Daten für Energiepass
• Qualitätssicherung von Wärmedämmmaßnahmen
• Leckageortung bei warmen Wasser
• Ortung von Fußbodenheizungen und deren Leckagen
• Bauwerksuntersuchung (Homogenität von Mauerwerk unter Putz…)

aktive Thermografie

Anwendungsmöglichkeiten von aktiver Thermografie

• Ortung von oberflächennahen Hohlstellen und Kiesnestern und Ablösungen von Putzen und Beschichtungen
• Ortung von Hohlstellen und Ablösungen von statisch relevanten Bauteilen  z.B. CFK-Laminate auf Beton
• Lokalisierung von Mauerwerk und Fugen hinter Putz
• Ortung von Bereichen mit erhöhter Feuchtigkeit in oberflächennahen Bereichen

Physikalische Grenzen von aktiver Thermografie

• Defekte in zu großer Tiefe (über 5cm)
• Zu geringes thermisches Verhalten der unterschiedlichen Stoffe, d.h. keine Unterschiede sichtbar
• Bauteil  nicht erwärmbar bei zu geringer Wärmeleitfähigkeit

Mit dem Betondeckungsmessgerät kann die Lage (Tiefe und Position) von Bewehrung bestimmt werden. So kann die vorhandene Bewehrung bei Bestandsbauten bestimmt werden, um z.B. eine vorhandene Statik zu prüfen oder eine Statik für einen Bestandsbau erstellen zu können. Weiter kann die Betondeckung für Brandschutznachweise oder den Nachweis der ausreichenden Betondeckung bei der Exposition von Chloriden etc. gemessen werden. Es sind immer punktuelle Sondagen am Bauwerk erforderlich, um die Messgeräte zu kallibrieren. 

Um bei Bohrkernentnahmen keine Eisen zu beschädigen bzw. wenn die Eisen genau visuell untersucht werden sollen kann so die Lage der Bewehrung bestimmt werden.

Ein sehr großer Vorteil der Bewehrungsortungsverfahren gegenüber der Radartechnik ist, dass die Bewehrungsortungsverfahren auf Wirbelstrombasis oder magnetinduktiv funktionieren und so bei feuchtem Beton angewendet werden können.

Mit dem Remanenzmagnetismus ist es möglich, gebrochene Spannglieder zu detektieren. Auch ist es möglich, bei einer Befürchtung von Schäden den Bruch auszuschliessen und so den guten Zustand des Bauwerks nachzuweisen.

Potentialfeldmessung zur Detektion von aktiver Korrosion

Mit der Potentialfeldmethode ist es möglich, eine aktive Korrosion (aktives Rosten) zu detektieren. Eine sehr genaue Analyse der geschädigten Bereiche ist möglich aber immer muss durch Sondierungsöffnungen das Ergebnis kalibriert werden. So ist eine genaue Eingrenzung der geschädigten Bereiche möglich →  ungeschädigte Bereiche müssen nicht saniert werden. 

Radiografie/Durchstrahlung

Die Radiografie stellte in der Materialuntersuchung eine der bedeutendsten Untersuchungsmethoden dar, wird aber aufgrund der komplexen Strahlenschutzbestimmungen nur selten angewendet. In speziellen Einsatzfällen wo eine Durchstrahlung des Bauteils möglich ist, werden mit dem bildgebenden Verfahren sehr gute Ergebnisse erzielt. [

Die Ultraschall-Echotechnik beruht auf der Reflexion von Schallwellen an Diskontinuitäten wie Werkstoffinhomogenitäten, Grenzflächen, Hohlstellen oder der Bauteilrückwand. Das Impact-Echo Verfahren ist derzeit weniger gebräuchlich kann [WAL2012] entnommen werden 

Im Bauwesen kann Ultraschallecho an Beton [WAL2012] [STR2008]und Holz [HAS2008] [HAS2011]und Stahl angewendet werden zur

• Bestimmung von Bauteilabmessungen (gleichmäßige Dicke, Aussparungen),
• Ortung von Schäden (Hohlstellen, Kiesnester, Ablösungen, Rissen parallel zur Oberfläche, Fäulnis, Äste) sowie
• Ortung von Schichtwechseln und stofflichen Inhomogenitäten.

Bei Vorhandensein eines Echosignals von der Bauteilrückseite kann davon ausgegangen werden, dass das Bauteil ungeschädigt ist und sich keine inneren Schäden im Bauteil befinden. Diese Aussage gründet physikalisch darauf, dass das ausgesendete Schallsignal eine ungestörte Struktur für die Schalleitung benötigt und für ein Echosignal von der Bauteilrückseite der Schall das Bauteil ungehindert zweimal durchlaufen muss. Ist dies möglich, ist die innere Struktur ungeschädigt. Wird bei sonst gleichbleibenden Randbedingungen kein Echosignal von der Bauteilrückseite empfangen, besteht ein Verdacht auf eine innere Schädigung. 

Mit einem indirekten Verfahren wie Ultraschallecho kann keine eindeutige Aussage über die tatsächliche Art der Schädigung getroffen werden. Daher werden z. B. bei Holzbauwerken unklare Bereiche markiert und zerstörungsarm mit der Bohrwiderstandsmethode an dieser Stelle eine punktuelle Untersuchung durchgeführt.

Grenzen von Ultraschallecho liegen zum einen in der Unereichbarkeit des Bauteils (direktes Ankoppeln an das Bauteil ist erforderlich), zum anderen wenn eine Materialschicht auf dem zu untersuchenden Bauteil aufgebracht ist (z. B. Estrich und Folie auf einer Betonplatte). 

Mit den Ultraschallechomessungen ist es je nach Messgerät und Prüffrequenz möglich, die Struktur von Beton und Holz auf Schäden hin zu untersuchen. Weiter können nach einer Kalibrierung Querschnitte und Bauteil Dicke bei einer einseitigen Zugänglichkeit bestimmt werden. 

Zu beachten ist, das für Untersuchungen an Beton und Holz mit niederfrequenten Transversalwellen (50-60kHz), an Stahl mit Longitudinalwellen (>1MHz) gemessen wird. Nur bei genauer Kenntnis des Materials und vielen Vergleichsmessungen ist eine Aussage über die Materialstruktur über die Ultraschallgeschwindigkeit möglich. 

Mit dem Rückprallhammer kann die Druckfestigkeit der oberflächennahen Schicht bestimmt werden. Untersuchungen am karbonatisierten Beton ergeben zu hohe scheinbare Druckfestigkeiten – hier muss die Druckfestigkeit abgemindert werden. Exakte Druckfestigkeiten können mittels Druckversuch an einem Bohrkern (50mm) bestimmt werden. Dennoch kann auch mit vergleichenden Messungen die Homogenität des Betons sehr gut untersucht werden.

Die Untersuchungsoberfläche muss eben und mit einem Schleifstein vorbereitet sein – Oberflächenveränderungen durch korrosive Einflüsse, Feuer, Frost, chemischen Angriff ergeben keine belastbaren Ergebnisse. 

Das Verfahren dient zur punktuellen Untersuchung von Holz. So können Bauteilabmessungen (gleichmäßige Dicke, Aussparungen, Zapfenverbindungen) sowie inneren Schäden (Hohlstellen, breiten Rissen parallel zur Oberfläche, Fäulnis, ausgeprägtem Insektenbefall) detektiert werden. 

Bei Brücken- und Kirchenprüfungen erfolgt in der Praxis sehr häufig eine Kombination aus flächiger Ultraschallecho- und punktueller Bohrwiderstandsmethode.
Die Untersuchung mit einer 3mm breiten Bohrnadel hinterlässt kaum wahrnehmbare Löcher. Mit den Bohrwiderstandsmessungen können Bauteile schnell untersucht werden und bei Schäden diese sehr gut eingegrenzt werden.Für die weiteren Entscheidungen können Restquerschnitte bei Fäulnis oder Brandschaden für die statische Berechnung bestimmt werden. Oft sind die in der Vergangenheit „großzügig“ bemessenen Querschnitte trotz Schaden für den EC5 ausreichen. 

Mittels Endoskopie können durch Bohrungen von teils nur 5mm Durchmesser untersucht werden. So kann die innere Struktur reell „betrachtet“ werden – die Auswertung erfordert aber sehr viel Erfahrung [NEU2019]. 

Die Rissbreite kann selbst sehr einfach mit einem Risslineal /Vergleichsmassstab bestimmt werden. Um zu Untersuchen, ob sich ein Riss „in Ruhe“ befindet und z.B keine Verformungen durch eine thermische Beanspruchung vorliegen, ist ein digitales Rissmonitoring sehr sinnvoll. Neben der Lufttemperatur und Luftfeuchte der Umgebung wird die Rissbewegung aufgezeichnet.

Auch für Untersuchungen, ob eine gezielt aufgebrachte Belastung eine Verformung am Riss zur Folge hat, ist eine digitale Rissuntersuchung von großer Bedeutung.

Die Feuchtemessung stellt bei Holz eine besonders wichtige Untersuchung dar, da ab 20% Holzfeuchte eine Gefahr von Fäulnis besteht [STE2020]. Mit einer Einschlagelektrode kann die Feuchte unter Berücksichtigung der Holzart direkt bestimmt werden (bei Streusalz stimmen die Ergebnisse nicht). 

Kapazitive Messverfahren sind als vergleichende Prüfverfahren, wo trockene von nassen Bereichen unterschieden werden, sehr gut geeignet. Absolutwerte sind umstritten und nur bei genauer Kenntnis der Materialien und genauen Kalibrierkurven möglich. 

Auch bei dem weit verbreiteten CM-Verfahren (Calciumcarbid-Methode) für Beton und Estrich müssen viel Randbedingungen und vor allem die Probenetnahme bei der Belastbarkeit der Resultate berücksichtigt werden. 

Weitere Untersuchungsmethoden sind unterschiedliche Mikrowellenverfahren und die Neutronensonde [WAL2012]. 

Preiswerte Untersuchung: Eine sehr genaue Bestimmung der Materialfeuchte ist mit der Darrmethode möglich, wo bei 105°C das Probematerial bis zur Massekonstanz getrocknet wird. Hier ist wichtig, dass bei zu hohen Temperaturen (über 105°C) zusätzlich zum (gewünschten) freien Wasser auch noch das chemisch gebundene Wasser freisetzt wird. Bei der Beprobung darf die Probe nicht durch heiße Bohrer oder schlechte Verpackung im Vorfeld ausgetrocknet werden. 

Untersuchung nach bauschädlichen Salzen wie Chloriden, Sulfaten, Nitrat und Nitrit

Mit dem Karstenschen Prüfröhrchen kann mit geringem Aufwand vergleichend die Wasseraufnahme von Oberflächen bestimmt werden. So kann die Effektivität einer Hydrophobierung oder Rissigkeit der Oberflächenstruktur von unterschiedlichen Bereichen gut verglichen werden. Für eine genaue Bestimmung der Wasseraufnahme sind in der Literatur unterschiedliche Formeln zu finden, die sich über die Jahrzehnte ändern [MEI2019]. 

Für die Entscheidung, ob der Untergrund für eine Beschichtung oder einen Mörtelauftrag eine ausreichende Tragfähig besitzt, werden Haftzugprüfungen vorgenommen. 

Mit den Untersuchungen ist auch indirekt eine Untersuchung der Qualität der oberen Betonstruktur bzw. an Bohrkernen die Haftzugfestigkeit in unterschiedlichen Tiefen möglich. 

Preiswerte Voruntersuchung: Wenn „Betonklebeband“ schon die Oberfläche abhebt ist keine Haftzugprüfung mehr erforderlich

Sondage bei Stahlbeton

Um den Zustand der Bewehrung bestimmen zu können sind Sondagen unumgänglich. Mit dem beschriebenen Bewehrungsortungsgerät kann die Lage der Eisen gut bestimmt werden und es empfielt sich ein oberflächennahes Eisen freizulegen, da die Exposition meist “von Außen” kommt. 

Mittels Phenolpthallein (Indikatorflüssigkeit) kann die Karbonatisierung bestimmt werden. Resultat: rosa → ausreichende Alkalität des Betons → Eisen gegen Luftrost geschützt. Aber- keine Aussage zu chloridinduzierter Korossion.

Salzanalyse ergab hohe Chloridkonzentration → Sondage an Bewehrung erforderlich; –  rosa Farbausschlag von Phenolpthallein zeigt Alkalität des Betons an – d.h. Kein Rost durch Luft, aber – Lochfraßkorossion durch Chloride 

Oft es es bei Mauerwerk oder Mörtel oder Beton oder Holz oder Stahl erforderlich, „reale“ Bestandsdaten zu erlangen. Hier ist es erforderlich, Materialproben aus dem Bauwerk zu entnehmen und zu prüfen [KRA2017]. Mittels einer flächigen zerstörungsfreien Untersuchung kann die Lage der Sondage optimiert werden. 

Salzanalyse ergab hohe Chloridkonzentration → Sondage an Bewehrung erforderlich; –  rosa Farbausschlag von Phenolpthallein zeigt Alkalität des Betons an – d.h. Kein Rost durch Luft, aber – Lochfraßkorossion durch Chloride 

Für eine visuelle Prüfung ist ein handnahes erreichen oft erforderlich. Dies geht bei höheren Bauwerken vom Gerüst oder vom Hubsteiger aus. 

Aus der Distanz ist eine optische Untersuchung – ohne Haptik, aber dafür viele Bereiche mit geringen Aufwand mittels fliegender Drohne möglich (siehe ROU2020). Bauteile unter Wasser können mit einer Unterwasser-Drohne erkundet werden.

Salzanalyse ergab hohe Chloridkonzentration → Sondage an Bewehrung erforderlich; –  rosa Farbausschlag von Phenolpthallein zeigt Alkalität des Betons an – d.h. Kein Rost durch Luft, aber – Lochfraßkorossion durch Chloride