DE102012108746A1

DE102012108746A1 - Vorrichtung und Verfahren zur automatisierten Diagnose von Korrosionsvorgängen an Stahl in Beton

Info

Publication number: DE102012108746A1
Application number: DE102012108746A
Authority: DE
Inventors: Kristina Ahlborn; Frank Berthold; Heimo Jahn; Jens Köhler; Ulrich Schneck; Winfried Vonau; Thomas Winkler
Original assignee: CITec Concrete Improvement Technologies GmbH; Sensortechnik Meinsberg GmbH; Kurt Schwabe Institut fuer Mess und Sensortechnik Ev Meinsberg
Current assignee: Citec Concrete Improvement Technologies De GmbH; Xylem Analytics Germany GmbH
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2013-04-04

Abstract

Zusammenfassung liegt nicht vor!

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares Messsystem zur Bestimmung des Korrosionszustandes bzw. Korrosionsgrades von Stahl (oder anderen metallischen Bewehrungen) in Beton (oder anderen mineralischen Baustoffen) sowie ein Verfahren zum Betreiben des modularen Messsystems.
I. Kurzbeschreibung
Das modulare Meßsystem zur automatisierten Bestimmung des Korrosionszustandes an bzw. von Stahl in Beton weist eine auf der Betonfläche (bzw. einer entsprechenden Baustoffoberfläche) positionierbare Aufsatzmeßzelle in Interaktion mit einem für deren Betrieb optimal konfigurierbaren Meßgerät und eine Software zur Steuerung, Übertragung, Visualisierung, Auswertung und Speicherung der Meßdaten auf, wobei

– die Aufsatzmeßzelle aus einer mechanischen und elektrischen Verbundanordnung aus mehreren Metall- und elektrochemischen Referenzelektroden besteht, wobei die Metallelektroden kreisförmig (oder allgemein umlaufend) um zwei zentral positionierte Referenzelektroden angeordnet sind,
– über das mit potentiostatisch/ galvanostatischer Funktionalität ausgerüstete Meßgerät verschiedenartige elektrochemische Methoden einzeln oder in beliebig kombinierter Abfolge zum Einsatz kommen (d.h. das Messgerät zum Durchführen unterschiedlicher solcher Meßverfahren eingerichtet ist), und
– mittels der im Zuge der Anwendung dieser Methoden generierten und zur Verfügung stehenden orts- und zeitaufgelösten Daten die komplexe, automatisierte Interpretation der Meßdaten zur Korrosionsdiagnose an Stahl in Beton und anderen mineralischen Baustoffen erfolgt.

Die Metallelektroden und/oder die Referenzelektroden der Aufsatzmeßzelle können federnd gelagert sein und über ihre Stirnflächen kann ein benetzbares Vlies gespannt sein.
Die Metall- und Referenzelektroden der Aufsatzmeßzelle können zur Anwendung verschiedenartiger elektrochemischer Methoden beliebig elektronisch kombinierbar sein (und z.B. beliebig miteinander verschaltbar sein, sodass z.B. der elektrische Widerstand oder der elektrische Strom zwischen zwei beliebigen der Elektroden erfassbar ist).
Bei den Metallelektroden der Aufsatzmeßzelle kann es sich um hochlegierte Edelstahl- bzw. Titanoxid-Elektroden und bei den Referenzelektroden um lageunabhängig einsetzbare, einen verfestigten Innenelektrolyten enthaltende Elektroden handeln.
Das modulare Meßsystem kann derart vorgesehen bzw. ausgebildet sein,

– daß das Meßgerät modular aufgebaut ist und die Module sowohl unabhängig voneinander als auch frei miteinander verschaltbar eingesetzt werden können,
– daß das Meßgerät durch eine flexibel schaltbare Matrix mit der Messzelle verbunden ist,
– daß sich zwischen dem Meßgerät und der Meßzelle eine vorgelagerte Signalaufbereitung befinden kann (welche z.B. zwischen das Messgerät und die Meßzelle geschaltet ist), oder
– daß das Meßgerät zum autarken Betrieb eine Spannungsversorgung durch Batterie beinhalten kann.

Das modulare Meßsystem kann derart ausgebildet sein, daß es über eine portable und zeitweise autonome Betriebsweise verfügt, wobei die Software zur Steuerung und Datenverwaltung über ein (z.B. drahtloses) Netzwerk verbunden sein kann.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betreiben des modularen Messsystems bzw. ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung des Korrosionszustandes von Stahl in Beton (oder allgemein einer metallischen Bewehrung in einem mineralischen Baustoff) mittels des modularen Meßsystems bereitgestellt, wobei sowohl einzelne als auch mehrere der nachfolgend genannten Zustände mittels Ruhepotentialmessung, Oberflächenwiderstandsmessung, elektrochemischer Impedanzmessung, galvanostatischer Pulsmessung, potentiostatischer Polarisationsmessung und/oder potentiodynamischer Polarisationsmessung mit Kompensation des Elektrolytwiderstandes (IR-Kompensation) erfaßt, visualisiert und ausgewertet werden, wobei die Parameter Frequenzbereich, Meßzeit, galvanostatischer Polarisationsstrom, potentiostatische bzw. potentiodynamische Polarisationsspannung und -geschwindigkeit variierbar sind: Potential der Bewehrung, Galvanostatische Polarisationsspannung der Bewehrung, Potentiostatischer Polarisationsstrom der Bewehrung, Betonoberflächenwiderstand, Widerstand zwischen der Betonoberfläche und der Stahlbewehrung, Polarisationswiderstand der Bewehrung, und Phasengrenzschichtkapazität am Bewehrungsstahl.
Beim Durchführen der unterschiedlichen elektrochemischen Methoden kann vorgesehen sein, dass

– ein geeigneter Selbsttest die Funktionsfähigkeit, die Meßbedingungen und den Elektrodenkontakt vor Meßbeginn überprüft,
– eine permanente Plausibilitätsprüfung der Meßdaten im jeweiligen Kontext einer längeren Meßfolge erfolgt, mit der mangelhafter Elektrodenkontakt und/ oder unsichere Meßbedingungen erkannt und dokumentiert werden, und/oder
– durch den Einsatz geeigneter Rechenalgorithmen, basierend auf der Kombination mehrerer Meß- und Analyseverfahren, eine objektivierte und reproduzierbare Bewertung des Korrosionszustands erreicht wird.

Ferner kann vorgesehen sein, daß Meßdaten und die automatisierte Auswertung der Daten der Meßmethoden zu einer Gesamtbewertung des Korrosionszustands mit den Ergebnissen "korrosionsaktiv" – "passiv" – "unsicher" verknüpft werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, daß alle für eine automatisierte Korrosionsdiagnose erforderlichen Meß- und Steuerparameter in einem manuellen Bedienmodus verrändert und für besondere Meßbedingungen variabel angepaßt und vorgegeben werden können.
Die Bestimmung des Korrosionszustandes (von z.B. Stahl in Beton) kann sowohl in Echtzeit während des Einsatzes als auch offline anhand aufgezeichneter Daten erfolgen.
II. Ausführliche Beschreibung
Bei der Erfindung handelt es sich um ein neuartiges integriertes Meßsystem für Korrosionsuntersuchungen am Bewehrungsstahl von Stahlbetonbauwerken (KMS), das auf einer modularen, hochmobilen, stromsparenden, für die speziellen Meßbedingungen an Stahlbeton optimierten Hardwareplattform basiert. Damit wird erstmals auch dem nicht spezialisierten Bauingenieur ermöglicht, über eine menügeführte Bedienersoftware Meßaufgaben zu definieren und auszuführen sowie die Ergebnisse auf Plausibilität zu kontrollieren und zu bewerten.
Korrosionsprobleme an Stahlbetonbauwerken verursachen bei Ingenieurbauwerken der westlichen Industrieländer (Brücken, Tunnel, Parkhäuser, Hafen- und Industrieanlagen) jährliche Instandhaltungsaufwendungen von ca. 2 Milliarden Euro (allein an Brücken von Bundesfernstraßen ca. 70 Mio. Euro). Mit herkömmlichen Untersuchungsmethoden (visuelle Kontrolle, Abklopfen der Betonfläche) lassen sich Korrosionsschäden erst dann feststellen, wenn sie bereits zu Folgeschäden am Beton durch voluminöse Korrosionsprodukte des Stahls geführt haben. In den vergangenen Jahren hat sich zunehmend eine elektrochemische Messung – die Ruhepotentialmessung – als Methode zur zerstörungsfreien Untersuchung von Stahlbetonbauteilen auf Korrosionsgefahr etabliert. Die Interpretation der Meßergebnisse ist jedoch sehr anspruchsvoll und kann zumeist nur von Experten richtig durchgeführt werden. In einem amerikanischen Standard (ASTM C 876) wurden fixe Bewertungskriterien für die Potentialmessung definiert, die jedoch nur unter speziellen, in der Praxis selten vorhandenen Randbedingungen zutreffen. Wegen ihrer scheinbaren Einfachheit werden diese Kriterien jedoch häufig verwendet, führen zu Fehlinterpretationen und lassen Zweifel an der Anwendbarkeit dieser Messung aufkommen.
Weiterhin zeigt die Erfahrung, daß auf herkömmlicher, vereinfachter Zustandsbeurteilung beruhende Instandsetzungen die Korrosionsprobleme nicht vollständig beseitigen, auf bislang ungeschädigte Bereiche umlagern und so nicht die beabsichtigte dauerhafte Wirkung erreichen. Oft wird auch als Vorsichtsmaßnahme Beton auf ungeschädigten Flächen ersetzt.
Im Unterschied zu vielen anderen Prüfungen an Stahlbeton (z.B. Druck- und Haftzugfestigkeiten, Lage der Bewehrung) können Messungen zur Feststellung des Korrosionszustands in der Regel jedoch nicht durch Erfassung eines einzelnen Parameters und Vergleich mit vorgegebenen Soll- und Grenzwerten erfolgen. Vielmehr müssen Korrosionsuntersuchungen, die alle indirekt sind und vielen, vor Ort schwer bestimmbaren Einflußfaktoren unterliegen, möglichst breit angelegt sein. Zu diesen Einflußfaktoren zählen z.B. Zementart, Alkalität, Wassergehalt und Permeabilität und Umweltexposition des Betons. Sie können auf wenigen Quadratmetern stark schwanken, was bereits die Bildung von Korrosionselementen begünstigt. Wegen der Komplexität dieser Zusammenhänge wird in Vorschriftenwerken darauf nicht Bezug genommen, sondern man beschränkt sich auf einfach, aber nur kostenintensiv und zerstörend bestimmbare Parameter (Chloridgehalt, Karbonatisierungstiefe). Daraus resultiert ein extrem vorsichtiger Umgang mit Stahlbetonbauwerken.
Mit wissenschaftlich basierter Herangehensweise lassen sich im Quervergleich verschiedener Daten die enthaltenen Unwägbarkeiten herausfiltern, sowie Ursache und Auswirkung der auf das Bauteil wirkenden Einflußfaktoren erkennen. Dann sind belastbare Schlußfolgerungen für einen objektbezogenen, optimalen Umgang mit dem Bauwerk möglich, die in ihrer Qualität und Sicherheit weit über das derzeit übliche Maß hinausgehen. Neben der flächigen Untersuchung von ganzen Bauteilen, mit denen der Korrosionszustand zu einem bestimmten Zeitpunkt diagnostiziert werden soll, ist auch die Langzeitbeobachtung von einzelnen Meßkoordinaten wichtig, durch die Erkenntnisse über das Korrosionsverhalten z.B. nach dem Aufbringen von Beschichtungen gesammelt werden. Es kommt sowohl auf eine korrekte Messung als auch auf die richtige, komplexe Interpretation der gewonnenen Daten an.
Mit dem KMS lassen sich Untersuchungen großer Flächen und erweiterte elektrochemische Messungen nach neuen, vorgefertigten Routinen ausführen; es kann autark oder ferngesteuert im Laborbetrieb sowie zu Langzeitmessungen an Bauwerken eingesetzt werden. Diese Kombination ist einzigartig und in ihrer Spezifikation für die Anwendung an Stahlbeton für einen weltweiten Vertrieb und Einsatz bestimmt.
Für flächige Korrosionsmessungen, die sich häufig auf die Potentialmessung und ggf. die Widerstandsbestimmung reduzieren, sind verschiedene Meßgeräte in sehr unterschiedlicher Qualität erhältlich. In diesen Geräten sind ein bis zwei Meßverfahren implementiert und jeweils spezielle unterschiedliche Meßelektroden erforderlich. Die schon geräteintern bearbeiteten Rohdaten können nicht zur komplexen Auswertung in andere Systeme übernommen werden.
Erweiterte elektrochemische Messungen, die die Zustandsbeurteilung des Betons mit der des Bewehrungsstahles verbinden, können ebenfalls zur Anwendung kommen. Die Meßergebnisse können geräteintern mit Meßparametern unterlegt sein, die bei herkömmlichen Methoden oft zu einem spekulativen Ergebnis führen. Außerdem können Störeinflüsse auf die sehr empfindlichen Messungen durch diese Bearbeitungsmethoden nicht sicher erkannt werden, was zu markanten Fehlinterpretationen führen kann. Meßsysteme mit methodenübergreifenden Auswerte- und Darstellungsverfahren sind auf dem Markt nicht erhältlich.

Das für den skizzierten Einsatzzweck benötigte portable Meßsystem für erweiterte kombinierte elektrochemische Messungen (Polarisations-, Impedanz- und galvanostatische Pulsmessungen) und applikative Empfehlungen (z.B. Plausibilitätskontrollen zum Erkennen von Störeinflüssen) ist kommerziell nicht verfügbar und kann auch nicht mit kommerziell verfügbaren Komponenten erstellt werden, da einerseits die Kennwerte von Meßgeräten und Sensoren bzw. Meßzellen untereinander nicht kompatibel sind, und andererseits die erforderliche kombinierte Auswertung zur Erzielung der o.g. innovativen Empfehlungen fehlt bzw. nicht möglich ist. In -- ist die Funktionalität des neuen Systems KMS zusammengefasst.

Meßgröße/Funktionen	KMS
Potential	✓
Widerstand	✓
Temperatur	✓
Polarisation d. Bewehrung	✓
Impedanz	✓
galvanostatischer Puls	✓
Plausibilitätskontrolle	✓
Datenbank	✓
Bauwerksdaten	✓
Datenvergleich	✓
komplexe Interpretationsanleitung	✓

Zusammenfassend ist festzustellen, daß der Stand der Technik durch die nachfolgend genannten zwei wesentlichen Nachteile gekennzeichnet ist:

– keine systemintegrierte Erfassung sämtlicher korrosionsrelevanter Daten und
– keine Verfahren zur komplexen Interpretation der Meßdaten verfügbar.

Damit wird derzeit ein wirtschaftlich effektiver und breiter Einsatz von zerstörungsfreien Diagnoseverfahren verhindert. Die richtige Anwendung der Verfahren kann bisher praktisch nur von wenigen Experten vorgenommen werden.
Die Methode der kombinierten Messung verschiedener Parameter, durch deren Auswertung auf die Korrosionseigenschaften von Stahlbeton geschlossen werden kann, soll durch die Integration einzelner Sensoren in eine Meßzelle in Verbindung mit einem auf die Applikation spezialisierten, neu konzipierten Meßgerät und einer gleichfalls grundlegend neuen nutzergeführten Steuerung in Form eines Korrosionsmeßsystems für Stahlbetonbauwerke etabliert werden. Einen wichtigen Aspekt stellt die mögliche modulare Ausführung des Systems, sowohl auf der sensorischen und gerätetechnisch elektronischen Seite, als auch auf der Seite der Anwendersoftware, dar. Damit kann der Leistungsumfang des Produktes an den Umfang der durchzuführenden Qualitätsuntersuchungen am Stahlbeton angepaßt werden.
Es wird ein modulares Meß- und Regelungssystem bereitgestellt, dessen Kern ein spezielles Potentiostatenmodul bildet. Das Meßgerät wird optimal an die Anforderungen für elektrochemische Messungen an Stahlbeton und an die Kennwerte der Kombinationsmeßzelle angepaßt. Diese als Meßeinrichtung für das Flächenmonitoring und auch für Korrosionsmessungen am Bewehrungsstahl wirksame Aufsatzzelle ist durch ein geeignetes, an die Einsatzbedingungen angepaßtes, Meßzubehör komplettiert. Neuartige Analyse- und Interpretationsroutinen mit Datenbankbezug auf einem Rechner vervollständigen das System und erweitern den Kenntnisstand bei der Zustandsbeurteilung von Betonbauwerken entscheidend.
Mit dem Korrosionsmeßsystem lassen sich Untersuchungen großer Flächen und erweiterte elektrochemische Messungen nach vorgefertigten Routinen ausführen; es kann autark oder ferngesteuert im Laborbetrieb sowie zu Langzeitmessungen an Bauwerken eingesetzt werden.
Die Realisierung dieses Konzeptes setzt neue Maßstäbe bei der Zustandskontrolle von Stahlbetonbauwerken sowohl durch Korrosionsuntersuchungen, als auch bei der Langzeit-Meßdatenerfassung an Bauwerken sowie bei der Darstellung und Auswertung der Daten. So kann z.B. vorgesehen sein, daß die erfaßten Daten eines Bauwerks, wie z.B. Betonüberdeckungen, Potentiale, Oberflächen-, Elektrolyt-, und Polarisationswiderstände, Korrosionsströme, Chlorid- und Feuchtegehalte in einer Datenbank archiviert und detailliert dargestellt und analysiert werden und zur menügeführten Auswertung der Korrosionsmessungen beitragen. Völlig neue Qualitätsmerkmale werden durch grundlegende Untersuchung und spätere Realisierung einer z.Z. einzigartigen Kombination von ortsaufgelösten Daten (Ergebnisse flächiger Untersuchungen) mit zeitaufgelösten Daten (Ergebnisse aus Langzeituntersuchungen an einzelnen Koordinaten) ermöglicht. Diese Innovation wird es auch dem nicht spezialisierten Ingenieur gestatten, auf einer modularen, mobilen, für die speziellen Meßbedingungen an Stahlbeton optimierten Bedieneinheit, über eine menügeführte Software Meßaufgaben zu definieren, die Ergebnisse auf Plausibilität zu kontrollieren und zu bewerten.
Das Korrosionsmeßsystem besteht aus den nachfolgend spezifizierten Kernkomponenten und ist schematisch in Bild 1 dargestellt.
Bild 1: Korrosionsmeßsystem – Prinzipdarstellung –

– Modulares Meß- und Regelungssystem zur hochohmigen Messung von Potentialdifferenzen, zur Regelung und Messung von Polarisationsspannungen bzw. Strömen mit variablen Polarisationsparametern sowie mit Möglichkeit zur geräteinternen Meßfehlererkennung und -kompensation, ausgeführt als autarkes, netzunabhängiges System mit internem Rechnermodul, Firmware, Datenspeicher, Display und Standard-Interface zu einem auch über Kommunikationsnetze gekoppelten Rechner.
– Kombinationsmeßzelle zur Bestimmung von Potentialen am und im Beton, von Oberflächenwiderständen, zur Strom- bzw. Spannungspolarisation der Stahlbewehrung und zur Messung der Temperatur, ausgeführt als an die Umgebungsbedingungen angepasste modulare Aufsatzzelle.
– Steuerungs- und Anwendersoftware zur Planung von Messungen, zur Ansteuerung und Bedienung des Meßsystems, zur Archivierung der Meßdaten und zur Bewertung von Stahlbeton-Korrosionszuständen, modular aufgebaut zur Übersichtsauswertung vor Ort und zur Detailanalyse mit 2- bzw. 3-dimensionalen Grafiken und Tabellen und der Verbindung mit Datenbankinformationen zur Erstellung eines Maßnahmenkataloges am Analyserechner.

Das Vorhaben leistet u.a. einen entscheidenden Beitrag zur Umweltentlastung im Straßenverkehr: bereits in der Planungsphase von Instandsetzungsmaßnahmen an Brücken oder Parkhäusern/ Tiefgaragen lassen sich exakte, objektbezogene Maßnahmen festlegen und die Instandsetzung damit beschleunigen und fokussieren, was folgendes Szenario beispielhaft zeigt:
Zu der aller 15 bis 20 Jahre erforderlichen Erneuerung der Fahrbahndecke wird bei Autobahnbrücken derzeit eine genaue Zustandsuntersuchung an der Fahrbahntafel erst nach Abfräsen des Asphalts und der Abdichtung möglich. Mangels objektbezogener Entscheidungskriterien wird in Folge undichter Abdichtung chloridbelasteter Beton gemäß ZTV-ING bei Gehalten über 0,4% (bezogen auf die Zementmasse) großflächig entfernt. Das betrifft häufig auch Bereiche mit lediglich feuchtem Beton, die mit Potentialmessung geprüft wurden, aber bei formaler Bewertung nicht von chloridhaltigen, korrosionsaktiven Flächen getrennt werden können. Die Reprofilierung ist vielfach sogar mit einer Vollsperrung der Brücke verbunden, wenn bei hohen Reprofilierungsdicken erschütterungsfrei gearbeitet werden muß. Erst danach kann die eigentliche Erneuerung der Fahrbahndecke beginnen.
Mit den neuen Möglichkeiten des KMS kann zukünftig bereits in der Planungsphase eine genaue Vorhersage des Arbeitsumfangs getroffen werden, wobei sich die Beton-Reprofilierungsarbeiten auf die tatsächlich chloridbelasteten und korrosionsaktiven Bereiche beschränken können (ca. 50% des üblichen Arbeitsumfangs). Das führt nicht nur

– zu einer geringeren Umweltbelastung mit Abfall, Staub und Lärm, sondern auch
– zu einer Verkürzung der Bauzeiten und damit
– zu deutlich geringeren Verkehrseinschränkungen sowie
– zu einer Reduzierung der Stau- und Unfallgefahr im Baustellenbereich und
– zu einem geringeren Energieverbrauch und Transportaufkommen für die Baustelle.

Das KMS weist folgende neue Eigenschaften auf:

– geräteinterne Plausibilitätskontrollen auf sinnvolle Meßergebnisse (Erkennen von unsicherer Ankopplung von Elektroden an den Beton auf Grund von Unebenheiten, harter Karbonatisierungsschichten, Verschmutzungen oder Beschichtungen),
– Hilfe bei der Definition von Meßaufgaben und der Auswahl von Meßmethoden,
– hohe Portabilität und lange, unterbrechungsfreie Einsatzzeit,
– einfach zu bedienende, automatisierte Kompensations- und Korrekturmöglichkeiten bei systematischen Störungen von Messungen (z.B. bei Vorhandensein elektrischer Felder oder Signalverschiebungen durch starke Feuchtedifferenzen im Beton),
– Mehrfachmessungen zur schnellen, simultanen Erfassung unterschiedlicher Parameter (z.B. Ruhepotential, Oberflächenwiderstand, Temperatur),
– umfangreiche Werkzeuge für die nutzergeführte Auswertung und Interpretation von Meßdaten (Datenvergleich nach unscharfen Zuständen) und Hilfe beim Erkennen notwendiger Probenahmestellen für Chlorid-, Feuchte- und pH-Profile im Beton, zur visuellen Begutachtung von Bewehrung und für die Planung von erweiterten elektrochemischen Messungen zur Beurteilung des Korrosionsfortschritts an charakteristischen Stellen des untersuchten Bauteils.

Gerätekonzeption

Es wurde die detaillierte Spezifikation für die Hardware des Korrosionsmeßsystems erarbeitet. Wichtige Parameterbereiche wurden eingegrenzt. Dies umfaßt unter anderem:

– Spannungsmeßbereich	+–10 V
– Strommeßbereich	100 nA... 0,1 A
– Ausgangsspannung	> 20 V
– Potentialvorschub	10 µV/s... 100 mV/s
– Zeitkonstanten der Regler	1... 2 µs
– Temperaturbereich	–10... +50 °C

Das Korrosionsmeßsystem ist mit folgenden Eigenschaften spezifiziert:

– potentiostatische, galvanostatische und potentiodynamische Betriebsweise möglich
– Wechselstromeinheit (Impedanz) mit Frequenzbereich um 1 kHz
– Messung des Oberflächenwiderstandes mit einer 4-Elektrodenanordnung
– In der potentiostatischen/ potentiodynamischen Betriebsweise ist eine Kompensation des ohmschen Spannungsabfalls (IR-Kompensation) erforderlich. Dazu wird die Unterbrechermethode vorgesehen. Diese soll softwareseitig zuschaltbar sein.
– Alle Funktionen sind mittels der Software schaltbar. Parametervorgaben erfolgen über die übergeordnete Steuersoftware.
– Ein akkumulatorgestützter Betrieb von 10 Stunden ist vorgesehen. Dies gilt auch bei der unteren Temperaturgrenze von –10 °C.
– Erweiterbar um eine berührungslose Oberflächenfeuchtemessung mittels Mikrowellensensorik.

Meßmethodik
Zur Schaffung einer klaren Struktur und einer klaren Begrifflichkeit auch für den ungeübten Nutzer erfolgte nach einer Marktanalyse und Literaturstudien die Festlegung der im KMS zu verwendenden Begriffe und Symbole (Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.). Grundsätzlich wird der Meßablauf an einem Meßpunkt in einer Sequenz zusammengefaßt. Die Sequenz beinhaltet alle an diesem Punkt auszuführenden Messungen. Diese Einzelmessungen werden als Methoden bezeichnet. Jede Methode kann bei Bedarf mehrfach aufgerufen und gestartet werden. Innerhalb der Methode können viele Parameter editiert werden. Jeder Parameter wird standardmäßig mit einer für die Charakterisierung von Stahlbetonobjekten geeigneten Einstellung belegt.
Grundlage für die Korrosionsmessung sind die einzelnen Methoden. Für die Meßsequenz zur Charakterisierung von Stahlbetonobjekten wurden folgende Methoden ausgewählt:

– Ruhepotentialmessung
– Bestimmung des elektrischen Oberflächenwiderstandes
– Messung des elektrischen Betonwiderstandes zwischen der Referenzelektrode und dem Bewehrungsstahl
– Galvanostatischer Puls

Zur weitergehenden Beschreibung des Korrosionszustandes an ausgewählten Meßstellen wurde die Meßmethode potentiodynamische Polarisation eingeführt.
Bei einer Ruhepotentialmessung wird die elektrische Spannung zwischen einem Refererenzpunkt (Bezugselektrode) und dem Untersuchungsobjekt (Bewehrungsstahl) gemessen. Eine Beeinflussung des Meßobjektes erfolgt nicht – das zu charakterisierende Objekt bleibt im Ruhezustand. Wenn man nicht das Langzeitverhalten eines Objektes untersuchen will, ist die Messung nach 10 bis 20 Sekunden beendet.
Der elektrische Oberflächenwiderstand ergibt sich aus einer Wechselstrommessung. Dadurch werden die Störungen des Gesamtsystems klein gehalten. Die genutzte Meßfrequenz liegt im Bereich um 1 kHz. Wichtig ist hier eine möglichst geringe Phasenverschiebung, um kapazitive Einflüsse zu minimieren. Die Messung wird als Vierpolmessung ausgeführt. Über 2 äußere Elektroden wird dem System der sinusförmige Strom aufgeprägt. Zwischen den beiden inneren Sensorelektroden wird der aus dem Stromsignal resultierende Spannungsabfall gemessen. Bei Messungen an Stahlbetonoberflächen ist die Elektrodenanordnung nach Wenner gebräuchlich. Dabei werden die 4 Elektroden linear und in gleichem Abstand angeordnet. Die Bestimmung des elektrischen Oberflächenwiderstandes ist in der Regel nach einigen Sekunden erfolgt.
Die Bestimmung des elektrischen Widerstandes zwischen der Bezugselektrode und dem Bewehrungsstahl erfolgt analog zur Ermittlung des Oberflächenwiderstandes. Hier wird eine klassische elektrochemische Dreielektrodenkonfiguration eingesetzt. Zwischen dem Bewehrungsstahl und einer externen Gegenelektrode wird dem System der Strom aufgeprägt. Durch eine Spannungsmessung zwischen dem Bewehrungsstahl und einer externen Bezugselektrode wird der erzeugte Spannungsabfall ermittelt. Solch ein Meßvorgang ist nach wenigen Sekunden beendet. Die galvanostatische Pulsmessung wird ebenfalls in der Dreielektrodenkonfiguration ausgeführt. Hier kommt jedoch ein Gleichstromimpuls definierter Größe und Dauer zum Einsatz. Die daraus resultierenden Änderungen der Spannung zwischen Bewehrungsstahl und Bezugselektrode werden verfolgt. Zur Verbesserung der Auswertung ist es hilfreich, vor und ggf. nach der Polarisation das Ruhepotential des Bewehrungsstahl mit aufzuzeichnen. Die Dauer solch einer Messung liegt häufig zwischen 10 und 120 Sekunden.
Bei einer potentiodynamischen Polarisation wird dem Bewehrungsstahl ein definiertes Potential aufgeprägt und die Stromantwort des Systems gemessen. Dieses Potential wird über einen vorher festgelegten Potentialbereich mit einer definierten Geschwindigkeit möglichst linear verändert. Aus dem ohmschen Widerstand zwischen der Bezugselektrode und dem Bewehrungsstahl resultiert ein ohmscher Spannungsabfall (IR-Abfall). Dieser kann das Messergebnis stark verfälschen. Mit einer dynamischen IR-Kompensation kann der Einfluß dieser Störgröße minimiert werden. Messungen dieses Typs dauern in der Regel 10 bis 20 Minuten. Aus den Ergebnissen kann man direkt das Korrosionsverhalten der Bewehrung am jeweiligen Meßpunkt unter den jeweiligen Verhältnissen zum Untersuchungszeitpunkt beschreiben.
Bedien- und Auswertemethodik:
Über eine Software können durch den Bediener vordefinierte und editierbare Messaufgaben zur automatisierten Korrosionsdiagnose bearbeitet werden. Dabei werden verschiedene, unabhängig ausgeführte Meßmethoden zu einer Sequenz verbunden und die Meßergebnisse systemintern auf Sicherheit, Gültigkeit und Aussage hinsichtlich Betonfeuchte und Korrosionszustand der Bewehrung geprüft und ausgewertet. Korrosionsaktivität und Passivität der Bewehrung werden sicher erkannt, und bei Übergangszuständen werden fallsensitiv Zusatzhinweise an den Bediener ausgegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM C 876 [0014]

Claims

Ansprüche liegen nicht vor!