DE102022113048A1

DE102022113048A1 - Bauwerkabschnitt, Überwachungsanordnung, Verfahren zum Überwachen eines Bauwerkabschnitts, Verwendung der Überwachungsanordnung und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements

Info

Publication number: DE102022113048A1
Application number: DE102022113048.7A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hegler; Dirk Plettemeier; Marco Liebscher; Viktor Mechtcherine
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2022-05-24
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2023-11-30

Abstract

Verschiedene Aspekte betreffen eine Überwachung eines Bauwerkabschnitts. Dazu kann der Bauwerkabschnitt beispielsweise Folgendes aufweisen: einen Baustoffabschnitt und einen in den Baustoffabschnitt kraftschlüssig eingebetteten geschlossenen elektrischen Wellenleiter, der mit einer elektrischen Messvorrichtung verbindbar ist zum Ermitteln eines Zustands des Bauwerkabschnitts basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters.

Description

Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen einen Bauwerkabschnitt, eine Überwachungsanordnung, ein Verfahren zum Überwachen eines Bauwerkabschnitts, eine Verwendung der Überwachungsanordnung und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements.
Bauwerke und Strukturen, wie zum Beispiel Brücken oder Gebäude, sind ein wesentlicher Bestandteil der Infrastruktur der heutigen Gesellschaft. Beschädigungen an diesen Bauwerken und Strukturen, vor allem, wenn diese sich unbemerkt ausbreiten, können daher weitreichende Konsequenzen mit großen Sach- oder Personenschäden zur Folge haben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Bauwerkabschnitt einen Baustoffabschnitt und einen in den Baustoffabschnitt kraftschlüssig eingebetteten geschlossenen elektrischen Wellenleiter auf, der mit einer elektrischen Messvorrichtung verbindbar ist zum Ermitteln eines Zustands des Bauwerkabschnitts basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters. Durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter und dem Baustoffabschnitt kann sich eine mögliche Zustandsänderung (z. B. ein Riss) in dem Baustoffabschnitt (und damit im Bauwerkabschnitt) in eine Dehnung (oder eine andere Verformung) des geschlossenen elektrischen Wellenleiters übertragen. Die Dehnung kann eine elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters verändern. Dies ermöglicht es, Rückschlüsse auf den Zustand des Bauwerkabschnitts zu ziehen.
Der Wellenleiter ist dann ein „geschlossener“ Wellenleiter, wenn er nach außen abgeschlossen ist. Das bedeutet, dass der Baustoffabschnitt nicht im geschlossenen elektrischen Wellenleiter lokalisiert ist, sondern ausschließlich außerhalb des geschlossenen elektrischen Wellenleiters und dieser elektrisch nach außen abgeschirmt ist, da der umgebende Baustoffabschnitt die Welle sonst dämpft und so die Messung stört. Der Wellenleiter ist dann ein „elektrischer“ Wellenleiter, wenn er elektromagnetische Wellen führen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Baustoffabschnitt aus einem Matrixmaterial gebildet, vorzugsweise aus einer Zement-, Mörtel- oder Betonmatrix, und der geschlossene elektrische Wellenleiter in dem Matrixmaterial kraftschlüssig aufgenommen. Ist der Baustoffabschnitt aus einer Zement-, Mörtel- oder Betonmatrix gebildet, ist der Baustoffabschnitt stabil und kann zum Beispiel für Bauwerke wie etwa Brücken oder Gebäude, die typischerweise aus Zement, Mörtel und/oder Beton gefertigt werden, verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Eigenschaft einer von einem Streu- (S-), M-, T-, X-Parameters, oder ein Parameter der auf einem Streu-, M-, T-, X-Parameter basiert und/oder einen Streu-, M-, T-, X-Parameter repräsentiert. Diese elektrischen Eigenschaften sind bekannte Messgrößen, die mit handelsüblichen Messvorrichtungen gemessen werden können. Somit kann der Bauwerkabschnitt vergleichsweise kostengünstig betrieben werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Eigenschaft eine Komponente von einem Streuparameter (S-Parameter). Typischerweise kann der geschlossene elektrische Wellenleiter als ein Zweipol angesehen werden, wenn er an zwei Anschlussstellen mit der elektrischen Messvorrichtung verbunden ist. Es gibt dann für jede Anschlussstelle einen Reflexionsstreuparameter und einen Transmissionsstreuparameter, die entsprechend Informationen bezüglich der Reflexion und der Transmission liefern. Reflexionsstreuparameter werden an der gleichen Anschlussstelle abgegriffen, an der sie auch in den geschlossenen elektrischen Wellenleiter eingekoppelt wurden, Transmissionsstreuparameter hingegen werden an unterschiedlichen Anschlussstellen eingekoppelt und abgegriffen. Jeder dieser Streuparameter kann die elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters zur Überwachung sein. Es besteht beispielsweise auch die Möglichkeit nur eine Anschlussstelle zu verwenden. Verwendet man zum Beispiel nur eine Anschlussstelle kann der geschlossene elektrische Wellenleiter als Einpol angesehen werden und es gibt lediglich einen Reflexionsstreuparameter. Die verschiedenen Streuparameter können komplexe Zahlen sein und daher aus einzelnen Komponenten bestehen. Eine Verwendung einer einzelnen Komponente erleichtert die Auswertung und verringert die benötigte Rechenleistung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Komponente des Streuparameters ein Betrag des Streuparameters oder eine Phase des Streuparameters.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der geschlossene elektrische Wellenleiter im Wesentlichen geradlinig durch die Matrix. Ein geradliniger Verlauf des geschlossenen elektrischen Wellenleiters kann es ermöglichen bei einer vorbestimmten Länge einen möglichst großen Bereich des Bauwerkabschnitts zu überwachen. Außerdem kann der geradlinige Verlauf des geschlossenen elektrischen Wellenleiters eine Ortung einer Zustandsveränderung des Bauwerkabschnitts zu erleichtern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der geschlossene elektrische Wellenleiter ein Koaxialkabel und/oder einen Hohlleiter auf oder ist als Koaxialkabel und/oder Hohlleiter ausgebildet. Eine Verwendung handelsüblicher Wellenleiter wie dem Koaxialkabel oder dem Hohlleiter vereinfacht eine Umsetzung weiter.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der geschlossene elektrische Wellenleiter einen elektrisch leitfähigen Wellenleiterabschnitt aufweisen, der in direktem Kontakt mit dem Baustoffabschnitt steht und/oder eine elektrisch isolierende Außenschicht, die in direktem Kontakt mit dem Baustoffabschnitt steht. Der elektrisch leitfähige Wellenleiterabschnitt kann kraftschlüssig mit dem Baustoffabschnitt verbunden sein, um die Verbindung zu verbessern. Die elektrisch isolierende Außenschicht kann kraftschlüssig mit dem Baustoffabschnitt verbunden sein, um die Verbindung zu verbessern. In anderen Worten ist es unerheblich, ob ein Abschnitt des geschlossenen elektrischen Wellenleiters, der mit dem Baustoffabschnitt verbunden ist, leitend oder isolierend ist. Es ist stets eine gute kraftschlüssige Verbindung zwischen dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter und dem Baustoffabschnitt zu bevorzugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der geschlossene elektrische Wellenleiter mehrere Anschlussabschnitte zum Verbinden mit der elektrischen Messvorrichtung auf, wobei die mehreren Anschlussabschnitte an jeweils einem Ende des Wellenleiters in einer Wellenleiterlängsrichtung bereitgestellt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Bauwerkabschnitt mehrere der geschlossenen elektrischen Wellenleiter auf, wobei optional zwei der mehreren geschlossenen elektrischen Wellenleiter wenigstens abschnittsweise parallel zueinander sind oder/und zwei der mehreren geschlossenen elektrischen Wellenleiter windschief zueinander sind, wobei optional die zwei windschiefen Wellenleiter orthogonal zueinander sind. Mehrere geschlossene elektrische Wellenleiter in einem Bauwerkabschnitt können dazu führen, einen größeren Bereich des Bauwerkabschnitts zu überwachen. Insbesondere können mehrere parallele geschlossene elektrische Wellenleiter einen Bereich in eine Richtung orthogonal zu der Längsrichtung des geschlossenen elektrischen Wellenleiters vergrößern. Mehrere zueinander windschiefe geschlossene elektrische Wellenleiter können eine Genauigkeit der Überwachung verbessern. Insbesondere bei Zustandsänderungen in dem Bauwerkabschnitt die eine Längsrichtung parallel zu einem geschlossenen elektrischen Wellenleiter aufweisen, können mit einem zusätzlichen windschiefen geschlossenen elektrischen Wellenleiter genauer detektiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der geschlossene elektrische Wellenleiter eine Länge von mindestens einem Meter auf. Mit solchen geschlossenen elektrischen Wellenleitern ist eine effiziente Überwachung von realen Bauwerken und Strukturen möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Zustand des Bauwerkabschnitts das Vorhandensein eines Defekts. Häufig sind Zustandsänderungen in dem Bauwerkabschnitt unerwünschte Defekte wie z. B. Risse oder Löcher. In dem Bauwerkabschnitt gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können diese Defekte detektiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Überwachungsanordnung auf: einen Bauwerkabschnitt nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, und eine elektrische Messvorrichtung, die mit dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter verbunden ist, wobei die elektrische Messvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters und/oder einen Zustand des Bauwerkabschnitts basierend auf/unter Verwendung von der elektrischen Eigenschaft zu ermitteln. Die elektrische Messvorrichtung kann die elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters messen. Basierend darauf kann wie zuvor beschrieben der Zustand des Bauwerkabschnitts ermittelt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Eigenschaft einer von einem Streu-, M-, T-, X-Parameter, oder ein Parameter der auf einem Streu-, M-, T-, X-Parameter basiert und/oder einen Streu-, M-, T-, X-Parameter repräsentiert. Wie zuvor beschrieben, sind diese elektrischen Eigenschaften bekannte Messgrößen, die mit handelsüblichen Messvorrichtungen gemessen werden können. Somit kann der Bauwerkabschnitt vergleichsweise kostengünstig betrieben werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Eigenschaft eine oder mehrere Komponenten eines Streuparameters.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Komponente/sind die mehreren Komponenten des Streuparameters ein Betrag des Streuparameters oder/und eine Phase des Streuparameters.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Messvorrichtung dazu eingerichtet, die elektrische Eigenschaft basierend auf einem Hochfrequenzsignal zu ermitteln. Das Hochfrequenzsignal ermöglicht die Verwendung von geschlossenen elektrischen Wellenleitern mit Längen in einem Größenbereich, in dem sich typischerweise Bauwerkabschnitte befinden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Messvorrichtung eingerichtet, das Hochfrequenzsignal in einem Frequenzbereich zu erzeugen, wobei eine hohe Bandbreite des Frequenzbereichs bevorzugt ist. Beispielsweise kann der Frequenzbereich eine untere Grenze von 0,01 GHz, optional eine untere Grenze von 0,02 GHz, weiter optional eine untere Grenze von 0,03 GHz, oder/und eine obere Grenze, die 10 GHz oder mehr beträgt, optional eine obere Grenze von 8 GHz, weiter optional eine obere Grenze von 6 GHz, aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Überwachen eines Bauwerkabschnitts nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung auf: Ermitteln einer elektrischen Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters und/oder Ermitteln eines Zustands des Bauwerkabschnitts basierend auf/unter Verwendung von der elektrischen Eigenschaft. Wie zuvor beschrieben kann sich eine elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters ändern, wenn sich der Zustand des Bauwerkabschnitts verändert. Das Ermitteln der elektrischen Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters, der kraftschlüssig im Bauwerkabschnitt aufgenommen ist, kann daher zu dem Ermitteln des Zustands des Bauwerkabschnitts verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Eigenschaft einer von einem Streu-, M-, T-, X-Parameter, oder ein Parameter der auf einem Streu-, M-, T-, X-Parameter basiert und/oder einen Streu-, M-, T-, X-Parameter repräsentiert. Wie zuvor beschrieben, sind diese elektrischen Eigenschaften bekannte Messgrößen, die mit handelsüblichen Messvorrichtungen gemessen werden können. Somit kann der Bauwerkabschnitt vergleichsweise kostengünstig betrieben werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Eigenschaft eine Komponente von einem Streuparameter. Wie zuvor beschrieben besteht der Streuparameter aus einzelnen Komponenten. Eine Verwendung einer einzelnen Komponente erleichtert daher die Auswertung und verringert die benötigte Rechenleistung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Komponente des Streuparameters ein Betrag des Streuparameters oder eine Phase des Streuparameters. Experimente des Erfinders haben gezeigt, dass mit einem von dem Betrag und der Phase unter einem geringen Messaufwand Rückschlüsse auf dem Zustand des Bauwerkabschnitts gezogen werden können. Wie später beschrieben wird, kann aus dem Betrag des Streuparameters auch der Ort eines möglichen Defekts des Bauwerkabschnitts ermittelt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren weiter auf: Vergleichen der ermittelten elektrischen Eigenschaft mit einer Referenz. Ein Vergleich mit der Referenz kann dazu führen, eine Veränderung der elektrischen Eigenschaft festzustellen. Durch die kraftschlüssige Anbindung des geschlossenen elektrischen Wellenleiters an den Bauwerkabschnitt kann von der Veränderung der elektrischen Eigenschaft auf eine Zustandsänderung im Bauwerkabschnitt geschlossen werden. Insbesondere kann die Zustandsänderung eine strukturelle Veränderung, wie etwa ein Defekt, ein Riss, ein Loch oder Ähnliches, sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vergleicht das Vergleichen die elektrische Eigenschaft als eine Funktion der Zeit. Streuparameter und einige weitere elektrische Eigenschaften werden typischerweise als Funktion der Frequenz ermittelt. Eine Umwandlung in eine Funktion der Zeit (z. B. durch Fouriertransformation oder Ähnliches) kann eine Auswertung der Messung der jeweiligen elektrischen Eigenschaft erleichtern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren weiter auf: Identifizieren einer Abweichung zwischen der elektrischen Eigenschaft und der Referenz, Ermitteln eines Zeitwerts, der der Abweichung zugeordnet ist, als eine Signallaufzeit und Ermitteln eines Ortes in der Matrix des Bauwerkabschnitts aus der Signallaufzeit. Tritt eine Zustandsänderung im Bauwerkabschnitt auf, kann diese als eine Änderung der elektrischen Eigenschaft als Funktion der Zeit an dem Zeitpunkt auftreten, der einer Laufzeit eines Messsignals von einer Aussendung an der Messvorrichtung bis zu dem Ort der Zustandsänderung und zurück zu einer Detektion an der Messvorrichtung entspricht. Dabei ist zu beachten, dass eine Ausbreitungsgeschwindigkeit in dem verwendeten geschlossenen elektrischen Wellenleiter berücksichtigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Ermitteln der elektrischen Eigenschaft auf Grundlage eines Hochfrequenzsignals durchgeführt. Wie zuvor beschrieben ermöglicht das Hochfrequenzsignal die Verwendung von geschlossenen elektrischen Wellenleitern mit Längen in einem Größenbereich, in dem sich typischerweise Bauwerkabschnitte befinden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Hochfrequenzsignal in einem Bereich erzeugt, der eine untere Grenze von 0,01 GHz, optional eine untere Grenze von 0,02 GHz, weiter optional eine untere Grenze von 0,03 GHz, oder/und eine obere Grenze, die 10 GHz oder mehr beträgt, optional eine obere Grenze von 8 GHz, weiter optional eine obere Grenze von 6 GHz, aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Zustand des Bauwerkabschnitts das Vorhandensein eines Defekts. Der Zustand des Bauwerkabschnitts, der untersucht wird, kann somit ein Loch, ein Riss oder Ähnliches sein. Somit kann ein durch den Aspekt der vorliegenden Erfindung der Defekt ermittelt werden, bevor dieser sich für einen äußeren Beobachter bemerkbar macht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Überwachungsanordnung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet. Durch diese Verwendung können die zuvor beschriebenen Vorteile und Aspekte der Überwachungsanordnung und des Verfahrens erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements auf: Anordnen eines geschlossenen elektrischen Wellenleiters in einer Gussform, Gießen eines Baustoffs in die Gussform derart, dass der Baustoff in körperlichen Kontakt mit dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter tritt, Aushärten des Baustoffs, Trennen des ausgehärteten Baustoffs von der Gussform zum Bereitstellen des Bauelements, wobei der geschlossene elektrische Wellenleiter in dem Bauelement eingebettet ist zum Überwachen eines Zustands des Bauelements mittels des geschlossenen elektrischen Wellenleiters. Auf diese Weise kann ein Bauelement hergestellt werden, das wie zuvor beschrieben bezüglich seines Zustands überwacht werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der geschlossene elektrische Wellenleiter vor dem Gießen des Baustoffs in die Gussform und/oder während des Aushärtens des Baustoffs in der Gussform unter Zugspannung, optional unter Zugspannung in einer Längsrichtung des Wellenleiters, gehalten.
Steht der geschlossene elektrische Wellenleiter unter Zugspannung kann eine Übertragung einer Kraft durch eine Zustandsänderung aus dem Bauelement (z. B. dem Bauwerkabschnitt) auf den geschlossenen elektrischen Wellenleiter stärker, effizienter und zuverlässiger erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Bauelement ein Bauwerkabschnitt eines Bauwerks. Ist das Bauelement ein Bauwerkabschnitt, so kann mit diesem der Zustand in einem Bauwerk überwacht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner auf: Ermitteln einer elektrischen Eigenschaft als eine Referenz. Durch das Ermitteln der Referenz als Teil des Herstellungsverfahrens kann sichergestellt werden, dass die Referenz das intakte Bauelement repräsentiert. So steht für die Verwendung des Bauelements ein geeigneter Vergleichswert für die Überwachung seines Zustands zur Verfügung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Baustoff einer von Beton, Zement, Mörtel, Asphalt, Estrich und Kunstharz. Das Bauelement kann aus verschiedenen Baustoffen gebildet sein. Eine Voraussetzung, die der Baustoff erfüllen sollte, ist die Fähigkeit, eine kraftschlüssige Verbindung mit dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter einzugehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der geschlossene elektrische Wellenleiter eine Länge von mindestens einem Meter auf. Wie zuvor beschrieben ist mit solchen geschlossenen elektrischen Wellenleitern eine effiziente Überwachung von realen Bauwerken und Strukturen möglich.
Verschiedene Aspekte sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bauwerkabschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt eine schematische Darstellung des Bauwerkabschnitts gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
3A zeigt eine schematische Darstellung einer Überwachungsanordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,
3B zeigt eine schematische Darstellung der Überwachungsanordnung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung,
4 zeigt Messungen des Betrags von Streuparametern bei Verwendung eines Zweidrahts (nicht-geschlossener elektrischer Wellenleiter) an einem Betonkörper,
5 zeigt Messungen der Phasenänderung von Streuparametern bei Verwendung eines Koaxialkabels (geschlossener elektrischer Wellenleiter) an einem Betonkörper,
6 zeigt Messungen des Betrags von Streuparametern bei Verwendung eines Koaxialkabels (geschlossener elektrischer Wellenleiter) an einem Betonkörper,
7 stellt ein Verfahren zur Überwachung des Bauwerkabschnitts gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung dar und
8 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung dar.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bauwerkabschnitts 1. Der Bauwerkabschnitt 1 weist einen Baustoffabschnitt 2 und einen geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 auf. Der Baustoffabschnitt 2 kann aus einem Baustoff, wie etwa Beton, Zement, Mörtel, Asphalt, Kunstharz oder Ähnlichem, gebildet sein. Der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 kann in dem Baustoffabschnitt 2 kraftschlüssig aufgenommen (z. B. eingebettet) sein. In anderen Worten, der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 kann derart in dem Baustoffabschnitt 2 aufgenommen sein, dass er relativ zum Baustoffabschnitt 2 nicht verschiebbar ist.
Der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 kann nach außen abgeschlossen sein. Das bedeutet, dass der Baustoffabschnitt 2 nicht im geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 lokalisiert ist, sondern ausschließlich außerhalb des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3. Der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 kann zum Beispiel ein Koaxialkabel, ein Hohlleiter oder Ähnliches sein.
Der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 kann mit einer elektrischen Messvorrichtung 5 verbindbar sein, um eine Defektbildung in dem Bauwerkabschnitt 1 zu überwachen.
Bildet sich ein Defekt (z. B. ein Riss, ein Loch, o. Ä.) in dem Bauwerkabschnitt 1 (z. B. im Baustoffabschnitt 2) in einem Bereich, in dem sich der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 erstreckt, verändert sich auch eine Struktur des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3, weil er kraftschlüssig in dem Baustoffabschnitt 2 aufgenommen ist. In anderen Worten, bewegen sich ein erster Baustoffabschnitt, der auf einer Seite des Defekts lokalisiert ist, und ein zweiter Baustoffabschnitt, der auf der anderen Seite des Defekts lokalisiert ist, in voneinander verschiedene Richtungen (oder unterschiedlich weit in eine gleiche Richtung), wird der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 verformt (z. B. gedehnt, geknickt, o. Ä.).
Von einer elektrischen Messvorrichtung 5 (wird später beschrieben), mit der der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 verbindbar ist, kann eine elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 ermittelt werden.
Wie zuvor beschrieben, kann der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 bei einer Zustandsänderung des Bauwerkabschnitts 1 verformt werden. Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich diese Verformung auf elektrische Eigenschaften des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 auswirken kann. Folglich kann eine Ermittlung einer elektrischen Eigenschaft Rückschlüsse auf den Zustand des Bauwerkabschnitts 1 zulassen.
Der Baustoffabschnitt 2 kann aus einem Matrixmaterial gebildet sein, das den geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 kraftschlüssig aufnimmt. In anderen Worten kann das Matrixmaterial den geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 vollständig oder teilweise kraftschlüssig umschließen. Beispielsweise kann das Matrixmaterial eine Zement-, Mörtel- oder Betonmatrix sein. Aber auch andere Matrixmaterialien wie etwa Asphalt, Estrich, Kunstharz oder Ähnliches, sind möglich.
Beispielsweise kann die elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 ein S-Parameter (Streuparameter), ein M-Parameter, ein T-Parameter oder ein X-Parameter sein oder auf einem von diesen beruhen (z.B. diesen repräsentieren). Die elektrische Eigenschaft kann beispielsweise als eine Funktion der Frequenz ermittelt werden. Die elektrische Eigenschaft kann ferner beispielsweise als eine Funktion der Zeit ermittelt werden. Die S-, M-, T- und X-Parameter sind einfach zu messende elektrische Eigenschaften. Es ist möglich, diese Parameter mit handelsüblichen elektrischen Messvorrichtungen zu ermitteln, was einen Aufwand gering macht und Kosten reduziert.
Streuparameter können komplexe Zahlen sein und daher mehrere Komponenten aufweisen. Beispielsweise können Streuparameter die Komponenten Betrag und Phase aufweisen. Die Erfinder haben beispielsweise herausgefunden, dass sich die Phase als Funktion der Frequenz im Wesentlichen proportional mit einer Verformung des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 verändern kann. Eine Ermittlung der Phase des Streuparameters kann daher zur Ermittlung eines Auftretens und einer Ermittlung eines Ausmaßes der Verformung des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 und damit der Zustandsänderung eines Bauwerkabschnitts 1 herangezogen werden. Die Ermittlung des Ausmaßes kann für eine Bewertung einer Situation und einer Entscheidung für ein mögliches Vorgehen (z. B. Abriss, Reparatur oder Ähnliches) in Bezug auf den Bauwerkabschnitt 1 wichtig sein. Ferner haben die Erfinder herausgefunden, dass sich der Betrag des Streuparameters als Funktion der Zeit als Folge der Zustandsänderung des Bauwerkabschnitts 1 verändern kann. Dem Zeitwert, an dem eine Veränderung ermittelt wird, kann eine Laufzeit eines Messsignals zugeordnet werden, die den Weg von der elektrischen Messvorrichtung 5 zum Ort der Verformung des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 und zurück zu der elektrischen Messvorrichtung 5 entspricht. Ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Messsignals im geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 bekannt, kann daher der Ort der Verformung des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 und damit ein Ort der Zustandsänderung des Bauwerkabschnitts 1 ermittelt werden. Die Ermittlung des Ortes kann für eine Bewertung einer Situation und einer Entscheidung für ein mögliches Vorgehen (z. B. Abriss, Reparatur oder Ähnliches) in Bezug auf den Bauwerkabschnitt 1 wichtig sein und ermöglicht ein noch gezielteres Vorgehen.
Wenn sich der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 im Wesentlichen geradlinig erstreckt, ist das Ermitteln des Ortes der Zustandsänderung deutlich vereinfacht. Sind beispielsweise Orte eines ersten und eines zweiten Endes des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 bekannt, ist der Verlauf des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 im Wesentlichen bekannt und eine Ortung der Zustandsänderung ist einfach. Verläuft der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 nicht geradlinig, kann beispielsweise der gesamte Verlauf bekannt sein, um die Zustandsänderung zu Orten.
Beispielsweise kann der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 ein Koaxialkabel, ein Hohlleiter oder Ähnliches sein. Beispielsweise kann ein handelsübliches Koaxialkabel oder ein handelsüblicher Hohlleiter verwendet werden, was die Bereitstellung des Bauwerkabschnitts 1 aufwandsarm und kostengünstig machen kann.
Der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 kann beispielsweise einen leitfähigen Wellenleiterabschnitt aufweisen, der in direktem Kontakt mit dem Baustoffabschnitt 2 steht. Ferner kann der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 beispielsweise eine elektrisch isolierende Außenschicht, die in direktem Kontakt mit dem Baustoffabschnitt 2 steht, aufweisen. Das bedeutet, dass eine isolierende Außenschicht weder notwendig noch störend ist. Dies erleichtert die Herstellung des Bauwerkabschnitts 1. Vorzugsweise weist ein Abschnitt des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3, der in direktem Kontakt mit dem Baustoffabschnitt 2 steht, eine gute Anbindung an den Baustoffabschnitt 2 auf. Es ist daher möglich, den Abschnitt so zu wählen, dass die Anbindung an den Baustoffabschnitt 2 gut ist, ohne die Funktion des Bauwerkabschnitts 1 einzuschränken.
Wie zuvor beschrieben, ist der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 mit einer elektrischen Messvorrichtung 5 verbindbar. Dazu kann der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 einen oder mehrere Anschlussabschnitte 31 aufweisen. Beispielsweise ist der eine Anschlussabschnitt 31 oder sind die mehreren Abschlussabschnitte 31 an einem Ende oder jeweils einem Ende des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 in der Wellenleiterlängsrichtung angeordnet. Wenn der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 vollständig im Baustoffabschnitt 2 eingebettet ist, sind Zuleitungen zu der elektrischen Messvorrichtung 5 im Baustoffabschnitt 2 notwendig, (hier nicht gezeigt). Wenn mindestens ein Abschnitt des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 nicht vollständig eingebettet ist, wie es in 2 gezeigt ist, kann eine Verbindung mit der elektrischen Messvorrichtung 5 erleichtert sein.
Da die Überwachung des Zustandes des Bauwerkabschnitts 1 anhand der Verformung des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 geschieht, können nur Zustandsänderungen im Bereich des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 detektiert werden. Daher können beispielsweise mehrere geschlossene elektrische Wellenleiter 3 im Baustoffabschnitt 2 kraftschlüssig eingebettet sein. So kann ein überwachter Bereich vergrößert werden. Abschnittsweise parallele geschlossene elektrische Wellenleiter 3 können beispielsweise für eine geordnete Vergrößerung des überwachten Bereichs sorgen und eine mögliche Ortung der Zustandsänderung des Bauwerkabschnitts 1 erleichtern. Ferner können die mehreren geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 beispielsweise zumindest windschief zueinander sein. Wenn sich Zustandsänderungen wie etwa Risse oder Löcher parallel zu einem geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 erstrecken, sorgt eine windschiefe Anordnung für eine höhere Wahrscheinlichkeit die Zustandsänderung zu erfassen.
3A zeigt eine Überwachungsanordnung 10 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Überwachungsanordnung 10 weist den Bauwerkabschnitt 1 und die elektrische Messvorrichtung 5 auf. Wie zuvor beschrieben kann der Bauwerkabschnitt 1 auf diese Weise überwacht werden.
Die zuvor beschriebenen Aspekte des Bauwerkabschnitts 1 finden auch in der Überwachungsanordnung 10 Anwendung.
Die elektrische Messvorrichtung 5 ist eingerichtet, ein elektrisches Signal zu erzeugen und durch mindestens einen der Anschlussabschnitte 31 in den geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 zu senden und nach mindestens einem Durchlauf des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 zu empfangen. Eine Zustandsveränderung, etwa wie zuvor beschrieben, des Bauwerkabschnitts 1 und damit des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 wirkt sich auf das empfangene Signal aus.
Das elektrische Signal kann beispielsweise ein Signal in einem Hochfrequenzbereich, also ein Hochfrequenzbereich, sein.
Bevorzugt weist der Hochfrequenzbereich eine hohe Bandbreite auf. Das Hochfrequenzsignal kann beispielsweise einem Frequenzbereich erzeugt werden, der eine untere Grenze von 0,01 GHz, optional eine untere Grenze von 0,02 GHz, weiter optional eine untere Grenze von 0,03 GHz, oder/und eine obere Grenze, die 10 GHz oder mehr beträgt, optional eine obere Grenze von 8 GHz, weiter optional eine obere Grenze von 6 GHz, aufweist. In anderen Worten kann der Frequenzbereich zwischen 0,01 GHz und 10 GHz oder mehr, bevorzugt zwischen 0,02 GHz und 8 GHz und weiter bevorzugt zwischen 0,03 GHz und 6 GHz liegen. Mit Signalen in diesen Frequenzbereichen können Bauwerkabschnitte mit realistischen Dimensionen überwacht werden.
3B zeigt die Überwachungsanordnung 10 gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Überwachungsanordnung 10 aus 3B unterscheidet sich von der Überwachungsanordnung 10 aus 3A dadurch, dass die Überwachungsanordnung 10 aus 3B einen Reflektor 311 aufweist, der an einem Anschlussabschnitt 31 angeordnet ist.
Die elektrische Messvorrichtung 5 ist daher eingerichtet, ein elektrisches Signal zu erzeugen und durch den Anschlussabschnitt 31, an dem der Reflektor 311 nicht angeordnet ist, in den geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 zu senden und nach mindestens zwei Durchläufen des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 zu empfangen. Eine Zustandsveränderung, etwa wie zuvor beschrieben, des Bauwerkabschnitts 1 und damit des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 wirkt sich auf das empfangene Signal aus. Da in dieser Konfiguration nur ein Anschlussabschnitt 31 mit der elektrischen Messvorrichtung 5 verbunden sein kann, ist eine Verwendung der Überwachungsanordnung 10 einfacher und eine Einsatzmöglichkeit vielseitiger. Aspekte, die sich nicht von der Überwachungsanordnung 10 aus 3A unterscheiden sind hier nicht weiter beschrieben.
4 zeigt Messungen des Betrags der Streuparameter eines Zweidrahts (also ein nicht-geschlossener elektrischer Wellenleiter), der in einem etwa 1 Meter langem Betonblock über die gesamte Länge kraftschlüssig eingebettet ist, als Funktion der Frequenz. In dem verwendeten Betonblock kann ein Riss simuliert werden, dessen Spaltöffnung verstellbar ist. Gezeigt ist jeweils der Betrag der zwei Reflexionsstreuparameter (S11, S22) und der zwei Transmissionsstreuparameter (S12, S21) als Funktion der Frequenz für drei Risszustände. Der erste Risszustand entspricht einem intakten Betonblock, das heißt einer Spaltöffnung von 0 mm (im Graph als „initial“ bezeichnet). Der zweite Risszustand entspricht einer Spaltöffnung von 0,75 mm (im Graph als „halbe Drehung“ bezeichnet). Der dritte Risszustand entspricht einer Spaltöffnung von 1,50 mm (im Graph als „volle Drehung“ bezeichnet). Die Kurven der S11- und S22-Messung liegen für die drei Zustände aufeinander. Das bedeutet, dass trotz Vorliegen eines Defekts, dieser nicht festgestellt werden konnte. In der S12- und der S21-Messung ist zu sehen, dass die Kurven bei Frequenzen größer als 0,25 GHz starkes Rauschen auftritt und dass ab 0,5 GHz kein Messsignal mehr erkennbar ist.
Diese und andere Experimente an nicht-geschlossenen elektrischen Wellenleitern zeigen, dass eine Defektermittlung an Bauwerkabschnitten, wie etwa dem Betonblock, auf diese Weise nicht möglich ist, besonders bei Wellenleitern mit Längen, die größer sind als ein Meter. Ein Grund dafür könnte beispielsweise die Dämpfung der Welle im Material des Bauwerkabschnitts, also zum Beispiel dem Beton, sein.
5 zeigt Messungen der Phasenänderung der Streuparameter eines Koaxialkabels (also ein geschlossener elektrischer Wellenleiter), das in einem etwa 0,7 Meter langem Betonblock über die gesamte Länge kraftschlüssig eingebettet ist, als Funktion der Frequenz. Auch in diesem Betonblock kann ein Riss simuliert werden, dessen Spaltöffnung verstellbar ist. Gezeigt ist jeweils die Phasenänderung der zwei Reflexionsstreuparameter (S11, S22) und der zwei Transmissionsstreuparameter (S12, S21) als Funktion der Frequenz für drei Risszustände. Der erste Risszustand entspricht einem intakten Betonblock, das heißt einer Spaltöffnung von 0 mm (dient als Referenzmessung). Der zweite Risszustand entspricht einer Spaltöffnung von 1,0 mm. Der dritte Risszustand entspricht einer Spaltöffnung von 1,5 mm. Alle vier Graphen zeigen eine deutliche Veränderung bei geöffnetem Spalt. In den Transmissionsmessungen (S12, S21) zeigt sich, dass die Phasenänderung proportional zur Spaltöffnung ist. Mit der Phasenänderung der Streuparameter kann also mit einem geschlossenen elektrischen Wellenleiter ein Defekt in einem Bauwerkabschnitt, wie etwa dem hier verwendeten Betonblock, ermittelt werden. Darüber hinaus ist auch eine Bestimmung des Ausmaßes des Spalts erkennbar, da das Verhalten der Phasenänderung proportional dazu ist.
6 zeigt zu den Messungen aus 5 gehörige Messungen des Betrags der Streuparameter bezogen auf die Referenzmessung als Funktion der Zeit. In den Transmissionsmessungen (S12, S21) zeigt sich klar eine Veränderung. Der Riss wurde also detektiert. In den Reflexionsmessungen (S11, S22) zeigt sich die Veränderung besonders bei etwa 7 ns (S11) bzw. etwa 5 ns (S22). Diese Zeiten entsprechen der jeweiligen Laufzeit des Messsignals zum Defekt und zurück zur Messvorrichtung. Die zwei angegebenen Laufzeiten unterscheiden sich, da sie jeweils von der gegenüberliegenden Seite gemessen sind. Aus den Laufzeiten (bzw. aus einer Laufzeit) kann dann der Ort des Defekts gemessen werden. Die Experimente haben gezeigt, dass die Lokalisation möglich ist. Auch die Änderung des Betrags ist proportional zum Ausmaß des Defekts.
Die Lokalisation wird im Folgenden an einem Beispiel für die Reflexionsmessung S11 beschrieben. Zur Berechnung des Ortes x kann beispielsweise die Formel x = t*G*c*0,5 verwendet werden. Dabei beschreibt x eine Länge von einer Einkopplungsstelle des Messsignals in den geschlossenen elektrischen Wellenleiter bis zu einem Defekt des geschlossenen elektrischen Wellenleiters. Folglich kann zur Lokalisation eines Defekts in einem Bauwerkabschnitt die relative Lage des Wellenleiters zu dem zu untersuchenden Bauwerkabschnitt berücksichtigt werden. In der verwendeten Formel ist t die Laufzeit des Signals, also die aus der Messung ermittelte Zeit, G der Geschwindigkeitsfaktor des verwendeten geschlossenen elektrischen Wellenleiters, der die Geschwindigkeit der Welle im geschlossenen elektrischen Wellenleiter relativ zur Lichtgeschwindigkeit angibt und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Der Faktor 0,5 berücksichtigt den Fall, wenn das Signal den Weg zweimal zurücklegt, von der Einkopplungsstelle zum Defekt und wieder zur Einkopplungsstelle. Mit dem wie zuvor beschriebenen ermittelten Wert für t von 7 ns und dem Geschwindigkeitsfaktor des für die Messung aus 6 verwendeten Koaxialkabels von 0,695 ergibt sich in diesem Beispiel ein Ort x von etwa 73 cm. Daraus folgt, dass der Defekt etwa 73 cm, gemessen entlang des Koaxialkabels, von der Einkopplungsstelle des Messsignals entfernt vorliegt. Daraus kann dann die Lage des Defekt im Bauwerkabschnitt ermittelt werden.
Weiterführende Experimente haben gezeigt, dass bei weiterer Spaltöffnung auch die vollständige Zerstörung des Außenleiters des Koaxialkabels detektiert werden kann. In den Messungen kommt es dann zu einem „Tausch“ der Phasenänderung als Funktion der Frequenz zwischen der Transmissions- und der Reflexionsmessung. Außerdem konnte gezeigt werden, dass plötzliche große Phasenänderungen in der Transmission einen Bruch anzeigen.
Andere Experimente haben gezeigt, dass auf diese Weise auch mehrere Defekte detektiert werden können. Es konnte ein erster Bruch eines Betonblocks detektiert werden und anschließend konnte ein zweiter Bruch an einer anderen Stelle detektiert werden.
Experimente zu der Verbindung zwischen geschlossenem elektrischen Wellenleiter und Baustoffabschnitt haben gezeigt, dass ein Aufrauen, etwa mit Sandpapier, der Außenseite des geschlossenen elektrischen Wellenleiters zu einer verbesserten Anbindung an den Baustoffabschnitt führt.
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Überwachung des zuvor beschriebenen Bauwerkabschnitts 1. Beispielsweise wird zuerst eine elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 ermittelt (S101). Wie zuvor beschrieben kann dazu beispielsweise die elektrische Messvorrichtung 5 verwendet werden. Wie zuvor beschrieben kann die elektrische Eigenschaft von einem Zustand des Bauwerkabschnitts 1 abhängen, weil der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 kraftschlüssig in dem Baustoffabschnitt 2 des Bauwerkabschnitts 1 aufgenommen ist und sich bei einer Zustandsänderung des Bauwerkabschnitts 1 verformen kann.
Beispielsweise kann die elektrische Eigenschaft anschließend mit einer Referenz verglichen werden (S102). Die Referenz kann zum Beispiel eine vergleichbare elektrische Eigenschaft sein, die bei einer Herstellung des Bauwerkabschnitts 1, einer Montage eines Bauwerks, das den Bauwerkabschnitt 1 aufweist, oder an einem beliebigen in der Vergangenheit liegendem Zeitpunkt ermittelt wurde. Da die elektrische Eigenschaft, wie zuvor beschrieben, von dem Zustand des Bauwerkabschnitts 1 abhängen kann, kann der jeweils aktuelle Zustand des Bauwerkabschnitts mit dem Zustand zum Zeitpunkt einer Ermittlung der Referenz verglichen werden. Dies ermöglicht eine Überwachung des Bauwerkabschnitts 1 über einen vorbestimmten Zeitraum.
Beispielsweise können dann explizite Abweichungen zwischen der elektrischen Eigenschaft und der Referenz identifiziert werden (S103). Wurde keine Abweichung festgestellt/identifiziert, kann die Überwachung neu gestartet werden. Wurde eine Abweichung festgestellt und liegen die elektrische Eigenschaft und die Referenz beispielsweise als Funktionen der Frequenz, der Zeit oder Ähnlichem vor, können die Abweichungen entsprechenden Werten oder Bereichen auf einer Skala der Frequenz, Zeit oder Ähnlichem zugeordnet werden. Liegt die elektrische Eigenschaft als Funktion der Zeit vor, kann der entsprechende Wert/Bereich auf der Zeitskala, wie zuvor beschrieben, einer Laufzeit eines Messsignals von der elektrischen Messvorrichtung 5 zu einem Ort der Zustandsänderung, die die Abweichung erzeugt hat, und zurück zur elektrischen Messvorrichtung 5 zugeordnet werden (S104). Mit einer bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit des Messsignals in dem verwendeten geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 kann die Laufzeit in eine Strecke umgerechnet werden. Bei einem bekannten Verlauf des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 im Baustoffabschnitt 2 des Bauwerkabschnitts 1, kann ausgehend von der Strecke ein Ort der Zustandsänderung des Bauwerkabschnitts 1 ermittelt werden (S105). In anderen Worten, der Ort der Zustandsänderung entspricht im Wesentlichen einem Punkt des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3, der im Verlauf des geschlossenen elektrischen Wellenleiters um die ermittelten Strecke von dem Anschlussabschnitt 31, über den die elektrische Eigenschaft ermittelt wurde, entfernt ist, das heißt nicht zwingend die kürzeste Distanz zwischen dem Punkt und dem Anschlussabschnitt 31, sondern entlang des geschlossenen elektrischen Wellenleiters 3 gemessen. Wie zuvor beschrieben kann die Ermittlung des Ortes für eine Bewertung einer Situation und einer Entscheidung für ein mögliches Vorgehen (z. B. Abriss, Reparatur oder Ähnliches) in Bezug auf den Bauwerkabschnitt 1 wichtig sein und ermöglicht ein gezielteres Vorgehen.
Der Bauwerkabschnitt 1, der mit dem beschriebenen Verfahren überwacht werden kann, ist beispielsweise ein Bauwerkabschnitt mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften. Auch die Eigenschaften des elektrischen Signals entsprechen beispielsweise den zuvor beschriebenen.
Das Verfahren kann beispielsweise kontinuierlich durchgeführt werden, um Zustandsänderungen in Echtzeit feststellen zu können. Beispielsweise kann das Verfahren aber auch einmalig oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen durchgeführt werden.
8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, wie etwa des Bauwerkabschnitts 1. Beispielsweise wird der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 in einer Gussform angeordnet (S201). Beispielsweise kann der geradlinig oder nicht geradlinig in der Gussform angeordnet sein. Wenn der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 geradlinig in der Gussform angeordnet ist, kann er unter Zug angeordnet sein. Der Zug kann bestehen bleiben bis ein Aushärten des Baustoffs (S203), was später beschrieben wird, abgeschlossen ist.
Beispielsweise steht der geschlossene elektrische Wellenleiter 3 dabei in seiner Längsrichtung unter Zug. Dadurch kann eine Übertragung einer Zustandsänderung des fertig hergestellten Bauelements (z. B. des Bauwerkabschnitts 1) verbessert werden und die Überwachung wird somit genauer. Umgesetzt werden kann der Zug beispielsweise durch an dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 befestigte Gewichte, mechanisches (z. B. manuelles) Ziehen am geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 oder Ähnliches.
In die Gussform wird ein Baustoff gegossen (S202), der entsprechend einer gewünschten Verwendung des Bauelements ausgewählt wird. Beispiele für den Baustoff sind Beton, Zement, Mörtel, Asphalt, Estrich oder Kunstharz, aber auch weitere Baustoffe sind möglich. Durch das Gießen des Baustoffs in die Gussform kann der darin befindliche geschlossene elektrische Wellenleiter 3 vom Baustoff zumindest teilweise umgeben werden. So kann eine möglichst gute Bindung zwischen dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 und dem Baustoff gewährleistet werden, was die Überwachung genauer und zuverlässiger macht.
Anschließend kann der Baustoff ausgehärtet werden (S203). Dadurch kann der Baustoff fest werden und die Bindung zwischen dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 und der Baustoff kann kraftschlüssig werden. Um das Bauelement zu verwenden kann der Baustoff von der Gussform getrennt werden (S204). Das bedeutet beispielsweise, dass das Bauelement aus der Gussform genommen werden kann oder dass die Gussform von dem Bauelement abgenommen wird. Das fertige Bauelement kann anschließend für seinen gewünschten Einsatz verwendet werden und durch den kraftschlüssig eingebetteten geschlossenen elektrischen Wellenleiter 3 überwacht werden.
Beispielsweise kann eine oder können mehrere elektrische Eigenschaften des geschlossenen elektrischen Wellenleiters ermittelt werden, damit diese als Referenz dienen kann/können (S205). Eine im Herstellungsverfahren ermittelte Referenz kann eine Vergleichsgröße in einem Optimalzustand liefern, sodass ab dem Abschluss des Herstellungsverfahrens eine auftretende Zustandsveränderung festgestellt werden kann. Die eine oder mehrere elektrischen Eigenschaften, die als Referenz ermittelt werden, können wie zuvor beschrieben zum Beispiel eine oder mehrere von einem Streu-, M-, T-, X-Parameters, einen oder mehrere Parameter, die auf einem Streu-, M-, T-, X-Parameter basieren und/oder einen Streu-, M-, T-, X-Parameter repräsentieren sein.
In einem ersten Beispiel eines Bauwerkabschnitts weist der Bauwerkabschnitt auf: einen Baustoffabschnitt und einen in den Baustoffabschnitt kraftschlüssig eingebetteten geschlossenen elektrischen Wellenleiter, der mit einer elektrischen Messvorrichtung verbindbar ist zum Ermitteln eines Zustands des Bauwerkabschnitts basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters.
In einem zweiten Beispiel des Bauwerkabschnitts ist der Baustoffabschnitt aus einem Matrixmaterial gebildet ist, vorzugsweise aus einer Zement-, Mörtel- oder Betonmatrix, und der geschlossene elektrische Wellenleiter ist in dem Matrixmaterial kraftschlüssig aufgenommenen.
In einem dritten Beispiel des Bauwerkabschnitts ist die elektrische Eigenschaft einer von einem Streu-, M-, T-, X-Parameters, oder ein Parameter der auf einem Streu-, M-, T-, X-Parameter basiert und/oder einen Streu-, M-, T-, X-Parameter repräsentiert.
In einem vierten Beispiel des Bauwerkabschnitts ist die elektrische Eigenschaft eine Komponente von einem Streuparameter.
In einem fünften Beispiel des Bauwerkabschnitts ist die Komponente des Streuparameters ein Betrag des Streuparameters oder eine Phase des Streuparameters.
In einem sechsten Beispiel des Bauwerkabschnitts erstreckt sich der geschlossene elektrische Wellenleiter im Wesentlichen geradlinig.
In einem siebten Beispiel des Bauwerkabschnitts weist der geschlossene elektrische Wellenleiter ein Koaxialkabel und/oder einen Hohlleiter auf oder ist als Koaxialkabel und/oder Hohlleiter ausgebildet.
In einem achten Beispiel des Bauwerkabschnitts weist der geschlossene elektrische Wellenleiter einen elektrisch leitfähigen Wellenleiterabschnitt, der in direktem Kontakt mit dem Baustoffabschnitt steht und/oder eine elektrisch isolierende Außenschicht, die in direktem Kontakt mit dem Baustoffabschnitt steht, auf.
In einem neunten Beispiel des Bauwerkabschnitts weist der geschlossene elektrische Wellenleiter einen oder mehrere Anschlussabschnitte zum Verbinden mit der elektrischen Messvorrichtung auf, wobei optional der eine oder die mehreren Anschlussabschnitte an einem oder jeweils einem Ende des Wellenleiters in einer Wellenleiterlängsrichtung bereitgestellt sind.
In einem zehnten Beispiel des Bauwerkabschnitts weist der Bauwerkabschnitt mehrere der geschlossenen elektrischen Wellenleiter auf, wobei optional zwei der mehreren geschlossenen elektrischen Wellenleiter wenigstens abschnittsweise parallel zueinander sind oder/und zwei der mehreren geschlossenen elektrischen Wellenleiter windschief zueinander sind, wobei optional die zwei windschiefen Wellenleiter orthogonal zueinander sind.
In einem elften Beispiel des Bauwerkabschnitts weist der geschlossene elektrische Wellenleiter eine Länge von mindestens einem Meter auf.
In einem zwölften Beispiel des Bauwerkabschnitts ist der Zustand des Bauwerkabschnitts das Vorhandensein eines Defekts.
In einem ersten Beispiel einer Überwachungsanordnung weist die Überwachungsanordnung auf: einen Bauwerkabschnitt aus einem der obigen Beispiele, und eine elektrische Messvorrichtung, die mit dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter verbunden ist, wobei die elektrische Messvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters und/oder einen Zustand des Bauwerkabschnitts basierend auf/unter Verwendung von der elektrischen Eigenschaft zu ermitteln.
In einem zweiten Beispiel der Überwachungsanordnung ist die elektrische Eigenschaft einer von einem Streu-, M-, T-, X-Parameter, oder ein Parameter der auf einem Streu-, M-, T-, X-Parameter basiert und/oder einen Streu-, M-, T-, X-Parameter repräsentiert.
In einem dritten Beispiel der Überwachungsanordnung ist die elektrische Eigenschaft eine Komponente von einem Streuparameter.
In einem vierten Beispiel der Überwachungsanordnung ist Komponente des Streuparameters ein Betrag des Streuparameters oder eine Phase des Streuparameters.
In einem fünften Beispiel der Überwachungsanordnung ist die elektrische Messvorrichtung dazu eingerichtet, die elektrische Eigenschaft basierend auf einem Hochfrequenzsignal zu ermitteln.
In einem sechsten Beispiel der Überwachungsanordnung ist die elektrische Messvorrichtung eingerichtet, das Hochfrequenzsignal in einem Frequenzbereich zu erzeugen, wobei der Frequenzbereich eine untere Grenze von 0,01 GHz, optional eine untere Grenze von 0,02 GHz, weiter optional eine untere Grenze von 0,03 GHz, oder/und
eine obere Grenze, die 10 GHz oder mehr beträgt, optional eine obere Grenze von 8 GHz, weiter optional eine obere Grenze von 6 GHz, aufweist.
In einem ersten Beispiel eines Verfahrens zum Überwachen des Bauwerkabschnitts aus einem der obigen Beispiele weist das Verfahren auf: Ermitteln einer elektrischen Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters und/oder Ermitteln eines Zustands des Bauwerkabschnitts basierend auf/unter Verwendung von der elektrischen Eigenschaft.
In einem zweiten Beispiel des Verfahrens ist die elektrische Eigenschaft einer von einem Streu-, M-, T-, X-Parameter, oder ein Parameter der auf einem Streu-, M-, T-, X-Parameter basiert und/oder einen Streu-, M-, T-, X-Parameter repräsentiert ist.
In einem dritten Beispiel des Verfahrens ist die elektrische Eigenschaft eine Komponente von einem Streuparameter.
In einem vierten Beispiel des Verfahrens ist die Komponente des Streuparameters ein Betrag des Streuparameters oder eine Phase des Streuparameters.
In einem fünften Beispiel des Verfahrens weist das Verfahren ferner auf: Vergleichen der ermittelten elektrischen Eigenschaft mit einer Referenz.
In einem sechsten Beispiel des Verfahrens vergleicht das Vergleichen die elektrische Eigenschaft als eine Funktion der Zeit.
In einem siebten Beispiel des Verfahrens weist das Verfahren ferner auf: Identifizieren einer Abweichung zwischen der elektrischen Eigenschaft und der Referenz, Ermitteln eines Zeitwerts, der der Abweichung zugeordnet ist, als eine Signallaufzeit und Ermitteln eines Ortes in der Matrix des Bauwerkabschnitts aus der Signallaufzeit.
In einem achten Beispiel des Verfahrens wird das Ermitteln der elektrischen Eigenschaft auf Grundlage eines Hochfrequenzsignals durchgeführt.
In einem neunten Beispiel des Verfahrens wird das Hochfrequenzsignal in einem Bereich erzeugt, der eine untere Grenze von 0,01 GHz, optional eine untere Grenze von 0,02 GHz, weiter optional eine untere Grenze von 0,03 GHz, oder/und eine obere Grenze, die 10 GHz oder mehr beträgt, optional eine obere Grenze von 8 GHz, weiter optional eine obere Grenze von 6 GHz, aufweist.
In einem zehnten Beispiel des Verfahrens ist der Zustand des Bauwerkabschnitts das Vorhandensein eines Defekts.
In einem ersten Beispiel einer Verwendung wird die Überwachungsanordnung aus einem der obigen Beispiele zum Durchführen eines Verfahrens aus einem der obigen Beispiele verwendet.
In einem ersten Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements weist das Verfahren auf: Anordnen eines geschlossenen elektrischen Wellenleiters in einer Gussform, Gießen eines Baustoffs in die Gussform derart, dass der Baustoff in körperlichen Kontakt mit dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter tritt, Aushärten des Baustoffs, Trennen des ausgehärteten Baustoffs von der Gussform zum Bereitstellen des Bauelements, wobei der geschlossene elektrische Wellenleiter in dem Bauelement eingebettet ist zum Überwachen eines Zustands des Bauelements mittels des geschlossenen elektrischen Wellenleiters.
In einem zweiten Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Bauelements wird der geschlossene elektrische Wellenleiter vor dem Gießen des Baustoffs in die Gussform und/oder während des Aushärtens des Baustoffs in der Gussform unter Zugspannung, optional unter Zugspannung in einer Längsrichtung des Wellenleiters, gehalten.
In einem zweiten Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Bauelements ist das Bauelement ein Bauwerkabschnitt eines Bauwerks.
In einem dritten Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Bauelements weist das Verfahren ferner auf: Ermitteln einer elektrischen Eigenschaft als eine Referenz.
In einem vierten Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Bauelements ist der Baustoff einer von Beton, Zement, Mörtel, Asphalt, Estrich und Kunstharz.
In einem fünften Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Bauelements weist der geschlossene elektrische Wellenleiter eine Länge von mindestens einem Meter auf.

Claims

Bauwerkabschnitt (1), aufweisend: einen Baustoffabschnitt (2) und einen in den Baustoffabschnitt (2) kraftschlüssig eingebetteten geschlossenen elektrischen Wellenleiter (3), der mit einer elektrischen Messvorrichtung (5) verbindbar ist zum Ermitteln eines Zustands des Bauwerkabschnitts (1) basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters (3).
Bauwerkabschnitt (1) nach Anspruch 1, wobei der Baustoffabschnitt (2) aus einem Matrixmaterial gebildet ist, vorzugsweise aus einer Zement-, Mörtel- oder Betonmatrix, und wobei der geschlossene elektrische Wellenleiter (3) in dem Matrixmaterial kraftschlüssig aufgenommenen ist.
Bauwerkabschnitt (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrische Eigenschaft einer von einem Streu-, M-, T-, X-Parameters ist, oder ein Parameter der auf einem Streu-, M-, T-, X-Parameter basiert und/oder einen Streu-, M-, T-, X-Parameter repräsentiert ist.
Bauwerkabschnitt (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrische Eigenschaft eine Komponente von einem Streuparameter ist.
Bauwerkabschnitt (1) nach Anspruch 4, wobei die Komponente des Streuparameters ein Betrag des Streuparameters oder eine Phase des Streuparameters ist.
Bauwerkabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich der geschlossene elektrische Wellenleiter (3) im Wesentlichen geradlinig erstreckt.
Bauwerkabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der geschlossene elektrische Wellenleiter (3) ein Koaxialkabel und/oder einen Hohlleiter aufweist oder als Koaxialkabel und/oder Hohlleiter ausgebildet ist.
Bauwerkabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der geschlossene elektrische Wellenleiter (3) einen elektrisch leitfähigen Wellenleiterabschnitt aufweist, der in direktem Kontakt mit dem Baustoffabschnitt (2) steht und/oder eine elektrisch isolierende Außenschicht aufweist, die in direktem Kontakt mit dem Baustoffabschnitt (2) steht.
Bauwerkabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der geschlossene elektrische Wellenleiter (3) einen oder mehrere Anschlussabschnitte (31) zum Verbinden mit der elektrischen Messvorrichtung (5) aufweist, wobei optional der eine oder die mehreren Anschlussabschnitte (31) an einem oder jeweils einem Ende des Wellenleiters (3) in einer Wellenleiterlängsrichtung bereitgestellt sind.
Bauwerkabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend mehrere der geschlossenen elektrischen Wellenleiter (3), wobei optional zwei der mehreren geschlossenen elektrischen Wellenleiter (3) wenigstens abschnittsweise parallel zueinander sind oder/und zwei der mehreren geschlossenen elektrischen Wellenleiter (3) windschief zueinander sind, wobei optional die zwei windschiefen Wellenleiter (3) orthogonal zueinander sind.
Bauwerkabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der geschlossene elektrische Wellenleiter (3) eine Länge von mindestens einem Meter aufweist.
Bauwerkabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Zustand des Bauwerkabschnitts (1) das Vorhandensein eines Defekts ist.
Überwachungsanordnung (10), aufweisend: einen Bauwerkabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, und eine elektrische Messvorrichtung (5), die mit dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter (3) verbunden ist, wobei die elektrische Messvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, eine elektrische Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters (3) und/oder einen Zustand des Bauwerkabschnitts(1) basierend auf/unter Verwendung von der elektrischen Eigenschaft zu ermitteln.
Überwachungsanordnung (10) nach Anspruch 13, wobei die elektrische Messvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, die elektrische Eigenschaft basierend auf einem Hochfrequenzsignal zu ermitteln.
Überwachungsanordnung (10) nach Anspruch 14, wobei die elektrische Messvorrichtung (5) eingerichtet ist, das Hochfrequenzsignal in einem Frequenzbereich zu erzeugen, wobei der Frequenzbereich eine untere Grenze von 0,01 GHz, optional eine untere Grenze von 0,02 GHz, weiter optional eine untere Grenze von 0,03 GHz, oder/und eine obere Grenze, die 10 GHz oder mehr beträgt, optional eine obere Grenze von 8 GHz, weiter optional eine obere Grenze von 6 GHz, aufweist.
Verfahren zum Überwachen eines Bauwerkabschnitts (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, vorzugsweise mittels einer Überwachungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Verfahren aufweist: Ermitteln (S101) einer elektrischen Eigenschaft des geschlossenen elektrischen Wellenleiters (3) und/oder Ermitteln eines Zustands des Bauwerkabschnitts (1) basierend auf/unter Verwendung von der elektrischen Eigenschaft.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner aufweisend Vergleichen (S102) der ermittelten elektrischen Eigenschaft mit einer Referenz.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Vergleichen (S102) die elektrische Eigenschaft als eine Funktion der Zeit vergleicht.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner aufweisend: Identifizieren (S103) einer Abweichung zwischen der elektrischen Eigenschaft und der Referenz, Ermitteln (S104) eines Zeitwerts, der der Abweichung zugeordnet ist, als eine Signallaufzeit und Ermitteln (S105) eines Ortes in der Matrix des Bauwerkabschnitts (1) aus der Signallaufzeit.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, das Verfahren aufweisend: Anordnen (S201) eines geschlossenen elektrischen Wellenleiters (3) in einer Gussform, Gießen (S202) eines Baustoffs in die Gussform derart, dass der Baustoff in körperlichen Kontakt mit dem geschlossenen elektrischen Wellenleiter (3) tritt, Aushärten (S203) des Baustoffs, Trennen (S204) des ausgehärteten Baustoffs von der Gussform zum Bereitstellen des Bauelements, wobei der geschlossene elektrische Wellenleiter (3) in dem Bauelement eingebettet ist zum Überwachen eines Zustands des Bauelements mittels des geschlossenen elektrischen Wellenleiters (3).