DE2917796C2

DE2917796C2 - Verfahren und Anlage zur Ermittlung von Bewehrungseisen in einer Stahlbetonkonstruktion

Info

Publication number: DE2917796C2
Application number: DE2917796A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.-Ing. 6200 Wiesbaden Hillemeier
Original assignee: Hochtief AG
Current assignee: Hochtief AG
Priority date: 1979-05-03
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1981-12-17
Also published as: FR2455750A1; DD151228A5; SU936831A3; SE446415B; GB2048486A; GB2048486B; BE883902A; DE2917796A1; SE8003229L; US4309610A; JPS634159B2; JPS5616882A; FR2455750B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage mit den Merkmalen, wie sie in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 5 angeführt sind.

Bewehrungseisen meint im Rahmen der Erfindung alle im Stahlbetonbau üblichen Bewehrungseinlagen, mögen diese in Form von geraden oder gebogenen Stäben, in Form von Bewehrungskörben, vorgespannt oder nicht vorgespannt eingebracht sein. Die Ermittlung oder Feststellung von Bewehrungseisen in einem Oberflächenbereich einer Stahlbetonkonstruktion ist erforderlich, wenn in der fertigen Stahlbetonkonstruktion die Orientierung der Bewehrungseisen ermittelt werden soll und/oder wenn Bohrungen durchzuführen sind, durch diese Bohrungen aber Bewehrungseisen weder angeschnitten noch getrennt werden dürfen.

Das gaitungsgemäße Verfahren ist Gegenstand einer älteren Anmeldung (DE-OS 29 17 356). Es arbeitet so, daß die Betonmasse einschließlich der eingeschlossenen Bewehrungseisen mittels einer Wärmequelle von außen erwärmt wird und daß nach erfolgter Erwärmung die Wärmestrahlung im Infrarotbereich auf einem infrarotempfindlichen Film oder einer Platte fotografisch erfaßt wird. Es handelt sich insoweit um den Spczialfall eines allgemeineren Verfahrens zur Ortung von Bereichen unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit in sog. Verbundmassen, welches ebenfalls Gegenstand einer älteren Anmeldung ist (DE-OS 29 17 355), wobei die Verbundmassc in der angegebenen Weise mittels einer Wärmequelle von außen erwärmt wird und nach erfolgter Erwärmung die Wärmestrahlung im Infrarotbereich in der angegebenen Weise gemessen wird. Die Maßnahmen sind insofern nicht befriedigend, als die gesamte Stahlbetonmasse, insbesondere also der Beton erwärmt werden muß, bis aufgrund der Wärmeleitung — gleichsam aus dem Beton heraus — auch die Bewehrungseisen erwärmt werden. Das nimmt verhältnismäßig lange Zeit in Anspruch. Außerdem "st eine

ίο deutliche Differenzierung Bewehrungseisea/beton nur möglich, soweit nicht der aus Wärmeleitungsgründen zunächst wärmere Beton die Wärmestrahlung der Bewehrungseisen überstrahlt. Das Auflösungsvermögen, d. h. die Erkennbarkeit und Differenzierbarkeit einzelner Bewehrungseisen, ist hierdurch beeinträchtigt. Grundsätzlich ist es (aus der Praxis) bekannt, zum Zwecke der Ermittlung der Projektion von Bewehrungseisen in einem Oberflächenbereich einer Stahlbetonkonstruktion auf den Oberflächenbereich ein elektromagnetisches Wechselfeld zu richten. Das geschieht bei Einsatz eines sogenannten Eisensuchers. Ein Eisensucher besteht aus einem Elektromagneten, von dem das elektromagnetische Feld ausgeht, welches durch die Bewehrungseisen gestört wird. Aus den Feldstörungen kann auf Richtung, Tiefe oder Durchmesser der Bewehrungseisen geschlossen werden. Diese bekannten Maßnahmen versagen jedoch, wenn die Bewehrungseisen in der Stahlbetonkonstruktion von einer Betonschicht von IO cm oder mehr abgedeckt sind.

Sehr dicht angeordnete Bewehrungseisen stören darüber hinaus das Feld des Elektromagneten derart diffus, daß auch bei Einbettungstiefen von weniger als 10 cm die Lage der Bewehrungseisen nicht mehr hinreichend genau bestimmbar ist.

Bei Betondicken von bis zu etwa 60 cm können Bewehrungseisen auf andere Weise, nämlich mit harten Gammastrahlen, ermittelt werden. Versuche mit Ultraschall haben sich als nicht geeignet erwiesen, um in einer Stahlbetonkonstruktion Verlauf unr⁴ Lage von Bewehrungseisen festzustellen: Es ist bei Stahlbetonkonstruktionen nicht möglich, das Eintreffen des reflektierten Schalls wie bei praktisch homogenen Körpern (Stahl) zu messen, da jede Kornoberfläche der Zuschlagstoffe eine Reflexion und Brechung der Ultraschallwellen bewirkt.

In vielen Bereichen der Technik (Elektrotechnische Zeitschrift - B, Band 24, Heft 2, 1972, S. 23 bis 27) wird für Ortungszwecke od. dgl. die Tatsache ausgenutzt, daß jedes Objekt mit einer Eigentemperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes eine für jedes Objekt charakteri-

Vi stische elektromagnetische Strahlung aussendet, die überwiegend im nichtsichtbaren, infraroten Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Im Rahmen dieser sogenannten Infrarottechnik kennt man Strahlungsempfänger oder Dektoren, die auf verschiedene Weise aufgebaut sind und eine Anzeige ermöglichen. Insbesondere kennt man Wärmebildkameras und Zeilenabtastgeräte. Die Probleme um eine Weiterentwicklung des gattungsgemäßen Verfahrens sind durch diese bekannten Maßnahmen bisher nicht beeinflußt

μ worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Ermittlung der Projektion von Bewehrungseisen in einem Oberflächenbereich einer Stahlbetonkonstruktion durch Messung der Wärmestrahlung so vor/.ugehen, daß eine Erwärmung der gesamten Betonmassc nicht mehr erforderlich ist.

Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs I. Aufgrund

dieser Merkmale werden lediglich die Bewehrungseisen induktiv erwärmt, so daß danach ihre Wärmeabstrahlung gemessen werden kann. Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß mit Hilfe eines elektromagnetischen Wechselfeldes in einen Ferromagnetikum Induktionsströme erzeugt werden, die zu einer Ohmschen Erwärmung führen· So werden im Rahmen der Erfindung praktisch lediglich die Bewehrungseisen erwärmt. Zwar fließt Wärme aus den Bewehrungseisen auch in den umgebenden Beton, das stört jedoch die Meßgenauigkeit und insbesondere das Auflösungsvermögen des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere dann nicht, wenn alsbald nach der induktiven Erwärmung der Bewehrungseisen die Wärmeabstrahlung gemessen wird. Die Wärmeabstrahlung der Bewehrungseisen wird nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung mit Hilfe einer für Wärmestrahlung empfindiichen Optik und Darstellung des in Bildpunkte aufgelösten Wärmebildes auf einem Fernsehschirm ermittelt Im Rahmen der Erfindung werden die Bewehrungseisen so erwärmt, daß ihre Temperatur höher liegt als die Umgebungstemperatur ;m Be;on, jedoch nicht höher als auf etwa 80°C. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden die Bewehrungseisen auf eine Temperatur von etwa 50 bis 60° C erwärmt. Arbeitet man so, so nimmt der Beton auch in der Umgebung der Bewehrungseisen keinerlei Schaden. Die Wärmeabstrahlung kann auch mit Hilfe eines infrarotempfindlichen fotografischen Films oder Papiers — ggf. unter Zwischenschaltung einer fotografischen Kamera und/oder Fernsehkamera — gemessen werden.

Gegenstand der Erfindung ist des weiteren eine Anlage zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Sie ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 5. Die Induktionsspule kann bei dieser Anlage beispielsweise eine eben gewickelte Spirale sein. Die Spiralenebene kann parallel zum zu untersuchenden Oberflächenbereich ausgerichtet werden.

Die induktive Erwärmung von metallischen Gegenständen und insbesondere auch von Rohren und Stäben aus Stahl ist lange bekannt. Das geschieht hauptsächlich zum Zweck der Wärmebehandlung, im Zusammenhang mit Verformungsarbeiten und im Zusammenhang mit Schweißarbeiten. Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß elektromagnetische Wellen der Frequenzen, die bei der induktiven Erwärmung metallischer Gegenstände üblich sind, ohne weiteres in Beton soweit eindringen, daß eine induktive Erwärmung der im Beton liegenden Bewehrungseisen möglich ist, und zwar auch dann, wenn diese tiefer als 10 cm im Beton eingebettet sind. Die Gesamtdic'te der zu untersuchenden Stahlbetonkonstruktion ist für die Ermittlung der Bewehrungseisen von untergeordneter Bedeutung. Frequenz und Leistung des elektromagnetischen Feldes lassen sich ohne weiteres so einstellen, daß eine ausreichende induktive Erwärmung der Bewehrungseisen in sehr kurzen Zeitspannen erreicht wird. Im allgemeinen wird man in einem Frequenzbereich von etwa 5000 bis 10 000 Herz arbeiten. Man kann annehmen, daß von den erwärmten Bewehrungseisen Wärme abfließt. Die Wärmefront und Fronten nachfolgender gleicher Temperatur stellt man sich bei einem zylindrischen Bewehrungseisen zweckmäßigerweise als Zylindermäntel vor, die konzentrisch um das erwärmte Bewehrungseisen angeordnet sind. Die Zonen gleicher Temperatur wandern in radialer Richtung mit einer -όγ· den thermischen Sloffwerten des Betons abhängigen Geschwindigkeit gleichförmig vom Bewehrungseiser fort. Sobald die Wärmefront entlang einer Erzeugenden des isothermen Zylindermantels die Betonoberfläche erreicht, ist dort die Abstrahlung meßbar. Ein zunächst als Linie ausgeprägt ter Temperaturanstieg auf der Oberfläche verbreitert sich mit der Zeit zu einem Wärmeband. Darin fällt von der Symmetrielinie aus die Temperatur zu den Seiten hin ab. Um zu eindeutigen Meßergebnissen zu kommen, genügt es, daß die Bewehrungseisen auf etwa 20°C höher als ihre Umgebungstemperatur im Beton erwärmt werden. Das bedeutet auch, daß die induktive Erwärmung der Bewehrungseisen, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird, die Eigenschaften des Stahls nicht verändert, aus dem die Bewehrungseisen aufgebaut sind. Das gilt selbst dann, wenn es sich um kaltverfestigte Bewehrungseisen handelt. Arbeitet man mit den Hilfsmitteln der Thermographie, so liegt unter den Linien mit der stärksten Intensität Jeweils mindestens ein Bewehrungseisen der Stahlbetonkonstruktion, in dessen Schatten können weitere liegen. Nach Ermiiimng dieser Linien braucht man nur noch das thermographische Raster auf den untersuchter Oberflächenbereich der Stahlbetonkonstruktion zu übertragen und der Bewehrung kann bei örtlich zerstörenden Arbeiten gezielt aus dem Wege gegangen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine als Wand ausgeführte Stahlbetonkonstruktion mit Bewehrung,

F i g. 2 in einer Ansicht des Gegenstandes der F i g. 1 den Bewehrungsptan der Stahlbetonkonstruktion mit zugeordneter Induktionsspule,

F i g. 3 das gewonnene Meßergebnis und
Fi g. 4 eine Aniage.

In der Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine wandförmige Stahlbetonkonstruktion 1 dargestellt worden, die in ihrer Mitte eingebettete Bewehrungseisen 2 in Form einer Baustahlmatte aus längslaufenden un^ querlaufenden Bewehrungseisen aufweist. Es gilt die Projektion solcher Bewehrungseisen 2 in einem Oberflächenbereich 3 dieser Stahlbetonkonstruktion 1 festzustellen. In F i g. 2 ist zunächst der Bewetirungsplan

■r. 4 gezeichnet worden. Angedeutet wjrde in Fig.2 außerdem eine Induktionsspule 5 in Form einer ebenen, gleichsam archimedischen Spirale. Sie wurde in vergleichsweise dicker Strichführung strichpunktiert gezeichnet. Mit Hilfe dieser Induktionsspule 5 und mit

so Hilfe der in F i g. 4 beschriebenen Anlage wurden die Bewehrungseisen 1 in dem durch die Induktionsspule 5 definierten Oberflächenbereich 3 durch das elektromagnetische Wechselfeld dieser Induktionsspule 5 induktiv erwärmt. Das elektromagnetische Feld wurde bezüglich

κ Frequenz und Leistung so eingestellt, daß man sehr kurzfristig, d. h. in wenigen Minuten, zu einer ausreichenden Erwärmung kam. Danach wurde die Wärmeabstrahlung der Bewehrungseisen 2 in diesem Oberflä· chenbereich 3 ge Jessen. Das geschah letztenendes mit

w) Hilfe der Thermographie. F i g. 3 zeigt das so ermittelte thermographische Raster 6, in dem die Projektion der Bewehrungseisen 2 in diesem Obcrfiä-henbereich 3 gleichsam als weiße Linien 7 zwischen schwarzen Feldern 8 erscheint. Diese Felder wurden aus Darstel-

h> lungsgründen in de. Fig. 3 schraffiert. Man erkennt unmittelbar, daß der Bewehrungsplan 4 der F i g. 2 sehr genau wiedergegeben ist. Da sich im allgemeinen die eingangs erläuterten Symmetrieverhältnisse bezüglich

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der Wiirmestrcifen einstellen, kann die Lage der Bewehrungseisen 2 im thermograplnschen Raster praktisch auf den Millimeter genau ermittelt werden.

Die Anlage gemäß F-" i g. 4 besteht zunächst aus üblichen Bauteilen, nämlich aus einer Induktionsglühunlage. wie sie auch in anderen Bereichen der Technik üblich ist. Leistung und/oder (-"requen/. sind einstellbar, im allgemeinen arbeitet man jedoch im Hereich von WOO-IOOOO Her/. Zur Anlage gehört fernerhin eine Induktionsspule 5. die nach Art einer archimedischen Spirale gewickelt sein kann und mil einem Manipulator 9 verschen ist. so daU sie vor jedem zu untersuchenden Oberflächenbereich einer St:ihlbeli>nkonslniklion manipuliert werden kann. Fiinc Meßvorrichlung 10 für die Wärmeabstrahlung des zu untersuchenden Oberflächenbereichs ergänzt die Anlage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung der Projektion von Bewehrungseisen in einem Oberflächenbereich einer Stahlbetonkonstruktion, wobei die Stahlbetonkonstruktion erwärmt und ihre Wärmeabstrahlung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zu untersuchenden Oberflächenbereich ein elektromagnetisches, die Bewehrungseisen (2) induktiv erwärmendes Wechselfeld gerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabstrahlung der Bewehrungseisen (2) mit Hilfe einer für Wärmestrahlung empfindlichen Optik und Darstellung des in Bildpunkte aufgelösten Wärmebildes auf einem Fernsehschirm ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrungseisen (2) höher ak ihre Umgebungstemperatur im Beton, jedoch nichi höher als auf 80⁰C, erwärmt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrungseisen (2) auf eine Temperatur von etwa 50 bis 60⁰C erwärmt werden.

5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Erwärmungseinrichtung und einer Meßeinrichtung für die Wärmeabstrahlung der Stahlbetonkonstruktion, gekennzeichnet durch eine Inriuktionsglühanlage als Erwärmungseinrichtung, deren Leistung und/oder Frequenz einstellbar ist, und durch eine Induktionsspule (5), die mit einem Manipulator versehen ist.

6. Anlage nach Ansp:uch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule als ebene Spirale (S) gewickelt ist.