Korrosionsmonitoring von Stahlbetonbauwerken als Element des Lebensdauermanagements

Da korrosionsinduzierte Schäden an Bauwerken im Laufe der Zeit zu immensen Kosten führen, sind die sichere Beurteilung des Korrosionsrisikos und eine frühzeitige Erkennung und zuverlässige Vorhersage der Bewehrungskorrosion Schlüsselaufgaben des Bauwerksmanagements korrodierender Spann‐ und Stahlbetonbauwerke. Eine Bewertung des Korrosionszustands wird durch die Bauwerksüberwachung (Monitoring) objektiv möglich. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer kurzen Einführung zum monitoringbasierten Lebensdauermanagement die Entwicklung, Erprobung und Optimierung neuartiger kalibrierungsfreier Miniatursensoren zur Erfassung der Bewehrungskorrosion in Betonbauteilen vorgestellt. Mit diesen vielseitig einsetzbaren Korrosionsstellvertretersensoren, die aus mehreren im Bereich der Betonüberdeckung angeordneten, 0,065 mm bis ca. 0,5 mm dünnen Stahldrähten bestehen, kann das Eindringen der Depassivierungsfront in den Beton einfach, zuverlässig und kostengünstig überwacht werden. Basierend auf umfangreichen Untersuchungen im Labormaßstab und der Anwendungserprobung im Zeitraum von mehr als sechs Jahren werden die Erkenntnisse und Weiterentwicklungen der Drahtsensorik präsentiert und diskutiert. Corrosion Monitoring as an Element of Service‐Life‐Management Application of innovative filament sensors for rebar corrosion survey Since corrosion induced damages at civil structures result in enormous costs over lifetime, the assured assessment of the corrosion risk and an early identification and reliable prognosis of rebar corrosion are key tasks of the building management of corroding prestressed and steel reinforced concrete structures. Here an evaluation of the corrosion state is objectively possible by means of Structural Health Monitoring (SHM). In this contribution after a brief introduction of monitoring based service‐life‐management, the development, testing and optimization of novel calibration‐free miniature sensors for the detection of rebar corrosion in concrete members are introduced. By means of these versatile corrosion dummy sensors, made from several 0,065 mm up to 0,5 mm thin steel filaments and mounted within the concrete cover, the penetration of the depassivation front into concrete can be observed easily, reliably and cost effectively. Based upon various investigations in the lab scale and application testing during the time period of six years, the findings and further developments of the filament sensor will be presented and discussed.     

Nachweis der Firstspaltverpressung bei zerstörungsfreien Schalendickenmessungen an Tunnelinnenschalen

Bisherige Auswertungen bei diversen Tunnelprojekten ergaben, dass bei Tunnelinnenschalen die Firstspaltverpressung nicht immer zerstörungsfrei nachgewiesen wurde. In Bereichen, die beispielsweise durch eine freiliegende Bewehrung in der Firste instand gesetzt werden müssen, ist der Nachweis des Verpressguts von großer Bedeutung. In Laborversuchen wurde an Betonprobekörpern dieser Fragestellung durch Variation verschiedener Einflussgrößen und Parameter experimentell nachgegangen. Im Anschluss daran erfolgte die praktische Umsetzung der Versuchsergebnisse auf einer Tunnelbaustelle im Bereich von detektierten Fehlstellen im Firstbereich. Durch den Einsatz spezieller Verpressgüter und Vorbehandlungen konnte die Tunnelinnenschale mit dem Verpressgut in diesem Bereich zerstörungsfrei einwandfrei nachgewiesen werden. Verification of Ridge‐Gap Grouting by Measuring the Shell Thickness of the Inner Tunnel Layer by Non‐Destructive Testing Previous evaluations of various tunnel projects showed results where the ridge‐gap grouting of the inner tunnel shells was not always been non‐destructively proven. In areas which, for example, have to be repaired through exposed reinforcement in the ridge, the proof of the grouting material is of great importance. This problem was explored experimentally in laboratory tests on concrete test specimens through variation of different actuating variables and parameters. Afterwards, the experimental results were put into practice in areas of detected flaws in the ridge area on a tunnel construction site. The inner tunnel shell with the grouting material could be proved perfectly non‐destructively by using special grouting material and pre‐treatments in this area.     

Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl

Die Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken, die in den 1960er und 1970er Jahren in Deutschland und Österreich gebaut wurden und für deren Herstellung vergütete Spannstähle Verwendung fanden, ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung mit starkem Praxisbezug. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer theoretischen Erläuterung des Tragverhaltens die praxisrelevanten Fragestellungen wie das Vorgehen bei der Beurteilung sowie weiterführende Untersuchungen erörtert. Zudem werden aktuelle Entwicklungen in der Forschung zur Beurteilung von gefährdeten Spannbetonbrücken aufgezeigt und diskutiert. Assessment of Load Bearing Behaviour of Post‐Tensioned Concrete Bridges Equipped with Prestressing Steel Susceptible to Stress Corrosion Cracking Basics, Practical Application and Current Developments Due to extending lifetime of infrastructure in general and posttensioned concrete bridges in particular the importance of durability aspects increases. Especially older prestressed bridges built in the 1960s and 1970s in Germany and Austria are subject of these investigations. Some of these post‐tensioned concrete bridges consist of quenched and tempered prestressing wires with high susceptibility to stress corrosion cracking as we know nowadays. This article deals with recalculation, assessment and evaluating methods for post‐tensioned concrete bridges including further analytic for endangered bridges. The procedure is shown by an example of an existing multi girder bridge and furthermore, future prospects are given.     

Querkraftversuche an Spannbetonträgern mit carbontextilbewehrter Spritzmörtelverstärkung unter zyklischer Beanspruchung

Shear tests on prestressed concrete beams strengthened with carbon textile reinforced spray mortar under cyclic loading Many highway bridges in Germany exhibit shear capacity deficits under static and cyclic loading. A lot of structures are expected to demand refurbishment and strengthening within the next years, especially due to the current condition of many older road bridges in Europe. Different strengthening methods with specific advantages and disadvantages have proven to be suitable for the shear strengthening of bridges. In order to investigate the effect of an additional spray mortar layer with carbon textile reinforcement on the webs on the shear capacity, two tests on prestressed concrete beams were carried out at the Institute of Structural Concrete at RWTH Aachen University. The results of the tests were compared with previous tests on two identical beams which were not strengthened. The tests have shown that the strengthening measure leads to a considerably higher shear resistance concerning cyclic loading as well as the remaining static shear capacity.     

Spannglieder mit Kunststoffhüllrohren zur Herstellung von Brücken ohne Betonstahlbewehrung

Tendons with Plastic Ducts for Bridges without Mild Steel Reinforcement Frequently the conventional sealing of concrete bridges does not show a satisfactory serviceability in practice. Imperfect sealing leads to chloride entry into the structure because of bending cracks in the upper side of bridges in the range of negative moments. If a road passes under a bridge, there is the risk of chloride entry caused by salt fog spread on the surface of the bridge. In addition to the restoration liability of the sealing the pavement requires regular repair work. This periodic repair work causes high costs and affects the traffic flow. The method presented in this paper is characterized by omitting corrosion‐sensitive reinforcement and by integrating the pavement in the structure. The aim is to create concrete bridges with improved durability which can be manufactured with comparable costs to conventional concrete bridges. The results of experimental tests on the structural behavior of such structures will be presented.     

Feuchtesensoren in der Bauwerksüberwachung

Die Bestimmung des Wassergehalts und insbesondere der orts‐ und zeitabhängigen Feuchteverteilung in Baustoffen hat in der Forschung, Baustoffentwicklung, Bauwerksdiagnose und Bauwerksüberwachung einen besonderen Stellenwert. Bei der Untersuchung von Schadensursachen muss an Bauwerken in der Regel die Baustofffeuchte mit bewertet werden, da sowohl wesentliche Baustoffeigenschaften als auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken in entscheidendem Maße von deren Wassergehalt abhängig sind. In jüngster Zeit werden Feuchtesensoren eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs‐ bzw. Schutzmaßnahmen zu kontrollieren. Dies soll es dem Bauherrn ermöglichen, rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können, bevor Schäden infolge von Wasser‐ bzw. Chloridzutritt auftreten können. Condition Assessment with Moisture Sensors The determination of the water content in construction materials and in particular with regard to its depth and time dependent distribution is of high interest in the area of research, material development and condition assessment of structures. The assessment of the reason of damages mostly require to regard the moisture content of structures, because the moisture content basically affects material properties and the durability of structures. Recently moisture sensors have been used to control the functionality and durability of repair and protection measures. This enables the owner to carry out accurately timed measures to prevent damages due to the ingress of water and chlorides.     

Vergleich statischer und dynamischer Methoden zur Zustandsbewertung von Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken

Risse in Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken führen zu einem Steifigkeitsverlust, der die statischen und dynamischen Eigenschaften der jeweiligen Struktur beeinflusst. Eine klassische Methode zur Bestimmung statischer Kennwerte sind Probebelastungen, bei denen gemessene Verformungen mit rechnerischen Werten abgeglichen werden und somit einen Rückschluss auf die Tragfähigkeit der Struktur ermöglichen. Bei Bauwerken wie Brücken können derartige Tests sehr kosten‐, zeit‐ und materialaufwändig sein und erfordern häufig eine längerfristige Sperrung. Des Weiteren müssen die gemessenen Verformungen vor Ort durch erfahrene Ingenieure überwacht werden, um gegebenenfalls bei Überschreiten kritischer Werte den Test abzubrechen. Auch die dynamischen Eigenschaften von Strukturen werden maßgeblich durch die Steifigkeit beeinflusst und können in vielen Fällen schnell und mit wenig Aufwand bestimmt werden. Im Rahmen dieses Aufsatzes werden die Ergebnisse statischer und dynamischer Untersuchungen zur Zustandsbewertung, durchgeführt an Stahlbeton‐ und Spannbetonbauteilen im Labor und an einer schrittweise geschädigten Spannbetonbrücke, hinsichtlich ihrer Sensibilität auf Schäden und Handhabbarkeit in der praktischen Anwendung gegenübergestellt. Comparison of Static and Dynamic Methods to Assess the State of Reinforced and Prestressed Concrete Structures Cracks in reinforced and prestressed concrete structures lead to a reduction in stiffness and therefore to an influence on the static and dynamic properties. A conventional method to assess the static characteristics are static load tests which enable to correlate measured deformations with calculated values and to draw conclusions about the loading capacity. In case of bridges, these tests can be very cost‐intensive and time‐consuming and often require a closure of the bridge. Furthermore the measured deformations have to be examined in situ, in order to abort the test if the deformations exceed critical values. As well, the dynamic properties are affected by changes in stiffness and in many cases they can be quickly determined without large effort. Within this article the results of static and dynamic tests with laboratory reinforced and prestressed concrete structures and tests on a gradually damaged prestressed concrete bridge are presented. The results are compared with regard to the sensitivity of the different methods to damage.