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Forschungsstelle
ASTRA SBT
Projektnummer
AGB1996/042
Projekttitel
Online-Monitoring zur Erfassung der Korrosion der Bewehrung von Stahlbetonbauten Exposition, Transportzone und kritischer Chloridgehalt
Projekttitel Englisch
Online-monitoring of corrosion in reinforced concrete structures Exposure, transport zone and corrosion rate

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Alternative Projektnummern
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Kurzbeschreibung
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Projektziele
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Abstract
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Umsetzung und Anwendungen
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Berichtsnummer
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Deutsch)
Brückenbauteile, Exposition, Transportzone, kritischer Chloridgehalt
Schlüsselwörter
(Englisch)
Reinforced concrete, bridges, substructures, exposure, critical chloride content, transport zone
Alternative Projektnummern
(Deutsch)
82/96
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Unterhalt sowie Planung und Ausführung von lnstandsetzungsmassnahmen von Kunstbauten setzen nicht nur eine genaue Zustandsermittlung und -beurteilung voraus, grösste Bedeutung - auch von der Kostenseite her - erlangen Informationen über den aktuellen und weiteren zeitlichen Verlauf der Korrosion. Qualitativ sind die Einflussfaktoren insbesondere die Art und Häufigkeit der Feuchtigkeitseinwirkung (Exposition) im Wechselspiel mit der Dicke und Qualität der Betonüberdeckung, bekannt, was fehlt, sind quantitative Angaben und Aussagen, die der Ingenieur in die Berechnungen zur Lebensdauer einsetzen kann.

Das Forschungsprojekt soll das Verständnis der komplexen Zusammenhänge bei der Korrosion der Bewehrung fördern und die Wechselwirkungen Betonqualität und Feuchtigkeitshaushalt (Transportzone) für praxisnahe Bedingungen erarbeiten und quantifizieren um so die sture Anwendung des "0.4% Grenzwerts" für den kritischen Chloridgehalt zu vermeiden. Die Resultate sollen für typische Einwirkungsklassen (anhand der Expositionsbedingungen und der Betonqualität) praxisnah umgesetzt werden.
Kurzbeschreibung
(Englisch)
Maintenance, planning and performing restoration of reinforced concrete structures such as bridges require a precise condition assessment. Very important are informations on the actual corrosion state and the future progress of corrosion. The factors influencing the corrosion rate are knownin a qualitative manner, but there is still a lack of quantitative informations on the influence of wetting and drying processes, their intensity and frequency (exposure conditions) on the future behaviour of a structure that can be used by engineeers for life-cycle cost calculations.

In this research project typical exposure conditions on bridges and substructures are selected and these sites are instumented with sensors that allow to follow continuously changes in resistance, chloride content and corrosion rate. It will be thus possible to correlate exposure conditions with the corrosion for different concrete qualities and exposure conditions. Especially the critical chloride content (fre-quently set to 0.4% by weigh of cement) will be established and realistic values will be defined.
Projektziele
(Deutsch)
Erfassen, Quantifizieren und Beurteilen der Exposition typischer Brückenbauteile im Hinblick auf eine verbesserte Prognose der Schadenentwicklung vor und nach der Instandsetzung
Projektziele
(Englisch)
Continuous monitoring of exposure conditions (temperature, humidity) and concrete resistance and chloride content (in-depth profile) in order to get an improved prediction of future corrosion behaviour of different parts of a bridge according to the exposure conditions
Abstract
(Deutsch)

Die vorliegende Forschungsarbeit hat wichtige Grundlagen über massgebende Parameter bei der chloridinduzierten Korrosion und neue Erkenntnisse zum Korrosionsfortschritt in realen Stahlbetonbauteilen geliefert, die es dem Ingenieur ermöglichen, die Korrosionsgefährdung eines Bauteils besser beurteilen und die Entwicklung des Korrosionszustandes der Bewehrung genauer abschätzen zu können. Die wichtigsten Resultate sind:

 

·         Parameter wie der Betonwiderstand und der Korrosionsstrom werden von den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit), d.h. von der Exposition massgebend beeinflusst.

·         Für die Beurteilung des Feuchtehaushaltes im Beton muss die Temperaturabhängigkeit des Betonwiderstandes mittels mathematischer Verfahren (Arrhenius-Modell) kompensiert werden.

·         Bei Bauteilen unter natürlichen Expositionsbedingungen kann zwischen häufigen, kurzzeitigen Feuchtewechseln in der oberflächennahen Zone des Betons (Kleinereignisse mit Transportzonen <20 mm) und einzelnen, tiefreichenden Feuchtewechseln (Grossereignisse mit Transportzonen >40 mm) unterschieden werden.

·         Die Initiierungszeit bei Bauteilen, die dem Spritzwasser oder Kontaktwasser ausgesetzt sind, beträgt bei Betonüberdeckungen von etwa 30 mm nur wenige Jahre.

·         Bei Bauteilen, die Spritz- oder Kontaktwasser ausgesetzt sind, liegt die Korrosionsgeschwindigkeit zwischen 0.5 und 1.0 mm/Jahr. Für den Korrosionsfortschritt ist hauptsächlich die Exposition und weniger die Höhe des Chloridgehaltes ausschlaggebend. Die Korrosionsgeschwindigkeit ist im Sommer deutlich höher als im Winter (Temperatureffekt).

·         Zwischen dem Betonwiderstand und der Korrosionsgeschwindigkeit besteht ein hyperbolischer Zusammenhang.

·         Kann durch eine geeignete Instandsetzungsmassnahme der Betonwiderstand deutlich erhöht werden, können erhöhte Restchloridgehalte über 0.4 M.%/Z. im Beton toleriert werden.

·         Die kontinuierliche Datenerfassung weist gegenüber periodischen Handmessungen entscheidende Vorteile auf. Eine Vorhersage der Schadenentwicklung ist wegen der stark schwankenden Messgrössen aufgrund täglicher und saisonaler Veränderungen klimatischer Grössen nur möglich, wenn die Messungen kontinuierlich durchgeführt werden.

 

Der dominante Einfluss der Exposition auf die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauteilen bzw. die Schadenentwicklung von Bauwerken sollte vermehrt in die Normen einfliessen. Ebenfalls sollte auf die Notwendigkeit kontinuierlicher Datenregistierung hingewiesen werden. Nur so sind zuverlässige Aussagen über die weitere Entwicklung des Schadenverlaufs, die Erstellung von Prognosen, die optimale Planung von Instandsetzungsmassnahmen oder die Überwachung der Wirksamkeit von Instandsetzungsarbeiten möglich.
Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)

Die Messtechnik wurde bei verschiedenen Projekten in der Praxis bereits erfolgreich eingesetzt. Allerdings ist das System bei der Installation noch zu aufwendig (z.B. Verkabelung). Zukünftig wird es möglich sein, die Daten von den Sensoren zu einer Zentraleinheit und von dieser zu einem beliebigen Server drahtlos zu übertragen. Die Datenlogger verfügen über eine interne Stromversorgung und sind während 5 bis 10 Jahren wartungsfrei.

 

 

Praktische Anwendung

 

Generell besteht bei der korrosionstechnischen Überwachung von Bauwerken ein Handlungsbedarf.

 

- zunehmende Zahl instandgesetzter Bauwerke

- Einsatz unterschiedlichster Verfahren und Produkte mit wenig Erfahrung

- Wissensdefizit bzgl. Wirkung und Dauerhaftigkeit von Massnahmen

- Knappe finanzielle Ressourcen für den Bautenunterhalt

 

Das in dieser Forschungsarbeit entwickelte Online-Monitoring System wurde bereits bei verschiedenen Projekten in der Praxis mit Erfolg angewendet. Trotzdem sind Anstrengungen im Gang, die Messtechnik im Sinne von Vereinfachungen zu modifizieren. Die Problematik dieses oder anderer Sensorsysteme besteht in der Verkabelung des Bauwerks. Einerseits müssen die Sensorelemente mit den Messgeräten verbunden werden und andererseits müssen die Datenlogger an eine Stromquelle angeschlossen und mit anderen Loggern mittels Kabeln verbunden werden. Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand für die Installation des Messsystems, erfordert geschultes Personal und die (empfindlichen) Kabel beeinträchtigen in vielen Fällen die Ästhetik des Bauwerks. Dies hatte bisher zur Folge, dass ein Überwachungssystem teuer in der Installation und die Akzeptanz wegen der optischen Beeinträchtigung gering waren.

 

Der Vorteil des neuen Messsystems besteht darin, dass die Installation der Sensoreinheiten keine Verkabelung erfordert und dadurch rasch und einfach installiert ist. Durch die kabellose Datenübertragung an eine Zentraleinheit wird die Ästhetik des Bauwerks nur minimal beeinträchtigt und der Installationsaufwand ist gering. Die Datenlogger sind aus Sicht der Elektronik auf minimalsten Stromverbrauch optimiert, so dass die Geräte während minimal 5 bis max. 10 Jahren wartungsfrei funktionieren. Die Zentraleinheit ist in einem gut zugänglichen Bereich des Bauwerks lokalisiert. Ihre Funktion besteht im Sammeln der Daten von den verschiedenen Datenloggern, welche zusammen mit den Sensoreinheiten am Bauwerk installiert sind. Von der Zentraleinheit werden die Daten über das Festnetz, Mobilfunknetz oder eine Satellitenverbindung an den Bestimmungsort gesandt.

Berichtsnummer
(Deutsch)
581