Bau 13.02.2004, 18:28 Uhr

Tiefe Einblicke ins Innenleben

VDI nachrichten, Kassel, 13. 2. 04 -Jeder kennt Ultraschall-Untersuchungen. Diese nutzen die Elektrotechniker der Uni Kassel, um Schwachstellen in Spannbeton rasch und zerstörungsfrei aufzufinden. Erprobt wurde das an Straßenbrücken, nun wird es weiter entwickelt.

Nicht alle Bauwerke sind für die Ewigkeit gemacht, auch nicht die große Zahl von Brücken, die in Deutschland nach dem Krieg entstanden sind. Sie sind besonders sicherheitsrelevant und kommen jetzt in ein Alter, in dem sie sorgfältig auf Korrosionsschäden geprüft werden müssen. Denn Brücken aus Spannbeton sind aus Gründen der Statik von Stahlkabeln durchzogen, die in zementgefüllten Hüllrohren verlaufen. Mit der Zeit dringt in diese Füllung Luft ein, und die Kabel rosten – im Verborgenen. Eigentlich müssten die Bauingenieure diese Nuss knacken, aber ein Lösungsvorschlag kommt von Kasseler Elektroingenieuren, die in Zusammenarbeit den Beton „gläsern“ machen.
„Gläserner Beton“ ist die populäre Bezeichnung für ein Forschungsvorhaben, in das die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), einer der wichtigsten Finanziers von Forschung in Deutschland, erhebliche Summen investiert: In diesem Fall in eine Forschergruppe, die sich aus Mitgliedern der Universitäten Stuttgart, Dortmund, Darmstadt, der Bundesanstalten für Materialprüfung in Berlin und Weimar, des Fraunhofer-Instituts Zerstörungsfreie Prüfverfahren in Dresden und der Universität Kassel zusammensetzt. Dort arbeitet das Institut für Theoretische Elektrotechnik an zwei Beiträgen, um die Standfestigkeit der alten Bauwerke sicher zu stellen.
Zunächst gilt es, die Hüllrohre mit den Stahlkabeln überhaupt aufzuspüren. Ihre Lage ist in den kritischen älteren Brücken nämlich nicht dokumentiert. Prof. K.-J. Langenberg und seine Mitarbeiter nutzen dazu eine Art Bodenradar, das elektromagnetische Wellen aussendet, die ein Echo erzeugen, wenn sie auf ein stählernes Hindernis treffen. Als Ultraschall ist dies längst aus der Medizin bekannt.
Allerdings hat Beton seinen mit unterschiedlichen Körnungen und kleinen Luftbläschen erheblich größere Tücken als ein überwiegend aus Wasser bestehender Körper. Daher ist mit dem Aufspüren der Rohre noch kein Bild über den inneren Zustand des Baus gewonnen.
Die Lösung fanden die Kasseler E-Techniker in der Erdbebenforschung. Dort ist bekannt, dass sich die Stöße in zwei Wellen ausbreiten, den primären, schnellen, und den sekundären, langsameren. Ähnlich den sekundären Erdbebenwellen schicken die Kasseler Wissenschaftler mit so genannten Prüfköpfen mechanische Wellen durch den Beton und berechnen das Ausbreitungsverhalten. Ihr Echo erwies sich für diesen Baustoff als geeignet, um im Computer ein brauchbares Bild seines Inneren zu erzeugen und damit verlässliche Hinweise auf kritische Stellen mit Luftlöchern zu geben.
Mit diesen Prüfmethoden können Brücken in Zukunft rasch und elegant untersucht werden. Für die Kasseler Wissenschaftler ist die Aufgabe damit allerdings noch nicht erledigt. Denn es gilt, dem Computer ein Rechenverfahren vorzugeben, das die empfangenen Echos in leicht und eindeutig interpretierbare Bilder umsetzt, in dem Störsignale, wie die des Betonstahls, keine Rolle mehr spielen.
Partner im Forschungsverbund wie die Bundesanstalten für Materialprüfung in Berlin und Weimar oder die Deutsche Bahn, die als Betreiberin einer riesigen Zahl von Brücken ein besonderes Interesse an diesen neuen Verfahren hat, prüfen die in Kassel gewonnenen theoretischen Erkenntnisse vor Ort.
Die Mitglieder der Forschungsgruppe in Darmstadt und Dortmund arbeiten an Herstellungsverfahren, die Lufteinschlüsse in Beton vermeiden, und in Stuttgart und Dresden werden ergänzend zu den Kasseler Verfahren akustische Methoden erprobt. 1,5 Mio. € hat die DFG jetzt für weiterführende Forschungen bewilligt.wip
www.dfg.de

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