Ernst & Sohn Sonderheft Messtechnik im Bauwesen 2018

2018 Ernst & Sohn Special März 2018 A 61029

Messtechnik im Bauwesen

– Geodätische Messungen – Feuchte- und Temperaturmessungen – Luftdichtheitsmessungen – Lärmmessungen – Analyse der Raumluft und des Energieverbrauchs – Baustellen- und Bauwerksmonitoring – Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Intelligente Messlösungen für die effiziente Betonprüfung vor Ort

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Ultraschallprüfgeräte zur Beurteilung der strukturellen Integrität

Modernste Bewehrungs- und Korrosionsanalyse

• Hochauflösende Bildgebung und intuitive Bedienung • Für Dickenmessungen und Ortung von Objekten und Fehlern • Neu: Pundit 250 Array für schnelle Flächen- und Tiefenscans >1m

• Touchscreen-Display mit 2D-Visualisierung • Hohe Produktivität bei Messung und Berichterstattung • Neu: Höchste Messgenauigkeit durch künstliche Intelligenz (AI)

Editorial

Messtechnik im Bauwesen 2018

Von Bauwerksüberwachung und Bauschadensanalyse, über die Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen bis hin zu Vermessungstechnik – zu diesen Themengebieten erfahren Sie Neues im vorliegenden Special.

So wird unter anderem über das nichtinvasive Messsystem zur Analyse von Raumluftqualität und Energieverbrauch in Gebäuden (NIM-System) berichtet. Es ist einfach zu installieren und ermöglicht die Fernauslesung und Analyse der relevanten Daten wie Raumluftqualität, Lufttemperatur, Luftfeuchte und CO2.

Ein weiteres Thema ist das Monitoring von Klima und Holzfeuchte in Gebäuden in Holzbauweise. Die korrekte Abschätzung der Holzfeuchte ist wichtig für die Planung, Realisierung und Instandhaltung von Gebäuden, denn viele Schäden an tragenden Holzkonstruktionen sind auf mangelndes Wissen über die Reaktion von Holz gegenüber Feuchtigkeit zurückzuführen.

Risse im Stahlbeton können die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauteilen erheblich beeinträchtigen. In besonders gefährdeten Bauteilen sind nach dem DBV-Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“ zusätzliche Maßnahmen zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit erforderlich. Eine Möglichkeit ist die Applikation eines rissüberbrückenden Oberflächenschutzsystems. Um die Wirksamkeit zu kontrollieren, stattete man reale Bauwerke an repräsentativen Stellen im Rissbereich mit einem Korrosionsmonitoring aus – lesen Sie hierüber in einem der Fachbeiträge.

Der Vorteil digitaler 3D-Citymodelle ist die übergreifende Verknüpfung technischer und organisatorischer Daten, sodass intelligente Planungssysteme entstehen. Wichtig ist dabei die Integration des Bauwerksbestands, was mitunter nicht so einfach ist. Der Fachbeitrag zeigt gekoppelte Vermessungsstrategien für die präzise Geometrieaufnahme von Bestandsbauwerken mit 3D-Laserscanning,

Ernst & Sohn Special 2018 · Messtechnik im Bauwesen

Fotogrammetrie aus Befliegungen mit Multikoptern (Drohnen) und mobilen Messverfahren wie dem Mobile Mapping.

Zur Geometrieerfassung bei Belastungsversuchen im Bauwesen werden photogrammetrische Verfahren nur selten angewendet, obwohl sie deutliche Vorteile gegenüber antastenden Messverfahren haben. Anhand von Beispielen wird aufgezeigt, welche Möglichkeiten die Fotogrammetrie als Standardwerkzeug zur dreidimensionalen Erfassung und Analyse von Deformationen im Bauversuchswesen bietet.

Das ift-Brandschutzteam prüft seit vielen Jahren den Feuerwiderstand und das Brandverhalten von Bauelementen und Baustoffen. Dabei kommt es vor allem auf die exakte Steuerung der Brandprüfung nach normativen Vorgaben mit entsprechenden Toleranzen an. Wie das funktioniert und welche Probleme hierbei zu lösen waren, beschreibt ein Beitrag in diesem Heft.

In weiteren Fachbeiträgen geht es um digitalisierte Planung, Messtechnik und Fertigung in Hinblick auf die Versuchskörperherstellung mit Submillimeter-Präzision oder auch um den Einsatz eines technischen Gewebes als Verschattungssystem. Ergänzt werden die Fachbeiträge mit Berichten aus der Industrie über neue Produkte und Verfahren.

Wie immer wünsche ich Ihnen viel Freude beim Lesen!

Simone von Schönfeldt Redaktion Specials

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Inhalt

Mit der neuen XC300 stellt Trotec preisbewussten Thermografen mit professio­ nellen Ansprüchen die ideale Wärmebildkamera zur Verfügung. Modernste Tech­ nik in einem integralen IP54-Gehäuse samt Laser-Entfernungsmesser, Autofokus, 10-fach-Zoom und einzigartigem Panofold-Touchdisplay, das sich praktisch frei in alle Richtungen drehen lässt und Direkteingaben per Touch erlaubt, ermöglicht Anwendern aus Industrie und Bauwesen die Aufzeichnung vollradiometrischer Echtzeitvideos mit hochauflösendem Detektor, Infrarot-Realbild-Kombinationen, Tageslichtbilder, umfassende Vor-Ort-Analysen sowie optional auch Sprachauf­ zeichnung via Bluetooth – eine hochwertige Analyse-Software für aussagefähige Dokumentationen ist im Standardlieferumfang enthalten. (s. Beitrag auf S. 13–15, Foto: Trotec GmbH & Co. KG)

Special 2018 Messtechnik im Bauwesen

EDITORIAL

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Simone von Schönfeldt Messtechnik im Bauwesen 2018

GEODÄTISCHE MESSUNGEN

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Jens Löschmann, Annika Stötzel, Uwe Dankmeyer, Peter Mark Gekoppelte Vermessungsstrategien für intelligente, digitale 3D-Stadtmodelle

FEUCHTE-, TEMPERATUR- UND LUFTDICHTHEITSMESSUNGEN 12

Austauschbare Feuchtemesssonden

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Hochauflösendes Thermografiesystem mit PanoFold-Touchdisplay

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Blower-Door-Test: Was gehört in den Prüfbericht?

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Erweiterungsmodul für die Analyse von Temperaturen mit Thermoelementen

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Arbeitshilfen für Energieberater

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Immer mehr Blower-Door-Tests im Rahmen der EnEV

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BlowerDoor-Test: das neue Druckmessgerät DG-1000

20 Seminare zur Lärmmessung und Statikbemessung sowie zu Messungen im Umweltschutz und in der Schadensanalyse LÄRMMESSUNGEN 21

Lärmmessung in der Bauindustrie

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SENSOR+TEST 2018

ANALYSE DER RAUMLUFT UND DES ENERGIEVERBRAUCHS

Udo D. J. Gieseler 23 Nicht-invasives Messsystem zur Analyse von Raumluftqualität und Energieverbrauch in Gebäuden (NIM-System) 25 Ernst & Sohn Special 2018 Messtechnik im Bauwesen A61029 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21 D-10245 Berlin Telefon: (030) 4 70 31-200 Fax: (030) 4 70 31-270 info@ernst-und-sohn.de www.ernst-und-sohn.de

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Raumluftanalyse: dem Schimmel auf der Spur

BAUSTELLEN- UND BAUWERKSMONITORING

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Yuan Jiang, Philipp Dietsch, Stefan Winter Monitoring von Klima und Holzfeuchten in Gebäuden in Holzbauweise

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Philipp Meckbach, Dieter Heiland Erschütterungsmonitoring in Forschungseinrichtungen und Rechenzentren

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DGZfP-Jahrestagung 2018 „Zerstörungsfreie Materialprüfung“

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Florian Hiemer, Franziska Wich, Christoph Gehlen, Sylvia Keßler, Till Felix Mayer Monitoring von Bewehrungskorrosion in Rissbereichen von Stahlbetonbauwerken

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Drahtlose Sensornetzwerke zur Langzeitüberwachung von Bauwerken

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Innerstädtische Infrastrukturprojekte

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Inhalt

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Software für Aufmaß, Mengenermittlung und Bauabrechnung im Straßen- und Tiefbau

51 Messtechnik zur Erfassung physikalischer Größen in der Baudiagnostik, im Denkmal und im Altbau PRÜFUNG VON BAUSTOFFEN UND BAUTEILEN

Ulrich Sieberath, Gerhard Wackerbauer, Anyke Aguirre Cano 52 Prüfung des Feuerwiderstands: Prüftechnik für großformatige Fenster, Fassaden, Verglasungen, Türen und Tore 55 Mit Lichtgeschwindigkeit den Wassergehalt von Frischbeton, Sand, Kies und Splitt überprüfen

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Andrei Walther, Martin Wilcke Qualifizierte Schadensaufnahme – Voraussetzung für eine gelungene Beton­instandsetzung

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Holger Evers, Ulrich Weferling Photogrammetrische Verformungsmessungen bei Belastungs­versuchen an Bauteilen

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Thermografie im Bauwesen

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Mobiles Rheometer für Frischbeton

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Kai Heinlein, Rosemarie Wagner Experimentelle Untersuchungen zu Seilnetzen aus hochlegiertem Stahl

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Prüfungen von Faserbetonen

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Impressum

Vermessung Geotechnik Geoinformatik Entwicklung

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Geodätische Messungen

Jens Löschmann n Annika Stötzel n Uwe Dankmeyer n Peter Mark

Gekoppelte Vermessungsstrategien für intelligente, digitale 3D-Stadtmodelle Digitale 3D-Stadtmodelle etablieren sich zunehmend in der Planung, Instandhaltung und Rehabilitation von Baustrukturen in ­urbanen Bereichen. Grundlegend für Geoinformationssysteme (GIS) wie Stadt- und Landschaftsmodelle ist die Aufnahme des Bestands, wofür ALKIS-Daten (Amtliches Liegenschaftskataster Informationssystem) und gekoppelte 3D-Vermessungen heran­ gezogen werden. Weiterführend ist die Integration von geome­ trieorientierten GIS in objektorientiertes, multidimensionales Building Information Modeling (BIM) anzustreben, sodass intelligente Planungssysteme mit geometrischen, technischen und organisatorischen Daten eines gesamten Bauwerkslebenszyklus entstehen.

Der Beitrag zeigt gekoppelte Vermessungsstrategien für die präzise, dreidimensionale Geometrieaufnahme von Bestandsbauwerken mittels 3D-Laserscanning, Photogrammetrie aus Überflügen mit Multikoptern (Drohnen) und Mobile Mapping-Systemen. Beispiele sind Großbrücken und zwei Klärwerke in Düsseldorf, beide mit begrenzter Zugänglichkeit und komplexer Geometrie. Die Bauwerke wurden dreidimensional als Punktdaten (Punktwolken) erfasst und automatisiert oder mit manuellen Eingriffen teilautomatisiert in CAD-Modelle überführt, welche in das digitale 3D-Stadtmodell der Landeshauptstadt Düsseldorf integrierbar sind. Anwendungsbereiche des Stadtmodells sind u. a. die städtebauliche Entwicklungsplanung, der konstruktive Ingenieurbau, der Wasserbau sowie Bauwerksunterhaltungen. Als aktuelle Herausforderung gilt die Überführung GIS- und CAD-basierter Stadtmodelle in intelligente, BIM-gestützte Planungssysteme für Bestandsbauwerke.

Geodätische Sensortechnik zur 3D-Vermessung Für die Abbildung existierender Strukturen in digitalen Modellen sind dreidimensionale und ganzheitliche Vermessungen am Bestand erforderlich. Dabei ist zwischen stationären und mobilen 3D-Messverfahren zu unterscheiden [1]. Terrestrisches Laserscanning (TLS) arbeitet statio-

när, sodass für ganzheitliche Aufnahmen eines Bauwerks mehrere Scans von verschiedenen Standorten erforderlich sind. Dabei tasten 3D-Laserscanner Objekte automatisiert und rasterartig in hoher Geschwindigkeit ab und bilden sie über Millionen von Punktkoordinaten digital im Maßstab 1 : 1 ab. Es werden Abweichungen von maximal 3 mm auf 50 m Entfernung eingehalten, bei kürzeren Scanstrecken erhöht sich die Genauigkeit [2]. Bild 1 zeigt die aus der Überlagerung von 173 Scans generierte Punktwolke einer Bestandsbrücke in Düsseldorf. Die farbigen Intensitätswerte sind durch unterschiedliche Reflexionen bedingt.

Da der Scanner einen festen Standpunkt benötigt, ist TLS bei schwer zugänglichen Bauwerksbereichen limitiert.

Der Einsatz mobiler Messverfahren kann mögliche Verkehrssperrungen oder die Verwendung von Kränen und Hubsteigern ersparen. Insbesondere unbemannte, mit speziellen Kameras ausgestattete Fluggeräte (unmanned aerial vehicle = UAV) haben sich in der Geodäsie etabliert. Multikopter gehören zu den rotorbetriebenen UAV und können senkrecht starten bzw. landen und automatisiert einer voreingespeicherten Route folgen. Mithilfe photogrammetrischer Auswertungen ergeben sich dann Punktwolken, die – wie beim Laserscanning – über Passpunkte georeferenziert werden. Die 3D-Koordinaten der Passpunkte resultieren aus Tachymetermessungen und Nivellements.

Die Vermessung von Fahrbahnen und ihren Umgebungen ist außerdem mittels Mobile Mapping (kinematische Erfassung raumbezogener Daten) möglich. Hierbei werden Positionierungs-Sensorik (GNSS, IMU, Odometer) und Mess-Sensorik (Laserscanner, Bildsensoren, Video- und Multispektralaufnahmen, Bodenradar) zur 3D-Umgebungserfassung i. d. R. in Messfahrzeugen kombiniert, die üblicherweise in der Zustandserfassung von Fahrbahnoberflächen eingesetzt werden.

Automatisierte Modellbildung aus Messdaten Die mit verschiedenen Messverfahren erzeugten Punktwolken sind als digitaler Abdruck der Realität mithilfe von ge-

Bild 1. Aus 3D-Laserscanning gewonnene Punktwolke einer Bestandsbrücke mit farbigen Intensitätswerten

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Geodätische Messungen

eigneter Software – wie z. B. Cyclone, 3D-Reshaper, Auto­ CAD mit den Plug-ins PointSence for Revit oder Leica CloudWorx – zusammenzuführen. Durch eine gemeinsame Datenumgebung (definiertes und deklariertes 3D-Raum­ bezugssystem) ist eine durchgängige Überführbarkeit der Punktwolken zwischen den verschiedenen Programmen mit ihren spezifischen Strukturen und Koordinatendarstellungen gewährleistet. Zu beachten ist, dass die eingesetzten Softwareprodukte teilweise lokale Koordinatensysteme benötigen bzw. automatisch festlegen. Daher muss jederzeit zwischen den verschiedenen lokalen Systemen und dem globalen amtlichen 3D-Bezugssystem (UTM-Projektion) transformiert werden können. Außerdem sind bei der ­Zusammenführung von Punktwolken aus verschiedenen Messverfahren unterschiedliche Höhensysteme und deren Qualitätsunterschiede zu berücksichtigen und anzupassen.

Insgesamt kommt der Deklaration von Koordinaten- und Höhensystemen insbesondere für eine interdisziplinäre ­Datennutzung und damit verbundenen Verknüpfungen mit weiteren 2D/3D-Geodaten – wie dem Liegenschafts-, Straßen- und Verkehrskataster, Baurechtsplänen oder 3DStadtmodellen – eine große Bedeutung zu [3].

Die Modellbildung aus der Gesamtpunktwolke ist vektorbasiert über CAD-Zeichnungen unter Einbezug von softwaregestützten Ausgleichsrechnungen (Best-Fit-Algorithmen) für Flächen sowie durch die Hinzunahme von Bauteil-Objekt-Bibliotheken möglich. Eine Steigerung der Modellqualität lässt sich mittels automatisierter Approximationsverfahren erzielen. Ein gängiges Verfahren ist die TIN-Berechnung (Triangulated Irregular Network), die eine Dreiecksvernetzung unregelmäßiger Punkte zur Oberflächengenerierung bedeutet. Eine Weiterführung ist die Erstellung von Meshs durch Dreiecksvernetzung (Triangulation) zur Approximation von 3D-Objekten [1], wie in Bild 2 am Beispiel einer Brücke (oben) und eines Indus­ triebaus (unten) dargestellt. Mithilfe von aus Fotos gewonnenen Texturen können dann die erstellten Oberflächen farbig belegt werden. Manuell sind bei der Dreiecksver­ maschung nur Vor- und Nachbehandlungsmaßnahmen von begrenztem Aufwand zu leisten. Im Wesentlichen sind dies Filterungen und Bereinigungen der Punktwolken von nicht benötigten Objekten wie Vegetation, Fahrzeugen oder Nachbarbauwerken, Datenreduktionen bzw. Verringerungen der Punktwolkendichte und Glättungen von Oberflächen. Über die Oberflächengenerierung durch Drei­ ecks­ vernetzung hinausgehend sind softwaregestützt auch Volumenkörper aus den Punktdaten erzeugbar. Bild 2 zeigt unten eine Überlagerung eines Meshs mit einem bereichsweise generierten Volumenmodell (in orange). Die Modelle weisen große geometrische Übereinstimmung auf.

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Bild 2. Aus 3D-Messdaten triangulierte Flächenmodelle einer Brücke (oben) und ­eines Industriebaus, überlagert mit einem Volumenmodell (unten)

3D-Stadtmodell Einzelne, aus 3D-Vermessungen gewonnene Bestandsmodelle sind im globalen Koordinatensystem georeferenziert und können durch entsprechende Struktur- und Formatüberführungen in Stadtmodelle integriert werden. Das vom Vermessungs- und Katasteramt Düsseldorf aufgebaute virtuelle Stadtmodell der Landeshauptstadt ist grundrissgetreu aus der digitalen amtlichen Liegenschaftskarte abgeleitet und in der Datenstruktur CityGML 2.0 (Geography Markup Language) abgelegt. Das Format sieht eine Abbildung von 3D-Geometrien und Topologien, visuellen Erscheinungen und Semantik (z. B. Geschosszahl eines Bauwerks) vor. Das Konzept von CityGML bietet die Möglichkeit, 3D-Objekte in fünf unterschiedlichen Detaillierungsgraden (Level of Detail = LOD) zu modellieren.

Neben den Bauwerken, die in den Detaillierungsgraden LOD1 und LOD2 abgebildet werden, ist die Gelände­ oberfläche in das Stadtmodell integriert. Im Detaillierungsgrad LOD1 werden Gebäude stark vereinfacht als Bausteine dargestellt (Bild 3, links). Die Gebäudehöhen ergeben sich hier näherungsweise aus dem Produkt der jeweiligen Stockwerksanzahl und der durchschnittlichen Stockwerkshöhe, die automatisiert aus der ALKIS-Gebäude­funktion (Amtli-

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Geodätische Messungen

Bild 3. 3D-Stadtmodell der Landeshauptstadt Düsseldorf in den Detaillierungsgraden LOD1 (links) und LOD2 (rechts)

ches Liegenschaftskataster Informationssystem) abgeleitet wird. Das gesamte Düsseldorfer Stadtgebiet von 217 km2 wurde in diesem Detaillierungsgrad abgebildet und umfasst insgesamt 185.000 Bauwerke.

Im Detaillierungsgrad LOD2 werden zusätzlich aus Luftbildauswertungen (Photogrammetrie) gewonnene Dachformen modelliert. Für den Innenstadtbereich sind Fotos der straßenseitigen Hausfassaden als Textur in das Modell integriert. Der LOD2 sieht sogenannte Points of Interest (POI) vor, welche aus markanten und besonders wichtigen Bauwerken wie Museen, Kirchen, Brücken oder Regierungsgebäuden bestehen (Bild 3, rechts). Diese sind in ihrer Geometrie und Fassadenstruktur besonders detailliert als Flächenmodelle dargestellt und das Ergebnis von 3D-Vermessungen wie terrestrischem oder airborne Laserscanning und Schrägluftbildern.

GIS vs. BIM Für die Erstellung intelligenter, multidimensionaler Stadtmodelle, die neben der Geometrie und Topografie weitere Informationen wie Zeit, Materialeigenschaften oder Kosten enthalten, müssen im Sinne von Building Information Modeling (BIM) verschiedene fachspezifische Modelle miteinander verknüpft werden. BIM bezeichnet die Unterstützung aller Prozesse eines Bauwerks wie Planung, Bau und Unterhaltung über ein gemeinsames digitales 3D-Gesamtmodell, das sämtliche im Lebenszyklus anfallende Daten bereitstellt [4]. Wesentliche Vorteile dieser Methodik sind ein verbesserter Informationsaustausch sowie ein automatischer Datenabgleich zwischen den verschiedenen verknüpften Fachmodellen, wodurch sich Verzögerungen und Fehler infolge mangelhafter Abstimmung zwischen den einzelnen Fachdisziplinen reduzieren lassen [4].

3D-Stadtmodelle setzten sich i. d. R. aus einzelnen CAD-Geometriemodellen von Gebäuden, einem GIS-Geländemodell mit Texturbelegung aus Luftbildern sowie Topografiemodellen zusammen, welche sich aufgrund unterschiedlicher Nutzungsanforderungen in ihren Systemen, Modellen und Formaten klar von BIM abgrenzen [5]. Eines der wesentlichen Abgrenzungskriterien ist die Repräsentation der Geometrie durch das Modell: BIM zeigt den Planzustand, ist objektorientiert und basiert auf Volumenkör-

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pern mit definierten Attributen. GI- und CAD-Systeme hingegen sind geometrieorientiert und enthalten durch 3DVermessungen erfasste Bestandsbauwerke. Geometrien werden hier über Flächen [5] oder über aus Randflächen begrenzte eigenschaftslose Volumenkörper [3] abgebildet.

Weitere abgrenzende Kriterien sind die Georeferenzierung, Skalenbereiche bzw. Modellinhalte, Formate und Detaillierungsgrade [5]. Die Detailierungsgrade in BIM-Methoden beinhalten die Spezifikation Level of Development (LOD 100 – LOD 500) und beschreiben die in einer bestimmten Leistungsphase erforderliche Detailtiefe und Art einer Modellierung eines Bauteils. Der Level of Development kann innerhalb einer Leistungsphase bei verschiedenartigen Bauteilen voneinander abweichen. In GIS-Modellen gibt der Level of Detail das Ausmaß der Generalisierung zeit­ unabhängig für ein gesamtes Objekt vor [5].

Aufgrund der unterschiedlichen Modellparadigmen ist eine vollständige gegenseitige Migration von BIM und geometriebasierten Stadtmodellen, z. B. Konvertierungen zwischen IFC (Industry Foundation Classes) und CityGML (City Geography Markup Language), eine große Herausforderung. Aus 3D-Vermessungen gewonnene CAD-Modelle sind dazu mit ihren geometrischen Informationen in objektorientierte Volumenmodelle mit bauteilspezifischen Eigenschaften und Attributen zu überführen. Für die Erzeugung intelligenter BIM-Modelle aus Messdaten existieren bereits erste Softwarelösungen [6].

Im Rahmen dieser Untersuchungen erfolgten erste Versuche zur Verknüpfung von CAD-Modellen mit Attributen. Dazu wurden messdatenbasierte CAD-Volumenmodelle in das 3D-Stadtmodell der Landeshauptstadt Düsseldorf integriert. Bild 4 zeigt dies am Beispiel eines Klärwerks.

Das Modell enthält bereits in Bauteile gegliederte Objekte.

Eine BIM-Struktur ist bisher noch nicht gegeben, jedoch ist eine Zuweisung von Attributen theoretisch gemäß dem Konzept der generischen Objekte möglich [7]. Eine flächendeckende Integration von Volumenmodellen in das 3DStadtmodell führt aufgrund der enormen Datengröße schnell zu Überlastungen selbst leistungsstarker Computer.

Indem geometriebasierte Volumenmodelle mit Bau­ teilattributen wie mechanische und thermische Eigenschaften, Degradationsdaten, Kosten oder TGA-Strukturen verknüpft werden, entstehen intelligente Planungssysteme für

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Geodätische Messungen

Bild 5. Topografiemodell aus TLS-Punktdaten zur Hochwassersimulation

Bild 4. Volumenmodell eines Industriebaus, integriert in das 3D-Stadtmodell

Bestandsbauwerke und Infrastruktur. Bei Parkhäusern sowie Ingenieurbauwerken ist z. B. eine digitale Schadenskartierung mittels Modell möglich. Messwerte wie Chloridgehalt, Betondeckung, Karbonatisierungstiefen oder Korrosionsschäden können als Attribute mit Bauteilen verknüpft werden [6].

Anwendungsbeispiele Das 3D-Stadtmodell der Landeshauptstadt Düsseldorf wird interdisziplinär in verschiedensten Bereichen verwendet – vor allem in der Städteplanung, Bauwerksunterhaltung sowie im konstruktiven Ingenieurbau. Im Tunnelbau werden große Datenmengen an gemessenen Bodensetzungen so-

wie geologischen Informationen und Messwerten üblicherweise in Tabellen gespeichert, womit Korrelationen sowie Zeitabhängigkeiten nur schwer darstellbar sind [8], [9]. 3DModelle sind hingegen in der Lage, Interaktionen zwischen Bauwerken bzw. Bauteilen sowie auftretende Korrelationen, z. B. Setzungen von benachbarten Bauwerken, darzustellen. Mithilfe von Animationen sind Daten zeitabhängig visualisierbar.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Untersuchung eines Hochwasserschutzgebietes. Ein hochpräzises Geländemodell, welches aus einer TLS-Punktwolke generiert und mit dem 3D-Stadtmodell verschnitten wurde, war die Grundlage einer Starkregenanalyse über das Fließ- und Ausbreitungsverhalten von Wassermengen, die von Entwässerungseinrichtungen nicht mehr aufgenommen werden können (Bild 5).

Im Rahmen eines Architektenwettbewerbs wurde für die Planung einer großen Baumaßnahme ein Geländemodell mit Hilfe von Multikopter-Befliegungen generiert. Dieses enthielt das Gelände der Baufläche, die umliegende Topografie sowie ein Nachbargebäude. Der geplante Neubau konnte somit virtuell in den bestehenden Bau- und Landschaftsbestand eingefügt werden (Bild 6). Das generierte Modell ist in das 3D-Stadtmodell integrierbar.

Bild 6. Virtuelle Integration eines g­ eplanten Bauwerks in ein bestehendes Landschaftsmodell

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Geodätische Messungen

Bild 7. Anwendungsbereiche eines Bestandsmodells einer Hochstraße (Grafiken: Autoren)

Im Zuge des DFG-Forschungsprojektes „Genauigkeitsgrenzen von Lebensdauerprognosen“ [1], [10] wurde die Hochstraße am Düsseldorfer Nordfriedhof durch gekoppelte Messungen mittels Laserscanner, Multikopter und Mobile Mapping präzise geometrisch aufgenommen und anschließend modelliert. Die Integration in die Liegenschaftskarte (Bild 7) ist ein weiteres Beispiel für die Zusammenführung verschiedener Fachmodelle, in diesem Fall eines maßstabsgetreuen 3D-Geometriemodells mit einer 2D-Grundrisskarte. Ein solches Modell kann mit seinen Informationen (Tragwerk, Rohrleitungen, Straßenverkehr) zu einer wirtschaftlichen Bauwerksunterhaltung beitragen (Bild 7). Darüber hinaus wurde die tatsächlich vorhandene Geometrie abschnittsweise mit der planmäßigen Geometrie verglichen. Darauf aufbauend konnte eine Reduktion des Sicherheitsfaktors, der in statischen Berechnungen die natürliche Streuung des Eigengewichts der Brücke abdeckt, probabilistisch begründet werden [1]. Dies kann bei Nachrechnungen von Bestandsbrücken entscheidende Traglastreserven mobilisieren.

Schlussfolgerungen Mithilfe gekoppelter Vermessungsstrategien sind auch schwer zugängliche Bauwerke dreidimensional geome­ trisch aufnehmbar – und zwar ohne längere Straßensperrungen, aufwendige Gerüste oder Hubwagen. Neben dem stationären 3D-Laserscanning bieten sich ergänzend mobile Messverfahren an, insbesondere Luftaufnahmen per Multikopter mit anschließender photogrammetrischer

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Auswertung. Aus den Messdaten generierte Bestandsmodelle sind bei Bedarf in flächendeckende 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle zu integrieren. Diese stellen dann geometrische, topografische und kartografische Informationen der Umgebung bereit.

Verschiedene materielle, zeitliche oder prozessorientierte Eigenschaften erweitern die Modelle und eröffnen lokale wie globale Verknüpfungs- und Auswertemöglichkeiten (Intelligente Modelle), sodass ein Modell sämtliche im Lebenszyklus eines Bauwerks anfallenden Daten bereit­ stellt. Aus 3D-Vermessungen gewonnene CAD-Modelle sind dazu mit ihrer wesentlichen Funktionalität – der hochgenauen Abbildung des Bauwerksbestands – in Volumenmodelle mit bauteilspezifischen Attributen wie mechanische und thermische Eigenschaften, TGA-Daten oder Bauwerksschäden zu überführen. In Kombination mit GIS-basierten Topografiemodellen ergeben sich dann BIM-gestützte 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle mit hochgenauen Geometrieinformationen und intelligenten Objekten.

Literatur [1] Löschmann, J.; Ahrens, M. A.; Dankmeyer, U.; Ziem, E.; Mark, P.: Methoden zur Reduktion des Teilsicherheitsbeiwertes für Eigenlasten bei Bestandsbrücken. Beton- und Stahlbetonbau 112 (2017), H. 8, S. 506–516 (DOI: 10.1002/ best.201700027).

[2] Leica Geosystems AG: Leica Scan Station P20, Heerbrugg, 2013.

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Geodätische Messungen [3] Clemen, C.; Ehrich, R.: Geodesy goes BIM. In: Allgemeine Vermessungs-Nachrichten (AVN), 121 (2014), H. 6, S. 231– S. 237.

[4] Blankenbach, J.; Clemen, C.: BIM-Methode zur Modellierung von Bauwerken. In: DVW – Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement e. V., Runder Tisch e. V. (Hg.): Leitfaden Geodäsie und BIM, S. 17–28, 2017.

[5] Kaden, R.; Seuß, R.; Kolbe, T. H.: Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu CAD und GIS. In: DVW – Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement e. V., Runder Tisch e. V. (Hg.): Leitfaden Geodäsie und BIM, S. 39–47, 2017.

[6] Effkemann, C.: Anwendung von 3D-Laserscanning und Photogrammetrie zur as-built-Dokumentation von Gebäuden. In: DVW – Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement e. V., Runder Tisch e. V. (Hg.): Leitfaden Geodäsie und BIM, S. 118–120, 2017.

[7] Gruber, U.: BIM und GIS Interoperabilität - Datenformate, Standards, Integrationsmöglichkeiten. In: DVW – Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement e. V., Runder Tisch e. V. (Hg.): Leitfaden Geodäsie und BIM, S. 49–68, 2017.

[8] Schindler, S.; Hegemann, F.; Koch, C.; König, M.; Mark, P.: Radar interferometry based settlement monitoring in tunneling: Visualisation and accuracy analyses. Visualization in Engineering 4:7 (2016) (DOI 10.1186/s40327-016-0034-x).

[9] Mark, P.; Niemeier, W.; Schindler, S.; Blome, A.; Heek, P.; Krivenko, A.; Ziem, E.: Radarinterferometrie zum Setzungsmonitoring beim Tunnelbau – Anwendung am Beispiel der Wehrhahn-Linie in Düsseldorf, Bautechnik 89 (2012), H. 11, S. 764–776 (DOI: 10.1002/bate.201200035).

[10] Sanio, D.: Ahrens, M. A.; Rode, S.; Mark, P.: Untersuchung einer 50 Jahre alten Spannbetonbrücke zur Genauigkeitssteigerung von Lebensdauerprognosen. Beton- und Stahl­ betonbau 109 (2014), H. 2, S. 128–137 (DOI: 10.1002/ best.201300079).

Weitere Informationen: Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Massivbau, Jens Löschmann, M. Sc.; Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Mark Universitätsstraße 150, 44801 Bochum Tel. (0234) 322 58 98, Fax (0234) 321 43 70 jens.loeschmann@rub.de, www.massivbau.rub.de Landeshauptstadt Düsseldorf, Vermessungsund Katasteramt Annika Stötzel, B. Sc.; Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Uwe Dankmeyer Brinckmannstraße 5, 40225 Düsseldorf Tel. (0211) 899 42 80, Fax (0211) 892 90 82 annika.stoetzel@duesseldorf.de, www.duesseldorf.de

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Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Austauschbare Feuchtemesssonden Vaisala, das weltweit führende Unternehmen auf dem Gebiet von Umwelt- und Industriemessungen, bringt eine neue Serie austauschbarer, intelligenter Feuchtemesssonden für schwierige Umgebungsbedingungen auf den Markt. Diese lassen sich als eigenständige digitale Messwertgeber verwenden, können aber auch an ein Vaisala Indigo Hostgerät angeschlossen werden.

Die neuen Vaisala HUMICAP® Feuchte- und Temperatursensoren HMP4, HMP5, HMP7, HMP8 und der Vaisala Temperatursensor TMP1 sind Teil der Vaisala Indigo Produktfamilie, zu der auch die bereits angekündigten Produkte der Serie GMP250 und die HPP272 gehören. Die Sonden haben einige wichtige Leistungsmerkmale gemeinsam: Sie können ausgetauscht werden und so die Ausfallzeiten aufgrund von Wartung minimieren. Diese Eigenschaft in Verbindung mit der überlegenen Genauigkeit und Stabilität der Sonden bringt einen hohen Mehrwert für die Anwenderunternehmen, die damit ihren Kosten- und Ressourcenaufwand reduzieren können. Dank der vollen Austauschbarkeit lassen sie sich auch bequem kalibrieren oder ersetzen.

Alle neu vorgestellten Sonden bieten zudem anspruchsvolle Leistungsmerkmale wie eine chemische Reinigungsfunktion und eine Sensorheizung. Die HMP7 arbeitet darüber hinaus mit einer beheizten Sonde und ermöglicht so genaue Messungen auch in hoch kondensierenden Umgebungen.

Die HMP Sonden sind mit dem neuen Vaisala HUMICAP® R2 Kombisensor ausgestattet. Dieser gewährleistet eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit insbesondere in Umgebungen, in denen Säuren genutzt werden. Alle Neuvorstellungen sind unempfindlich gegen Staub und die

meisten Chemikalien. Die glatten Gehäuseoberflächen der Sonden lassen sich leicht reinigen. Sie sind mit der kostenlosen Vaisala Insight PC Software kompatibel, die die komfortable Einrichtung, Diagnose und Vor-Ort-Kalibrierung ermöglicht. Die Sonden können auch ohne Indigo Hostgerät mittels Modbus-Protokoll genutzt werden.

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten Die neuen HMP Sonden und die neue TMP Sonde wurden für den Einsatz in Umgebungen entwickelt, bei denen Druck, Temperatur, eine ständig hohe Luftfeuchte oder rasche Änderungen der Luftfeuchte eine Rolle spielen. Diese Anwendungen umfassen Trocknungs- und Prüfkammern, Verbrennungsluft- und andere Befeuchter sowie meteorologische Messungen, bei denen Messgenauigkeit und chemische Beständigkeit von entscheidender Bedeutung sind.

Um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen gerecht zu werden, besteht die neue Sondenserie aus mehreren Modellen: –– Die Vaisala HUMICAP® Feuchte- und Temperatursonde HMP4 wurde für Hochdruck-Installationen bis 100 bar entwickelt, beispielsweise Druckluftsysteme in maritimen und industriellen Bereichen sowie in Atemluftanwendungen.

–– Die Vaisala HUMICAP® Feuchte- und Temperatursonde HMP5 zielt auf Hochtemperaturprozesse ab wie beispielsweise Backöfen, Pasta-Trockner und industrielle Trocknungsanlagen.

–– Die Vaisala HUMICAP® Feuchte- und Temperatursonde HMP7 wurde für Anwendungen mit hoher Feuchte entwickelt, die eine Sondenbeheizung erfordern, beispielsweise Trocknungs- und Prüfkammern, Verbrennungsluft- und andere Befeuchter sowie meteorologische Messungen.

–– Die Vaisala HUMICAP® Feuchte- und Temperatursonde HMP8 eignet sich für Hochdruck-Installationen bis 40 bar, beispielsweise Druckluftsysteme, Kältetrockner, Klimakammern und für andere industrielle Druckluftanwendungen, die die problemlose Montage und Demontage der Sonde sowie eine justierbare Installa­ tionstiefe in der Leitung erfordern.

–– Die wasserdichte Vaisala Temperatursonde TMP1 wurde für anspruchsvolle Temperaturmessungen in industriellen Anwendungen entwickelt z. B. in der Pharmaindustrie und in Kalibrierlaboren, wo Genauigkeit und Robustheit von entscheidender Bedeutung sind.

Weitere Informationen:

Die neuen Vaisala HUMICAP ® Feuchte- und Temperatursensoren können als eigenständige digitale Messwertgeber verwendet, aber auch an ein Hostgerät angeschlossen werden (Foto: Vaisala Oyj)

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Vaisala Oyj Andreas Knop, Sales Director EMEA POB 26, FI-00421 Helsinki/Finland Tel. +358 9 894 71, Fax +358 9 8949 2227 andreas.knop@vaisala.com, www.vaisala.com

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Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Hochauflösendes Thermografiesystem mit PanoFold-Touchdisplay Mit der XC300 stellt Trotec seine neue Flaggschiff-Wärmebildkamera vor, die auf der Basis langjähriger Erfahrung als Her­ steller und Anwender entwickelt wurde. Das System ist im ­oberen Marktsegment angesiedelt, bietet eine Vielzahl innova­ tiver Funktionen und zeichnet sich durch ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis aus.

Temperatur, Luftstrom, Feuchtigkeit, Leckagen: Im Bauwesen und der Bauschadensdiagnostik gibt es viele Parameter, die messtechnisch erfasst werden, und ohne Zweifel trägt die Messtechnik dazu bei, dass viele Bauschäden schnell erkannt und behoben werden können. Bei Neubauvorhaben leisten die Geräte einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung.

Eine wichtige Technologie der Messtechnik – nicht nur im Bauwesen Aus der Sicht des Laien ist die Wärmebildkamera das Nonplusultra der Messtechnik im Bauwesen. Diese Kameras, die Infrarotstrahlung empfangen und mittels Falschfarben anzeigen, arbeiten im Spektralbereich von 3,5 bis 14 µm.

Interessanterweise wurden sie ursprünglich nicht für das Bauwesen entwickelt, wo sie heute weit verbreitet sind, sondern für den militärischen Gebrauch, genauer gesagt von der US-Armee während des Korea-Kriegs 1950–1953.

Ihre Aufgabe war es, auch im Dunkeln Menschen zu erkennen. Für diesen Zweck werden Wärmebildkameras heute noch u. a. von Polizei- und Grenzschutzbehörden genutzt.

Das heutzutage häufigste Einsatzfeld von Wärmebildkameras ist jedoch die Bau-, Elektro- und Industriethermografie, und in den vergangenen Jahren ist der Bedarf hier stark gestiegen. Der Grund liegt auf der Hand: Zur Kosten­ einsparung und Produktverbesserung werden IR-Kameras verstärkt nicht mehr nur rein präventiv in den zuvor genannten Bereichen eingesetzt. Konkret im Baubereich erfährt die

Bild 1. Das einzigartige PanoFold-Touchdisplay lässt sich um 180° neigen und zugleich flexibel um 270° schwenken. Deshalb muss sich mit der XC300 kein Anwender verbiegen oder verdrehen, um schwer erreichbare Objekte zu überprüfen. Geschlossen dient das PanoFoldTouchdisplay als zuverlässiger Schutz für Monitor und Bedientastenfeld.

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Bild 2. Die XC300 kann ­flexibel über Tasten oder Touchscreen gesteuert werden und ihre beleuchtete Tastatur erleichtert die Bedienung auch in dunklen ­Arbeitsumgebungen.

Installation von Photovoltaik-Modulen und die in diesem Zusammenhang genutzte berührungslose Überprüfung mittels IR-Kameras aktuell rasante Zuwächse. Doch auch jeder gebäudetechnischen Modernisierung oder Sanierung mit dem Ziel der Energieeinsparung sollte eine sorgfältige Bestandsaufnahme vorausgehen, um z. B. Wärmebrücken zu detektieren oder andere Schwachstellen festzustellen. Auch bei der Schadensbehebung bei feuchten Stellen sind diese Kameras außerordentlich hilfreich, indem sie die Ursachenforschung beschleunigen.

Eigene Geräteentwicklung auf der Basis umfassender ­Praxiserfahrung Aus diesem Grund haben sich Wärmebildkameras in der gesamten Baubranche flächendeckend durchgesetzt – in unterschiedlichsten Gewerken. Trotec hat diese Entwicklung seit mehr als 20 Jahren nicht nur begleitet, sondern aktiv beeinflusst. Ursprünglich wurden Systeme zugekauft, um das Messtechnik-Programm abzurunden. Schnell aber stellte man fest, dass diese Geräte Verbesserungspotenzial bieten, und der Schritt vom Handelspartner zum Hersteller wurde vollzogen. Seitdem hat Trotec die Entwicklung mehrerer Generationen eigener Wärmebildkameras erfolgreich umgesetzt und konnte dabei auch auf umfassendes Praxis-Know-how aus dem internationalen Netzwerk der Gruppe zurückgreifen. Intensive Kundenbefragungen bildeten einen weiteren Schwerpunkt der Bedarfsanalyse.

Die kundenseitig formulierten Wünsche zielten dabei unisono auf ein möglichst universell einsetzbares Wärmebildkamerasystem mit technischer Präzision und Funk­ tionsausstattung der Oberklasse ab, wenn auch auf Kundenseite budgettechnisch meist nur Investitionen im Mittelsegment möglich sind. Deshalb war für die XC300 das vorrangige Entwicklungsziel, alle relevanten Ober­ klasseanforderungen in einem qualitativ hochwertigen Mess­gerät umzusetzen, das preislich dennoch im mittleren Segment angesiedelt bleibt.

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Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Bild 3. Neben der Tastensteuerung können alle Funktionseingaben und Konfigurationen auch schnell und einfach direkt via Touchscreen an der XC300 vor­ genommen werden.

Die neueste Generation – für höchste Ansprüche Mit dem in Kürze auf dem Markt erhältlichen Flaggschiff XC300 präsentiert Trotec nun eine ganz neue Gerätegeneration, die das Wärmebildkameraprogramm des Herstellers oberhalb seiner bewährten IC-, EC- und AC-Modelle komplettiert. Mit ihrer Vielzahl innovativer Funktionalitäten eignet sich die XC300 optimal für die Anforderungen im Bauwesen, ist darüber hinaus jedoch auch für weitere anspruchsvolle Einsatzfelder qualifiziert, wie etwa die Elek­ trothermografie oder zur vorbeugenden Instandhaltung im Industrieumfeld.

Optimal für die Bauwerksdiagnostik Herzstück der XC-Infrarotkamera ist ein hochauflösender 384 × 288-Infrarotbilddetektor mit 110.592 autarken Einzeltemperaturmesspunkten. Die Kamera liefert vollradiometrische Wärmebilder mit feiner Detaildarstellung auch bei kleinsten Temperaturdifferenzen.

Die Infrarot-Aufnahmen können dabei nicht nur als Einzelbilder, sondern wahlweise auch als MPEG-4-Video direkt in der Kamera gespeichert (nichtradiometrisch) oder optional als vollradiometrisches IR-Video auf einen PC übertragen und dort dank der eingesetzten 50 Hz/60 Hz-

Technik direkt in Echtzeit aufgezeichnet und analysiert werden.

Ein markantes Kennzeichen der XC300 ist die ebenso robuste wie flexibel nutzbare Bauweise. Die im Pistolendesign konzipierte Wärmebildkamera verfügt allseitig über Gummiprotektoren und beherbergt ein 3,5 Zoll großes Touchdisplay.

Das sogenannte PanoFold-Display ist einzigartig in dieser Kamerabauart und kann praktisch frei in jegliche Richtung gedreht werden. Neben der Einsatzweise fest am Gerät angeklappt lässt sich das PanoFold-Display stufenlos um 180° neigen und zudem um 270° schwenken. Daher muss sich kein Anwender mehr verbiegen oder verdrehen, um schwer erreichbare oder nicht direkt einsehbare Objekte zu thermografieren, dies übernimmt das PanoFoldDisplay und gewährleistet auf diese Weise optimale Wärme­bildaufnahmen selbst schlecht zugänglicher Messobjekte. Auch die Bedienung kann direkt per Touch auf dem PanoFold-Display erfolgen. Bei Nichtgebrauch wird das Display zum Schutz einfach mit dem Monitor nach innen auf das Tastenfeld geklappt.

Hohe Empfindlichkeit, hervorragende Bildqualität Die neue XC300 kann Temperaturen bis +600 °C messen (optional bis +1.500 °C) und dabei – aufgrund ihrer sehr hohen thermischen Empfindlichkeit – Temperaturunterschiede sichtbar machen, die nur 0,05 °C (50 mK) betragen. Der elektrische Fokus lässt sich wahlweise mit lasergestützter Automatik-Funktion oder manuell bedienen; mit dem digitalen 10-fach-Zoom der XC300 kann man den Messausschnitt frei wählen. Optionale Wechselobjektive vergrößern die Anwendungsmöglichkeiten nochmals.

Hilfreich bei allen Messeinsätzen ist außerdem der integrierte Laser-Entfernungsmesser. Wird dieser zugeschaltet, kann der Messabstand zum Objekt direkt auf dem Display abgelesen werden.

Neben dem Laser-Distanzmesser komplettieren eine Realbildkamera mit 5 Megapixeln Auflösung und Fotoleuchte sowie ein Laserpointer zur visuellen Zielerfassung die Standardausstattung der XC300. Erstmals verwendet Trotec für diese Kamera auch einen hochkapazitativen Lithium-Ionen-Akku, um deutlich längere Messeinsätze an einem Stück gewährleisten zu können.

Praktisch: Liveview-Einstellungen, IR-Video-Funktionen und Messanzeige per DuoVision-Plus

Bild 4. Die robuste XC300 ist in stoßgeschützter Zweikomponentenbauweise mit Schutzart IP54 gefertigt und beherbergt frontseitig neben dem wechselbaren Standard­ objektiv (24° × 18°) eine Realbildkamera, ­Fotoleuchte, einen Laserpointer sowie einen Zusatzlaser zur Autofokussierung und Entfernungsmessung.

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Alle Funktionen der XC300 wurden auf Anwenderkomfort und Arbeitseffizienz abgestimmt. So sind die in Wärmebildkameras dieser Klasse üblichen Einstellmöglichkeiten zur Eingrenzung (Span) und Auswahl (Level) des Temperaturbereichs bei der XC300 nicht erst im Menü voreinzustellen und abschließend im Livebild zu prüfen, sondern können direkt via Cursortasten konfiguriert und die Veränderung live im Display verfolgt werden.

Die optionale IR-Video-Funktion der XC300, mit der man vollradiometrische Infrarot-Videos synchron zur Messung auf einen PC übertragen und dort per Software direkt in Echtzeit auswerten und aufzeichnen kann, schafft optimale Voraussetzungen für eine sehr gründliche Analyse der Messergebnisse. Diese Funktion erlaubt z. B. eine de-

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Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Bild 5. Zur besseren Orientierung macht die zuschaltbare DuoVision-Plus-Anzeige während der Messung zusätzlich wesentliche Details wie Beschriftungen und Objektkonturen sichtbar, indem Real- und Wärmebild durch spezielle Algorithmen in Echtzeit f­ usioniert werden.

taillierte Untersuchung des Erwärmungs- und Abkühlverhaltens elektronischer und mechanischer Bauteile oder anderer Objekte über einen definierten Zeitraum.

Und die in der Wärmebildkamera XC300 integrierten DuoVision-Funktionen erlauben vielfältige Einstellungen zur Live-Anzeige während der Messung. Mit der Bild-inBild-Anzeigefunktion DuoVision ist neben der Anzeige von Infrarot- oder Realbild auch eine kombinierte Darstellung beider Bildinformationen in verschiedenen Überlagerungen möglich. Darüber hinaus kombiniert die zusätzlich verfügbare Funktion DuoVision Plus die Infrarotbildinformationen mit kontraststarken Details des sichtbaren Lichtspektrums aus der Realbildkamera zur Echtzeit-Anzeige einer extrem detailreichen Wärmebild-Fusion auf dem Kameradisplay. Diese Darstellungsart erleichtert deutlich die Orientierung, Lokalisation und Bewertung während der Messung, weshalb sich Schäden oder Mängel schneller erkennen und zuordnen lassen. Die mitgelieferte Software bietet neben zahlreichen anderen Funktionalitäten auch eine DuoVision-Funktion zur Überlagerungsdarstellung für Dokumentationen.

Zu diesen Funktionalitäten kommen zahlreiche weitere – z. B. kann der Anwender auch periodische Bildspeicherungen vornehmen. Diese ermöglicht eine Wärmebild-

reihenaufnahme mit vorwählbarer Aufnahmefrequenz, z. B. alle 30 Minuten. Mit diesem Aufnahmeintervall lässt sich ein thermisches Langzeitverhalten optimal dokumentieren. Optional ist es außerdem per Headset möglich, Sprachkommentare über Bluetooth direkt mit dem IR-Bild zu speichern.

Auch für Industrieanwendungen Typisch für alle Trotec-Messgeräte ist die robuste Kon­ struktion, die auch unter den rauen Baustellenbedingungen die Voraussetzung für langen störungsfreien Betrieb schafft. Beispielsweise ist die XC300 in stoßgeschützter Zweikomponentenbauweise mit Schutzart IP54 ausgeführt. Minimale Wartungskosten standen im Pflichtenheft der Entwickler. So ermöglicht die ungekühlte Mikrobolometer-Technologie den Verzicht auf regelmäßige Wartungsarbeiten oder Kalibrierungen.

Sinnvoll: Schulung zum richtigen Gebrauch der Systeme Angesichts der nach wie vor sehr hohen Zahl wärme­ technischer Sanierungen ist die Anschaffung einer Wärmebildkamera für unterschiedliche Baugewerke sowie für unabhängige (Energie-)Berater und Gutachter lohnend.

Hinzufügen muss man für „Einsteiger“ in diese Technik allerdings, dass die Interpretation der Daten einige Erfahrung voraussetzt und man ohne diese Erfahrung bzw. ohne Grundkenntnisse in der Handhabung der Geräte sowie der Datenauswertung leicht zu Fehlschlüssen kommen kann. Daher ist es sinnvoll, eine entsprechende Schulung zu besuchen, die Trotec regelmäßig nicht nur im Schulungszentrum Heinsberg und am Ausbildungsstandort Potsdam, sondern auch in den Niederlassungen Schwerin und Kufstein/Österreich sowie Niederhausbergen/Frankreich veranstaltet. Die aktuellen Termine sowie die Schulungsinhalte können unter www.trotec.de eingesehen werden.

Weitere Informationen:

Bild 6. Aufgrund ihrer hohen thermischen Empfindlichkeit eignet sich die XC300 auch optimal zur leichten Lokalisation fehlerhafter Module oder Verbindungen selbst auf großflächigen Photovoltaikanlagen. (Fotos: Trotec GmbH & Co. KG)

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Trotec GmbH & Co. KG Grebbener Straße 7, 52525 Heinsberg Tel. (02452) 962-0 info@trotec.de, www.trotec.de

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Blower-Door-Test: Was gehört in den Prüfbericht?

In vielen Zusammenhängen dienen Prüfberichte als Nachweis für eine fachgerechte Gebäude-Luftdurchlässigkeitsmessung.

Doch was auf den Schreibtischen von Kreditgebern, Architekturbüros oder Energieberatern landet, ist häufig unvollständig oder weicht zumindest von der Prüfnorm ab, sagt der Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen (FLiB e. V., Berlin). Dennoch bleibe es meist unbeanstandet – nicht zuletzt, weil mancher gar nicht so genau wisse, was zum ordnungsgemäßen Bericht zwingend dazugehört und was es bedeutet. Hier will der FLiB mit seiner neuen Broschüre „Anforderungen an den Prüfbericht nach DIN EN 13829“ Abhilfe schaffen. Sie ist in der Reihe „FLiB informiert“ erschienen und ab sofort für 13 € direkt beim Fachverband erhältlich (www.flib.de/publikationen.php).

Im Zentrum der jüngsten FLiB-Veröffentlichung steht das kommentierte Musterbeispiel eines vollständigen und normgerechten Prüfberichtes. Daneben enthält sie allge-

meine Anmerkungen und Hintergrundinfos zu den Anforderungen der Prüfnorm, zahlreiche Tipps, Hinweise auf gängige Fehler und deren korrekte Einordnung sowie zwei Checklisten: Mit der „Prüfbericht-Checkliste“ gewinnen alle, die sich mit dem Kontrollieren und Bewerten von Prüfberichten befassen, einen raschen Überblick darüber, ob die vorgeschriebenen Angaben vollständig enthalten sind. Die „Checkliste Gebäudepräparation“ hilft bei der Dokumentation der korrekten Gebäudevorbereitung. Beide Hilfsmittel eignen sich ebenso für Blower-Door-Messdienstleister zur Qualitätsüberwachung der eigenen Arbeit.

Gleichzeitig will der FLiB das Bewusstsein dafür schärfen, dass es sich bei der Gebäudeluftdurchlässigkeitsmessung um eine komplexe Dienstleistung handelt. In den meisten Fällen erhält der günstigste Anbieter den Zuschlag.

Nur kommen niedrige Preise meist dadurch zustande, dass für eine normgerechte Messung wichtige Posi­tionen ausgelassen werden. „Werden solche Auslassungen häufiger bemängelt, kommen künftig verstärkt jene Messdienstleister zum Zuge, die von vornherein sauber kalkulieren“, beschreibt FLiB-Geschäftsführer Oliver Solcher den erhofften Nebeneffekt von Broschüre und Checklisten.

Und was ist, wenn die Prüfnorm sich demnächst ändert? Beim FLiB geht man davon aus, dass die Veröffentlichung in der jetzt vorgelegten Form noch mindestens das gesamte Jahr 2018 über gültig bleibt. Denn das neue Gebäudeenergiegesetz GEG und damit eine Umstellung von DIN EN 13829 auf DIN EN ISO 9972 kommt frühestens 2019. Dann werde es auch eine entsprechende Nachfolgebroschüre geben, verspricht der Fachverband.

Weitere Informationen: Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e. V. (FLiB) Dipl.-Ing. (FH) Oliver Solcher, Geschäftsführer Storkower Straße 158, 10407 Berlin Tel. (030) 29 03 56 34, Fax (030) 29 03 57 72 info@flib.de, www.flib.de

Erweiterungsmodul für die Analyse von Temperaturen mit Thermoelementen Das Thermoelement Multiplexer-Modul ist eine der modernsten Erweiterungen für die Analyse von Temperaturen mit Thermoelementen. Mit dem Universalsensor (Erweiterungsmodul) für flexible Datenlogger, z. B. Thermofox Universal, Materialfox, können Sachverständige des Bauwesens, Architekten, wissenschaftliche Institute, Forschungs- und Prüfungsanstalten, Universitäten usw. alle Vorteile der Thermoelement-Sensortechnologie einfach und sehr präzise mit den Datenloggern der Scanntronik ­Mugrauer GmbH genutzt werden.

Das System verfügt über acht Sensoreingänge. Damit ist die gleichzeitige Analyse von bis zu acht unterschiedlichen Temperaturen möglich. Hochwertige Schraubklemmen mit Liftsystem® garantieren eine zuverlässige und dauerhafte

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Kontaktierung der Sensoren. Das Anwendungsfeld des Thermoelement Multiplexer reicht von Das Multiplexer System unterstützt die Thermoelement-Typen K, J, N, R, S, T, E sowie B und bietet einen außergewöhnlich großen Messbereich von –210 °C bis +1.800 °C. So können sehr kalte Temperaturen wie von flüssigem Stickstoff (–196 °C), aber auch sehr hohe Temperaturen wie Abgase von Verbrennungsmotoren (+700 °C bis +1.000 °C) komfortabel gemessen werden. Normale Raum- und Umgebungstemperaturen sind natürlich ebenfalls messbar und machen das System äußerst vielseitig und sehr flexibel. Die integrierte und vollautomatische Korrektur der Sensor-Linearität für alle Thermoelement-Typen ermöglicht zudem eine besonders hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Messwerte.

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Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Der Thermoelement Multiplexer – Erweiterungsmodul für die Analyse von Temperaturen mit Thermoelementen (Foto: Scanntronik Mugrauer GmbH)

Ein weiterer Vorteil der Thermoelement-Sensortechnologie besteht darin, dass kein spezieller Sensorkopf, kein Fühlerelement oder Sensor-Bauteil für die Messung der Temperatur am Leitungsende benötigt wird. Die einfache und feste Verbindung der beiden Thermoelement-Drähte am Ende der Messleitung bildet den Temperaturpunkt der vermessen wird.

Deshalb eignet sich das Thermoelement Multiplexer System besonders gut für Anwendungsfälle, bei denen das Sensorende während des Einsatzes verloren geht oder zerstört wird. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Temperaturmessung von frisch gegossenen Betonelementen oder Bodenplatten. Das Thermoelement wird nach der Messung einfach abgeschnitten und verdrillt oder verschweißt, der Sensor kann sofort wieder eingesetzt werden. Das ermöglicht geringe Einsatzkosten und eine schnelle Reak­ tionszeit vor Ort. Oft wird der Thermoelement Multiplexer mit dem komfortablen Datenlogger Thermofox Universal kombiniert. Sein großes und übersichtliches Display, Speicher für bis zu 64.000 Messwerte, ein interner Temperaturfühler und zwei externe Temperatursensor-Eingänge für NTCThermistoren (–30 °C bis +120 °C, kabelgebundene Sensoren oder Funksensoren) sowie sein Universalsensor-Bus machen den Datenlogger besonders flexibel.

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Eine Alarmierung ist mit dem Thermoelement Multiplexer ebenfalls möglich. Das System verfügt über einen äußerst flexiblen und unabhängigen Alarmausgang, der für alle Sensoreingänge individuell konfiguriert werden kann.

Es stehen Alarmfunktionen für das Über- oder Unterschreiten einer Temperaturschwelle, aber auch für das Eintreten oder Verlassen eines Alarmbereichs zur Verfügung.

Die frei programmierbare Alarmverzögerung rundet das Spektrum der Alarmfunktionen ab. Als Alarmsysteme stehen u. a. ein SMS-Alarmsystem für das mobile Versenden von SMS-Alarmnachrichten an einen oder mehrere Empfänger, ein SMS-Power-Pack und ein akustischer Alarmgeber bereit. Das Thermoelement Multiplexer System kann auch mit dem mobilen, batteriebetriebenen RemotefoxDatenfernübertragungssystem verbunden werden. So können selbst sehr umfangreiche und örtlich verteilte Langzeitaufzeichnungen von z. B. Oberflächentemperaturen, Aushärtevorgängen, Temperaturverteilungen und Messungen im Labor einfach durchgeführt werden.

Die Stromversorgung des Erweiterungsmoduls erfolgt über vier handelsübliche Mignon-AA-Batterien, die das System, abhängig vom eingestellten Messrhythmus und der Anzahl aktiver Sensoren, bis zu zwei Jahre mit Energie versorgen. Bei Bedarf können die Batterien jederzeit selbst ausgewechselt werden. Die Programmierung des Thermoelement Multiplexer Systems und des verwendeten Datenloggers (Logger-Typ abhängig vom Anwendungsfall) sowie die Datenauswertung erfolgen über die universelle Analyse-Software SoftFOX unter Microsoft Windows® XP, 7, 8 oder 10. Neuere Betriebssysteme werden selbstverständlich ebenfalls unterstützt. Nachdem der entsprechende Datenlogger mittels PC-Interface-Kabel mit dem Computer verbunden wurde, kann das System sofort ausgelesen oder konfiguriert werden. Die Software bietet zahlreiche allgemeine Funktionen wie dynamische Projektverwaltung, grafische Datenanalyse, Hilfslinien, PC-gesteuerte Messreihen, Taupunktberechnung, statistische Kurvenanalyse, Exportfunktion, Auto-Backup, flexibler Zoom usw. Daneben kann der Thermoelement Multiplexer sowie das eingesetzte Datenlogger-System selbst beliebig eingestellt werden. Hierfür stehen Funktionen wie etwa das Einstellen des Messrhythmus, Min/Max-Überwachung zur lücken­ losen Extremwerterfassung selbst bei langsamer Aufzeichnung, Konfiguration der Echtzeituhr, präziser Batterietest, digitale Seriennummer usw. zur Verfügung.

Weitere Informationen: Scanntronik Mugrauer GmbH Parkstraße 38, 85604 Zorneding Tel. (08106) 225 70, Fax (08106) 290 80 info@scanntronik.de, www.scanntronik.de

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Arbeitshilfen für Energieberater Sachverständige Energieberater, die sich bei Sanierungsvor­ haben mit der luftdichten Gebäudehülle befassen müssen, sind die Zielgruppe einer neuen Veröffentlichung des Fachverbands Luftdichtheit im Bauwesen (FLiB e. V., Berlin). Anhand eines Musterbeispiels und ergänzt durch zahlreiche Tipps und Hinweise beschreibt der FLiB darin Aufbau und Inhalte der ersten Stufe ­eines Luftdichtheitskonzepts – das sogenannte Grobkonzept.

Die Broschüre „Luftdichtheitskonzept Teil 1: Grobkonzept“ steht zum kostenlosen Download auf dem Infoportal des Fachverbands unter www.luftdicht.info bereit. Dort kann man auch die darin enthaltenen Prinzipskizzen einzeln herunterladen, um sie in eigene Konzepte einzubinden.

Sowohl die KfW-Bank als auch der individuelle Sanierungsfahrplan (iSFP) des Bundeswirtschaftsministeriums schreiben dem Energieberater im Rahmen seines Sanierungskonzepts Vorgaben zur Luftdichtheitsplanung ins Pflichtenheft. Zu diesem frühen Zeitpunkt im Projekt liegen allerdings zahlreiche Informationen, die für eine detaillierte Planung nötig wären, noch gar nicht vor. Es lassen sich aber der Verlauf der luftdichten Ebene und dafür geeignete Materialien bestimmen. Auch sind voraussichtlich kritische Übergänge zwischen Bauteilen bereits erkennbar, die im weiteren Verlauf eine Detailplanung verlangen. Diese Angaben fasst der Energieberater in seinem Grobkonzept der Luftdichtheitsplanung zusammen und legt sie für die spätere Detail- und Ausführungsplanung verbindlich fest.

Für sie ist dann der Fachplaner verantwortlich.

Bild 2. In der zweiten, überarbeiteten Ausgabe des FLiB-Folders „Leitfaden Luftdichtheitskonzept mit Checkliste für Mauerwerksbau“ unterteilt der Fachverband das Luftdichtheitskonzept jetzt in Grobkonzept und Detailplanung. Die entsprechend geänderte Version steht ab sofort unter www.flib.de und www.luftdicht.info zum Download bereit und kann dort in größerer Stückzahl auch als Druckfassung bestellt werden. Zusätzlich liegt jetzt eine eigene Broschüre vor, die sich ausschließlich mit dem Grobkonzept einer Luftdichtheitsplanung befasst. (Grafiken: FLiB e. V.)

Um diese Abfolge und Arbeitsteilung besser abzubilden, hat nun der FLiB seinen bereits 2015 herausgegebenen „Leitfaden Luftdichtheitskonzept“ ebenfalls in die Stufen „Grobkonzept“ und „Detailplanung“ unterteilt und widmet Ersterem eine eigene, zusätzliche Broschüre. Deren Umfang und Terminologie wurden mit der KfW-Förderbank abgestimmt und entsprechen im Wesentlichen auch dem, was das iSFP-„Handbuch für Energieberater“ vorsieht: eine Bestandsaufnahme, die Festlegung, wo die luftdichte Ebene verlaufen soll, und das Sicherstellen, dass dichte Anschlüsse zwischen Bauteilen grundsätzlich möglich sind. Einen weiteren Fokus legt der Fachverband auf das Ausbilden luftdichter Durchdringungen.

Anders als die iSFP-Software, die das Thema Luftdichtheit auf die verschiedenen Bau- bzw. Sanierungsabschnitte verteilt, verfolgt der FLiB einen ganzheitlichen Ansatz. „Leider existiert kein eigenes Gewerk ‚Luftdichtheit‘“, so FLiB-Geschäftsführer Dipl.-Ing. Oliver Solcher. „Weil wir aber alles, was zur Luftdichtheit dazugehört – und nur das –, in einem Dokument zusammenfassen, wird das Herstellen einer dichten Gebäudehülle als übergeordnete und gewerke­ übergreifende Schnittstellenaufgabe sichtbar.“ Dadurch ließen sich Bauherren und Handwerker besser für die Thematik sensibilisieren. Ebenso helfe die Konzentration auf einen einzelnen Aspekt dem Energieberater beim Ausarbeiten eigener Grobkonzepte zur Gebäude-Luftdichtheit.

Weitere Informationen:

Bild 1. Wie erstellt man ein Grobkonzept für die Gebäude-Luftdichtheit? Einen mit Tipps und Hinweisen gespickten Überblick liefert eine neue FLiB-Broschüre, die sich insbesondere an Energieberater richtet – kostenloser Download unter www.luftdicht.info.

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Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e. V. (FLiB) Dipl.-Ing. (FH) Oliver Solcher Storkower Straße 158, 10407 Berlin Tel. (030) 29 03 56 34, Fax (030) 29 03 57 72 info@flib.de, www.flib.de

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Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Immer mehr Blower-Door-Tests im Rahmen der EnEV Der Anteil sogenannter EnEV-Schlussmessungen an Blower-Door-Tests an Gebäuden nimmt weiter zu. Das ergab eine Umfrage des Fachverbands Luftdichtheit im Bauwesen e. V. (FLiB) unter einschlägig tätigen Mitgliedsunternehmen im Jahr 2017. Hatten bei einer Befragung 2015 noch 60 % der Teilnehmer angegeben, mehr als zwei Drittel aller Dichtheitstests als EnEV-Schlussmessungen durchzuführen, stieg ihr Anteil auf inzwischen ca. 80 % an. Unverändert niedrig blieb hingegen die bei diesen Tests im Schnitt ermittelte Luftwechselrate pro Stunde n50. Sie erreichte bei neu errichteten Ein- bzw. Mehrfamilienhäusern einen Wert von 1,0 bzw. 0,9, bei sanierten Einfamilienhäusern einen Wert von 1,6 und bei sanierten Mehrfamilienhäusern von durchschnittlich 1,5. Damit beschränken sich Unterschiede zur Umfrage 2015 auf die zweite Nachkommastelle. Die Resultate lagen erneut deutlich unter den von der EnEV genannten Maximalwerten.

Nun werde bei Gebäuden, deren Luftwechselrate nicht nur berechnet, sondern messtechnisch bestimmt ­werden soll, dem Thema Luftdichtheit von Anfang an vermehrte Aufmerksamkeit gewidmet, vermutet der Fachver-

band als eine Ursache für die guten Ergebnisse. Entsprechend niedrig liegt auch die in diesem Jahr erstmals abgefragte „Durchfall-Quote“ bei EnEV-Schlussmessungen: Nur in 7 % der Fälle verfehlte ein Gebäude im ersten Durchgang die Vorgaben der EnEV. „Doch auch wenn man den Test mit Bravour besteht, ist das kein Garant für eine auf Dauer dichte und scha­ densfreie Gebäudehülle“, relativiert FLiB-Geschäftsführer Dipl.-Ing. Oliver Solcher. Die Schlussmessung bilde nur eine Momentaufnahme des Gebäudezustands ab. Zwar sei die Suche nach größeren Leckagen Bestandteil eines normgerechten Blower-Door-Tests. Vieles bleibe aber aufgrund des späten Messzeitpunkts unentdeckt oder lasse sich nur noch mit unverhältnismäßigem Aufwand nachbessern.

Weitere Informationen: Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e. V. (FLiB) Dipl.-Ing. (FH) Oliver Solcher, Geschäftsführer Storkower Straße 158, 10407 Berlin Tel. (030) 29 03 56 34, Fax (030) 29 03 57 72 info@flib.de, www.flib.de

BlowerDoor-Test: das neue Druckmessgerät DG-1000 Gebäudedruckdifferenz direkt mit dem DG-1000 oder der App TEC Gauge durchgeführt. Die hohe Genauigkeit des DG-1000 liefert verlässliche Messergebnisse bei maximaler Präzision. Das DG-1000 ist mit allen vorhandenen und neuen Minneapolis BlowerDoor-MessSystemen kompatibel und auch als Upgrade erhältlich. Das Kalibrierintervall beträgt nach Herstellerangabe zwei Jahre.

Weitere Informationen: Druckmessgerät DG-1000 mit integriertem WLAN-Modul (Foto: BlowerDoor GmbH)

Das intuitiv bedienbare DG-1000 ist der Nachfolger des bewährten Druckmessgeräts DG-700 und überzeugt durch eine klare Struktur und das moderne Design. Das DG1000 verfügt über einen hochauflösenden Touch Screen sowie über einen intelligenten Mikroprozessor mit der Funktionalität eines modernen Mini-Computers. Neue Anforderungen werden laufend in die Mess-Software inte­ griert, aktuelle Firmware-Updates können jederzeit vom Anwender kostenfrei aufgespielt werden. Das DG-1000 wurde mit USB- und Ethernet-Anschluss ausgestattet und verfügt serienmäßig über ein integriertes WLAN-Modul, mit dem die BlowerDoor-Messung am Laptop optional per Funk von einem geeigneten Ort im Gebäude gesteuert werden kann.

Die BlowerDoor-Messung mit Aufnahme und Auswertung einer Messreihe nach ISO 9972 oder DIN EN 13829 erfolgt mit der Software TECTITE Express 5.1. Zur Qualitätssicherung wird die Leckageortung bei konstanter

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BlowerDoor GmbH MessSysteme für Luftdichtheit Zum Energie- und Umweltzentrum 1, 31832 Springe-Eldagsen Tel. (05044) 975-40, Fax (05044) 975-44 info@blowerdoor.de, www.blowerdoor.de

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Das marktführende MessSystem für Luftdichtheit.

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Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Seminare zur Lärmmessung und Statikbemessung sowie zu Messungen im Umweltschutz und in der Schadensanalyse Rund um das Bauwesen gibt es eine Vielzahl an unterschiedlichen Messungen, deren Ziel die Sicherstellung sowie Einhaltung von vorgegebenen Werten und Normen sind. Durch den Einsatz verschiedener Messkonzepte und -verfahren lassen sich Erkenntnisse hinsichtlich Beanspruchung, Schädigung, Resttragfähigkeit oder auch Umweltbelastungen gewinnen.

Das Haus der Technik, kurz HDT, ist das älteste technische Weiterbildungsinstitut der Bundesrepublik Deutschland, mit Sitz in Essen und Zweigstellen in Berlin und München.

Es versteht sich als Plattform für Wissenstransfer und Weiterbildung auf höchstem Niveau und zählt fachspezifische Seminare, Kongresse, Tagungen und Lehrgänge zu seinem Veranstaltungsangebot. Die jährlich über 2.000 Veranstaltungen richten sich vor allem an Fach- und Führungskräfte und greifen auf über 90 Jahre Erfahrung zurück. Im Vordergrund steht dabei stets die Übertragung neuester Entwicklungen, technischer Innovationen und Fortschritte der Forschung in die Praxis der Unternehmen. Auf Wunsch werden Inhouse-Workshops speziell auf die individuellen Bedürfnisse ausgerichtet und vermitteln so gezielt erforderliches Know-how.

Der Grundgedanke der Gründungsväter – Wettbewerbsvorteile durch Wissen schaffen – wird bis heute in der Arbeit des HDT fortgeführt und spiegelt sich in einem breiten Weiterbildungsangebot wieder. Dabei kann das Haus der Technik auf die Kompetenz und Erfahrung seiner mehr als 5.000 Referenten und Dozenten zurückgreifen. Eine Reihe von Kooperationen ermöglicht eine enge Verbindung von Wissenschaft und Forschung mit der Wirtschaft und wird als Forum für Austausch von Wissen und Erfahrung genutzt. Die nächsten Veranstaltungen:

Baulärm-Management für innerstädtische Baustellen 02.07.2018–03.07.2018, München Schneller Baufortschritt erfordert hohen Maschineneinsatz und steht vor allem auf innerstädtischen Baustellen der Lärmbelästigung und den Anwohnerbeschwerden gegenüber. Eine Berechnung der zu erwartenden BaustellenLärmimmissionen und die passenden Möglichkeiten der

Lärmminderung helfen, ein Bauvorhaben ohne äußere Störungen zu realisieren. www.hdt.de/W-H110-07-032-8

Bemessung und Ausführung geschweißter Stahlbauten nach EC3 und EN 1090-2 07.032018–07.03.2018, Essen Die Ermittlung der Tragfähigkeit von geschweißten Stahlbauten ist gerade für Tragwerksplaner und Konstrukteure von enormer Bedeutung. Vor allem bei der Ermittlung der Tragfähigkeit werden verschiedene Methoden von den euro­päischen Normen für den Stahlbau vorgegeben. www.hdt.de/W-H020-03-086-8

Immissionsprognosen nach TA Lärm 15.06.2018–15.06.2018, Berlin Wie breitet sich Schall aus, welche Prognosemodelle gibt es und wie werden diese in der TA Lärm geregelt? Bereits während des Genehmigungsverfahrens für technische Anlagen müssen Immissionsprognosen vorgelegt werden, bei denen Qualität und Zuverlässigkeit der Prognoseergebnisse von großer Bedeutung sind. www.hdt.de/W-H110-06-147-8

Schadensanalyse an metallischen Bauteilen 27.03.2018–28.03.2018, Berlin Sicherheit und Zuverlässigkeit sind heutzutage eine unabdingbare Voraussetzung für technische Produkte. Kommt es bei Bauteilen zu Fehlern oder einem Versagen, können in der Folge hohe wirtschaftliche Verluste drohen oder sogar Menschenleben gefährdet werden. Eine verlässliche Schadensanalyse schafft die Basis für Abhilfe und zukünftige Verhütung. www.hdt.de/W-H110-03-214-8

Normgerechtes Anwenden und Beurteilen von zerstörungsfreien Prüfverfahren (ZfP) 23.04.2018–24.04.2018, Berlin Prüfung von Bauteilen ohne Zerstörung ist ein Thema, ­dessen Bedeutung in den letzten Jahren konsequent zu­ genommen hat. Wie können verantwortliche Projektleiter, Schweißaufsichten usw. ihrer Prüfpflicht vollumfänglich nachkommen? Welche Normen gelten hierbei? www.hdt.de/W-H110-04-149-8 Weitere Informationen: Das Haus der Technik in Essen: maßgeschneiderte Angebote, Tagungen, Kongresse und zertifizierte Weiterbildungen machen fit für die Arbeitswelt von m ­ orgen (Foto: HDT)

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HDT Haus der Technik e. V. Hollestraße 1, 45127 Essen Tel. (0201) 18 03-1, Fax (0201) 18 03-269 hdt@hdt.de, www.hdt.de

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Lärmmessungen

Lärmmessung in der Bauindustrie Die Bauindustrie trägt erheblich zur Umweltbelastung bei und ist für ca. 4 % der Staubemissionen und mehr Wasserverschmutzungen als jede andere Industrie verantwortlich. Sie ist die Ursache für Tausende Beschwerden pro Jahr wegen Lärmbelästigungen.

Leicht umsetzbare Maßnahmen ermöglichen es Bauleitern und Bauunternehmen, die Lärmpegel im Griff zu behalten.

Die Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Schutz gegen Baulärm – Geräuschimmissionen – vom 19. August 1970 sowie die Bundes-Immissionsschutzverordnung (BImSchV) sind die gesetzlichen Grundlagen für den Lärmschutz an bzw. auf Baustellen. Abschnitt 3 des BImSchV regelt die zulässigen Zeiten, innerhalb denen eine Baustelle betrieben werden darf. Je nach Gebiet – z. B. Wohngebiet oder Industriegebiet – können diese Zeiten voneinander abweichen.

Aber auch wenn die Arbeiten innerhalb der zulässigen Betriebszeiten ausgeführt werden, wird vom Betreiber erwartet, Maßnahmen zu ergreifen, die den Lärm auf ein Minimum reduzieren.

Auf einer Baustelle wird der Hauptanteil des Lärms durch Anlagen und Maschinen für Abriss, Aufschüttung und Abtragen verursacht. Betonmischer sind oft auch ein Pro­ blem. Hämmern, Metall- und Steinzuschnitt sowie Bohrarbeiten sind nicht nur bei Neubauten laut. Bei Umbauarbeiten kann der Schall sogar durch die Bausubstanz selbst auf weit entfernte Räumlichkeiten übertragen werden.

Beschwerden erfolgen oft wegen Radiogeräten auf der Baustelle. Hierbei handelt es sich nicht nur um die Lautstärke, sondern auch um die Art des Lärms.

Unregelmäßige Geräusche werden i. d. R. sogar als schlimmer empfunden als kontinuierliche Geräusche, und hochfrequenter Lärm erzeugt mehr Stress als tiefere Frequenzen. Die hohen Töne von Sägearbeiten z. B. verursachen höhere Stresswerte als gleich lauter Lärm von Planierarbeiten.

Schallpegel in dB(A) 140 Spitzenlärmereignis: sofortige, irreversible Schäden Düsenflugzeug bei 30 m Entfernung 130 120 110 100 95 85 80 70 60 50

Schmerzschwelle Presslufthammer (ungedämmt) bei 1 m Pressluftbagger (600 PS) bei 2 m Steinbohrer Dieselhammer durch Blechstahl bei 10 m Straßenbau Straßenwalze (7 PS) auf Beton 10 m Betongießen zweite Stufe Lärmschutzmaßnahmen Beton bohren oder fräsen erste Stufe Lärmschutzmaßnahmen Gerüstabbau bei 10 m, Dieselwinde bei 110 m Betonglätter (5 PS) bei 7 m Büro Wohnzimmer

Lärmmessungen können i. d. R. mit einem Schallpegelmessgerät erfolgen. Es gibt aber eine Vielzahl verschiede-

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ner Schallpegelmessgeräte, die preislich zwischen ca. 40 und über 4.000 € liegen.

Ein einfaches Gerät ist möglicherweise leicht zu bedienen, liefert aber nicht die notwendigen Parameter. Ein sehr teures Messgerät liefert vermutlich die notwendigen Messdaten, kann aber eine so komplizierte Schulung des Bedieners erfordern, dass das Messgerät als teure Bücherstütze endet.

Weil herkömmliche Schallpegelmesser i. d. R. nicht wetterfest sind, sollte ein Außenmessset eingesetzt werden, wenn die Schallpegelmessungen über einen längeren Zeitraum erfolgen.

Kalibrierung Jedes Lärmmessgerät muss mit einem akustischen Kalibrator sowohl vor als auch nach der Messung kalibriert werden, um sicherzustellen, dass es korrekt misst. Zusätzlich müssen Kalibrator und Schallpegelmessgerät einer jähr­ liche Werkskalibrierung unterzogen werden. Das Kali­ brierzertifikat wird bei einer Inspektion angefordert.

Messort Eine geeignete Anzahl Lärmmessorte sollte mit der zuständigen Behörde vereinbart werden. Das Mikrofon wird im Freifeld ca. 1,2 bis 1,5 m über der Baustellenebene aufgestellt. Messungen erfolgen nach den geltenden Richtlinien und Verfälschungen durch lokalen Abschirmungen und Reflektion müssen vermieden werden. Der Kalibrierpegel sowie der Batteriestand müssen sowohl vor und nach der Messung dokumentiert werden.

Wann wird gemessen?

Ausreichende Informationen über vorhandene Hintergrundgeräusche an jedem Messort müssen vor Baubeginn eingeholt werden, d. h. der Lärmpegel muss vor den Bauarbeiten gemessen werden, um einen Referenzpegel zu erhalten. Lärmmessungen müssen erfolgen, um die Aktivitäten zu identifizieren, die die größten Auswirkungen haben.

Checkliste Es gibt zahlreiche Maßnahmen, die ergriffen werden können, um die Lärmemissionen der Baustelle zu minimieren: 1. Passen Sie die Arbeitsmethoden an: Setzen Sie leisere Maschinen ein und schulen Sie Ihre Mitarbeiter in lärmmindernden Verhaltensweisen.

2. Mindern Sie störende Prozesse, z. B. durch Fertigung der Bauteile außerhalb der Baustelle.

3. Passen Sie die Arbeitszeiten an, um lärmerzeugende Arbeiten zeitlich zu begrenzen.

4. Vereinbaren Sie Lieferzeiten, die dem Baugebiet angepasst werden, z. B. tagsüber im Wohngebiet oder abends im Bürogebiet.

5. Konzipieren Sie die Fahrwege so, dass sie lärmmindernd angelegt werden, und halten Sie die Anfahrten gepflegt.

6. Minimieren Sie die Fallhöhe zu Behältern, LKWs oder Containern. Eine Minderung der Fallhöhe um das 10-Fache reduziert den Lärm um ca. 10 dB.

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Lärmmessungen

7. Setzen Sie Gummiauskleidungen für Kipplader in lärmempfindlichen Gegenden ein.

–– eine Gesundheitsuntersuchung für gesundheitsgefährdete Mitarbeiter durchzuführen.

Arbeitsschutz: Gesundheit und Sicherheit

Zusammenfassung

Die obigen Ausführungen betreffen den Einfluss des Lärms auf die Umgebung der Baustelle. Es ist aber genauso wichtig, die Lärmemissionen auf die Mitarbeiter zu berücksichtigen, denn diese sind noch näher an den Lärmquellen und folglich einer höheren Belastung ausgesetzt.

Schallpegelmessgerät Wenn Sie den Richtlinien sowohl für die Messung von ­Umgebungslärm als auch Lärm-am-Arbeitsplatz entsprechen, muss der Schallpegelmesser mindestens der DIN EN 61672-1:2014-07 entsprechen. Vergewissern Sie sich, dass das Schallpegelmessgerät folgende Parameter misst:

Gesetzliche Richtlinien Die ausschlaggebenden Richtlinien für Lärm am Arbeitsplatz sind die Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung (LärmVibrationsArbSchV) und die europäischen Lärm-Arbeitsschutz-Richtlinie 2003/10/EG. Die praktische Umsetzung, d. h. das Messverfahren, wird durch die Technischen Regeln zur Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung (TRLV-Lärm) geregelt. Der Arbeitgeber trägt die Verantwortung dafür, dass die Lärmexposition seiner Mitarbeiter innerhalb bestimmter Parameter bleibt.

Diese Vorschriften betreffen nicht nur Arbeiten in traditionell lauten Bereichen (wie Baustellen), sondern an allen Arbeitsplätzen. Arbeitgeber sind dazu verpflichtet: –– Risiken für Mitarbeiter am Arbeitsplatz zu beurteilen –– Maßnahmen zu ergreifen, die das Risiko der Lärmexposition minimieren –– Mitarbeiter mit geeignetem Gehörschütz auszustatten, sollte eine Lärmreduzierung durch andere Maßnahmen nicht möglich sein –– zu gewährleisten, dass die gesetzlich zulässige Lärmexposition nicht überschritten wird –– Mitarbeitern mit Informationen, Unterweisungen und Schulungen zu den Risiken eines Gehörschadens zu versorgen

Die SENSOR+TEST vom 26. bis 28.6.2018 im Messe­ zentrum Nürnberg ist das weltweit führende Forum für Sensorik, Mess- und Prüftechnik. 2017 präsentierten 569 Aussteller aus 29 Nationen das gesamte Spektrum der messtechnischen Systemkompetenz vom Sensor bis zur Auswertung. Die parallel zur Ausstellung stattfindenden Kongresse – die 19. ITG/GMA-Fachtagung „Sensoren und Messsysteme 2018“ und die ettc2018 European Test and Telemetry Conference – werden die Veranstaltung mit wissenschaftlichen Grundlagen und Ausblicken in die Zukunft der Branche bereichern. Internationale Experten, Entwickler und Entscheider aus allen Branchen, in denen technisch gemessen, geprüft, getestet oder überwacht wird, nutzen die SENSOR+TEST als „Werkzeugkasten“, der sie mit aktuellem Know-how versorgt, um Investitionen vorzubereiten oder zu tätigen. Das Ausstellungsspektrum umfasst:

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–– integrierten Schallpegel (Leq, LAeq oder LAeq,t) –– Spitzenschallpegel/Peak-Schallpegel (LC,Peak) –– Maximum Schallpegel (Lmax, LAFmax oder LASmax) Schallkalibrator/Akustikkalibrator Der Schallkalibrator muss mindestens der DIN EN 60942: 2004-05 für Klasse 2 Schallkalibratoren entsprechen.

Personen-Lärmdosimeter Lärmdosimeter sollten der DIN EN 61252:2018-01 entsprechen.

Das richtige und umfassende Messen von Lärm am Bau ist eine umfangreiche und verantwortliche Aufgabe.

Sie ist aber notwendig, um ein Lärmproblem zu vermeiden. Denn wie ein altes Sprichwort sagt: „Lärm macht nichts Gutes, Gutes macht keinen Lärm.“ – oder mit den richtigen Maßnahmen zumindest nicht zu viel Lärm.

Weitere Informationen: Cirrus Research plc Deutschland Arabella Center Lyoner Straße 44–48, 60528 Frankfurt/M. Tel. (069) 95 93 20 47 vertrieb@cirrusresearch.de, www.cirrusresearch.de

–– Sensorelemente, Sensoren, Sensorsysteme und sensorische Messgeräte, Dienstleistungen, Forschung und Entwicklung für Sensortechnologien –– messtechnische Systeme, Geräte, Komponenten und Software –– Mess- und Prüftechnik für Fahr-/Flugzeugtechnik, Material- und Qualitätsprüfung, kundenspezifische Mess- und Prüfsysteme –– Labormesstechnik, Kalibrier-, Analyse- und Prüfgeräte

Weitere Informationen: AMA Service GmbH Von-Münchhausen-Straße 49, 31515 Wunstorf Tel. (05033) 96 39-0, Fax (05033) 96 39-20 info@sensor-test.com, www.sensor-test.de

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Analyse der Raumluft und des Energieverbrauchs

Udo D. J. Gieseler

Nicht-invasives Messsystem zur Analyse von Raumluftqualität und Energieverbrauch in Gebäuden (NIM-System) Das NIM-System ist ein einfach zu installierendes und technisch nicht in das Gebäude eingreifendes (d. h. nicht-invasives) Messsystem, welches energetisch relevante Größen sowie die Raumluftqualität über Wochen bis Monate erfassen kann. Dies dient der Analyse von Problemfällen im Gebäude, wie zu hoher Energieverbrauch oder Schimmelbefall.

–– –– –– –– –– ––

Moderne Gebäude wie Niedrigenergie-, Passiv- und Plus­ energiehäuser zeichnen sich durch effiziente Ausnutzung der eingesetzten Energie aus. Dennoch besteht auch in solchen Häusern oft noch deutliches Optimierungspotenzial beim Einsatz regenerativer Energien für die Endenergie­ bereitstellung. Große Energieeinsparpotenziale sind auch im Bereich der sanierten Bestandsgebäude gegeben. Heizungsanlagen werden dort oft nicht auf den tatsächlichen Bedarf abgestimmt, woraus unnötig hohe Energieverbräuche resultieren.

Weiterer Bedarf besteht, um Gebäude zu analysieren, in denen energetische und/oder Komfortanforderungen nicht den Erwartungen entsprechen. Beispiele hierfür sind unerklärlich hoher Energieverbrauch oder Feuchtepro­ bleme (Schimmelbefall). Ursachen für zu hohen Energieverbrauch können sein:

Tabelle 1. Analytische Elemente des NIM-Systems mit ihren Messgrößen und den davon abgeleiteten Zielgrößen bzw. deren Einsatzzweck

–– zu hohe Innenraumtemperatur –– zu hoher Luftaustausch –– Baumängel (Wärmebrücken) Ursachen für Schimmelbefall können sein: –– –– –– ––

zu geringer Luftaustausch zu hohe Feuchtelast zu niedrige Innentemperatur Baumängel (Wärmebrücken)

Die genaue Bestimmung der Ursachen einer bestehenden Problematik ist nicht trivial. Oft besteht hierüber Uneinigkeit zwischen dem Nutzer und dem Eigentümer einer Immobilie. Mit dem NIM-System kann eine solche Proble­ matik im Rahmen einer einfachen Messkampagne durch Aufstellen des Systems im entsprechenden Gebäude, z. B. für etwa einen Monat, analysiert werden. Der Aufwand ist dann im Wesentlichen auf die Analyse der Daten reduziert.

Gegebenenfalls kann zum Auffinden von Wärmebrücken die Thermografiekamera eingesetzt werden. Darüber hi­ naus können, falls nötig, zur Beurteilung der äußeren Einflüsse Wetterdaten vom Deutschen Wetterdienst bezogen werden.

Temperatur (gegebenenfalls zusätzlich Wärmebilder) relative Luftfeuchte CO2-Konzentration elektrische Arbeit Gasverbrauch Wärmemengen

Gerät

Messgröße

Zielgröße bzw. Zweck

„Datenlogger“ (5 Stück)

Temperatur

Nutzenergie­ verbrauch Komfort

rel. Feuchte

Komfort

CO2-Konzentration

Raumluftqualität, innere Gewinne durch Personen Lüftungsereignisse

UltraschallDurchflussmess­ gerät + Tempe­ ratursensoren

Wärmemenge

Nutzenergie­ verbrauch

Optischer Messaufsatz Gas­zähler

Gasverbrauch

Endenergie­ verbrauch

Optischer Messaufsatz Strom­ zähler

Elektrische Arbeit

Interne Gewinne durch Geräte

ggf. ergänzend: Thermografie­ kamera

Temperatur­ verteilung

Wärmebrücken

Die Messgrößen werden dezentral an verschiedenen Orten des Messobjekts (Anschlussraum, Technikraum, Wohnräume) aufgenommen und über geeignete Übertragungsverfahren (LAN, WLAN und 866 MHz) an eine zentrale Datenspeicherung vor Ort gesendet. Bild 1 zeigt eine Übersicht über die grundsätzliche Struktur des Systems. Das Einbringen der Messgeräte ins Gebäude findet dabei ohne Störung des Betriebsablaufs statt, d. h. dass Leitungen nicht aufgetrennt oder umgeleitet werden müssen. Spe­ zielle Voraussetzungen für den Einsatz des Messsystems

Technische Umsetzung Das NIM-System bietet die Möglichkeit, in einem Mess­ objekt die realen Abläufe der End- und Nutzenergiebereitstellung mit den zugehörigen objektbezogenen Abhängigkeiten zu erfassen. Die erfassbaren Messparameter sind (s. a. Tabelle 1):

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Bild 1. Übersicht zur Vernetzung der Komponenten des NIM-Systems

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Analyse der Raumluft und des Energieverbrauchs

Bild 2. Gehäuse des zentralen Servers im NIM-System

Bild 4. Zentrales Element zur Erfassung der Komfortsituation ist der Datenlogger für CO2, Feuchte und Lufttemperatur; aufgrund der Kommunikation über WLAN wird am Anschlussort lediglich eine Steckdose benötigt (Grafiken/­ Fotos: Prof. Dr. Udo D. J. Gieseler)

sind nicht gegeben, einzig eine ausreichende Anzahl an Steckdosen muss vorhanden sein.

Zentrales Bauteil des NIM-Systems ist der Messdatenserver. Dieser ist ein kompakter Rechner (PC Engines ALIX.2D13) mit Anschlussmöglichkeiten für vielfältige Peripheriegeräte (s. Bild 2). Weiterhin bietet der Server ein eigenes WLAN-Netzwerk für die Anbindung externer Datenlogger. Die Messdaten können mittels eines angeschlossenen PCs mit Internetbrowser direkt und komfortabel ausgewertet werden.

Bei großen Messobjekten lässt sich die WLAN-Reichweite über zwei flexibel einsetzbare WLAN-Access-Points beliebig erweitern. Diese werden über jeweils zwei Powerline-Adapter, die das Ethernet-Signal über die Stromleitung transportieren, an den Messdatenserver angebunden. Die WLAN-Abdeckung für die Datenlogger kann so flexibel gehandhabt werden. WLAN-Expander und Powerline-­ Adapter sind nach einmaliger Konfiguration völlig wartungsfrei einsetzbar. Für eine flexible Datenfernauslesung über das Internet wird der Messdatenserver mit einem

UMTS-USB-Stick versehen. Bild 3 zeigt das NIM-System mit diesen Details Vernetzungsmöglichkeiten.

Für die Messung der Raumluftqualität werden Datenlogger DL1-W der Fa. HERMES Electronic, eingesetzt (s. Bild 4). Dieses Gerät ist im Rahmen einer Diplomarbeit an der FH Dortmund entwickelt worden und bietet die Möglichkeit, wichtige Parameter der Raumluftqualität über einen langen Zeitraum aufzuzeichnen [1]. Die aufgezeichneten Messdaten sind Temperatur, relative Luftfeuchte und CO2. Der Datenlogger bietet über eine WLAN-Schnittstelle die Möglichkeit, die aufgenommenen Daten auszulesen.

Zur Bestimmung des Energieverbrauchs kann ein Energiemonitor EM 1010 der Fa. ELV eingesetzt werden.

Dieses verfügt über Funkmesssonden zur Aufnahme der Zählerimpulse von Strom- und Gaszähler. Die Auslesung der Sondenmessdaten wird über eine Empfangseinheit vorgenommen, die per USB mit dem NIM-Server verbunden wird. Dieser fragt die Daten über eine Software periodisch von der Empfangseinheit ab. Bei digitalen Messgeräten besteht die Möglichkeit, diese mittels eines optischen Messkopfes nach EN 62056 auszulesen.

Werden nur Teile eines Gebäudes oder einzelne Räume messtechnisch untersucht, ist es erforderlich, die über die Heizung zugeführte Wärmemenge zu bestimmen. Diese kann mittels eines Aufschnall-Durchflussmessers (Krohne OPTISONIC 6300) und einer vergleichenden Temperaturmessung durch Temperatursensoren an Vor- und Rücklauf der Heizungen vorgenommen werden. Zur Auswertung der Messdaten wird ein spezieller Datenlogger auf Basis des Microcontrollers Arduino Uno entwickelt, der diese Parameter aufnimmt und per Ethernet an den Messdatenserver weitersendet.

Das gesamte Messsystem inklusive aller Strom- und Netzwerkkabel wird in einem stabilen Koffer der Größe 49 cm × 39 cm × 47 cm aufbewahrt. Hierdurch kann das System leicht zum Einsatzort transportiert werden.

Bild 3. Details der Vernetzung der Komponenten des NIM-Systems: Durch die Erweiterung der Kommunikation zu den Datenloggern über DLAN sind die Geräte flexibel platzierbar und für nahezu jede Gebäudesituation anzupassen; im Bedarfsfall kann die WLAN-Reichweite über zwei WLAN-Router erweitert werden (gestrichelte Linien)

Fazit

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Das NIM-System ist ein flexibel einsetzbares Messsystem, das geeignet ist, Problemstellungen im Bereich Energie

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Analyse der Raumluft und des Energieverbrauchs

und/oder Komfort in Gebäuden analysieren zu können.

Die Kommunikation über Funk (WLAN) und Stromleitungen (DLAN) ermöglicht die Anpassung an nahezu jede Gebäudesituation.

Literatur

Danksagung Ich bedanke mich bei den Mitarbeitern Dipl.-Ing. (FH) Björn Jansen, Dipl.-Ing. (FH) Heiner Holtkotte und Uwe Brüne für die Unterstützung bei der Umsetzung dieses Projekts.

Weitere Informationen

[1] Jansen, Björn: Entwicklung eines Datenloggers für das energieeffiziente, vernetzte Haus, Diplomarbeit FH Dortmund, 2011.

Fachhochschule Dortmund, Fachbereich Elektrotechnik Prof. Dr. Udo D. J. Gieseler Sonnenstraße 96, 44139 Dortmund, Tel. (0231) 91 12-282 udo.gieseler@fh-dortmund.de, www.fh-dortmund.de/gieseler

Raumluftanalyse: dem Schimmel auf der Spur Unkontrolliertes Wachstum von Schimmelpilzen in Wohnräumen sollte stellt ein hygienisches sowie potenziell auch gesundheitsgefährdendes Problem dar und sollte daher minimiert werden.

Ein speziell entwickeltes Analyse- und Auswerteverfahren ermöglicht, die Raumluft schnell und unkompliziert auf eine generelle Schimmelsporenbelastungen zu testen.

Die Probenahme der Raumluft kann von Laien mittels ­eines einfachen, verständlichen Testkits selbst durchgeführt werden. Die Analyse auf Schimmelsporen erfolgt im Labor des Fraunhofer –Insitut für Bauphysik IBP. Ein erprobtes Auswerteverfahren des AIT Austrian Institute for Technology bewertet die mögliche Schimmelbelastung. Als Ergebnis erhält der Betroffene einen Schimmelbefund mit Schimmelarten und Belastungshöhe, sowie eine Bewertung der Situation entsprechend dem Auswerteverfahren von AQA/AIT und eine hilfreiche von AQA/AIT bereitgestellte Schimmelfibel. Oft entwickeln sich die Schimmelpilze im Verborgenen und werden deshalb als mögliche Ursache von gesundheitlichen Beschwerden der Bewohner und Benutzer nicht in Betracht gezogen. Bei unklaren Beschwerden oder bei unangenehmen Geruchsempfindun-

gen kann ein Verdacht auf versteckten Schimmelbefall bestehen. Der „SchimmelCheck“ der AQA GmbH klärt, ob ein Wohnraum von einer erhöhten Konzentration an Schimmelsporen belastet ist, oder ob man diese Belastung ggf. ausschließen kann. Beim Nachweis einer erhöhten Schimmelbelastung ist es wichtig, die Ursache zu lokalisieren, zu beheben und dann geeignete Maßnahmen zur Beseitigung durchzuführen. Bei Unklarheiten bezüglich der Belastungssituation oder der Lokalisation sollten weiterführende Untersuchungen von Experten durchgeführt werden.

Weitere Informationen: Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart Tel. (0711) 970-00, Fax (0711) 970-33 95 info@ibp.fraunhofer.de, www.ibp.fraunhofer.de AQA GmbH Neudeggergasse 17/23, A-1080 Wien/Österreich Tel. +43 (02243) 901 80, Fax +43 (02243) 321 38-5 office@aqa.at, www.aqa-online.com

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Yuan Jiang n Philipp Dietsch n Stefan Winter

Monitoring von Klima und Holzfeuchten in Gebäuden in Holzbauweise Eine korrekte Abschätzung der Holzfeuchte und die damit verbundene Einleitung notwendiger Maßnahmen sind wesentliche Aufgaben bei der Planung, Realisierung und Instandhaltung von Gebäuden aus Holz und Holzwerkstoffen.

Da eine große Anzahl von Schäden an tragenden Holzkonstruktionen auf mangelndes Wissen über die Reaktion von Holz gegenüber Feuchtigkeit zurückzuführen ist, hat die In-situ-Überwachung der klimatischen Beanspruchungen sowie der daraus resultierenden Holzfeuchten beträchtliches Interesse und Wachstum erfahren.

Reaktion von Holz gegenüber Feuchtigkeit Die Reaktion von Holz gegenüber Feuchtigkeit ist integraler Bestandteil jeder Auseinandersetzung mit diesem natürlichen Rohstoff. Als lignocellulosisches Material zeigt Holz ausgeprägte hygroskopische Eigenschaften. Die hohe Verfügbarkeit von sorbtiven Molekülgruppen in den Zellwänden bedingt, dass Holz Wasserdampf aus der Luft absorbieren und in den Zellwänden speichern kann. Die Adsorption von Feuchtigkeit erfolgt in zwei wesentlichen Schritten: bei Holzfeuchten zwischen 0 % bis ca. 30 % lagern sich die Wassermoleküle als gebundenes Wasser in die Holzzellwände an (Bild 1). Bei einer weiteren Feuchtebelastung über den sogenannten Fasersättigungsbereich hinaus wird das Wasser als freies Wasser in den Zellhohlräumen eingelagert. Der Fasersättigungsbereich liegt bei den meisten heimischen Holzarten zwischen 22 und 35 %. Dieser ist von Bedeutung, da die Änderung der Holzfeuchte unterhalb dieses Punktes zu Änderungen nahezu aller physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Holz führt. Ein weiterer Effekt sind die daraus resultierenden Quell- und Schwinderscheinungen, die möglicherweise zur Rissbildung führen können. Bei Holzfeuchten über dem Fasersättigungsbereich ist eine Gefährdung durch Pilzbefall und Pilzwachstum nicht auszuschließen.

Herausforderungen an das Holzfeuchte-Monitoring Grundsätzlich wird bei der Bestimmung von Holzfeuchte zwischen direkten und indirekten Verfahren unterschie-

Bild 1. Bereich der Holzfeuchte und Einfluss auf seine Eigenschaften und Anfälligkeit

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den (Bild 2). Bei direkten Messverfahren wird der Wasseranteil durch Darren oder Feuchteextraktion unmittelbar ermittelt. Bei indirekten Messverfahren wird der Feuchtegehalt über korrelierende physikalische Eigenschaften des Holzes ermittelt, bei denen der Zusammenhang zwischen der Materialfeuchte und der gemessenen physikalischen Größe bekannt ist.

Bei Langzeitmessungen an bestehenden Gebäuden in Holzbauweise muss das verwendete Messverfahren allerdings eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Es muss u. a. eine Messvorrichtung aufweisen, die am Holztragwerk montiert werden kann, nach Möglichkeit an verschiedenen Messstellen unabhängige Messungen durchführt und die dabei erhaltenen Ergebnisse digital protokolliert. Die Messung muss zerstörungsfrei durchgeführt werden, da die bestehende Tragstruktur nicht beschädigt und keine Proben entnommen werden dürfen. Häufig ist es zudem erforderlich, dass mit dem gewählten Messverfahren genaue Holzfeuchtemessungen in unterschiedlichen Messtiefen möglich sind, um eine Feuchtegradiente über den Querschnitt ableiten zu können. Auch ist es oft notwendig, ­Klimadaten wie beispielsweise relative Luftfeuchtigkeit und Raumtemperatur im direkten Umfeld der Messstelle der Holzfeuchte zu messen. Zum Betrieb des Messsystems ist Strom erforderlich, der entweder direkt über Batterien oder einen Netzanschluss bezogen wird. Das Messsystem muss bei unterschiedlichen Klimabedingungen (kalt/heiß, trocken/feucht) und Beeinträchtigungen (durch Kondensation, Verschmutzung, unbeabsichtigte mechanische Beschädigung) robust und zuverlässig funktionieren.

Holzfeuchte-Monitoring anhand indirekter Messverfahren Unter Berücksichtigung der o. g. Herausforderungen bleiben für die Langzeitmessung der Holzfeuchte in Holzkonstruktionen nur noch wenige anwendbare Messverfahren übrig, die sich bereits in der Praxis bewährt haben.

Eine indirekte Möglichkeit stellt die Sorptionsfeuchtemessung dar. Dieses Messverfahren beruht auf dem holz­ artenspezifischen Zusammenhang zwischen dem Feuchte­ gehalt von Holz und den umgebenden klimatischen Bedingungen. In einem geschlossenen, luftgefüllten Hohlraum passen sich die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit durch die Wände des Hohlraums an die Holzfeuchte an. Das entsprechende Mikroklima im Hohlraum kann mit Klimasensoren erfasst werden, die in den Holzquerschnitt eingeklebt und mit Kautschuk-Dichtung von der Umgebung isoliert sind. Dieses Messverfahren ist allgemein auf Holzbauteile anwendbar, da Holz eine große spezifische Oberfläche aufweist, was zu einem vergleichsweise schnellen Ausgleich zwischen Klima und Holzfeuchte führt. Insbesondere für Bauteile aus behandeltem Holz gilt dieses Verfahren als sehr ge­eignet, da bei diesen der allgemein bekannte Zusammenhang zwi-

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Bild 2. Übersicht über die Holzfeuchtemessverfahren

schen elektrischem Widerstand und Holzfeuchte (s. u.) seine Gültigkeit verliert.

Das Widerstandsmessverfahren beruht auf der Messung des elektrischen Widerstandes bzw. der Leitfähigkeit von Holz. Da Wasser eine viel höhere elektrische Leitfähigkeit besitzt als Holz, sinkt der elektrische Widerstand mit zunehmender Holzfeuchte. Bei genauer Kenntnis dieser Gesetzmäßigkeit kann somit auf die lokal vorhandene Holzfeuchte geschlossen werden. In der Praxis werden bei der elektrischen Widerstandsmessung zwei Elektroden in einem definierten Abstand von ca. 30 mm möglichst senkrecht zur Faser in das Holz geschlagen oder an der Oberfläche befestigt. Über diese wird eine vom Messgerät erzeugte Spannung angelegt, um den feuchteabhängigen Spannungsabfall zu ermitteln. Neben dem Feuchtegehalt ist der elek­ trische Wiederstand von Holz auch von der Temperatur abhängig [1], [2]. Somit gehört Holz zu den sogenannten Heißleitern, d. h. der elektrische Widerstand nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Um bei der Holzfeuchtemessung zuverlässige Aussagen über den tatsächlichen Feuchte­ gehalt machen zu können, ist die Holztemperatur deshalb mit zu erfassen.

Das Widerstandsmessverfahren weist eine für die ­Praxis akzeptable Genauigkeit (± 1,0 % bei Holzfeuchte < 20 %) auf und gewährleistet eine nahezu zerstörungsfreie Messung. Es ermöglicht Messungen an mehreren Elektrodenpaaren, die an unterschiedlichen Stellen installiert sind und/oder unterschiedliche Längen aufweisen. Aufgrund dieser Merkmale stellt ein Holzfeuchte-Monitoring mit dem Widerstandsverfahren den allgemein anerkannten Stand der Technik dar und wird in Fachkreisen als anerkannte Messmethode bewährt angesehen.

wird jeder Kanal während der Messung nacheinander aktiviert, welches eine unabhängige Messung und anschließende Übertragung von Messergebnissen zu einem digitalen Datenlogger ermöglicht.

Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt ist der Einfluss der Materialtemperatur auf die Holzfeuchte. Im Falle eines eher konstanten Umgebungsklimas kann die Ableitung der Temperatur im Holzquerschnitt von der Oberflächentemperatur zu plausiblen Werten mit akzeptabler Genauigkeit führen. Bei Objekten mit stark schwankendem Umgebungsklima ist es hingegen ratsam, zusätzliche Temperatursensoren innerhalb des Querschnitts in der Tiefe der Feuchtemessung zu installieren.

Das System wird i. d. R. erweitert, um Umgebungsklima wie Raumtemperatur und relative Luftfeuchtigkeit im direkten Umfeld der Messstelle der Holzfeuchte zu messen. Die üblicherweise verwendeten Luftfeuchtigkeitssensoren basieren auf Messungen der Kapazitätsänderung eines Kondensators, z. B. über eine vergoldete Spezialfolie.

Solche Sensoren sind nicht taubeständig, was bei chloridhaltiger oder staubiger Luft zu Verfälschungen der Ergeb-

Messsystem Bild 3 zeigt ein Messsystem, das bereits in mehreren abgeschlossenen Langzeitmessungen erfolgreich eingesetzt und innerhalb dieser weiter angepasst wurde, z. B. in [3], [4], [5], [6].

Das angewendete Messgerät muss einen großen Messbereich besitzen, um die Holzfeuchte von trockenen und feuchten Holzbauteilen zu bestimmen (z. B. 6 % in Fichte ≈ 1011Ω). Das in Bild 3 dargestellte Messsystem besteht aus einem Modul mit mehreren Kanälen, um die Holzfeuchten an verschiedenen Stellen und in unterschiedlichen Tiefen zu bestimmen. Um gegenseitige Störungen zu vermeiden,

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Bild 3. Beispielhafte Darstellung eines verwendeten Messsystems in der Variante mit zwei Messstellen

nisse führen kann. Digitale Kapazitätssensoren sind tau­ beständig und weniger empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen.

Um ein robustes Messsystem zu erhalten, sollten Verbindungsstücke, Zwischenschalter und andere Teile, die anfällig für Störungen oder Ausfälle sind, so weit wie möglich reduziert werden. Die Messgeräte und Datenlogger sollten in einer Installationsbox aufbewahrt werden, um negative Einflüsse durch versehentliche Berührung/Stöße, Verschmutzung oder Spritzwasser während der Reinigungsmaßnahmen zu vermeiden.

Datenlogger müssen die Speicherung einer großen Anzahl von Daten im Bereich von Zehntausenden von Datensätzen ermöglichen, entsprechend der Anzahl der Kanäle, der Häufigkeit der Messung und der Dauer der kontinuierlichen Datenaufzeichnung. Die Datenlogger sollten nach dem Prinzip des Ringspeichers arbeiten, d. h. die ältesten Messwerte zuerst überschreiben, wenn der Speicher voll ist.

Die Messwerte sollen im Speicher erhalten bleiben, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen ist. Datenlogger können so konzipiert werden, dass ein manuelles Auslesen der aufgezeichneten Daten möglich ist. Dies erfordert eine Zugänglichkeit und eine vorübergehende Demontage der

Datenlogger. Manuelles Datenauslesen bedeutet eine regelmäßige und physische Anwesenheit von Personal und eine Reise zum und vom Messobjekt. Der Vorteil ist jedoch, dass es mit einer Referenzmessung mittels einem anderen Holzfeuchtemessgerät, einer Funktionskontrolle des Messsystems sowie einer Kontrolle der Messstelle und des Tragwerks selbst kombiniert werden kann. Das drahtlose Ab­rufen von Messdaten wird üblicherweise von einem Datenübertragungssystem mit eingebautem GPRS-Modem realisiert. Beim Einsetzen einer SIM-Karte werden die im Datenlogger gespeicherten Messwerte vollautomatisch und in regelmäßigen Abständen vom System als Anhang per E-Mail gesendet.

Jeder Teil des Messsystems verfügt i. d. R. über eine ­autarke Stromversorgung, meist über Batterien. Messgerät, Klimasensoren und Datenlogger verbrauchen wenig Energie, d. h. sie können mit wenigen Batterien mehrere Monate arbeiten. Drahtlose Datenübertragungssysteme verbrauchen mehr Energie, d. h. die Übertragungsintervalle sollten nicht zu kurz sein, oder das System sollte an eine direkte Stromversorgung angeschlossen sein. Einige Systeme übertragen auch Informationen über den Batteriestatus. In diesem Fall sollten alle Teile des Messsystems mit derselben Batterie betrieben werden.

Auswertung von Messdaten Die durch entweder manuelles Auslesen oder Fernübertragung erhaltenen Rohdaten werden zur weiteren Verarbeitung an ein Programm (z. B. auf Matlab oder Excel-Basis) übergeben. Hier werden die als Widerstände gespeicherten Messwerte der Holzfeuchte auf eventuell vorhandene Messfehler (z. B. unrealistische Sprünge) geprüft. Falls erforderlich, können Messfehler automatisch korrigiert werden. Zudem werden die Widerstände unter Berücksichtigung des Temperatureinflusses in Holzfeuchte umgerechnet.

Neben der Datenverarbeitung sollten die Daten grafisch in verschiedenen Diagrammen veranschaulicht werden. So wird eine genauere Beurteilung der Messdaten ermöglicht.

Die grafischen Darstellungen umfassen die zeitlichen Verläufe der Holzfeuchte in verschiedenen Tiefen, relativ Luftfeuchte und Temperatur über den betrachteten Zeitraum (Bilder 4 und 5).

Darüber hinaus kann die Ausgleichsfeuchte von Holz (berechnet aus den Klimadaten) als Anhaltspunkt für die Anpassung der Holzfeuchte an das schwankende Umgebungsklima hinzugefügt werden. Zusätzlich können die Umhüllenden der Holzfeuchte bzw. Holzfeuchtegradiente über den Querschnitt des Holztragwerks auch sinnvolle, weil anschauliche Ergänzungen sein (siehe z. B. [3], [4], [5], [6]).

Zusammenfassung

Bild 4. Verlauf der Holzfeuchte über einen betrachten Messzeitraum von e­ inem Jahr an einer beispielhaften Messstelle

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Um die Sicherheit und eine lange Lebensdauer von Gebäuden in Holzbauweise zu gewährleisten, ist es von großer Bedeutung, Konstruktionsannahmen wie Abmessungen, Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften sowie Nutzungsklassen sicherzustellen. Der Feuchtegehalt von Holz hat direkte Einflüsse nicht nur auf die physikalischen und

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Sicht von Anwendern und Wissenschaftlern könnten die vorhandenen Geräte hinsichtlich Robustheit und Hand­habung noch verbessert werden.

Literatur [1] Niemz, Peter (2005). Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe (Bd. 3). ETH, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich: Institut für Baustoffe IfB. [2] Keylwerth, Rudolf; Noack, Detlef. (1956). Über den Einfluss höherer Temperaturen auf die elektrische Holzfeuchtigkeitsmessung nach dem Widerstandsprinzip. Holz als Roh- und Werkstoff, Bd. 14, Heft 5/1956, S. 162–172 [3] Gamper, A.; Dietsch, P.: Merk, M.; Winter, S. Bild 5. Verläufe der relativen und absoluten Luftfeuchte sowie der Lufttemperatur und Taupunkte (2012). Gebäudeklima – Langzeitmessung zur über den betrachteten Messzeitraum an einer beispielhaften Messstelle Bestimmung der Auswirkungen auf Feuchtegra(Grafiken: Autoren) dienten in Holzbauteilen. Schlussbericht, Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion, Technische Universität München. mechanischen Eigenschaften, sondern auch auf das Risiko [4] Gamper, A.; Dietsch, P.; Merk, M.; Winter, S. (2014). Gebäudeklima – Validierung der Langzeitmessung zur Bestimvon Rissbildung oder eines Pilzbefalls. Im Gegensatz zu mung der Auswirkungen auf Feuchtegradienten in Holzvielen anderen Holzeigenschaften kann der Holzfeuchtebauteilen, Schlussbericht, Lehrstuhl für Holzbau und gehalt gemessen, quantifiziert und überwacht werden, was Baukon­struktion, Technische Universität München. die Aufstellung einer Korrelation zwischen den Messwer[5] Jiang, Y.; Gamper, A.; Dietsch, P.; Knorz, M.; Richter, K.; ten und zahlreichen anderen Holzeigenschaften ermögWinter, S. (2016). Brettschichtholz aus Buche – Langzeitlicht. Das Monitoring des Holzfeuchtegehalts und/oder messung zur Bestimmung von Feuchtegradienten in Holzder umgebenden Klimabedingungen während der Nutzung bauteilen der Nutzungsklasse 1 und 2, Schlussbericht, Holzkann wichtige Informationen zur Beurteilung des aktuelforschung München in Kooperation mit Lehrstuhl für len Zustands und/oder der Restlebensdauer liefern, um die Holzbau und Baukonstruktion, Technische Universität erwartete Leistung von tragenden Holzbauteilen zu siMünchen.

[6] Jiang, Y.; Dietsch, P.; Oberhardt, F.; Simon, J.; Winter, S. chern.

(2017). Landwirtschaftliche Nutzgebäude in Holzbauweise Es sind verschiedene Messverfahren bekannt, um den ohne vorbeugenden chemischen Holzschutz (GebrauchsFeuchtegehalt von Holz zu bestimmen. Darunter gilt das klasse 0 (GK 0) – Besondere bauliche Maßnahmen in AnWiderstandsmessverfahren als die verbreitetste Methode. lehnung an DIN 68800, Zwischenbericht, Lehrstuhl für Dieses Verfahren liefert für die Praxis akzeptable GenauigHolzbau und Baukonstruktion, Technische Universität keit und ermöglicht eine einfache Anwendung sowohl bei München in Kooperation mit Bayerische Landesanstalt für Einzelmessungen als auch im Rahmen von LangzeitüberLandwirtschaft.

wachungen. Die gemessenen Daten können lokal manuell ausgelesen oder direkt von einem Fernübertragungssystem zur Analyse gesendet werden. Es eröffnet sich somit die Möglichkeit ein Frühwarnsystem einzuführen, um potenzielle Schäden frühzeitig zu erkennen. Obwohl momentan viele Messsysteme zur Verfügung stehen, fehlt noch ein allgemeiner Standard für die Mess- und Monitoring-Geräte.

Mehrere Projekte haben bereits Informationen zu notwendigen Randbedingungen dieser Systeme geliefert, die in Abhängigkeit der jeweiligen Situation zu beachten sind. Aus

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Weitere Informationen: Technische Universität München Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion Arcisstraße 21, 80333 München Tel. (089) 289-223 76, Fax (089) 289-230 14 yuan.jiang@tum.de, www.hb.bgu.tum.de

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Philipp Meckbach n Dieter Heiland

Erschütterungsmonitoring in Forschungseinrichtungen und Rechenzentren Ein Erschütterungsmonitoring wird immer dann durchgeführt, wenn durch temporär oder dauerhaft einwirkende Erschütterungen negative Auswirkungen auf Menschen, Gebäude oder auch empfindliche Geräte wie Serveranlagen, Laborgeräte, etc. zu erwarten sind.

Erschütterungsquellen können technische Anlagen, schwere Lastkraftwagen und Schienenfahrzeuge, Baustellen, etc. sein, deren Betrieb sich belästigend auf Menschen in betroffenen Gebäuden auswirkt. Durch Erschütterungen können aber auch Gebäude und Bauteile dynamisch so stark belastet werden, dass Schäden an der Bausubstanz nicht ausgeschlossen werden können. Die Vorgehensweise zur Messung und Beurteilung solcher Erschütterungs­ einwirkungen auf Menschen und Gebäude sind in der DIN 4150 Teil 2 und Teil 3 geregelt.

Erschütterungseinwirkungen haben darüber hinaus jedoch auch Auswirkungen auf die Gebrauchstauglichkeit empfindlicher Geräte oder Einrichtungen in Gebäuden. So können aufgrund zu hoher Erschütterungsimmissionen z. B. empfindliche Messgeräte, medizinische Anlagen oder Rechenzentren u. U. nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit betrieben werden und im schlimmsten Fall sogar Schaden nehmen. Um einem solchen Schaden vorzubeugen, wird daher oftmals ein Erschütterungsmonitoring am betroffenen Gebäude oder Gerät durchgeführt.

Die Schwingungsgrenzwerte, die dann überwacht werden müssen, um einen einwandfreien Betrieb der Geräte sicherzustellen, sind i. d. R. deutlich strenger als die Immis­ sionsschutzanforderungen der DIN 4150 Teil 2 und Teil 3.

Bei einer Beurteilung der einwirkenden Erschütterungen sind daher die jeweiligen Herstellerspezifikationen oder auch einschlägige Richtlinien wie die VDI 2038 zu beachten.

Nachfolgend werden zunächst typische Grenzwerte von IT-Systemen erläutert und daraus die Anforderungen an ein Erschütterungsmonitoring abgeleitet. In einem weiteren Kapitel wird auf die Anforderungen eines Langzeitmonitorings eingegangen.

Monitoring in Rechenzentren Allgemeines Moderne IT-Systemtechnik ist i. d. R. so ausgelegt, dass eine normale Erschütterungsbelastung der Geräte zu keinen Nutzungseinschränkungen oder gar Ausfällen der Technik führt. IT-Systeme sind innerhalb der vorgesehenen Laufzeit verschiedenen Emissionen ausgesetzt. Dazu zählen Erschütterungen durch Transport des Equipments, Erschütterungen am Aufstellort (z. B. durch Straßenverkehr), Erschütterungen durch Wartungsarbeiten (z. B. beim Austausch von Komponenten in einem Serverrack) sowie seismische Erschütterungen. Alle diese Emissionen sind in einem gewissen Grad als „normale“ Emissionen anzusehen, die ein IT-System aushalten können sollte und i. d. R. auch aushalten wird. Daneben gibt es aber auch Erschütterungseinwirkungen, die aufgrund ihrer Amplituden oder Einwirkzeit nicht unbedingt alltäglich sind. Dazu gehören:

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–– besonders hohe Erschütterungen aus der Umgebung, z. B. im Einflussbereich schwerer Maschinen wie Schmiedehämmer und Pressen oder im unmittelbaren Nahbereich von Kompressoren und Großklimageräten sowie an Bahn- und Güterzugstrecken, etc.

–– Erschütterungen aus schweren Bautätigkeiten in unmittelbarer Nähe des IT-Systems wie Abbruch, Grundbau, Bodenverdichtung, etc.

–– Erschütterungen aus Sprengungen jeglicher Art Aus wirtschaftlichen Gründen werden i. d. R. IT-Systeme nicht auf diese „besonderen“ Emissionen hin ausgelegt.

Sollten IT-Systeme in einer Umgebung genutzt werden, in der mit einer temporären oder langanhaltenden Einwirkung durch solche besonderen Immissionen zu rechnen ist, sind besondere Schutzmaßnahmen oder anderweitige Vorkehrungen zu treffen (z. B. schwingungsisolierte Serverracks, Einsatz emissionsarmer Bauverfahren etc.).

Erschütterungsgrenzwerte von IT-Systemen Wie oben ausgeführt, wird IT-Systemtechnik so konstruiert, dass bei verschiedenen Umgebungsbedingungen ein störungsfreier Betrieb der Technik gewährleistet ist. Um diese „Robustheit“ der Technik sicherzustellen, werden durch die meisten Hersteller verschiedene Labortests durchgeführt, bei welchen die Systemkomponenten auf einem Schwingerreger installiert werden. Mit dem Schwingerreger werden dann verschiedene Anregungsprofile (z. B. Sinus-Sweep, Rauschen, Schock, etc.) gefahren, um die möglichen Umgebungseinflüsse, die auf ein solches IT-System wirken können, zu simulieren. In den Installationshandbüchern der Hersteller finden sich dann oftmals die dynamischen Parameter dieser Tests, da bei einer Einwirkung solcher Erschütterungen ein störungsfreier Betrieb der Komponenten gewährleistet wird.

Diese Tests und damit auch die Angabe von Grenzwerten in den entsprechenden Handbüchern sind allerdings nicht standardisiert und können von jedem Hersteller spezifisch durchgeführt werden. Dies führt zu einer Vielzahl unterschiedlicher Grenzwertdefinitionen. Herstellerunabhängig hat sich inzwischen aber eine Angabe von Grenzwerten in definierten Frequenzbereichen eta­bliert.

Eine Auswahl unterschiedlicher Herstellergrenzwerte ist in Bild 1 dargestellt. Um die verschiedenen Grenzwert­ definitionen vergleichen zu können, wurden die vom Hersteller angegebenen Werte in die Einheit Schwinggeschwindigkeit umgerechnet. Bild 1 zeigt, dass die zulässigen Schwingungsamplituden am jeweiligen Aufstellort für unterschiedliche Serversysteme deutlich variieren. Hier muss also im Vorfeld einer Monitoringmaßnahme zusammen mit dem Nutzer der maßgebliche Grenzwert für das zu überwachende Rechenzentrum gefunden werden. Überwachung von spektralen Grenzwerten Aus der Prozedur der vom Hersteller durchgeführten Grenzwertermittlung sowie aus der Angabe der Grenzwerte in den Handbüchern lässt sich bereits ableiten, dass

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Bild 1. Grenzwertkurven verschiedener Hersteller von IT-Systemtechnik (Festplattenspeicher) (alle Werte 1/3 Oktave Spektren, RMS)

eine Überwachung der Schwingungen in Rechenzentren nicht mit Standard-Messanlagen gemäß DIN 4150 erfolgen kann. Vielmehr müssen die Messwerte in Echtzeit ­einer FFT-Analyse unterzogen werden. Die so berechneten Frequenzspektren müssen dann überwacht werden.

Würde man hilfsweise doch eine Standard-Messanlage gemäß DIN 4150 einsetzen, die bauartbedingt nur einen Einzahlwert, nämlich den vmax-Wert im Zeitbereich anzeigt, ergäben sich folgende Schwierigkeiten bei der Festlegung des Überwachungswertes: Wenn man beispielsweise vereinfacht einen vmax-Wert von 2 mm/s im Zeitbereich überwacht, liegt die maßgebende Anregungsfrequenz bei ca. 12 Hz, wird ein typischer Server-Überwachungswert wahrscheinlich gerade eingehalten bzw. knapp überschritten (s. Bild 2).

Bei einer maßgebenden Anregungsfrequenz von 120 Hz müsste der vmax-Überwachungswert bereits auf 0,2 mm/s gesetzt werden, um die Serverspezifikation einzuhalten (s. Bild 3). Da man i. d. R. die einwirkende Frequenz nicht kennt, muss bei einer Beurteilung im Zeitbereich der Überwachungswert damit so niedrig angesetzt werden, dass auch bei hohen Frequenzen der Herstellergrenzwert sicher eingehalten werden kann.

Eine wirtschaftliche Baumaßnahme, zumindest im Nahbereich der Anlagen, ist damit nicht möglich, da ein Überwachungswert von 0,2 mm/s gerade im niedrigen Frequenzbereich schon bei kleinsten Erschütterungen überschritten würde, obwohl der eigentliche Grenzwert bei weitem nicht erreicht wird.

Das eingesetzte Monitoringsystem muss daher mindestens folgenden Anforderungen genügen: –– Quasi Echtzeitberechnung von Spektren oder Terzspektren im maßgeblichen Frequenzbereich und Vergleich mit den spektralen Überwachungswerten, –– Echtzeitalarmierung per SMS, Email, etc. bei Überschreitung der Überwachungswerte.

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Um Schäden an den überwachten Serversystemen zu vermeiden, muss eine sofortige Alarmierung der Bauleitung bei Erreichen der Grenzwerte erfolgen. Während eine kurzzeitige Überschreitung des Grenzwertes i. d. R. zu keinen Schäden am Serversystem führt, sind diese bei einer langanhaltenden dynamischen Einwirkung, wie sie z. B. bei der Baugrundverdichtung auftreten kann, nicht mehr ausgeschlossen. In der Praxis hat sich daher eine 2-stufige Alarmierung (z. B. Gelb-Alarm bei 70 % des definierten Überwachungswertes und Rot-Alarm bei 90 % des definierten Überwachungswertes) etabliert.

Um Fehlalarme zu minimieren, sollte die Monitoringanlage über die Möglichkeit verfügen, mehrere Messkanäle logisch zu verknüpfen. Bei einer geschickten Anordnung der Messsensoren und einer guten logischen Verknüpfung führen lokale Anregungen an einem Sensor, z. B. bei einer Wartung einzelner Serverracks, zu keinen Alarmen, während global einwirkende Erschütterungen, beispielsweise durch Baumaßnahmen, sofort zu einer Alarmierung des maßgeb-

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Bild 2. Zeitsignal und Spektrum einer 12 Hz Anregung

Bild 3. Zeitsignal und Spektrum einer 120 Hz Anregung (Grafiken 1, 2 und 3: Autoren)

lichen Personenkreises führt. So können Fehlalarme und damit teure Baustellenstillstände minimiert werden.

Monitoring in Forschungseinrichtungen Allgemeines Die Durchführung eines Erschütterungsmonitorings in einer Forschungseinrichtung mit schwingungsempfindlichen Geräten und Versuchsaufbauten kann unterschiedliche Gründe haben. Zum einen kann es durch kurzzeitige Baumaßnahmen zu einer Nutzungseinschränkung der schwin-

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gungsempfindlichen Geräte kommen. Hier dient das Monitoringsystem dann entweder zur Beweissicherung der tatsächlich aufgetretenen Schwingungen oder zur Sicherstellung der baudynamischen Gebrauchstauglichkeit der empfindlichen Laborflächen. Diese Messaufgaben und damit auch die Anforderungen an das Messsystem sind vergleichbar mit der Überwachung eines Rechenzentrums.

Zum anderen kann ein Erschütterungsmonitoring aber auch die Aufgabe haben, im fortschreitenden Ausbau einer Forschungseinrichtung die Schwingungseigenschaften der Baustruktur zu überwachen. Mit einer solchen

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Bild 4. Die European XFEL-Anlage (Luftaufnahme: FHH, Landesbetrieb Geoinformation und Vermessung)

Überwachung können dann z. B. Fehler in der schwingungsisolierten Installation der Haustechnik entdeckt und nachvollzogen werden.

Die Anforderungen an ein solches Monitoringsystem werden nachfolgend anhand einer durchgeführten Messung in der Experimentierhalle von European XFEL in Schenefeld bei Hamburg erläutert.

Forschungsanlage European XFEL In der Metropolregion Hamburg entsteht die Forschungsanlage European XFEL, eine Forschungsanlage, in der mit intensiven Röntgenblitzen experimentiert werden kann.

Die Anlage verläuft größtenteils in Tunneln unter der Erde, welche über ca. 3,4 km vom DESY-Gelände in Hamburg bis in die schleswig-holsteinische Stadt Schenefeld (Kreis Pinneberg) reichen (Bild 4). Die Experimente und Forschungstätigkeiten werden sich auf dem Gelände in Schenefeld vorwiegend in einem Hauptgebäude (Hochbau) und der darunter liegenden ca. 14 m tiefen Experimentierhalle abspielen.

In dieser unterirdischen ca. 5.000 m2 großen Halle enden fünf Tunnel, aus denen die erzeugten Röntgenblitze austreten und zu jeweils zwei Experimentierstationen in der Halle geleitet werden können (Bild 5). Diese Experimentierstationen sind im Prinzip eigene kleine Gebäude, die in der XFEL-Halle errichtet werden. Mit einer baubegleitenden Schwingungsmessung, die im Dezember 2014 gestartet wurde, soll das Bodenschwingungsniveau in der unterirdischen XFEL-Halle in Schenefeld messtechnisch ermittelt und dokumentiert werden. Mit den Messungen sollen Veränderungen im Schwingungsniveau festgestellt werden, die durch den Ausbau der Experimentierstationen, welche z. T. eine hohe Installationsdichte von haustechnischen Anlagen aufweisen, verursacht werden.

Anforderungen an Systeme zur Langzeitüberwachungen Bei einer Überwachung des Schwingungsniveaus zur Feststellung von dauerhaften Veränderungen liegt die Herausforderung weniger in der Echtzeitbewertung der Daten (beispielsweise zum Schutz vor Schäden) als vielmehr in einer sinnvollen Darstellung der Messdaten sowie im Handling großer Datenmengen. In Abhängigkeit von der Ergebnisdarstellung muss allerdings auch bei solchen Messungen durchaus eine Quasi-Echtzeitbewertung erfolgen,

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da eine Nachauswertung großer Datenmengen sehr zeitaufwendig ist. Eine nachträgliche spektrale Berechnung des zeitlichen Verlaufs der Schwingungsamplituden kann für einen 24-Stunden-Zeitschrieb einen PC für 30–60 min voll auslasten. Daher muss bereits vor der Messung überlegt werden, welche Berechnungen in Echtzeit durchgeführt werden müssen, um zeitintensive Nachauswertungen zu vermeiden.

In diesen Überlegungen muss auch der zweite Punkt, das Datenhandling, mit berücksichtigt werden. Bei einer Messung, die über Jahre läuft, sollten Messdaten geeignet reduziert werden, wobei darauf zu achten ist, dass durch die Datenreduktion keine für die spätere Beurteilung wichtigen Informationen verloren gehen.

Für die Messungen in der XFEL-Halle wurden zunächst aus den gemessenen Zeitverläufen alle 4 sec die Terzspektren online berechnet und gespeichert. Zusätzlich wurde jede Stunde ein 1-minütiger Zeitverlauf aufgezeichnet, um gegebenenfalls im Nachgang mit einer Schmalband-FFT zusätzliche Informationen zum Frequenzgehalt des Erschütterungssignals zu erhalten.

Darüber hinaus hat sich am DESY eine besondere Art der Auswertung und Darstellung von Schwingungsamplituden an den verschiedenen Standorten durchgesetzt. Um hier auch das Schwingungsniveau in der XFEL-Halle mit anderen Forschungsstandorten vergleichen zu können,

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

len kommen so jeden Tag ca. 5 GB Rohdaten zusammen.

Die abgelegten Daten stehen den Forschern für die Berechnung und die Auslegung von Versuchsaufbauten zur Verfügung. Ein Handling solcher Datenmengen setzt jedoch immer eine passende Infrastruktur voraus, die im Falle einer Forschungseinrichtung wie European XFEL vorhanden ist, aber sicher nicht in jedem Institut so zur Verfügung steht.

Zusammenfassung

Bild 5. Hauptgebäude von European XFEL mit unterirdischer Experimentierhalle ­(Visualisierung: European XFEL/Blunck+Morgen Architekten)

wurden die Auswertungsmethoden und Algorithmen auf der Messanlage den Auswertemethoden von DESY angepasst. Dazu wird online im 10-Sekunden-Intervall eine FFT durchgeführt. Aus den Schmalbandspektren werden dann die Powerspektren (PSD) ermittelt, welche durch Integration in die Einheit Schwingweg umgerechnet werden.

Durch RMS-Wert-Bildung und Aufsummierung ergeben sich Schwingwegdiagramme, deren Werte direkt mit den anderen Standorten verglichen werden können oder in die Versuchssimulationen der Forscher integriert werden.

Gleichzeitig kann anhand der Messungen eine Veränderung des Schwingungsniveaus durch den technischen Ausbau der Halle abgelesen werden, da eine Veränderung des Frequenzinhalts der Erschütterungen an den Spektren schnell erkannt werden kann.

Im Fall der Überwachung der XFEL-Halle kam aber auch sehr schnell die Frage nach mehr „echten“ Rohdaten, also nach den mit 1 kHz Abtastrate aufgezeichneten Zeitverläufen. Dazu wurde extra im Netzwerk der Forschungseinrichtung ein Festplattenspeicher installiert, auf welchem die Daten jeden Tag abgelegt werden. Bei sechs Messkanä-

Bei temporär einwirkenden Erschütterungen auf empfindliche Geräte wie Serveranlagen und Laborgeräte dient ein Erschütterungsmonitoring i. d. R. der frühzeitigen Erkennung von potenziell schädigenden Erschütterungen. So können teure Ausfälle von Anlagen oder Schäden verhindert werden. Mit einer frequenzselektiven Überwachung der Erschütterungen können im Gegensatz zu einer einfachen Überwachung von Einzahlwerten gemäß DIN 4150 die typischen Grenzwerte der Hersteller von IT-Systemen, aber auch die allgemeinen Grenzwerte nach VDI 2038, besser überwacht und z. B. Baumaßnahmen wirtschaftlicher durchgeführt werden.

Bei einer Überwachung des Schwingungsniveaus zur Feststellung von dauerhaften Veränderungen des dynamischen Bauwerksverhaltens ist ein besonderes Augenmerk auf die Online-Berechnungen zu legen. Hier gilt es, durch eine geeignete Datenauswertung optimale Echtzeitinformationen zu erhalten, die Speicherung der Datenmenge zu reduzieren und den Auswerteaufwand einer Nachauswertung zu minimieren.

Weitere Informationen: Baudynamik Heiland & Mistler GmbH Dipl.-Ing. Philipp Meckbach und Prof. Dr.-Ing. Dieter Heiland Bergstraße 174, 44807 Bochum Tel. (0234) 950 20-6, Fax (0234) 950 20-77 info@baudynamik.de, www.baudynamik.de

DGZfP-Jahrestagung 2018 „Zerstörungsfreie Materialprüfung“ Die Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) lädt zu ihrer diesjährigen Jahrestagung vom 7. bis 9. Mai 2018 nach Leipzig ein. Für das Tagungsprogramm wurden 123 Beiträge eingereicht. Mit 84 Vorträgen inklusive drei Hauptvorträgen und 39 Posterbeiträgen, davon 29 mit Kurzpräsentation, wird ein Programm angeboten, das dem bewährten Leitmotiv der Tagung „ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung“ neue Akzente verleiht. Erneut im Programm ist eine Podiumsdiskussion, die am Dienstagnachmittag stattfinden wird. Das Thema „ZfPArbeitswelt der Zukunft“ schließt an die letztjährige Dis-

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kussion an, stellt aber nicht technische Aspekte, sondern die zukünftige Veränderung der Arbeitswelt in den Mittelpunkt.

Weitere Informationen: Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP e. V.) Steffi Dehlau Max-Planck-Straße 6, 12489 Berlin Tel. (030) 678 07-120, Fax (030) 678 07-129 tagungen@dgzfp.de https://jahrestagung.dgzfp.de/Portals/jt2018/DGZfP-JT%202018_Leipzig.pdf

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Florian Hiemer1 n Franziska Wich2 n Christoph Gehlen1,2 n Sylvia Keßler1 n Till Felix Mayer2

Monitoring von Bewehrungskorrosion in Rissbereichen von Stahlbetonbauwerken Befahrene Betonoberflächen von Parkbauten unterliegen infolge des Tausalzeintrages einer besonderen Gefährdung hinsichtlich Bewehrungskorrosion. Zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit besteht nach [1] die Möglichkeit, die Betonoberfläche nach Rissbildung zeitnah mit einem rissüberbrückenden Oberflächenschutzsystem zu verschließen, auch wenn die Risse bereits einer kurzzeitigen Chloridexposition unterlagen. Zur Überprüfung, ob mit dieser Regelung womöglich ein Korrosionsrisiko für die risskreuzende Bewehrung besteht, und falls ja, ob einmal ausgelöste Korrosion nach der Oberflächenbeschichtung u. U. fortläuft, wurden zwei Bauwerke mit einem Korrosionsmonitoring ausgestattet, dessen Aufbau die Erfassung wesentlicher Korrosionskenngrößen ermöglicht und mit dem der Korrosionszustand vor und nach der Beschichtung beurteilt werden kann [2].

Reichen z. B. lastinduzierte Risse im Beton bis zur Bewehrungslage, können Schadstoffe, wie z. B. Chloride, nahezu ungehindert bis zum Stahl vordringen [3, 4, 5]. Bei ausreichend hoher Chloridkonzentration auf Höhe des Bewehrungsstahls wird dessen schützende Passivschicht zerstört, wodurch dieser nicht mehr vor Korrosion geschützt ist.

Um der Korrosionsgefahr bei besonders gefährdeten Stahlbetonbauten entgegenzuwirken, werden in dem 2010 vom Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein e. V. herausgegebenen Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“ [1] verschiedene Entwurfsgrundsätze zur Erstellung dauer­ hafter Parkbauten dargestellt. In [1] wird als ein mögliches Konzept empfohlen, die Oberfläche erst nach jahreszeit­ lichen Temperaturwechseln und abgeschlossener Riss­ bildung mit einem rissüberbrückenden Oberflächen­ schutzsystem (OS) zu beschichten bzw. später auftretende Risse zeitnah zu v ­ erschließen, um weiteren Chlorid- und Feuchte­eintrag zu verhindern und den elektrischen Widerstand des Betons zu erhöhen. Dieser Vorgehensweise liegt die Annahme zugrunde, dass bei kurzen Chlorideindringzeiten von maximal einer Wintersaison nicht mit stand­ sicherheitsrelevanten Korrosionsschäden an der Bewehrung zu rechnen ist.

Um nähere Erkenntnisse darüber zu erlangen, ob der Eintrag von Tausalzen in nur einer Winterperiode als tolerierbar angesehen werden kann und ob ein dadurch bereits begonnener Korrosionsprozess durch eine nachträglich aufgebrachte Beschichtung zum Erliegen kommen kann, wurde am Centrum Baustoffe und Materialprüfung der TU München (cbm) das von der Deutschen Forschungs­ gemeinschaft (DFG) geförderte Forschungsvorhaben „Korrosionsverhalten von Stahl in Beton bei Anwendung des Instandsetzungsprinzips W-Cl bei gerissenem chloridbelasteten Beton“ bearbeitet [6]. Dabei wurde festgestellt, dass bei Anwendung der Regelung aus [1] an Laborprobekörpern mit Biegerissen die risskreuzende Bewehrung zwar kurzzeitig depassiviert werden konnte, die nachfolgende Beschichtung jedoch eine wirksame Maßnahme darstellte, um eine einmal durch Chloride initiierte Korrosion an der risskreuzenden Bewehrung wieder zu deaktivieren [6].

In einem vom DAfStb geförderten Forschungsvorhaben wurden durch Untersuchungen an realen Bauwerken

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mit gerissener Betonoberfläche die Grundlagenunter­ suchungen aus dem Labor durch Messungen unter praxisnahen und vergleichbaren Bedingungen ergänzt. Dafür wurde ein nachträglich installierbares Monitoringsystem für Bewehrungskorrosion entwickelt, mit dem dieselben elektrochemischen Korrosionsparameter erfasst werden konnten wie im Labor. Nachfolgend werden die Grund­ lagen des Korrosionsmonitoringsystems sowie erste Ergebnisse aus den Bauwerksuntersuchungen dargestellt [7].

Chloridinduzierte Korrosion in Rissbereichen beschichteter Betonbauteile Kommt es infolge des beschleunigten Chloridtransports im Riss zur Depassivierung des im Rissbereich liegenden Teils des Betonstahls, führt dies zur Entstehung eines Makrokorrosionselements [8]. An den depassivierten Stahloberflächen im Rissbereich und z. T. in den Rissflanken geht das Eisen infolge der anodischen Reaktion in Lösung und Elektronen werden freigesetzt. Diese gelangen über den Stahl zu den umliegenden kathodisch wirksamen Bereichen, in denen durch Sauerstoffreduktion Hydroxidionen gebildet werden. Durch die elektrolytische Leitfähigkeit des Betons gelangen die Ionen zur Anode und der Korrosionskreislauf wird geschlossen.

Zur Beschreibung des Korrosionsprozesses kann das folgende Korrosionsmodell als elektrisches Ersatzsystem herangezogen werden [9, 10]:

I korr = Imakro + Imikro =

∆E + Imikro (1) R p,A + R p,K + R e

Ikorr gesamter Korrosionsstrom Imakro Makroelementstrom Imikro Mikroelementstrom ΔE Treibspannung Rp,A anodischer Polarisationswiderstand Rp,K kathodische Polarisationswiderstand elektr. Widerstand des Betons Re

[A] [A] [A] [V] [Ω] [Ω] [Ω]

Der Gesamtkorrosionsstrom setzt sich aus einem Anteil aus Makro- und Mikroelementkorrosion zusammen. Letzterer ist elektrochemisch nicht messbar, da hier anodische und kathodische Teilprozesse örtlich nicht trennbar von­ einander ablaufen und der resultierende Strom nicht erfasst werden kann. Die Treibspannung des Makroelementstroms ergibt sich aus der Differenz der freien Korrosionspoten­ ziale von Makrozellanode und -kathode. Die Polarisationswiderstände resultieren aus der Hemmung der elektrochemischen Prozesse an Anode und Kathode, z. B. infolge des Durchtrittswiderstands an der Phasengrenze Stahl/Elek­ trolyt. Im Beton tritt zudem ein Spannungsabfall auf, der auf dessen elektrischen Widerstand zurück­zuführen ist.

In Laboruntersuchungen können diese genannten elektrochemischen Parameter der Makroelementkorrosion gemessen und damit zur Bewertung der zeitlichen Veränderung eines Korrosionsprozesses herangezogen werden,

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

wenn sichergestellt wird, dass der anodische und kathodische Teilprozess örtlich getrennt voneinander stattfinden.

Dies wurde genutzt, um das Korrosionsverhalten der Bewehrung in gerissenem, chloridbelasteten Beton nach Aufbringen einer Betonbeschichtung zu untersuchen [6]. Die Korrosionsparameter wurden an balkenförmigen Stahlbetonprobekörpern gemessen, die mit Biegerissen versehen, für zwölf Wochen (ca. eine Wintersaison) mit Chloriden beaufschlagt und anschließend beschichtet wurden. In der Risszone wurde als Anode ein Betonstabstahl eingebaut, zwei Kathodenkörbe wurden außerhalb des Rissbereichs installiert, um deren Depassivierung auszuschließen. Nach Abschluss der Messungen wurden aus dem Rissbereich tiefengestaffelte Chloridprofile entnommen und die Anodenbereiche visuell untersucht.

Dabei wurde festgestellt, dass bei Biegerissen an Laborprobekörpern, die für eine Winterperiode für Chlorid offen zugänglich waren, die in [1] empfohlene Beschichtungsmaßnahme eine wirksame Maßnahme darstellt, um eine einmal initiierte Korrosion an der risskreuzenden ­Bewehrung wieder zu deaktivieren. Vereinzelt wurden Lochfraßnarben mit einer maximalen Tiefe von 2 mm festgestellt, im Mittel waren die Korrosionsabträge jedoch deutlich geringer, sodass die Querschnittsverluste als nicht standsicherheitsrelevant einzuschätzen waren. Es wurde jedoch gezeigt, dass unter den korrosionstechnisch äußerst ungünstigen Laborbedingungen hinsichtlich Temperatur und Luftfeuchte (20 °C/85 % r. F.) die Zunahme des Elektrolytwiderstands nicht für die Deaktivierung des Korro­ sionsprozesses verantwortlich war. Bei den Laborproben erwies sich der anodische Polarisationswiderstand stets als dominierender Systemwiderstand, der durch den mangelnden Nachschub an Chloriden, deren nachträgliche Umverteilung im Beton und/oder durch die bei aktiver Korrosion entstandene Deckschicht für das Erliegen der Korrosionsaktivität verantwortlich war [6].

Korrosionsmonitoring Anhand von Messungen an realen Bauwerken mit gerissener Stahlbetonoberfläche wurden die Grundlagenunter­

suchungen aus dem Labor ergänzt und hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit überprüft. Zu diesem Zweck wurde an zwei Parkhausbauwerken im Münchener Raum mit vergleichbarer Sensorik, die auch in den Laboruntersuchungen verwendet wurde, die Beeinflussung des Makroelement­ korrosionsvorgangs im Rissbereich infolge der Aufbringung des OS bestimmt. Dafür wurde der Korrosionszustand der Bewehrung zunächst ohne Beschichtung und ­anschließend über einen längeren Zeitraum nach Applikation eines rissüberbrückenden OS erfasst.

Aufbau und Installation des Monitoringsystems Für das Korrosionsmonitoring in Rissbereichen von Bestandsbauwerken bieten sich Messungen an der vorhandenen Bewehrung in den Rissbereichen des Bauwerks an [2].

Damit wird sichergestellt, dass sich das Anodenmaterial und die Einbettung der Monitoringsensoren nicht vom ­übrigen Bauwerk unterscheiden. Weiterhin entspricht die Exposition des Monitorings somit der tatsächlichen Bauwerksexposition. Allerdings besteht hierbei die Herausforderung, anodische Bewehrungsbereiche im Riss von den kathodischen Bereichen außerhalb des Risses zu trennen, ohne das Korrosionssystem zu stark zu beeinflussen.

In einem ersten Schritt wurden geeignete Monitoringpositionen anhand von Potenzialfeldmessungen, Betondeckungsmessungen, Chloridgehaltsbestimmungen und Sondierungsöffnungen identifiziert. Ausschlaggebend ist dabei auch der Rissverlauf, der durch eine detaillierte augenscheinliche Untersuchung der Betonoberfläche festgestellt werden muss. Dabei wurden sowohl Bereiche mit hoher Korrosionsgefährdung als auch unauffällige Referenzbereiche ausgewählt. Nach Auswahl der Monitoringpositionen wurde der Bewehrungsverlauf im Rissbereich zerstörungsfrei bestimmt und der rissberührende, korrodierende Bereich der Bewehrung durch kleinformatige Kernbohrungen in den Kreuzungspunkten von der übrigen Bewehrung getrennt, um eine elektrische Isolation des anodischen Bereichs zu erzielen (s. Bild 1 links). Das isolierte Bewehrungselement wurde mit einem Kabelanschluss versehen und diente im Weiteren als Anode im Korrosionselement.

Die übrige Bewehrung wurde weiterhin als Kathode ver-

Bild 1. Schematischer Aufbau und Installation eines Korrosionssensors im Rissbereich [7]

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

wendet und ebenfalls mit einem Kabelanschluss ausgestattet. In unmittelbarer Nähe zur Anode wurde außerdem eine Mangandioxid-Referenzelektrode (MnO2) sowie ein Titanstab als Gegenelektrode eingebracht (vgl. Bild 1, rechts).

Durch die Verwendung der bauwerkseigenen Bewehrung als Sensorsystem kommt es herstellungsbedingt zu Variationen im Aufbau der Messzellen (z. B. Anodenlänge).

Dadurch ist ein Vergleich der absoluten Werte z. B. der Systemwiderstände zwischen den einzelnen Sensorstellen nicht möglich.

Messdurchführung Um die Korrosionsbedingungen an der Bewehrung möglichst realitätsnah abzubilden, wurden Anode und Bewehrungskorb jeweils zwischen den Messungen kurzgeschlossen. An den installierten Korrosionssensoren wurden in regelmäßigen Zeitabständen die nachfolgenden elektrochemischen Korrosionskenngrößen in einem gleichbleibenden Messprogramm erfasst. Dieses bestand aus fünf verschiedenen Messungen, die in beschriebener Reihenfolge durchgeführt wurden, um eine gegenseitige Beeinflussung zu verhindern: Der Makroelementstrom (Imakro) wurde am kurzgeschlossenen System gemessen. Er stellt den wichtigsten Parameter zur Beurteilung des Korrosionszustands dar, da er nach dem Faraday’schen Gesetz direkt mit dem Massenabtrag am Stahl korreliert. Dabei muss berücksichtigt werden, dass aus dem Makroelementstrom alleine, ohne Kenntnis

der tatsächlichen Anodenfläche, eine Aussage zur Korro­ sionsrate bzw. des Querschnittsverlusts nicht möglich ist.

Jedoch kann die Entwicklung der Korrosionsaktivität anhand des Verlaufs des Makroelementstroms qualitativ beurteilt werden. Im Anschluss an die Elementstrommessung wurde das Korrosionspotenzial des Makroelements gegen die MnO2-Bezugselektrode bestimmt.

Nachdem der Kurzschluss anschließend aufgehoben wurde, nähern sich die Potenziale der Elektroden sehr langsam ihren freien Korrosionspotenzialen (Anode: OCPA; Kathode: OCPK). Da die endgültigen freien Korrosionspotenziale jedoch erst nach mehreren Stunden oder Tagen erreicht werden, wurde festgelegt, stets eine Wartedauer von einer Stunde nach Aufheben des Kurzschlusses einzuhalten. Vergleichsmessungen bestätigten, dass sich das Potenzial unter den hier vorherrschenden Randbedingungen bei längerer Wartedauer nicht mehr signifikant (< 5 mV) im Vergleich zum Potenzialwert nach einer Stunde verändert.

Aus der Differenz zwischen OCPK und OCPA ergibt sich die Treibspannung des Korrosionssystems.

Für die Messung der anodischen und kathodischen Polarisationswiderstände (Rp,A und Rp,K) wurde ein DreiElektroden-Aufbau verwendet, für die der Titanstab als Gegenelektrode diente. Die Messung wurde potenziodynamisch mit einer Scanrate von 0,125 mV/s durchgeführt.

Ausgehend von einem Potenzial um 20 mV unter dem OCP der Arbeitselektrode bis zu 20 mV über dem OCP wurde alle 2 Sekunden ein Datenpunkt erfasst. Zur Auswertung wurde der lineare Polarisationswiderstand im Bereich des

Schwingungsprobleme – Kenngrößen und Beispiele Obwohl Schwingungsprobleme in der Praxis zunehmend auftreten, werden sie von Tragwerksplanern gern umgangen. Statische Ersatzlasten, Stoßfaktoren oder Schwingbeiwerte werden angewendet, ohne sich der Anwendungsgrenzen bewusst zu sein.

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OCP berechnet. Beide Widerstände können sich maßgeblich auf die Korrosionsaktivität auswirken und müssen daher zur Beurteilung der Wirkungsweise einer Oberflächenbeschichtung herangezogen werden [11].

Abschließend wurde der Elektrolytwiderstand zwischen Anode und Kathode (Re) mittels Wechselstrom in einer Zwei-Elektroden-Messung gemessen [12]. Gegenüber einer Gleichstromwiderstandsmessung können dabei Einflüsse aus der Kapazität der Grenzschicht Stahl/Beton vernachlässigt werden. Die Amplitude der Messbrücke wurde mit 50 mV so niedrig wie möglich angesetzt, um eine Polarisation des Systems weitgehend zu minimieren.

An jedem Messtermin wurde ebenfalls die Lufttemperatur erfasst. Da die Systemwiderstände einer ausgeprägten Temperaturbeeinflussung unterliegen, war es nötig, die ­Widerstände mit dem Arrheniusansatz zu kompensieren.

Durch einen Vergleich von gemessenen und kompensierten Systemwiderständen konnten einerseits die Gründe für Veränderungen der Widerstände näher eingegrenzt werden und andererseits deren tatsächliche Entwicklung, unabhängig von der aktuellen Temperatur, abgebildet werden. Rp,a und Rel wiesen eine starke, Rp,k nur eine geringere Temperaturabhängigkeit auf, was mit Erkenntnissen der Literatur übereinstimmt [13].

Bauwerksuntersuchungen Bauwerk 1 (BW 1) Bei BW 1 handelt es sich um ein mehrstöckiges Parkhaus mit ca. 10.000 Parkplätzen, von denen nur ein kleiner Teil ständig genutzt wird. Die Zwischendecken sind als Durchlaufsystem mit teilweiser Vorspannung ausgeführt und hauptsächlich punktförmig auf Stützen gelagert. Lastbedingt ergibt sich daraus oberseitig eine planmäßige Rissbildung in den Stützbereichen.

Die Oberflächenbereiche, in denen eine lastbedingte Rissbildung erwartet wurde, wurden mit einem rissüberbrückenden OS vor Chlorideintrag geschützt, in den übrigen Bereichen wurde auf ein OS verzichtet. Zur Sicherstellung der Lebensdauer in den ungeschützten Bereichen

wurde eine Betonrezeptur mit erhöhtem Chlorideindringwiderstand verwendet und die Dauerhaftigkeit gegenüber chloridinduzierter Korrosion im Rahmen einer vollpro­ babilistischen Lebensdauerbemessung nachgewiesen (vgl. hierzu auch [7]).

Bei Routineuntersuchungen wurden Risse mit 0,05 mm bis 0,3 mm Breite an den Oberseiten der Zwischendecken im Bereich der Momentenumlagerung der Stützen festgestellt, die über die erwarteten Risse und damit den beschichteten Bereich hinausgehen. Die nachfolgende Beprobung der Risse ergab Chloridkonzentrationen, bei denen eine chloridinduzierte Bewehrungskorrosion nicht mehr ausgeschlossen werden kann (> 1 M.%/z).

Zur Reduzierung des Eingriffes in die Bausubstanz wurde von einer herkömmlichen Instandsetzung mit Entfernen des chloridhaltigen Betons abgesehen. Stattdessen wurden an 22 Stellen Korrosionssensoren installiert und anschließend die Parkdeckoberseite vollflächig mit einem rissüberbrückenden OS versehen. Die Messung erfolgte bisher über einen Zeitraum von ca. 39 Monaten. Mit den Untersuchungen wurde bereits vor den Beschichtungs­ arbeiten begonnen, um den Zustand vor Beschichtung erfassen zu können. Die Messungen zeigten bisher an den meisten Sensoren einen deutlichen Rückgang der Korro­ sionsaktivität. Nachfolgend werden deshalb die Ergebnisse eines dafür repräsentativen Sensors aus BW 1 dargestellt.

Sensor BW 1 zeigte zu Beginn der Aufzeichnung einen geringen Korrosionsstrom (s. Bild 2). Die Werte pendelten zu Beginn der Untersuchungen zwischen 1 und 5 μA. Die Treibspannung lag im betrachteten Zeitraum bei Werten um 125 mV. Im Winter 2014/2015 zeigte sich anschließend ein starker Anstieg des Makroelementstroms auf 32 μA in Verbindung mit einem Anstieg der Treibspannung auf ca.

225 mV. Dieser starke Zuwachs deutete auf eine rasche Korrosionsinitiierung infolge eines Tausalzeintrags zur Anode hin. Schon einen Messtermin später war der Korrosionsstrom wieder abgesunken, was durch eine Hemmung des Korrosionsprozesses durch die entstehende Eisenoxid-

Bild 2. Makroelementstrom, Treibspannung und Temperatur des Sensors BW 1

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Bild 3. Überlagerung von Rp,A mit Re, der Temperatur und Makroelementstrom des Sensors BW 1

Bild 4. Temperaturbereinigter Rp,A und Re überlagert mit Makroelementstrom des Sensors BW 1

schicht entstanden sein könnte. Dies wird durch den in Bild 3 gleichzeitig angestiegenen anodischen Polarisationswiderstand bestätigt. Anschließend pendelte sich das System bei Strömen von 6 bis 11 μA ein und unterlag somit einer noch aktiven Korrosion. Kurz vor der Beschichtungsmaßnahme stieg der Korrosionsstrom auf 18 μA an. Da dies im Sommermonat Juli geschah, ist nicht von einer Tausalzbelastung auszugehen, sondern vielmehr waren die steigenden Temperaturen dafür verantwortlich.

Nach der Beschichtungsmaßnahme war ein deutlicher Rückgang des Elementstroms, verbunden mit einem Abfall der Treibspannung, festzustellen. Der Elementstrom fällt auf 0 μA ab. Im Januar 2016 zeichnete sich kurzzeitig ein leichter Korrosionsstrom von 3 μA ab, welcher einer erneuten Chloridumverteilung zuzuordnen sein könnte.

Der fortwährende Anstieg beider Systemwiderstände Rp,A und Re führte dennoch langfristig betrachtet zum Erliegen

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der Makroelementaktivität im betrachteten Zeitraum (s.

Bild 3).

Aus Bild 3 ist zudem erkenntlich, dass Rp,A und Re einen maßgeblichen Einfluss auf die Korrosionsinitiierung hatten. Zum Zeitpunkt des vermeintlichen Tausalzeintrags sanken beide Widerstände stark ab. Beide Widerstände, vornehmlich jedoch Rp,A, zeigten bis zum Beschichtungseinbau Schwankungen, welche größtenteils temperaturbedingt waren. Im Anschluss stiegen beide Widerstände an, während die Temperatur sank. Bereinigt man die Widerstandsdaten hinsichtlich der Temperatur (s. Bild 4), zeigt sich ein klarer Anstieg von Rp,A, wohingegen Re nur sehr langsam anstieg. Wie bereits erwähnt, sank in dieser Zeit auch die Treibspannung, was maßgeblich durch die Erhöhung des freien Korrosionspotentials der Anode bewirkt wurde. Daher kann von einer Korrosion unter anodischer Kontrolle ausgegangen werden.

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Bild 5. Makroelementstrom, Treibspannung und Temperatur des Sensors BW 2

Bild 6. Überlagerung von Rp,A mit Re, der Temperatur und Makroelementstrom des Sensors BW 2

Bauwerk 2 (BW 2) BW 2 ist eine eingeschossige Tiefgarage, die in zwei Bau­ abschnitten in den Jahren 1998 und 2000 errichtet wurde.

Die Bodenplatte selbst ist nichttragend. Da es im Hoch­ wasserfall jedoch zu anstehendem Grundwasser kommen kann, wurde die Bodenplatte als Bestandteil der WU-Konstruktion ausgeführt. Zum Schutz vor Chlorideintrag wurde die Oberseite der Bodenplatte damals lediglich mit einer starren Versiegelung versehen.

Nach einer Nutzung von ca. 15 Jahren wurde bei Bauwerksuntersuchungen festgestellt, dass die Bodenplatte in der gesamten Fläche eine ausgeprägte Rissbildung aufwies.

Eine Beprobung der Risse ergab teilweise sehr stark erhöhte Chloridgehalte. Auf Bewehrungshöhe wurden Chloridkonzentrationen von bis zu 0,90 M.-%/z festgestellt. Die Versiegelung war bereichsweise abgefahren, sodass auch in den ungerissenen Bereichen Chloride eindringen konnten.

Hier wurden jedoch auf Höhe der Bewehrungslage in der

40

Regel Chloridkonzentrationen festgestellt, die als unkritisch betrachtet werden können.

Verschiedene Instandsetzungsvarianten wurden zunächst in Betracht gezogen. Aufgrund der sehr hohen Kosten und der langfristigen Nutzungseinschränkung sollte eine konventionelle Instandsetzung mit Austausch des chloridbelasteten Betons und OS vermieden werden.

Da die Bewehrung der Bodenplatte eine statisch unter­ geordnete Rolle einnimmt und bisher kaum relevante Querschnittsverluste aufwies, wurde entschieden, die Instandsetzungsmaßnahme auf eine Erneuerung des OS zu beschränken. Zur Überwachung des Korrosionsverhaltens nach dem Aufbringen der Beschichtung wurde im Zuge der Instandsetzungsmaßnahme ein umfangreiches Korrosionsmonitoringsystem mit insgesamt 40 Monitoringstellen installiert. Die Messungen an BW 2 werden seit ca. 12 Monaten durchgeführt und wurden bereits vor der Instandsetzungsmaßnahme begonnen. Erste Messun-

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Bild 7. Temperaturbereinigter Rp,A mit Re überlagert mit Makroelementstrom des Sensors BW 2 (Grafiken: Autoren)

gen zeigten an den meisten Stellen bereits einen Rückgang des Makroelementstroms, ein signifikanter Anstieg der Systemwiderstände wurde jedoch noch nicht festgestellt. Nachfolgend werden die Ergebnisse eines repräsentativen Sensors aus BW 2 dargestellt.

An der umliegenden Bewehrung von Sensor BW 2 wurden im Zuge der Installation bereits oberflächlich ausgedehnte Korrosionserscheinungen festgestellt. Die Korrosionsparameter dieses Sensors sind in den Bildern 5 und 6 dargestellt.

Aus Makroelementstrom und Treibspannung kann die bei der Installation festgestellte aktive Korrosion be­ stätigt werden. Anschließend deutet die zeitabhängige Veränderung beider Korrosionsparameter darauf hin, dass infolge der Beschichtung ein Rückgang der Korrosionsaktivität stattfand. Dies wird durch die Systemwiderstände (Rp,A mit Re, s. Bild 6) bestätigt, die sich – unter Vernachlässigung des Temperatureinflusses – im gleichen Zeitraum gegenüber ihrem Ausgangswert verdoppeln. Bezieht man jedoch die Entwicklung der Temperatur in die Auswertung mit ein, wird deutlich, wodurch es zum Anstieg der Widerstände kam (Bild 7).

Auf Basis der temperaturbereinigten Widerstände zeigt sich deutlich, dass eine Austrocknung des Betons und damit ein Anstieg von Re an diesem Sensor im aktuel­ len Zeitraum nur in geringen Umfang stattgefunden hat.

Gleichermaßen verhält es sich mit Rp,A, dessen Veränderung hauptsächlich auf Schwankungen der Umgebungstemperatur zurückzuführen ist. Im betrachteten Zeitraum kam es daher nur zu einer Reduktion des Korrosionsstroms, jedoch noch nicht zum vollständigen Erliegen.

Die Temperaturabhängigkeit dieses Sensors könnte im Sommer sogar zu einem weiteren Anstieg der Korrosionsaktivität führen. Weitere Messungen sind daher unbedingt notwendig.

Diskussion der eingesetzten Messroutine Aus den dargestellten Daten wird ersichtlich, dass der beschriebene Messaufbau mittels Trennung des anodisch wir-

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kenden Bereichs von der übrigen Bewehrung als zielführend angesehen werden kann.

Bei der Auswertung der Daten muss allerdings beachtet werden, dass mit dem zerstörenden Eingriff bei der Trennung der Anode, verbunden mit dem nachfolgenden Einbringen eines Vergussmörtels zur Schließung der Bohrlöcher eine erhebliche Menge an Wasser in das System eingebracht wurde. Dies führte bei einigen Sensoren (nicht dargestellt) zur Beeinflussung des Korrosionssystems, zum anderen spiegelte sich dessen Austrocknung in den ersten Monaten der Messung wider. Zudem muss davon ausgegangen werden, dass der gegenüber dem Altbeton wesentlich jüngere Mörtel einen kleineren Elektrolytwiderstand besaß. Der Stromfluss zwischen Anode und Kathode könnte somit anfangs vermehrt über den Mörtel erfolgen.

Diese Gefahr könnte z. B. durch Beschichten der Bohrlochwandung mit Epoxidharz verringert werden.

Zur Untersuchung wurde ein breites Spektrum elek­ trochemischer Messverfahren eingesetzt, die sich für die Beurteilung des Korrosionszustands als zielführend er­ wiesen haben. Es war möglich, das Korrosionssystem mit einer vergleichbaren Messtechnik, wie sie in Laboruntersuchungen [6] eingesetzt wurde, umfassend zu bewerten.

Mit der punktuellen Erfassung der Korrosionsströme wurden zusammen mit der aus den freien Korrosions­ potenzialen berechneten Treibspannung des Systems die grundlegenden Parameter zur Korrosionsaktivität aufgezeichnet. Diese Messungen sind zur Erfassung des Verlaufs der Korrosionsaktivität bei einem Monitoring unabdingbar. Die Größenordnung der erfassten Ströme und Potenziale deckte sich zudem mit den Messwerten der Labor­ untersuchungen aus [6].

Ebenso wurden mindestens an jedem Messtermin die klimatischen Randbedingungen (Lufttemperatur, relative Luftfeuchte) aufgezeichnet. Dies ist im Hinblick auf die starke Temperaturabhängigkeit des Korrosionssystems ein wesentlicher Baustein, um bei der Auswertung den Verlauf der erfassten Parameter richtig einordnen zu können. Von Vorteil wäre eine kontinuierliche automatisierte Aufzeichnung der Bauteiltemperatur, um Temperaturschwankungen

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

auch im Vorlauf zu den Messterminen zu erkennen und somit die Korrosionsentwicklung besser nachvollziehen zu können. Zur Bewertung der Gründe für Veränderungen im Korrosionssystem wurden alle relevanten Wider­stände im Korrosionskreislauf gemessen.

Anhand des kathodischen Polarisationswiderstands kann die Beeinflussung des Korrosionssystems durch elektrochemische Vorgänge und Transportprozesse an der Kathode abgeschätzt werden. In den vorliegenden Bauwerken zeigte sich über den gesamten Zeitraum ein nahezu kon­ stanter, sehr niedriger Verlauf des kathodischen Polarisa­ tionswiderstands, sodass von einer umfangreichen Betrachtung dieses Systemparameters abgesehen wurde, da sein Einfluss in den vorliegenden Bauwerkssituationen aufgrund der nachfolgenden zwei Gründe als vernachlässigbar eingeschätzt wurde. Zum einen besteht für die Anoden ein großflächiges Angebot an Kathodenfläche in den umliegenden Bereichen, zum anderen kann von einer ausreichenden Sauerstoffversorgung dieser kathodischen Bereiche ausgegangen werden, da keine ständige Wassersättigung des Betons, auch bei zeitweisem Grundwasserkontakt der Bodenplatten, zu erwarten ist.

Mit dem anodischen Polarisationswiderstand wurde ein wesentlicher Systemwiderstand gemessen, der Rückschlüsse auf die elektrochemischen Entwicklungen an der Anode ermöglichte. In den durchgeführten Untersuchungen konnte dieser Parameter an einigen Sensoren in BW 1 sowie an allen Sensoren des BW 2 als maßgebender korrosionsbeeinflussender Widerstand identifiziert werden. Dies deckt sich mit den in [6] festgestellten Ergebnissen an beschichteten Laborprobekörpern, bei denen der anodische Polarisationswiderstand als dominierender Systemwiderstand identifiziert wurde, der zum Erliegen der Makroelementkorrosion führte.

Bei der Bestimmung des Elektrolytwiderstands des Betons wurde in den vorliegenden Untersuchungen auf Wechselstromwiderstandsmessung zurückgegriffen, die zwar verlässliche Widerstandswerte liefert, jedoch zur Polarisierung des sensiblen Korrosionssystems führen kann. Für diese Messung wurde daher ein Messgerät mit kontrollierbarer, niedriger Anregeramplitude eingesetzt und erst nach Abschluss aller weiteren Messungen gemessen, um unmittelbare Effekte zu minimieren. Die Erfassung des Elektrolytwiderstands des Betons stellte einen wesentlichen Baustein des Korrosionsmonitorings dar, der Aufschluss über evtl. Feuchteveränderungen im Beton geben kann.

Zusammenfassung und Ausblick Der Aufbau des Monitoringsystems war grundlegend zielführend und ermöglichte eine umfassende Betrachtung der wesentlichen Korrosionsparameter. Mit dem System konnte jedoch der Korrosionszustand der Bewehrung nur qualitativ beurteilt werden. Eine Berechnung von Korrosionsraten ist aufgrund fehlender Informationen zur wirksamen Anodenfläche nicht möglich. Ebenso können infolge der nicht konstanten Makroelementstrommessung sowie des nicht messbaren Mikroelementstroms keine Aussagen zum Querschnittsverlust am Stahl getroffen werden.

Prinzipiell sollte die Frequenz der Datenerfassung am Bauwerk individuell an die vorherrschenden Randbedingungen (Korrosionszustand der Bewehrung, allgemeiner Bau-

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werkszustand, …) angepasst werden. Es wird empfohlen, mindestens zwei Messzyklen pro Jahr, je im Sommer und Winter, durchzuführen. Durch häufigere Messungen kann die Dateninterpretation jedoch detaillierter erfolgen und somit die Beurteilungsgrundlage weiter verbessert werden.

Beim Korrosionsmonitoring in Rissbereichen von Bestandsbauwerken handelt es sich um eine punktuelle Zustandsüberwachung. Die Wahl der Anzahl und Lage repräsentativer Messstellen ist daher von elementarer Bedeutung und erfordert ein hohes Maß an Sachkunde. Nur dann ist es möglich, eine Aussage zum gesamten Bauwerkszustand abzuleiten.

Eine Bewertung der erfassten Korrosionsparameter sowie deren Verknüpfung zur Absicherung des Korrosionszustandes erfordert eine vertiefte Kenntnis der elektrochemischen Vorgänge bei der Korrosion von Stahl in geris­ senem, chloridbelastetem Beton. Zusätzlich müssen die Randbedingungen (Feuchtezustand, Chloridgehalte, Rissart, usw.) zur Beurteilung berücksichtigt und mit den Korrosionsparametern verknüpft werden. Eine Bewertung sollte daher nur durch einen sachkundigen Planer vorgenommen werden.

In den vorliegenden Fällen ist eine abschließende Aussage zur Wirksamkeit der Maßnahme noch nicht möglich, da sich das Korrosionssystem im kurzen Untersuchungszeitraum noch nicht stabilisiert hat. Bei Bauwerk 1 ist bis dato jedoch ein rückläufiger Makroelementstrom an allen untersuchten Sensoren feststellbar, bei Bauwerk 2 zumindest an der Mehrzahl der Sensoren. Trotz dieser ­positiven Entwicklungen muss davon ausgegangen werden, dass ein Monitoring über mehrere Jahre durchgeführt werden muss.

Danksagung Wir danken dem DAfStb für die Förderung des Forschungsvorhabens, das diese Untersuchungen ermöglichte.

Literatur [1] Deutscher Beton- und Bautechnik Verein e.V.: DBV-Merkblatt – „Parkhäuser und Tiefgaragen“. Berlin 2010.

[2] Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung DGZfP: Merkblatt „Korrosionsmonitoring von Stahl- und Spannbetonbauwerken“, Berlin, voraus. 2018.

[3] Schießl, P.: Zur Frage der zulässigen Rissbreite und der erforderlichen Betondeckung im Stahlbetonbau unter besonderer Berücksichtigung der Carbonatisierung des Betons, DAfStb Heft 255, Berlin 1976.

[4] Schießl, P.: Einfluß von Rissen auf die Dauerhaftigkeit von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen, DAfStb Heft 370, Berlin 1986.

[5] Pease, B. J.: Influence of concrete cracking on ingress and reinforcement corrosion, Dissertation, Danmarks Tekniske Universitet, Lyngby, 2010.

[6] Keßler, S., Hiemer, F., Gehlen, C.: Einfluss einer Betonbeschichtung auf die Mechanismen der Bewehrungskorrosion in gerissenem Stahlbeton, Beton- und Stahlbetonbau 2017.

[7] Gehlen, C.; Mayer, T. F.; Schießl-Pecka, A.: Monitoring und Instandhaltung instandgesetzter Bauwerke, Bauwerkserhaltung – Instandsetzung im Beton- und Stahlbetonbau, 12. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 2016.

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring [8] Tian, W.: Experimentelle und numerische Studie zur Bewehrungskorrosion in gerissenem Beton. Dissertation, Technische Universität München, München 2013.

[9] Schwenk, W.: Korrosionsgefährdung und Schutzmaßnahmen bei Elementbildung zwischen erdverlegten Rohren und Behältern aus unterschiedlichen Metallen. Gwf-gas/ erdgas, Essen 1972.

[10] Beck, M.; Burkert, A.; Harnisch, J.; Isecke, B.; Osterminski, K.; Raupach, M.; Schießl, P.; Tian, W.; Warkus, J.: Deterioration model and input parameters for reinforcement corrosion. Structural Concrete 13 (3), Weinheim 2013.

[11] Raupach, M.: Zur chloridinduzierten Makroelementkorrosion von Stahl in Beton. DAfStb-Heft 433, Berlin 1992.

[12] Weydert, R.; Gehlen, C.: Electrolytic Resistivity of Cover Concrete: Relevance, Measurement and Interpretation.

Durability of Building Materials and Components, Ottowa 1999.

[13] Osterminski, K.: Zur voll-probabilistischen Modellierung der Korrosion von Stahl in Beton- Ein Beitrag zur Dauerhaftigkeitsbemessung von Stahlbetonbauteilen. Dissertation, Technische Universität München, München 2013.

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

effiziente Datenübertragungsprotokolle sowie einen er­ eignisgesteuerten Ruhemodus mit minimalem Stromverbrauch.

Sichere Datenspeicherung in der SensorCloud Ein kontinuierliches Zustands- und Nutzungs-Monitoring generiert gewaltige Datenmengen. Die SensorCloud™ bietet eine sichere Datenspeicherung mit nahezu unbegrenztem Speicherplatz, schnelle Visualisierung, benutzerdefinierte Alarme und weltweiten Zugriff. SensorCloud™ macht große Datenmengen schnell zugänglich und ermöglicht es, selbst große Datenmengen in Sekunden zu analysieren. Die server-basierten Tools zur Analyse und Modellierung erlauben es dem Nutzer auch, eigene Analysen zu entwickeln und zu überprüfen. Darüber hinaus existiert eine offene API für den Import von weiteren Kenngrößen und zusätzlichen Datentypen (wie Beschriftungsobjekte, GPS-Position, Notizen und Bildern). So können Nutzungsmuster auch über sehr lange Zeiträume erfasst und online analysiert werden.

Live Connect Eine bidirektionale Kommunikation durch die cloud-basierte Sensor-Daten-Plattform ermöglicht jederzeit einen direkten Datenaustausch mit dem Datensammler (WSDA) vor Ort sowie mit den einzelnen Sensor-Nodes. Über den Live-Connect genannten Zugang kann mit Hilfe der Micro­ strain Software das Remote-Sensor-Netz geprüft, verwaltet und parametriert werden. So lassen sich z. B. die Abtast­ raten ändern oder einzelne Kanäle an- oder abschalten, um z. B. Bandbreite zu sparen.

Die Daten werden auf Wunsch über LAN, WIFI oder LTE in die Cloud geladen. Eine redundante lokale Speicherung im WSDA kann ebenfalls eingerichtet werden. Zur Analyse und zum Download der Daten wird jedoch lediglich ein Webbrowser benötigt. Ein weltweiter Zugriff auf die Daten ist somit mit jedem PC, Tablet oder Handy möglich. MicroStrain’s Live Connect ermöglicht somit den Betreibern die Fernüberwachung der Brücke oder des Bauwerks in Echtzeit von jedem Punkt der Erde aus.

Bridge Monitoring – ein Beispiel Mit zahlreichen Installationen werden mittlerweile die strukturellen Belastungen und seismischen Aktivitäten von Bauwerken und Brücken überwacht. Ein Beispiel ist die Benjamin Franklin Bridge, die den Delaware River zwischen Philadelphia, PA und Camden, NJ überbrückt. Das drahtlose Überwachungssystem ist mit der SensorCloud über ein GSM Modem verbunden. Die Wireless-Knoten messen die strukturellen Belastungen, während die Brücke von Personenzügen überquert wird. Die Messung wurde über mehrere Monate durchgeführt und bestätigt, dass die Brücke innerhalb ihrer Grenzen belastet wird und vermied somit eine kostspielige Überholung der Brücke.

Weitere self-powered Brücken-Überwachungssysteme wurden bereits mit dem ZSE/Microstrain System ausgestattet. Beispiele hierfür sind die Great Road State Bridge in North Smithfield, RI, die Goldstar Brücke über den Thames River in New Haven, CT und die Corinth Canal Bridge

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Bild 4. V-Link-200 – Drahtloses Messsystem/Datenlogger für DMS und Spannungen

Bild 5. G-Link-200 – Drahtloses Messsystem/Datenlogger für Beschleunigungen

Bild 6. WSDA-2000 – Wireless Sensor Data Aggregator mit WSDA-200-USB, rechts USB Gateway (Fotos/Grafiken: ZSE)

in Korinth, Griechenland. In allen Beispielen wurden Solarzellen zur Energieversorgung verwendet. In Korinth, ­einer seismisch aktiven Region, wurde durch die Brückenkonstruktion eine partielle seismische Trennung der Brücke vom Untergrund geschaffen. Die Wirksamkeit der seismischen Trennung während tatsächlicher seismischer Ereignisse wird nun mithilfe der Wireless Nodes überprüft.

Das System misst kontinuierlich die Beschleunigungen mit 200 Hz und speichert sie in einem Ringpuffer zwischen.

Durch einen Event-Trigger ausgelöst, werden die Pre-/PostEvent-Daten dauerhaft gespeichert und in die SensorCloud geladen.

Der cloud-basierte Datenaustausch ermöglicht Betreibern und Forschungseinrichtungen auf günstige Art autonom Daten zu sammeln, zu visualisieren und zu analysieren. Die Datenmengen übersteigen oft 1 GByte am Tag, z. B. bei 100 Hz kontinuierlicher Messrate in einem Netzwerk mit 10 aktiven Knoten. Größere Bauwerke erfordern oft Hunderte oder Tausende von Sensoren. SensorCloud™ bietet hier eine einfache und günstige Lösung. Auch entfallen z. B. die Betriebsfahrten zum Auslesen der Datenlogger vor Ort.

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Die Verbindung von fortschrittlichen drahtlosen Sensor-Netzwerken mit einer innovativen cloud-basierten ­Datenanalyse revolutioniert die Überwachung von Bauwerken und Strukturen, aber auch von beweglichen Investitionsgütern. Bei Langzeitanwendung gewinnt der Betreiber einen wertvollen Einblick in die Alterung der Bauwerke und die daraus resultierenden Auswirkungen auf deren Leistung.

ZSE Electronic GmbH bietet die komplette Messkette: Sensoren für Dehnung (DMS & FBG), Druck, Be-

schleunigung, Weg, Kraft, Drehmoment, Orientierung & Neigung sowie darauf abgestimmte Messdatenerfassungssysteme, Messverstärker und Software.

Weitere Informationen: ZSE Mess-Systeme & Sensortechnik GmbH In den Freßäckern 28, 74321 Bietigheim-Bissingen Tel. (07142) 68 45, Fax (07142) 69 97 info@zse.de, www.zse.de

Innerstädtische Infrastrukturprojekte Die großen Metropolen erleben seit Jahrzehnten einen anhaltenden Boom. Die Konzentration von Wirtschaftskraft, Kultur-, Freizeit- und Unterhaltungsangeboten, Bildungsinstitutionen und Einkaufszentren in Städten wie Berlin, Hamburg, München, aber auch Mittelzentren wie Düsseldorf, Frankfurt/M., Stuttgart und natürlich Barcelona, London und Paris nimmt kein Ende, sondern ständig zu. Auch die schwedische Hauptstadt Stockholm macht da keine Ausnahme.

In die Fläche können die wenigsten dieser Städte wachsen, die Konzentration findet i. d. R. in den bereits dicht besiedelten Zentren statt. Damit stehen die Metropolen allesamt vor der großen Herausforderung, die Infrastruktur für die großen Verkehrsströme bereitstellen zu müssen.

Immer leistungsfähigere, meist unterirdische Verkehrsträger sind die Lösung. Der öffentliche Nah- und Fernverkehr, aber auch der Individualverkehr wird unter Tage verlegt und kann dadurch wertvollen Raum an der Oberfläche frei machen.

Sicherheit für die Nachbarschaft Konkrete Beispiele für innerstädtische Infrastrukturprojekte aus den letzten Jahren sind die Wehrhahn-Linie in Düsseldorf, der Lückenschluß der U5 im Zentrum Berlins, die Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart sowie zahlreiche Infrastrukturprojekte in Stockholm. All diese Projekte verlaufen unter und in unmittelbarer Nachbarschaft vieler wertvoller Gebäude und Bauwerke. Schon kleinste Veränderungen wie Setzungen, Kippungen und Rissbildungen führen hier zu Wertminderungen. In den Gebäuden betriebene technische Anlagen wie Archivregale, computergesteuerte Tape-Roboter oder gar die Schleuse im Stadtzentrum Stockholms erfahren höheren Verschleiß oder sind in ihrer Funktionalität eingeschränkt, wenn sich die Gebäude einseitig setzen oder neigen. Für die entstehenden Kosten sind die Bauunternehmen oder die neuen Bauherren verantwortlich.

Um diese Kosten und den Ärger mit der neuen Nachbarschaft so gering wie möglich zu halten, haben sich in jedem der aufgeführten Projekte die Verantwortlichen entschieden, von der intermetric GmbH ein umfangreiches Monitoringsystem konzipieren, installieren und betreiben zu lassen, um über alle relevanten Veränderungen zuverlässig so früh wie möglich informiert zu werden. Dadurch

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hatten bzw. haben sie ausreichend Zeit, auf eingetretene Setzungen zu reagieren und geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten, bevor an der Nachbarbebauung Schäden entstehen.

Beispiel: Stockholms Infrastrukturprojekte Wie alle Großstädte, muss auch Stockholm erhebliche Anstrengungen unternehmen, um den ständig wachsenden Verkehr im Ballungsraum zu strukturieren. In den vergangenen Jahren wurden bereits umfangreiche Projekte durchgeführt, bei etlichen weiteren wurde mit der Planung oder Realisierung begonnen. Dabei kamen bei mehreren Projekten zur Sicherung des sensiblen angrenzenden, meist historischen Baubestands automatische Messsysteme der intermetric zum Einsatz: –– 2004 wurde ein 4,6 km langer Tunnel (Södra Länken) südlich des Stadtkerns eingeweiht.

–– 2015 wurde im Norden (Norra Länken) ein entsprechendes Projekt fertig gestellt. (1. Monitoring: 2 Tachymeter, 1 Schlauchwaage).

–– Im Westen entsteht momentan eine unterirdische Stadtumfahrung, der „Förbifart Stockholm“ Bypass mit einer Länge von 21 km. Im aktuell laufenden Abschnitt Tunnel Johannelund werden die zu unterfahrenden Gleise der Metro mittels Tachymetermonitoring überwacht.

–– Das „Citybanan Projekt“ ist ein 6 km langer Eisenbahntunnel unter der Stockholmer Innenstadt in Nord-SüdRichtung, Baubeginn 2009, Fertigstellung 2017. Ein Teilprojekt ist der „Tunnelbanan Bhf. Odenplan“. Er wurde von 2010–2015 durch ein Multisensorsystem mit 13 Tachymetern, 80 Schlauchwaagensensoren, 6 Inklinometern, 3 Extensometern, 12 Kraftmessdosen und 10 Temperatursensoren automatisiert überwacht.

–– Das „Infrastrukturprojekt Slussen“ liegt im Zentrum der Stadt. Von ihm wird im Weiteren näher berichtet.

Projekt Slussen Der im Stadtzentrum Stockholms gelegene Bereich Slussen (schwedisch für Schleuse) (Bild 1) zwischen der Insel Gamla Stan (Altstadt mit königlichem Schloss) und der Insel Södermalm wird aktuell grundlegend erneuert. Die Gesamtprojektdauer ist mit zehn Jahren veranschlagt. Der

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Bild 1. Projektgebiet Slussen im Zentrum von Stockholm

Bereich ist einer der belebtesten Verkehrsknoten der Stadt, denn hier treffen vier Verkehrsträger aufeinander: eine viergleisige U-Bahnlinie, der Busbahnhof, der Straßenverkehr und der Passagierhafen.

Die Projektplaner haben im Vorfeld ca. 400 stabilitätsrelevante Punkte an der Bebauung ausfindig gemacht. Die intermetric GmbH wurde mit dem Erarbeiten eines entsprechenden Messkonzepts beauftragt. Sie hat ein Messprogramm entworfen, das alle 400 Punkte in Messintervallen von einer Stunde mit einer 3D-Genauigkeit von besser als 2 mm vollautomatisch erfasst, auswertet, analysiert, präsentiert, dokumentiert und archiviert, dabei individuelle Grenzwerte überwacht und gegebenenfalls Projektbeteiligte informiert. Wesentliche Komponenten des Gesamt­ systems sind: –– Dimensionierung, Aufbau und Konfiguration eines Projektservers vor Ort für die Steuerung der Messsysteme, der Datenerfassung und der Kommunikation mit dem Rechenzentrum in Stuttgart.

–– 4 GNSS Sensoren für Rohdatenerfassung zur Bestimmung eines Referenzrahmens im Bereich Slussen mit-

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tels permanenter statischer Basislinienbestimmung in Bezug auf das Referenznetz SWEPOS. Tachymeterverbund aus 26 Tachymetern als Netzverband für die 3D-Bestimmung der ca. 400 3D-Objektpunkte (Bild 2).

10 Schlauchwaagensysteme zur präzisen relativen Höhenbestimmung der Brückenpfeiler des Bauwerks über den Söderström.

5 Temperaturmessstellen.

Einrichtung der Projektdatenbank iGM.NET im Rechenzentrum der intermetric in Stuttgart.

Resümee Die intermetric GmbH ist seit 1998 mit einem eigenentwickelten Produkt für Geomonitoring-Anwendungen am Markt. In der aktuell vorliegenden Version ist das Software-Paket in der Lage, die geometrischen Daten zur Beweissicherung und Deformationsüberwachung bei großen innerstädtischen Projekten zu hosten und den projektbeteiligten Gutachtern und Ingenieuren in sehr fein konfigurierbarer Form zur Verfügung zu stellen. Dabei werden sowohl manuelle wie auch vollautomatische Datenerfassungen aller gängigen Vermessungsinstrumente und geotechnischen Sensoren in verschiedenster Kombination unterstützt. Neben der Beratung, Konzeptionierung, In­ stallation und Wartung der Systeme schult intermetric entsprechend den Projektanforderungen auch Fremdpersonal für die Betreuung vor Ort. Diese Dienstleistung wird auch in Stockholm von verschiedenen Auftraggebern gern in Anspruch genommen. So konnten seit 2010 an allen großen Infrastrukturprojekten zuverlässige Messdaten erfasst werden und zur Sicherheit von innerstädtischen Bauvorhaben beitragen.

Weitere Informationen:

Bild 2. Automatisch messendes Tachymeter im Bahnhof Slussen (Fotos: intermetric)

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intermetric GmbH Dipl.-Ing. (FH) Markus Federmann, Dipl.-Math. Ulrich Völter Industriestraße 24, 70565 Stuttgart Tel. (0711) 78 00 39-2, Fax (0711) 78 00 39-7 info@intermetric.de, www.intermetric.de

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Technology and Practical Use of Strain Gages This book is a profound compendium on strain gages and their application in materials science and all fields of engineering.

It covers both the theoretical and practical aspects of strength and stress analysis using the technique of strain gages. A brief historical review about strain gage inventions is looking at the “who, when and how”. The comprehensive bibliography leads to additional background information.

Particular consideration is given to the stress analysis in order to verify the mechanical properties and capacity of components with focus on stability and serviceability, optimization, and safety checks, as well as in order to foresee inspection and monitoring. The practice-oriented descriptions of the principles of the measurement, installation and experimental set-ups derives from the author’s own experiences in the field. Particular emphasis is laid on the correct planning and assessment of measurements, and on the interpretation of the results. Stepby-step guidance is given for many application examples, and comments help to avoid typical mistakes.

Stefan Keil Technology and Practical Use of Strain Gages With Particular Consideration of Stress Analysis Using Strain Gages 2017. 512 pages. € 149.–* ISBN 978-3-433-03138-4 Also available as .

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Software für Aufmaß, Mengenermittlung und Bauabrechnung im Straßenund Tiefbau Die hohe Kunst der Abrechnung von Baumaßnahmen besteht laut dem staatlich geprüften Bautechniker und Meister im Straßenbauhandwerk Tobias Pfleghar darin, keine Positionen zu vergessen und die Massen korrekt zu ermitteln. Denn nur, wenn die Straßen- und Tiefbauunternehmen alle Leistungen in vollem Umfang in Rechnung stellen, werden sie dafür bezahlt. In dieser Hinsicht kommt dem Abrechner eine zentrale Position zu. Unterstützt wird der Bautechniker aus Feldberg im Südschwarzwald dabei von MWM-Libero.

Seit 2009 setzt Tobias Pfleghar (www.tobias-pfleghar.de) das Programm für des Bonner Softwarehauses MWM Software & Beratung GmbH ein, um die Baustellen seiner A­uftraggeber abzurechnen. Dazu erhält er das Leistungsverzeichnis (LV) der jeweiligen Baustellen mit den Einheitspreisen, welches er mittels GAEB-Schnittstelle in MWMLibero importiert. Das Programm stellt das LV mit seinen Positionen und dem entsprechenden Kurztext in einer Baumstruktur auf der linken Bildschirmseite dar. Hier wählt der Bautechniker die entsprechenden Positionen aus und gibt in die am Bildschirm erscheinende Tabelle die Daten ein. Daraus ergibt sich das Ergebnis der Mengenermittlung in MWM-Libero. Tobias Pfleghar übermittelt daraufhin das ausgefüllte Leistungsverzeichnis wieder per GAEB dem Auftraggeber.

Kontinuierlicher Kontakt In regelmäßigen Abständen, manchmal mehrmals in der Woche, besucht der Bautechniker die Baustellen zwecks Mengen­ ermittlung. „Die Poliere stehen stark unter Druck und da können Positionen unter den Tisch fallen. So werden zum Beispiel Schilder abgebaut und vergessen und können nicht in Rechnung gestellt werden“, erläutert der Abrechner. Daher ist es für ihn wichtig, vor Ort zu sein und die erbrachten Leistungen mit dem Polier und dem Bauleiter zu besprechen. Einmal monatlich geht er auch mit den Bauleitern die Abrechnung detailliert durch, damit keine Positionen vergessen werden.

Als Basis für die Besprechungen dient Tobias Pfleghar die in MWM-Libero erstellte Differenzliste, auch als Liste der „Über- und Unterschreitungen“ oder als „Soll-Ist Vergleich“ bezeichnet. Denn in dieser kann er die ausgeschriebenen und beauftragten Leistungsverzeichnismengen mit den erfassten oder abgerechneten Mengen darstellen. Sind z. B. 20 m3 Erdaushub ausgeschrieben, aber nur 3 m3 ab­ gerechnet, fragt er nach. Pfleghar erklärt: „Immer wieder stelle ich fest, dass Arbeiten, die schnell ausgeführt werden, wie zum Beispiel Handaushub, Verkehrsschilder abbauen oder Büsche roden, einfach nicht aufgeschrieben werden.

Mit dieser Vorgehensweise können wir sie erfassen und abrechnen.“ Da bei großen Projekten die Differenzlisten sehr umfangreich sein können, bietet das Programm die Möglichkeit, diese zu filtern. Auswertungen wie „Zeige mir nur die

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Positionen, die noch nicht abgerechnet sind!“ oder „Zeige mir nur die Positionen, die weniger als 90 % Abrechnungssumme haben“ können so schnell erstellt werden.

Viele Einzelrechnungen Da heute die meisten Versorgungsträger Eigenbetriebe sind, ist die Anzahl der Einzelrechnungen bedeutend höher als früher. So muss Pfleghar eine kleine Baumaßnahme in Feldberg von 2,2 Millionen € auf zehn Rechnungen aufteilen. Mit MWM-Libero ist das kein Problem, da sich die Maßnahme in einem Projekt befindet und Pfleghar im Bereich Kriterien, denen die Mengenansätze neben Positionen zugeordnet werden, die zehn Einzelrechnungen angelegt hat. Diese sind den verschiedenen Kostenträgern wie Wasserleitungen, Kanäle, Stromversorgung, Telekom zugeordnet und das unterteilt nach Hauptleitungen und Hausanschlüssen etc. So kann die Abrechnung aufgeschlüsselt nach den entsprechenden Kostenträgern erfolgen.

Hilfreicher Memotext Hilfreich für den Abrechner ist die Möglichkeit, zu jeder Position einen Memotext anzulegen. Bei Besprechungen auf der Baustelle hat Tobias Pfleghar immer sein Notebook dabei: „Damit dokumentiere ich Anmerkungen des Bau­ leiters, des Kalkulators oder auch des Poliers in Bezug auf die Abrechnung der jeweiligen Positionen. Dies können Veränderungen im Bauablauf, zurückgestellte Abrechnungen, Hinweise zum Grad der Fertigstellung etc. sein.“ Zwecks Übersichtlichkeit lässt er diese Positionen automatisch in der Baumstruktur markieren und in eine interne Liste drucken. In „offiziellen“ Ausdrucken erscheinen diese Notizen allerdings nicht. Mit einer Suchfunktion kann Tobias Pfleghar auch bei großen Baumaßnahmen schnell auf seine Notizen zugreifen. Zu Dokumentationszwecken kann er mittels einer Vorlage gezielt Memotexte mit ausgewählten Stichwörtern ausdrucken und erzeugt so einfach und schnell To-Do-Listen. „Bei langen Laufzeiten der Baustellen kann ich noch nach Jahren schnell auf meine Notizen zugreifen und diese dem Auftraggeber gegenüber dokumentieren“, so der Abrechner.

Keine Mengen, kein Geld Keine Mengen bedeutet kein Geld für das ausführende Unternehmen. Doch die Erfassung aller verbauten Mengen für die Rechnungsstellung kann äußerst aufwendig sein und es können schnell mehrere Hundert Seiten zusammenkommen. MWM-Libero ermöglicht neben der posi­ tionsweisen eine tabellarische Mengenerfassung. Hierbei wählt Tobias Pfleghar die gewünschten Positionen sowie Kriterienwerte. Diese stellt die Software dann tabellarisch

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

dar. Er muss dann nur noch von Spalte zu Spalte klicken und die Werte eingeben. Diese Vorgehensweise ist wesentlich schneller und überschaubarer als die positionsweise Erfassung. Eine so erstellte Tabelle kann er auch als Vorlage auf dem Tablet nutzen und die Werte handschriftlich eingeben oder die Tabelle als Ausdruck mit auf die Baustelle nehmen. Selbstverständlich kann er, während er Eingaben tätigt, neue Positionen oder Kriterienwerte angelegen oder diese aus anderen Tabellen übernehmen.

Schnelles Arbeiten und Nachvollziehbarkeit Mit MWM-Libero sind für den Bautechniker ein schnelles Arbeiten sowie jederzeit eine Nachvollziehbarkeit der Daten möglich. So kann Tobias Pfleghar eine eingescannte Skizze an das entsprechende Aufmaßblatt anfügen und seine Bauabrechnungen nicht nur mit Fotos, sondern auch mittels PDF-Dateien dokumentieren. Auch kann er die Mengenermittlung mit einem A4-Ausschnitt aus einer CAD-Zeichnung erläutern. Das Programm ergänzt die

e­ inzelne PDF-Seite mit einer Projektüberschrift und einer neuen Seitennummer. Damit ist der komplette Ausdruck – Mengenermittlung und integrierte PDF-Dateien – revi­ sionssicher beschriftet und nummeriert.

Für Tobias Pfleghar ist Abrechner ein Traumberuf. „Ich habe Kontakt mit Menschen, bin genauso auf der Baustelle wie im Büro und kann flexibel arbeiten.“ Durch das konsequente Erfassen aller Mengen und Positionen gibt er den Straßen- und Tiefbauunternehmen die Sicherheit, dass diese alle Leistungen ihren Auftraggebern in Rechnung stellen können. MWM-Libero als flexibles Programm, bei dem eine umfangreiche Funktionalität der Benutzerfreundlichkeit nicht im Wege steht, unterstützt den Straßenbauhandwerksmeister dabei optimal.

Weitere Informationen: MWM Software & Beratung GmbH Combahnstraße 43, 53225 Bonn Tel. (0228) 400 68-0, Fax (0228) 400 68-43 info@mwm.de, www.mwm.de

BIM – Implementierung

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Die einen halten Vorträge über die Digitalisierung des Bauens ohne die drei Buchstaben BIM, die anderen warten lieber noch mal ab und es soll hier und da auch noch jene geben, denen die drei Lettern ein Buch mit sieben Siegeln sind. Fest steht einstweilen nur, dass die BIM-Methode ein wesentlicher, doch nicht der einzige Aspekt der Digitalisierung des Bauens ist. Dem trägt das 2017er BIM-Special Rechnung. Es steht – vielleicht noch – BIM drauf, aber es ist Digitalisierung drin.

Entsprechend befasst sich die diesjährige Ausgabe des Heftes mit der Implementierung digitaler Prozesse, dem dafür erforderlichen Projektmanagement und natürlich dem damit einhergehenden Wandel von Arbeit- und Unternehmensstrukturen. Der entscheidend wichtigen Frage der Normenfindung wird ebenso Raum gegeben wie der nach Ausbildung, neuen Berufen und Baurechtsfragen. Ferner finden augmented, mixed und virtual reality, Robotereinsatz, Automatisierung, der ganze Bereich von smart building und lean construction genauso Darstellung wie BIM und die Hersteller, BIM in AVA und Controlling und der Blick ins Ausland. Praxisnahe Projektberichte und Fachbeiträge runden das Themenspektrum ab.

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Hrsg.: Ernst & Sohn BIM – Building Information Modeling November 2017. 162 Seiten. € 25,–* Bestell-Nr.: 2134 1716 Auch als erhältlich

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* Der €-Preis gilt ausschließlich für Deutschland. Inkl. MwSt. und Versandkosten. Irrtum und Änderungen vorbehalten. 1077136_dp

Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Messtechnik zur Erfassung physikalischer Größen in der Baudiagnostik, im Denkmal und im Altbau Qualitativ hochwertige Messtechnik hat seit Jahren einen festen Platz in der klimatischen Überwachung von Ausstellungsräumen und Kulturgütern in Museen sowie in der Bestands- und Schadensanalyse denkmalgeschützter Objekte. Mit Hilfe der ­ALMEMO® Messtechnik der Fa. Ahlborn können wichtige physikalische Größen wie Raumlufttemperatur, Raumluftfeuchtigkeit, Oberflächentemperatur, Materialfeuchte, Wärmefluss, O2- und CO2-Gehalt der Luft, Mikroklima an Grenzschichten, Riss- und Fugenbewegungen über Wegaufnehmer, Wetterdaten inkl. Globalstrahlung, aber auch Besucherzahlen und periodische Ereignisse wie Heizungszyklen oder Türöffnungszeiten über lange Zeiträume erfasst und ausgewertet werden.

Oft dienen die Messsignale auch zur Steuerung von Heizungs- und Lüftungssystemen für die Klimastabilisierung in Räumen mit Wand- und Deckengemälden oder wert­ vollen Fresken vor und nach einer konservatorischen Behandlung. Durch die Möglichkeit der Vernetzung einzelner Geräte wird ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug auf die Verteilung von Messstellen in unterschiedlichen Räumen mit anschließender zentraler Verarbeitung oder Weiterleitung der Messwerte erreicht.

Die Verbindung der Messgeräte kann drahtgebunden über das ALMEMO® Netzwerk (RS422), über Ethernet, dLAN oder kabellos über WLAN oder Bluetooth erfolgen.

Für unzugängliche Messorte stehen drahtlose Fühlerverbindungen zur Verfügung. Die Messwerte können vor Ort gespeichert aber auch mit moderner Datenkommunikation über GPRS-Modem oder DSL-Verbindungen direkt an ­einen entfernten PC übertragen werden.

Für die Erfassung und Messdatenverarbeitung wurde die Software AMR WIN Control entwickelt. Sie ermöglicht zusätzlich die komfortable Programmierung und Bedienung der ALMEMO® Messgeräte. Die erfassten Messwerte können dargestellt, mathematisch verarbeitet, gespeichert,

Mit der ALMEMO ® Messtechnik der können wichtige physikalische Größen der Bestands- und Schadensanalyse denkmalgeschützter Objekte erfasst und ausgewertet werden (Foto: Ahlborn)

ausgedruckt und zur weiteren Verarbeitung (auch online) in andere Programme exportiert werden. Aus den erfassten bzw. berechneten Größen können Alarmzustände abge­ leitet und Steuerungen vorgenommen werden. Die Windows-Oberfläche und die kontextsensitive Online-Hilfe der Software garantieren eine schnelle Einarbeitung und eine sichere Bedienung des Programms.

Weitere Informationen: Ahlborn Mess- und Regelungstechnik GmbH Dieter Ahlborn Eichenfeldstraße 1, 83607 Holzkirchen Tel. (08024) 30 07-0 dieter.ahlborn@ahlborn.com, www.ahlborn.com

Datenlogger ALMEMO® 710 zur Erfassung aller Messdaten in der Bausanierung

AHLBORN Mess-und Regelungstechnik GmbH • Tel: 08024/3007-0 • info@ahlborn.com

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Ulrich Sieberath n Gerhard Wackerbauer n Anyke Aguirre Cano

Prüfung des Feuerwiderstands: Prüftechnik für großformatige Fenster, Fassaden, Verglasungen, Türen und Tore Im „Prüffeuer“ des ift Brandschutzzentrum in Rosenheim werden keine „Zauberringe“ geschmiedet, sondern 20 Brenner mit je 600 kWh Leistung entfachen ein „Normfeuer“ mit bis zu 1.200 °C, das exakt der Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) gemäß EN 1363-1 entspricht. Damit kann der Feuerwiderstand von ­Türen, Toren, Wänden, Verglasungen und anderen Bauelementen geprüft werden, um sicher zu stellen, dass diese auch bei e­ inem Brand für 90 Minuten und länger standhalten.

Falls die Brandschutzelemente im Ernstfall versagen und Menschen zu Schaden kommen, wird üblicherweise die Justiz aktiv, um die Ursachen zu untersuchen. Dann wird das „Unterste nach oben gekehrt“ und natürlich auch untersucht, ob die eingesetzten Brandschutzelemente funk­ tioniert haben, die notwendigen Prüfzeugnisse vorliegen und ob diese den Vorschriften entsprechen.

Fassaden, Verglasungen, Türen und Tore werden immer größer. Um realistische Prüfergebnisse zu erhalten, müssen auch die Prüföfen größer werden. Deshalb hat das ift im ift-Brandschutzzentrum einen Brandofen mit 8 m Breite und 5 m Höhe errichtet.

Das ift-Brandschutzteam unter Leitung von Dr. Gerhard Wackerbauer und Anyke Aguirre Cano prüft seit vielen Jahren den Feuerwiderstand und das Brandverhalten von Bauelementen und Baustoffen. Dabei kommt es vor

allem auch auf die exakte Steuerung der Brandprüfung nach normativen Vorgaben mit entsprechenden Toleranzen an.

Groß und trotzdem nach Norm brennen – geht das auch bei großen Brandöfen?

Lange war man bei Brandprüfungen auf „kleine“ Brandöfen mit Öffnungen von 3 m × 3 m angewiesen. Da auch im Brandschutz die Bauteile immer größer werden, mussten die Prüfstellen die Prüfungen so gut es ging extrapolieren. Die Praxis zeigte jedoch, dass verlässliche Aussagen zum Feuerwiderstand nur durch Prüfung an großen Prüfelementen zu gewinnen sind. So wurden immer größere Brandöfen gebaut, die die Schwächen und Grenzen so mancher Extrapolationsregel bewiesen haben. Deshalb ist ein genauer Blick auf und in die Brandöfen interessant, um zu verstehen, wie ein „Normfeuer“ gesteuert und das gesamte Bauelement den normativ festgelegten Belastungen ausgesetzt wird. Dabei gibt es recht großzügige normative Toleranzen für den Brandofen. Hier darf die Temperaturverteilung um ± 100 °C vom festgelegten Temperaturwert (i. d. R. die Einheits-Temperaturzeitkurve ETK) abweichen.

Bedenkt man, dass bei der Temperatur auf der Oberfläche des Probekörpers bereits eine Überschreitung von 1 °C

Bild 1. Das „Prüffeuer“ im 8 m × 5 m großen Brandofen des ift-Brandschutzzentrums garantiert reproduzierbare, verlässliche und normkonforme Prüfungen, die weltweit zum Nachweis des Feuerwiderstands verwendet werden können

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Bild 2. Die Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) des ift-Brandofens 8 m × 5 m zeigt, dass der normative Grenzwert der EN 1363-1 optimal eingehalten und die Belastung des Probekörpers ideal den Normvorgaben entspricht

über dem Grenzwert die erreichte Klasse beeinflussen kann, so wird deutlich wie essenziell eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Brandofen ist.

Temperaturverteilung Wer Brandprüfungen an wärmeisolierenden Gläsern aufmerksam verfolgt, wird feststellen, dass das Aufschäumen der isolierenden Schichten in einem kleinen Bereich anfängt und sich dann schnell ausbreitet. Da die Reaktion der aufschäumenden Mittel genau ab einer bestimmten Temperatur beginnt, kann man die räumliche und zeitliche Temperaturverteilung im Brandofen sehr gut beobachten.

Die Brenner zur Erzeugung der Temperatur im Brandofen sind in der Regel seitlich angeordnet, mit Flammen parallel zur Oberfläche. Die Abgase werden meist zentral über wenige Öffnungen aus der Mitte der Ofenrückwand abgesaugt. Beides zusammen sorgt für eine höhere Temperatur in Ofenmitte. Um nun den Probekörper gleichmäßig belasten zu können, kann man einen Brandofen so groß bauen, dass die kühleren Bereiche außerhalb der Prüföffnung liegen. Am ift Rosenheim war der „alte“ 3 m × 3 m Brandofen nach diesem Prinzip konzipiert, d. h. die Prüföffnung war 3 m und die Kammerselbst 4 m breit. Zusätzlich gab es statt einer Öffnung sechs Abgasöffnungen, sodass eine gleichmäßige Belastung des Probekörpers mit der ETK erreicht wurde. Dieses Prinzip wurde im neuen ift Brandschutzzentrum auf den großen Wandprüfofen übertragen.

Der Ofen hat eine Maximalmaß von 8 m Breite bei einer Höhe von 5 m, die für die Prüfung voll ausgenutzt werden können. Die Abgase werden über eine variable Anzahl von Öffnungen abgesaugt, sodass sich bei Prüfungen in der Größe 5 m × 5 m eine ideale und sehr homogene Temperaturverteilung ergibt.

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Was ist aber bei Prüfungen von XXL Bauelementen, die die ganze Ofengröße von 8 m Breite nutzen müssen?

Für optimale Prüfbedingungen, muss das bekannte Pro­ blem des deutlichen Temperaturabfalls an den Rändern und den höheren Temperaturen in der Mitte vermieden werden. Deshalb haben die Ingenieure des ift Rosenheim zusammen mit dem Ofenbauer der ift MessTec (eine Tochter des ift) innovative Lösungen entwickelt. Durch den Einbau von „Temperaturverteilern“ im Ofenraum wird auch bei Ausnutzung der gesamten Ofenöffnung von 8 m Breite und 5 m Höhe eine ideale, gleichmäßige Temperaturverteilung geschaffen, die weder die Ränder unter-, noch die Mitte überbelastet und damit das Risiko des frühzeitigen Versagens der Probekörper durch Spannungsrisse verhindert. Damit steht den Herstellern feuerwiderstandsfähiger Bauteile ein Brandofen mit hervorragender Temperatur- und Druckverteilung zur Verfügung, der die normativ erlaubten Toleranzen optimal einhält, und das in den Größen 5 m × 5 m und 8 m × 5 m.

Öl- oder Gas – (k)eine Frage der Technik!

So lange es Brandprüfungen gibt, wird die Frage nach dem richtigen Brennstoff diskutiert. In alten DIN-Normen wurde noch Holz als Brennstoff verwendet, der dann durch Öl abgelöst wurde. Seit Einführung der europäischen Brandprüfnormen darf auch Gas verwendet werden. Um es vorwegzunehmen – heiß wird es bei allen Brennstoffen.

Waren ältere Ölbrenner noch schwer zu steuern, weil diese nur im „an“ oder „aus“ Modus betrieben werden konnten, so können die modernen Ölbrenner im TZ „feinfühlig“ wie Gasbrenner gesteuert werden. Auch die gelb leuchtenden „Fackeln“ alter Ölbrenner und die damit verbundene übermäßige Lufterhitzung, Wärmestrahlung und Rußbildung

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Bild 3. Das zeitlich gleichmäßige Aufschäumen der Schichten einer Brandschutzverglasung zeigt die Temperaturverteilung am Probekörper und ist ein guter Indikator für die Ofenqualität

gehören der Vergangenheit an. Die Flammen moderner Ölbrenner sind so kompakt und die Abgase so heiß wie bei Gasbrennern. Der Ofenraum wird so erwärmt, dass die Hitze in Form von Wärmestrahlung an den Probekörper abgegeben wird, sodass es bei der Belastung keine Unterschiede zu Gasbrennern mehr gibt. Auch der heftige Druckstoß, der früher beim Zünden von Ölbrennern entstand und ein Probekörper schädigen konnte, gibt es bei modernen Brennern nicht mehr in dieser Form.

Druckverteilung Die Druckverteilung im Brandofen beeinflusst die Ver­ teilung der heißen Gase, die durch Undichtigkeiten eine

erhebliche Wärmemenge in die Fugen der Probekörper bringt. Deshalb ist auch die Druckverteilung Teil der Überprüfung des Brandofens nach EN V 1363-3. Bedenkt man die großen Mengen an Brennstoff und die damit einher­ gehende Verbrennungsluft und Abgase, ist es erstaunlich, dass sich doch ein gleichmäßiger Druckgradient einstellt.

Das ist nur möglich, wenn die Abstimmung von Ofengröße und Abgasöffnungen stimmt. Hierfür sind langjährige Erfahrung und Kompetenz bei Konstruktion und Betrieb von Brandöfen Voraussetzung, über die die Experten des ift Rosenheim, ift MessTec und Peiner Ofenbau verfügen, ­sodass die Abnahme und Kalibrierung des neuen Ofen im TZ ohne Probleme bestanden wurde. Der normativ notwendige Druckwert wird früher als gefordert (s. Bild 3, gestrichelte Linien) bereits nach 1–2 Minuten erreicht und mit hoher Präzision für den Rest der Prüfung eingehalten. Auch bei druckempfindlichen Feuerschutzvorhängen wurde eine Standardabweichung von nur σ = 1 Pa erreicht. Zum Vergleich: Die Windstärke 1 („leiser Zug“) nach Beaufort entspricht 10 Pa, Windstärke 3 („schwacher Wind“) entspricht bereits 70 bis 180 Pa.

Fazit Die beiden Brandöfen (8 m × 5 m und 5 m × 5 m) mit ­ odernster Brenner- und Abgastechnik garantieren den m Herstellern von feuerwiderstandsfähigen Bauteilen im ift Brand­schutzzentrum normkonforme, verlässliche und reproduzierbare Prüfbedingungen. Zum Service gehören auch die schnelle und termingerechte Abarbeitung der Prüfaufträge und die kompetente Beratung der Kunden durch die erfahrenen ift-Experten in Nürnberg und Rosenheim. In Nürnberg planen und koordinieren die Experten

Bild 4. Der Druckverlauf bei Brandprüfung mit Vorgabe 20 Pa zeigt, dass der normative Grenzwert optimal eingehalten und so die Belastung des Probekörpers auf ein Minimum reduziert wird (Foto/Grafiken: ift Rosenheim GmbH)

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

der Notifizierten Produktzertifizierungsstelle (NPZ) die Probekörper und Prüfungen gemäß dem Motto „so viel Prüfungen wie nötig und so wenig wie möglich“. 2018 kommen in Rosenheim weitere Brandöfen hinzu, um Herstellern die wirtschaftlichsten Prüfkombinationen anbieten zu können.

beschläge – Teil 1: Feuerwiderstandsprüfungen für Türen, Tore, Abschlüsse und Fenster.

[5] Normen (-auszüge) sind mit Kenntnis des DIN Deutsches Institut für Normung e. V. veröffentlicht. Maßgebend für das Anwenden der DIN-Norm ist deren Fassung mit dem neusten Ausgabedatum wiedergeben, die bei der Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin, erhältlich ist.

Literatur

Weitere Informationen:

[1] EN 1363-1 – Feuerwiderstandsprüfungen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen.

[2] V ENV 1363-3 – Feuerwiderstandsprüfungen – Teil 3: Nach­ weis der Ofenleistung.

[3] EN 16034 – Türen, Tore und Fenster – Produktnorm, Leistungseigenschaften – Feuer- und/oder Rauchschutzeigenschaften.

[4] EN 1634-1 – Feuerwiderstandsprüfungen und Rauchschutzprüfungen für Türen, Tore, Abschlüsse, Fenster und Bau­

ift Rosenheim GmbH Theodor-Gietl-Straße 7–9, 83026 Rosenheim Tel. (080 31) 261-21 50, Fax (080 31) 261-290 Benitz@ift-rosenheim.de, www.ift-rosenheim.de Professor Ulrich Sieberath (Leiter des ift Rosenheim) Dr. Dipl.-Phys. Gerhard Wackerbauer (Leiter der Notifizierten Produktzertifizierungstelle Brandschutz im ift Rosenheim) Dipl.-Ing. (FH) Anyke Aguirre Cano (Prüfstellenleiterin für den Bereich Brandschutz und Feuerwiderstand im ift)

Mit Lichtgeschwindigkeit den Wassergehalt von Frischbeton, Sand, Kies und Splitt überprüfen Ein neues Messverfahren auf Radarbasis, die SONO-Technologie, ermöglicht erstmalig eine wichtige Anwendung in der Bauindustrie: die schnelle Bestimmung des Wassergehaltes von Frischbeton, Sand, Kies und Splitt.

Die Probleme sind allseits bekannt. Transport- wie auch Werksbeton sind, sofern sie materialgerecht verarbeitet werden, langlebig und halten in Optimalfällen 80 bis 120 Jahre. Betonbauwerke wie Brücken und Sichtbetonfassaden müssen jedoch oft bereits wenige Jahre nach ihrer Erstellung aufwendig saniert oder abgerissen werden. Ein korrekter w/z-Wert ist der maßgebliche Faktor für lang­ lebigen Beton. Wenn der w/z-Wert nicht stimmt, können sich erhebliche Nachteile für Beton und das Betonbauteil ergeben, wie z. B. schlechtere Verarbeitbarkeit, größere ­Poren als erwartet, geringere Druckfestigkeit, Frostempfindlichkeit, Verringerung des Schutzes für den Bewehrungsstahl, geringere Tragfähigkeit, Schwinden von Beton, Rissbildung oder Abplatzungen.

Die schnelle Kontrolle des korrekten Wassergehaltes von Transport- und Fertigteilebeton mit Fließmaß F2–F6 garantiert, dass spätere Probleme am Beton ausgeschlossen werden können. Die bisherige Darr-Methode ist in der Praxis nur bedingt einsetzbar.

Die Probleme bei der Kontrolle des Wassergehaltes mit dem bisherigen Darr-Prüfverfahren sind: –– Die Darr-Prüfung dauert mit bis zu einer halben Stunde zu lange, der Beton bindet in dieser Zeit ab und die Verarbeitbarkeit leidet darunter.

–– Beim Darren mit einem Gasbrenner muss darauf geachtet werden, dass keine Feststoffpartikel in die Luft (oder aus dem Darrbehälter!) entweichen, da sonst durch Gewichtsverlust zu hohe Feuchtewerte ermittelt werden.

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Bild 1. SONO-WZ Sonde: Grün dargestellt ist die Radarwelle, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit entlang der Sonde läuft. Ähnlich wie beim Computertomografen wird der Frischbeton Schicht für Schicht scheibenförmig vermessen. Die Laufzeitmessung erfolgt mit einer Auf­ lösung von 1 Picosekunde. Die 12. Stelle nach dem Komma entspricht 1 Terahertz

Manche Anwender rühren den Frischbeton beim Darren, andere rühren ihn nicht und entsprechend gibt es Differenzen beim Darrwert.

–– Beim zu langsamen Darren besteht die Gefahr, dass das freie Wasser des Frischbetons im Zement gebunden wird. Das Messergebnis beim Wiegen der Probe wäre verfälscht, weil das Wasser in der Darre chemisch bzw. kristallin gebunden und der ermittelte Darr-Wassergehalt dadurch zu niedrig wäre.

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Die SONO-WZ Sonde als „Feuchte-Tomograf – Messablauf Einstellung Zur Voreinstellung auf den Beton dient der Parameter CHAR, welcher die Sieblinie A, B, C oder U repräsentiert. Mit G-Set wird einmalig die Kernfeuchte bzw.

Gesteinsart festgelegt. Zur Wassergehaltsbestimmung ist dann nur noch die Eingabe der Rohdichte des Frischbetons erforderlich.

Bild 2. Voreinstellung der Parameter für die Messung

Bild 5. Auswertung der M ­ essergebnisse

Messung SONO-WZ mehrmals nacheinander in den Frischbeton im ­Eimer einbringen und per Tastendruck einzelne Messungen durchführen.

Bild 3. Einbringen der Feuchte­sonde SONO-WZ in den Frischbeton

Auswertung/Ergebnis Der Wassergehalt in l/m3 sowie weitere wertvolle Messergebnisse werden übersichtlich dargestellt.

Bild 6. Messung der Feuchte im Sand

Bild 4. Darstellung der Mess­ergebnisse

–– Beim Darren mit einem Mikrowellenofen ist auf die Trocknungszeit bei entsprechender Leistung (800 W oder 1.000 W) und der Menge der Darrprobe (z. B. 1,5 kg bis 2 kg) zu achten. Darrwert-Abweichungen bis zu 10 l/m3 von Gasbrenner und Mikrowelle bei derselben Probe sind nicht selten.

–– Beim Wiegen der getrockneten Darr-Probe muss auf die Temperatur der Darr-Probe geachtet werden. Beim Wiegen einer sehr heißen Darr-Probe kann durch AuftriebsLuftströmungen ein nicht unerheblicher Fehler in der Waage erzeugt werden.

Die Messung des Wassergehaltes von Frischbeton war mit elektronischen Sensoren bisher nicht möglich.

Bild 7. Die SONO-M1 Feuchtesonde kann optional zum SONO-WZ mitbestellt werden

Probleme mit kapazitiven und Mikrowellenmessverfahren

in Verbindung mit Wasser eine äußerst hohe Leitfähigkeit, die bei Frischbeton mit z. B. feingemahlenem 52.5 Zement bis zu 45 dS/m betragen kann. Mit dem patentierten TRIME-Messverfahren in Verbindung mit den SONO-Sonden kann dieser extrem hohe Leitfähigkeitsbereich abgedeckt werden.

Kapazitive und Mikrowellenfeuchtesonden haben einen eingeschränkten Leitfähigkeitsbereich, in welchem die Feuchte gemessen werden kann, und eignen sich damit nicht zur Messung der Feuchte in Frischbeton. Zement hat

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

SCHLUSS

MIT UMSTÄNDLICHEM DARREN Bild 8. Der komplette Messkoffer (Fotos/Grafiken: IMKO Micromodultechnik GmbH)

Vermessung der Zuschlagsstoffe mit der Handsonde ­SONO-M1 Nur mal schnell wissen, wie feucht angelieferter Sand und Kies ist? Oder prüfen, ob der Wassergehalt des Materials für die weitere Verarbeitung stimmt? Dafür musste man bisher aufwendig darren oder eine andere umständliche Messung vornehmen. Das gehört nun endlich der Vergangenheit an. Eine echte Alternative zum aufwendigen Darren oder umständlichen CM-Messen von Sand, Kies und Split ist die Feuchtesonde SONO-M1: Zur Messung einfach die Sonde an das Handmessgerät SONO-DIS anschließen. Die Sondenstäbe werden einfach in das Material eingeführt und der Startknopf zur Messung gedrückt.

Innerhalb von zwei Sekunden wird der Feuchtemesswert auf dem gut lesbaren Display angezeigt. Während beim Darren i. d. R. nur 3 kg vermessen und beim CM-Messen nur ca. 30 g beprobt werden, erhält man beim HD2 mit nur einer Messung bereits den Feuchtegehalt von 1,5 kg.

Bei Wechsel auf den Betriebsmodus „Mittelwert“ werden mit nur sechs Messungen in wenigen Sekunden 9 kg Material präzise und schnell vermessen.

Nur mal schnell wissen wie feucht angelieferter Sand und Kies ist? Oder prüfen ob der Wassergehalt meines Frischbetons stimmt? Dafür musste man bisher aufwändig darren oder eine andere umständliche Messung vornehmen. Das gehört nun endlich der Vergangenheit an. Mit der revolutionären TRIME®Radartechnik im HD2 und SONO-WZ präsentiert die Fa. IMKO GmbH zwei handliche und robuste Messsysteme zur schnellen Feuchtemessung für Sand, Kies, Split und Frischbeton.

1.

DIE LÖSUNG FÜR SAND, KIES, SPLIT UND BLÄHTON Geste ... auch fü r inskör nunge rezyklierte n gee ignet!

HD2 – das mobile Feuchtemessgerät für Sand, Kies und Split

2.

DIE LÖSUNG FÜR FRISCHBETON

Weitere Informationen: IMKO Micromodultechnik GmbH Am Reutgraben 2, 76275 Ettlingen Tel. (07243) 59 21-0, Fax (07243) 59 21-40 info@imko.de, www.imko.de

SONO-WZ – der Wasser/Zement-Analysator für Frischbeton

Schnell, Präzise, Robust!

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Prof. Dr.-Ing. Andrei Walther n Martin Wilcke

Qualifizierte Schadensaufnahme – Voraussetzung für eine gelungene Beton­ instandsetzung Für jede dauerhafte Betoninstandsetzung ist eine eingehende Zustandsanalyse der vorhandenen Bausubstanz und ihres spe­ zifischen Schadensbildes eine unabdingbare Voraussetzung. Vor allem bei standsicherheitsrelevanten Stahlbetonbauteilen ist eine zuverlässige und statistisch belastbare Kenntnis des Schädigungsgrades erforderlich. Nur so können die notwendigen ­Instandsetzungsmaßnahmen hinsichtlich der Wiederherstellung der Standsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimal gelöst werden. Unter Zuhilfenahme von geeigneten zerstörungsfreien sowie zerstörungsarmen Prüfverfahren können der erforderliche Instandsetzungsaufwand schnell und realistisch eingeschätzt bzw. während der Instandsetzungsarbeiten notwendige Pro­ blemlösungen unterstützt werden.

Nahezu alle technologisch hergestellten oder aufgewerteten Werkstoffe unterliegen dem natürlichen Bestreben nach energiearmen Gleichgewichtszuständen. Diese Reaktion eines Werkstoffes mit seiner Umgebung, welche seine messbare Veränderung bewirkt und zu einer Beeinträchtigung seiner Funktion oder eines ganzen Systems führt, wird als Korrosion bezeichnet. Häufig sind erst optisch wahrnehmbare Korrosionseffekte und Schadensbilder an Stahlbetontragwerken Ausgangspunkt für die Entscheidung, Instandsetzungsmaßnahmen durchzuführen. Der nicht sichtbare Anteil der Schädigung kann jedoch eine weitaus höhere Funktionsbeeinträchtigung nach sich ziehen und im Verlauf der Instandsetzungsarbeiten für erhebliche Erweiterungen des notwendigen Aufwandes sorgen. Deshalb sind zur Beurteilung des inneren Zustands von Bauteilen Untersuchungen notwendig.

Untersuchung vor Planung Sowohl in der europäischen DIN EN 1504-9 als auch in der in Deutschland weiterhin bauaufsichtlich gültigen Richt­ linie des DAfStb „Schutz und Instandsetzung von Stahlbetonbauteilen“ ist die Notwendigkeit zur Feststellung des aktuellen Zustands der Bauwerke (Ist-Zustand) eindeutig formuliert. Zerstörungsfreie sowie zerstörungsarme Prüfverfahren bilden ein sinnvolles Instrument zur Erfassung des Ist-Zustandes.

Gemäß Landesbauordnungen (LBO) ist der Eigen­ tümer zur Abwehr von Gefahren verpflichtet, welche aufgrund von bereits vorhandenen oder zukünftigen Mangelzuständen ausgehen können. Somit besteht bereits vor Ausführung der notwendigen Instandsetzungsarbeiten ein Informationsbedürfnis auf Bauherrnseite. Durch die Feststellung und die Beurteilung des Ist-Zustandes und des vorhandenen Schadensbildes sowie die Erarbeitung eines Instandsetzungskonzepts können die Voraussetzungen für eine technisch und wirtschaftlich sinnvolle Instandsetzung geschaffen werden.

Die VDI-Richtlinie 6200 gibt eindeutige Hinweise und Definitionen zur regelmäßigen Überprüfung der Stand­ sicherheit von Bauwerken aller Art, mit Ausnahme von

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Bild 1. Bewehrungskorrosion

Verkehrsbauwerken, und enthält diesbezügliche Beurteilungs- und Bewertungskriterien sowie Handlungsanweisungen und Empfehlungen für die Instandhaltung.

Schadensarten an Stahlbeton Für eine qualifizierte Schadensaufnahme an Betonbauteilen ist ein grundlegendes Verständnis der wichtigsten Schädigungsmechanismen an Stahl- und Spannbetontragwerken erforderlich.

Durch Fehler in Ausführung und Planung sowie in Verbindung mit physikalischen, chemischen und mechanischen Einwirkungen können sich vielfältige Schadensbilder an Betonbauteilen entwickeln und mitunter sogar gegenseitig verstärken.

Angriffsart

Schadensursache

Mechanisch

Überlastung Bewegung Brand Schlagbeanspruchung

Chemisch

Treibend (AKR, Kalk & Magnesia, Sulfat) Lösend (weiches Wasser, Salze, Fette & Öle) Carbonatisierung

Physikalisch

Temperatur Feuchtigkeit Erosion Frost-/Tauwechsel

Elektrochemisch

Korrosion Chloridinduzierte Stahlkorrosion

Biologisch

Bakterien Pilze

Wichtige Untersuchungsverfahren Für die erforderliche Beurteilung des Ist-Zustands eines Bauwerks und die Ermittlung von Qualität sowie Bestän-

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

digkeit der Baustoffe müssen notwendige Prüfungen und messtechnische Untersuchungen am Bauteil fachgerecht durchgeführt werden. Die Kiwa GmbH bietet hier unter anderem die folgenden Möglichkeiten: Sichtprüfung auf Risse Durch die Inaugenscheinnahme der zu untersuchenden Bauteile können sich erste Hinweise auf Schädigungsgrad und -ursache ergeben. Ein vorsichtiges Abklopfen der Bauteilstruktur mit einem Zimmermannshammer sowie die Ermittlung von vorhandenen Rissbreiten macht häufig ein erstes Einschätzen des inneren Zustands möglich.

Bestimmung der Druckfestigkeit Die Untersuchung zur Ermittlung der Betondruckfestigkeit erfolgt zerstörungsfrei mit dem Rückprallhammer nach Schmidt. Dabei wird die Einschätzung der Druckfestigkeit über die Messung der Härte des Betons an der Oberfläche und mit Umrechnungsbeziehungen erreicht. Da sich die Gültigkeit der Messungen auf den oberflächennahen Beton beschränkt und zusätzlich durch die Carbonatisierung beeinflusst wird, empfiehlt es sich, die zerstörungsfreien Druckfestigkeitsuntersuchungen an repräsentativen Prüfstellen durch Bohrkernentnahmen und deren zerstörende Festigkeitsprüfungen im Labor zu kalibrieren.

Wenn die linke Hand weiß, was die rechte macht.

Kiwa – Ihr Partner in den Bereichen Testen, Inspizieren und Zertifizieren.

Bewehrungsortung Die Erfassung der vorhandenen Bewehrungslagen in Stahlbetontragwerken ist Teil der Grundlagenermittlung für die Bestimmung der Resttragfähigkeit sowie für die Festlegung von Durchbrüchen und Bohrungen. Beim zerstörungsfreien magnetischen Impuls-Induktionsverfahren wird die ferromagnetische Eigenschaft der Betonbewehrung genutzt. So lässt sich deren Wechselwirkung mit dem Primärfeld der Erregerspule durch Messung eines sekundären Magnetfeldes in der Empfangsspule aufzeichnen und anschließend auswerten. Die Messungen können sowohl als Linienmessung als auch im Flächenraster erfolgen. Durch zerstörungsarme Bauteilöffnung an bereits offen zugänglichen liegenden Bauteilen kann durch Kalibrierung und Verifikation die Aussagequalität der Messergebnisse gesteigert werden.

Endoskopie Durch eine Endoskopie können Informationen über innenliegende Schäden gesammelt werden, ohne das gesamte Bauteil öffnen zu müssen. Über eine kleine Bohrung zum Einführen der optischen Instrumente wird die visuelle Inspektion ermöglicht.

Hohlstellendetektion Neben der akustischen Hammerklopfprüfung steht zur Hohlstellendetektion als modernes ZfP-Bau-Verfahren die Prüfung mittels Ultraschall zu Verfügung. Sie beruht auf der Erzeugung von mechanischen Impulsen durch Prüfköpfe und deren elastische Wellenausbreitung im Bauteil.

Das Verfahren kann als Transmissionsmessung (Sender und Empfänger auf gegenüberliegender Seite) oder Reflexionsmessung (Sender und Empfänger auf der gleichen Seite) angewandt werden. Der baupraktische Regelfall ist aufgrund eingeschränkter Bauteilzugänglichkeit eine Reflexionsmessung. Gemessen wird immer die Laufzeit des

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Ortung von Bewehrung und Einbauteilen Für die Ortung von tiefliegenden Bauteilen kann u. a. das Prüfverfahren mittels Impulsradar eingesetzt werden. Die erzeugten elektromagnetischen Impulse breiten sich wellenförmig aus und werden an metallischen Objekten vollständig reflektiert. Die Aufzeichnung der Messdaten kann als Linienmessung oder im Flächenraster erfolgen und mit Spezialsoftware ausgewertet werden. Aufgrund der starken Dämpfung der elektromagnetischen Impulse durch Wasser ist die exakte Tiefenortung abhängig vom Feuchtegradienten des untersuchten Bauteils. Mit diesem Verfahren lassen sich auch mehrschichtig aufgebaute Strukturen prüfen, da lediglich metallische Einbauteile wie Bewehrung oder Stahlanker zu Totalreflexionen führen und Grenzschichtübergange z. B. zwischen Beton und Luft einen Teil der Impulsenergie transmittieren.

Bild 2. Betonprüfung an einer Hallendecke

Schallimpulses durch das Bauteil. Aus der Variation der Schall-Laufzeit lassen sich Inhomogenitäten wie Hohllagen und Fehlstellen abschätzen. Aufgrund der fast vollständigen Reflexion der Ultraschallwellen am Phasenübergang von Bauteiloberfläche zu Luft ist so auch die Dickenbestimmung von eingeschränkt zugänglichen Bauteilen möglich.

Die Bauzustandsanalyse und die Erfassung sowie Dokumentation des Schadensbildes an Bauteilen aus Stahlbeton müssen so detailliert wie möglich erfolgen. Dies ist Voraussetzung für den Erfolg der Instandsetzungsmaßnahmen.

Dafür ist ein ursachenorientiertes Untersuchungsprogramm für den Einzelfall zu entwickeln.

Zerstörungsfreie Prüfverfahren im Bauwesen können einen wertvollen Beitrag zur qualifizierten Aufnahme von verdeckten Schäden an Stahl- und Spannbetontragwerken leisten. Die zerstörungsfreie Prüfung sowie die ingenieurtechnische Deutung von Messergebnissen sind komplex.

Daher ist die Einschaltung von fachkundigen Experten, wie z. B. die Kiwa, mit fundierten Baustoffkenntnissen unabdingbar.

Literatur [1] Raupach, Michael; Orlowsky, Jeanette: Schutz und Instandsetzung von Betontragwerken, Erkrath 2008. 318 S. [2] Taffe, Alexander; Hillemeier, Bernd; Walther, Andrei: Verifizierung moderner zerstörungsfreier Prüfverfahren an einem Abbruchbauwerk. In: Beton- und Stahlbetonbau 105 (2010), H. 12, S. 813–820.

[3] DIN EN 1504 – Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Beton.

[4] VDI 6200; Richtlinie Standsicherheit von Bauwerken – Regel­mäßige Überprüfung. Februar 2010.

Weitere Informationen:

Bild 3. Moderne zerstörungsfreie Prüfung von Stahlbeton mittels Ultraschall (Fotos: Kiwa GmbH)

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Kiwa GmbH Prof. Dr.-Ing. Andrei Walther, Martin Wilcke Voltastraße 5, 13355 Berlin Tel. (030) 46 77 61-0, Fax (030) 46 77 61-10 InfoKiwaBerlin@kiwa.de, www.kiwa.de

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Holger Evers n Ulrich Weferling

Photogrammetrische Verformungsmessungen bei Belastungs­versuchen an Bauteilen Photogrammetrische Verfahren sind mittlerweile Standardwerkzeuge bei der Geometrieprüfung im Automobilbau ebenso wie im allgemeinen Maschinenbau. Bei Belastungsversuchen im Bauwesen werden photogrammetrische Verfahren nur sehr vereinzelt angewendet. Anhand von Beispielen sollen die Möglichkeiten der Photogrammetrie als Standardwerkzeug zur drei­ dimensionalen Erfassung und Analyse von Deformationen im Bauversuchswesen aufgezeigt werden.

Im Rahmen von Versuchen im Bauwesen, bei denen Wege und Verformungen gemessen werden müssen, kommen oft Wegaufnehmer, Dehnmessstreifen oder Lichtwellenleiter zum Einsatz. Diese antastenden Verfahren arbeiten zuverlässig und erfüllen bei richtiger Kalibrierung die höchsten Genauigkeitsklassen.

Mit den antastenden Verfahren sind jedoch einige bauartbedingte Nachteile verbunden. Wegaufnehmer können pro Sensor nur eine Bewegungsrichtung an einem Punkt aufzeichnen und benötigen für die Installation eine nahegelegene Referenz, deren Installation insbesondere bei großen Bauteilen zeit- und kostenintensiv ist. Dehnmessstreifen sind aufwendig zu applizieren und geben je nach Ausführung die Verformungen nur für einen kleinen Bereich an. Auch die empfindlichen Lichtwellenleiter müssen schlüssig mit dem Bauteil verbunden werden, was sich gerade im Bauwesen oft als problematisch erweist.

Auswahl eines photogrammetrischen Messsystems als Ergänzung zur konventionellen Baumesstechnik Aus diesen Gründen werden zur Ergänzung der bestehenden Messtechnik an der Fakultät Bauwesen der HTWK Leipzig photogrammetrische Messsysteme eingesetzt, um Bauteildeformationen berührungslos, flächenhaft und mit hoher Messfrequenz erfassen zu können. Im Lehrbereich Vermessungskunde sind bis dato für die photogrammetrischen Messungen verschiedene kleinere Programme mit aufwendigen Anpassungen genutzt worden [1]. Um die photogrammetrischen Messverfahren als Standardwerkzeug einsetzen und damit einen größeren Aufgabenbereich abdecken zu können, ist ein kommerzielles Messsystem angeschafft worden, das durch die entsprechende Softwareumgebung einfach und effektiv angewendet werden kann.

Bei der Auswahl des Messsystems mussten verschiedene Fragen zu Messrate, Auflösung und Genauigkeit beantwortet werden. Da im Bauversuchswesen überwiegend quasistatische Versuche mit langsamen Verformungen durchgeführt werden, genügt oft eine geringe Aufnahmerate. Für spezielle Versuche sind jedoch Messfrequenzen von wenigen 10er Hz notwendig. Das gewünschte Messvolumen bewegt sich von ca. 1 dm3 bis mehrere m3, weshalb Kameras mit einem relativ großen Sensor und einer hohen Auflösung erforderlich sind. Da die Genauigkeit photogrammetrischer Systeme mit zunehmenden Messvolumen abnimmt, wurde sich an der DIN ISO 9513 [2] lediglich grob orientiert. Bei kleinen Messvolumen sollten Standardabweichungen von ± 10 mm erzielt werden können.

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Das photogrammetrische Messsystem besteht aus zwei Koordinatenmesssystemen der Firma AICON, DPA und MoveInspect, welche durch die Bildkorrelations-Software (DIC-Software) ISTRA der Limess GmbH ergänzt werden.

Mit DPA können markierte Punkte mit einer handgehaltenen Kamera erfasst und deren Raumlage berechnet werden.

Mit MoveInspect lassen sich Verformungen online mit bis zu 30 Hz Aufnahmefrequenz verfolgen. Alternativ können Dehnungen auf Oberflächen mittels ISTRA ausgewertet werden.

Diese aus dem Maschinenbau kommenden Systeme sind in den letzten drei Jahren bei verschiedensten Versuchen eingesetzt und in ihrer Konfiguration auf die speziellen Bedingungen bei Belastungsversuchen an Bauteilen angepasst worden.

Untersuchungen zur Bodenverdichtung Die Gruppe G2 um Prof. Ralf Thiele an der HTWK Leipzig beschäftigt sich mit der Untersuchung von Verdichtungseinheiten zur effektiven Komprimierung von Böden im mitteltiefen Bereich. Dazu wurden im Rahmen einer Masterarbeit an einem Schnittmodell Bodenproben verdichtet [3]. Mit Hilfe digitaler Kameras konnten die Verschiebungen in den nichtbindigen Bodenproben durch eine Plexiglasscheibe während des gesamten Belastungsversuches berührungsfrei aufgezeichnet werden.

Die Auswertung der Aufnahmen stützt sich ausnahmslos auf das natürliche Muster des Sandes. Mittels der DICMethode lassen sich die Verschiebung der Sandkörner vermessen. Die verwendete DIC-Software ISTRA der Limess GmbH ermöglicht nicht nur die Auswertung von Verschiebungen und Dehnungen (Bild 1). ISTRA bietet auch die Möglichkeit, die Daten in das freie Softwarepaket für numerische Mathematik Scilab zu übertragen, in dem eigene Analysen programmiert werden können. Mit Scilab wurden so Berechnungen zu Porenanzahl, Lagerungsdichte und volumetrischer Dehnung der Bodenprobe durchgeführt.

Bild 1. Bodenverdichtung durch vertikale Belastung (Foto: Lisa Wagner)

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Formerfassung des „Floating Cover“ Um Wasser oder andere Flüssigkeiten in großen Mengen zu speichern, werden u. a. Staubecken angelegt, die mit einer Geomembran abgedichtet sind. In manchen Fällen ist es notwendig, diesen Speicher nach oben mit einer sogenannten Schwimmdecke abzudichten. Bei diesem auch Floating-Cover genannten Verfahren wird die Flüssigkeit zwischen die untere und obere Abdichtung gepumpt.

Da beim Befüllen immer wieder Probleme mit Faltenwurf auftreten, wurden an einem Modell verschiedene Befüllungsvorgänge simuliert und mit DIC-Software überwacht. Ziel des Projektes mit Prof. Said Al-Akel (HTWK Leipzig) war es, die Form der Folie über den gesamten Zeitraum automatisch zu erfassen. Mit Auflegen von Gewichten wurde die Faltung der Schwimmdecke so gesteuert, dass Knicken und ein daraus resultierendes Reißen der Folie vermieden werden konnten. Da hierbei ein Mehr­ kamerasystem zum Einsatz kam, konnte aus jedem Aufnahmetripel ein 3D-Modell gerechnet werden (Bild 2), aus dem die Faltenentwicklung und das Volumen hochaufgelöst bestimmt werden konnten.

Der Zollinger Bogen unter Last

Bild 2. Messung der Volumenänderung während eines Floating-Cover-­Versuches

Im Rahmen des FLEX-Projektes (HTWK Leipzig, Prof.

Dr.-Ing. Alexander Stahr) soll die Brettrippenkonstruktion des sogenannten Zollinger Bogens verbessert werden.

Dazu wurde ein ca. 3 m großes Modell angefertigt und einem Belastungstest unterzogen. Um die dabei auftretenden Verformungen zu messen, wurde das Modell mit über 300 Punkten markiert und sowohl vor als auch nach der Belastung mit ca. 350 Bildern erfasst.

Die daraus berechneten Verformungen werden an den Knotenpunkten der Konstruktion bestimmt (Bild 3). Als Ergebnis konnten die Verschiebungsvektoren aller Messpunkte eindeutig bestimmt werden. Die daraus berechnete Gesamtverformung des Systems ist in Bild 4 zu sehen.

Betonierfugen in Bodenplatten In Zusammenarbeit mit dem Baustoffprüflabor Müller & Lobisch GmbH wurden zur Untersuchung verschiedener Betonierfugen, wie sie in Bodenplatten eingebaut werden, 1 : 1-Modelle einem Belastungstest unterzogen. Wie in Bild 5 zu sehen ist, wird seitlich auf den Fugenbereich geblickt, um die Dehnungen in der Fuge sowie die Rissentwicklung im Beton zu beobachten. Durch die 20 Messpunkte, die im gleichmäßigen Raster an der Stirnfläche appliziert sind, können kleinste Dehnungen und Verschie-

Bild 3. Visualisierung der Verformung nach der Belastung des Zollinger B­ ogens

Bild 4. Verformungsfigur des Zollinger Bogens unter einseitiger Belastung

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Bild 5. Betonierfuge einer Bodenplatte

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

wurden mittels einfacher Punktmarken gekennzeichnet (Bild 6), das Kamerasystem wurde im Abstand von einem halben Meter zum Versuchsaufbau platziert.

Die durch die komplexe Geometrie der Probekörper entstandenen dreidimensionalen Verformungen wurden während des gesamten Versuchs aufgezeichnet. In der anschließenden Analyse der Messergebnisse konnten Schwachstellen der Konstruktion aufgedeckt und verbessert werden.

Literatur

Bild 6. Belastungstest einer Holzknotenverbindung (Grafiken 2–6: Autoren, HTWK Leipzig Fakultät Bauwesen)

bungen über eine Fläche von ca. 30 × 30 cm erfasst werden.

Der gesamte Versuch wurde mit einer zeitlichen Auflösung von 1 Hz aufgezeichnet. Die Vorteile beim Einsatz des optischen Messsystems liegen bei der großen Punktanzahl, wodurch eine flächig aufgelöste Beobachtung erreicht wird.

Zudem handelt es sich um eine berührungslose Messweise, durch die eine Gefährdung der Messtechnik beim schlagartigen Versagen des Prüfkörpers vermieden werden kann.

Optimierung von Holzknotenverbindungen Im Rahmen des ZoLinkR-Projektes (HTWK Leipzig, Prof.

Dr.-Ing. Alexander Stahr) sollen konstruktive Details am sogenannten Zollinger Bogen optimiert werden. Dazu wurden verschiedene Knotenverbindungen entworfen und mithilfe eines Belastungstests untersucht. Die Holzteile

[1] Evers, H.; Wagner, C.: Vergleichender Einsatz photogrammetrischer Systeme zur Erfassung und Analyse von Betonbruchflächen im Bauversuchswesen. In: Luhmann, T.; Müller, C. (Hrsg.): Photogrammetrie – Laserscanning – Optische 3D-Messtechnik. Berlin/Offenbach/M. 2014, S. 190–201.

[2] EN ISO 9513:2002: Kalibrierung von LängenänderungsMesseinrichtungen für die Prüfung mit einachsiger Beanspruchung.

[3] Wagner, L.: Prüfung und Weiterentwicklung der Auswertung von Bilddaten mittels PIV/DIC (Istra 4D/Scilab) mit Bezug auf Verformungen von Boden am Schnittmodell.

Masterarbeit an der HTWK Leipzig, unveröffentlicht, Leipzig 2016.

Weitere Informationen: M.Sc. Holger Evers HTWK Leipzig, Fakultät Bauwesen, Lehrbereich Vermessungskunde Tel. (0341) 30 76 63 45 holger.evers@htwk-leipzig.de, htwk-leipzig.de Prof. Ulrich Weferling HTWK Leipzig, Fakultät Bauwesen, Lehrbereich Vermessungskunde Tel. (0341) 3076 6249 ulrich.weferling@htwk-leipzig.de

Thermografie im Bauwesen Der thermografische Einsatz im Bauwesen erfolgt traditionell zum Nachweis von Dichtungs- und Dämmungsfehlern, die als Bauplanungs- und Ausführungsmängel auftreten können. Um seriöse Messungen an Gebäuden durchzuführen, sind generell Messungen aus dem Außen- und dem Innenbereich notwendig, da sehr viele thermische Schwachstellen nur aus dem Innenbereich lokalisiert werden können. Weiterhin muss bei einer Gebäudemessung eine Temperaturdifferenz von innen nach außen von mindestens 15 K ohne Wind und Sonneneinstrahlung vorhanden sein (z. B. +5 °C außen und 20 °C innen), da nur so ein ausreichender Wärmefluss gewährleistet ist, der nachgewiesen werden kann. Bei den oft angebotenen „Thermografie­ aktionen“ werden i. d. R. für wenig Geld in kurzer Zeit ganze Straßenzüge aus dem Außenbereich untersucht.

Viele thermische Schwachstellen wie die Ursachen von Schimmelbildungen können jedoch nur aus dem Innen­ bereich erkannt werden. Der Bundesverband für Ange-

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wandte Thermografie e. V. (VATh) sieht den größten Teil dieser Aktionen als sehr bedenklich an und kann daher nur davon abraten. Um ein Einfamilienhaus zu untersuchen, benötigt man mindestens zwei Stunden. Der kleinste Teil der Aufnahmen wird dabei aus dem Außenbereich durchgeführt, da dies nur orientierende Messungen sein können.

Oft werden die Termine für derartige Aktionen schon Monate im Vorfeld festgelegt – ohne dass man weiß, was bei den Messungen für Wetter herrscht. Auch Infrarotaufnahmen aus der Luft sagen bei hinterlüfteten Dächern oder glasierten Ziegeln überhaupt nichts aus.

Weitere Informationen: Bundesverband für Angewandte Thermografie e. V. Am Herrenwäldchen 4, 90482 Nürnberg Tel. (0201) 87 77 63 36 info@vath.de, www.vath.de

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Prüfung von Baustoffen und Bauteilen

Mobiles Rheometer für Frischbeton Die jährlich wachsenden Anforderungen an die Betone sind eng verbunden mit der Entwicklung der Selbstverdichtenden Betone (SVB) und Leichtverdichtenden Betone (LVB, Konsistenzklasse F6+). Diese rücken neben den Rüttelbetonen zunehmend in den Fokus. Mit der Entwicklung von hochleistungsfähigen Zusatzmitteln können diese Fließbetone sehr genau an die wachsenden Anforderungen angepasst werden. Damit verbunden ist aber eine hohe Empfindlichkeit der Betone gegenüber Schwankungen in der Qualität und Quantität der Ausgangsstoffe. Das Einstellfenster dieser SV-Betone ist sehr schmal. Die Robustheit der SVB ist im Vergleich zu üblichen Rüttelbetonen deutlich geringer was dazu führt, dass die Akzeptanz in der Praxis eher verhalten ist [1, 2].

Die Frischbetonprüfung erfolgt immer noch nach der DIN EN 12350, deren Prüfmethoden teilweise fast 100 Jahre alt sind [3]. Für eine Charakterisierung von SVB, LVB oder UHPC Betonen reichen diese Prüfungen in den meisten Fällen nicht mehr aus.

Rheologische Untersuchungen Die Frischbetoneigenschaften der SVB werden stark durch die interpartikulären Wechselwirkungen geprägt, die die rheologischen Eigenschaften der Leimsuspensionen bestimmen. Zusatzmittel können in die interpartikulären Wechselwirkungen eingreifen und somit die Fließeigenschaften des Mörtels und des Frischbetons stark beeinflussen [4, 5]. Das hat zur Folge, dass bereits geringe Schwankungen im Wassergehalt zu massiven Veränderungen des Frischbetons führen können, die sich in der veränderten Fließfähigkeit, einem anderen Entlüftungsverhalten und vor allem in der meistens abnehmenden Mischungsstabili-

Bild 1. eBT-V in P-Modus (links) und in V-Modus (rechts).

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tät widerspiegeln. Deshalb bedarf es neuer Methoden, um die Rheologie der Frischbetone zu messen.

Problematik der rheologischen Messung Um die rheologischen Eigenschaften der Frischbetone bestimmen zu können, gibt es bisher nur einige wenige, oft sehr akademisch ausgeführte Messsysteme. Klassische Rotationsrheometer aus dem Laborbereich messen die laminare Schichtenströmung des zu untersuchenden Fluids.

Eine laminare Schichtenströmung ist jedoch im Beton aufgrund der hohen Inhomogenität nicht gegeben. Ein weiteres Problem dieser Rheometer ist das Auftreten eines Gleitfilms an der Grenzfläche zwischen der Probe und der Oberfläche des Gefäßes und des Rührkörpers, wodurch meist eine zu geringe Schubspannung gemessen wird.

Betonrheometer eBT-V Die neueste Entwicklung der Fa. Schleibinger kombiniert zwei praxistaugliche Betonrheometersysteme. Das Gerät kann in zwei Modi – dem sogenannten P-Modus und dem V-Modus – betrieben werden.

P-Modus – Messung der Krafteinwirkung auf eine starre Sonde Im P-Modus können Aussagen über die Frischbetoneigenschaften innerhalb einer Umdrehung im nicht-gescherten Beton getroffen werden. Die Messsonde wird an das Rheometer angebracht und rotiert um die Zentrierstange (Bild 1, links). Im Bild 2 ist beispielhaft ein Geschwindigkeitsprofil für eine Drehung um 360° gezeigt. Die Widerstandskraft auf die Sonde wird aufgenommen und in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit und dem Abstand zur Zentrierstange ausgewertet.

Zu jedem Zeitpunkt erfolgt die Messung im nicht-gescherten Bereich, da für die Aufnahme der Daten nur eine einzige Umdrehung notwendig ist. Dies führt dazu, dass mögliche Probleme wie Entmischen und Strukturbruch während der Messung stark minimiert werden. Die Messdauer beträgt dabei weniger als eine Minute.

V-Modus – Verwendung der Vane-Geometrie als eine ­Näherung an die klassische Zylindergeometrie Im V-Modus wird der eBT-V wie ein üblicher Betonrheometer betrieben Durch die Verwendung der Vane-Messzelle wird aufgrund der Sternanordnung der Flügel das Wandgleiten am Rührkörper nahezu unterbunden. Auch das Wandgleiten an der Gefäßoberfläche wird durch Einsatz eines hierfür entwickelten Gerätehalters mit Antislipstangen verhindert.

Der eBT-V wird auf der Gerätehalterung fixiert und die Vane-Messzelle an der Antriebswelle befestigt (Bild 1, rechts). Der Messtopf wird mit der Probe befüllt und die Gerätehalterung mit dem darauf montierten Gerät in den Messtopf gesetzt. Durch den eingebauten regelbaren Antrieb sind verschiedene Geschwindigkeitseinstellungen möglich. Neben konstanten Profilen sind Stufen- und Rampenprofile programmierbar (Bild 3).

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Bild 2. eBT-V in P-Modus – mögliches Messprofil für eine Drehung um 360°

Eine einfache drahtlose Steuerung mittels Smartphones sorgt für eine schnelle und einfache Bedienung des Geräts in beiden Modi. Das Gerät ist batteriebetrieben, spritzwassergeschützt und wurde für den Einsatz sowohl im Labor als auch auf der Baustelle entwickelt.

Das Gerät ist besonders geeignet für moderne Betone wie SVB und UHPC bis zu einer maximalen Korngröße von 32 mm. Zudem bietet das Gerät einen nicht zu vernachlässigbaren praktischen Vorteil: Die Vane-Zelle und das Probengefäß sind einfach zu reinigen.

Fazit Die wachsenden Anforderungen an das Material gehen mit den wachsenden Anforderungen an die Messtechnik einher. Insbesondere im Bereich der Betonherstellung und der rheologischen Messungen gibt es bis dato eher ungenügende Messmöglichkeiten. Die Fa. Schleibinger Geräte hat ein mobiles Rheometer entwickelt, das die Rheologie der Betone und insbesondere der Selbstverdichtenden Betone erfasst und somit neue Möglichkeiten im Bereich der Betonentwicklung und der Qualitätssicherung bietet.

Literatur [1] Wallevik, O. H.; Kubens, S.; Müller, F.: Influence of Cement-Admixture Interaction on the Stability of Production Properties of SCC. In: 5th International RILEM Symposium on Self-Compacting Concrete, Gent, Belgien 2007.

[2] Walraven, J. C.; Takada, K.: Selbstverdichtender Beton. In: Zement+Beton, 1999, H. 1, S. 23–27.

[3] DIN EN 12350 – Prüfung von Frischbeton.

[4] Yang M.; Neubauer, C. M.; Jennings, H. M.: Interparticle Poten­tial and Sedimentation Behavior of Cement Suspen­ sions. In: Adv. Cem. Based Mater. 5 (1), 1997, S. 1–7.

[5] Hanehara, S.; Yamanda, K.: Interaction between cement and chemical admixture from the point of cement hydration, absorption behavior of admixture and paste rheology.

In: Cem. Concr. Res. 29, 1999, S. 1159–1165.

Weitere Informationen: Schleibinger Geräte Teubert u. Greim GmbH Gewerbestraße 4, 84428 Buchbach Tel. (08086) 947 31-10, Fax (08086) 947 31-14 schlei@schleibinger.com, www.schleibinger.com

Bild 3. Beispiel Stufenprofil (links), Rampenprofil (Mitte) und die Auswertung der Messung des Stufenprofils nach Bingham-Modell (rechts) – Darstellung am Smartphone ­(Grafiken: Schleibinger Geräte Teubert u. Greim GmbH)

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Kai Heinlein n Rosemarie Wagner

Experimentelle Untersuchungen zu Seilnetzen aus hochlegiertem Stahl Seilnetze, die aus parallelen Seilscharen gefertigt werden, in dem alternierend zwei Seile mit einer Presshülse verbunden werden, finden seit 25 Jahren Anwendung. Um eine Verschattung zu gewährleisten, können Seilnetze eingedeckt werden.

Die Erweiterung der Anwendungen führt zu steigenden Anforderungen. Die Besonderheit der Netze ist der S-förmige Verlauf der Seile zwischen Presshülsen, welcher die Geometrie im vorgespannten Zustand, das Verformungsverhalten unter äußeren Einwirkungen und das Brechen von Drähten in den Seilen beeinflusst. Es wird ein Weg aufgezeigt, die Biegesteifigkeit beim Aufspannen der Seilnetze zu erfassen und in einer numerischen Simulation des Ausspannvorgangs zu berücksichtigen.

Seit Beginn der 1990er-Jahre gibt es gleichmaschige Seilnetze mit Knotenabständen zwischen 2 cm und 18 cm, die aus hochlegierten Rundlitzenseilen von 1 mm bis 4 mm hergestellt werden. Diese Seilnetze finden inzwischen weltweit breite Anwendung für Volieren im Zoo, als Absturzsicherung an Treppen, als Rankgerüste für Pflanzen an Fassaden, an Podesten, Aussichtsplattformen oder Brücken, als Ballfangnetze, Sicherheitsnetze gegen Steinschlag sowie in Kunstobjekten. Die Besonderheit der Netze liegt in der Fertigung, in dem über Presshülsen je zwei benachbarte, parallel liegende Seile verbunden werden. Die Presshülsen werden über die Seillänge alternierend angebracht.

Der Vorteil ist eine Herstellung von Bahnen mit großen Längen. Die Kopplung einzelner Bahnen mit Presshülsen vor Ort erlaubt Netzflächen ohne sichtbare Naht (Bild 1).

Die einzelnen Bahnen werden als kleine Rollen auf die Baustelle gebracht, die Bahnen werden ausgerollt und über Hilfsgerüste gestützt, an den Rändern zusammengefügt und anschließend in die Randseile oder starren Ränder gespannt. [1] Die andere Möglichkeit ist, die einzelnen Bahnen bereits im Werk zu Netzflächen zu verbinden, das gesamte Netz vor Ort in die Berandung einzuhängen und vorzuspannen.

Die Anwendungsbereiche und damit die Anforderungen an die Seilnetze haben in den letzten Jahren zugenom-

Bild 1. Beispiel für die Verwendung von Seilnetzen als Voliere

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men. Die Seilnetze werden höheren und extremeren Belastungen aus­ gesetzt, wie das Begehen durch Menschen, oder es werden Konzepte entwickelt die Seilnetze mit einer Eindeckung zu versehen, um als zusätzliche Funktion Bild 2. gering gespanntes Netz mit S-förmigem eine Verschattung Seilverlauf zwischen den Netzklemmen zu ermöglichen. Die Kombination dieser Seilnetze mit einer Membran aus ­einem unbeschichteten oder beschichteten Gewebe sowie einer Folie erfordert eine genauere Modellierung der Seilnetze zur Bestimmung der Gleichgewichtsgeometrie, als dies bis heute in der Praxis üblich ist.

Die Besonderheiten der Netze sind ein geringer Knotenabstand und kleine Seildurchmesser. Die aufgebrachten Presshülsen führen zu einer Einspannung der Seile an den Hülsen. Das Aufspannen der Netze sowie die Geometrie der Netze im vorgespannten Zustand werden durch die Biegesteifigkeit der Seile beeinflusst. Abhängig von den Vorspannkräften normal zu den im Ausgangszustand parallelen Seilen entsteht ein S-förmiger Verlauf zwischen den Presshülsen (Bild 2). Der S-förmige Verlauf wird mit zunehmender Vorspannung geringer. Die Netze haben in Abhängigkeit vom S-förmigen Verlauf eine unterschiedliche Biege- und Dehnsteifigkeit, die sich auf das Verhalten unter äußeren Einwirkungen auswirkt. Solange die Netze ohne Krümmung in ebene Rahmen eingespannt werden, besitzen alle Seilstücke zwischen den Knoten einen ähnlichen Verlauf.

Werden die Seilnetze doppelt gekrümmt in Seilränder oder biegesteife Ränder vorgespannt, ist der S-förmige Verlauf der Seilstücke zwischen den Knoten abhängig von der Orientierung der Seilscharen in Bezug zur Krümmung der Flächen und zur Höhe der Vorspannung. Ein deutlich erkennbarer S-förmiger Verlauf reduziert die Dehnsteifigkeit, denn die Seile werden zunächst unter äußeren Einwirkungen wie Wind oder Schnee nahezu ohne elastische Dehnungen geradegezogen. Die Besonderheit dieses Verhaltens ist z. B. das Ausbilden eines Hochpunktes ohne einen Zuschnitt. Die Maschen öffnen sich normal zu den Seilen erkennbar mehr als in Richtung der Seile. Soll das Seilnetz bereichsweise oder über die gesamte Netzfläche mit einer Membran eingedeckt werden, muss die Membran entweder sehr flexibel sein, um sich an die Form der Seilnetze anzupassen, oder die vorgespannte Geometrie der Seilnetze muss realistischer abgebildet werden als dies bisher der Fall ist.

Mit der Krümmungsänderung der aufgespannten Flächen ergeben sich verschiedene Öffnungswinkel zwischen den Seilen, ein unterschiedlicher S-förmiger Verlauf der Seile zwischen den Presshülsen und damit verbunden unterschiedliche Steifigkeiten im Netz. In den bisherigen Be-

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rechnungsmöglichkeiten von Seilnetzen werden nur die Dehnsteifigkeiten der Seile berücksichtigt. Der S-förmige Verlauf wird als konstanter Reduktionsfaktor in der Dehnsteifigkeit erfasst. Mit der herkömmlichen Methoden werden die Biegebeanspruchung und das Verändern des Abstandes zwischen zwei Presshülsen durch den S-förmigen Verlauf der Seile vernachlässigt. Somit ist die übliche Methode nur eine Näherung für die Strukturanalyse dieser Seilnetze. Für bisherige Anwendungen waren die Berechnungen der Seilkräfte und Verformungen hinreichend genau. Durch das Geradeziehen der Seilstücke zwischen den Presshülsen besteht die Möglichkeit, durch die großen auftretenden Verformungen Stoßlasten infolge An- oder Aufprall ohne Versagen von Netzseilen abzufedern. In Wirklichkeit sind die Dehnsteifigkeiten vom Öffnungswinkel der Maschen und der Seilbiegung zwischen den Presshülsen abhängig und das Verhalten ist nichtlinear. Um eine genaue vorgespannte Geometrie eines Seilnetzes für eine statische Analyse zu gewährleisten, müssen nichtlinear modellierte Kennwerte und die Biegesteifigkeit der Seile in die Berechnungen eingebunden werden.

In einem F&E-Vorhaben wurde auf die Frage der Gewinnung geeigneter Kennwerte für die Dehn- und Biegesteifigkeit der hochlegierten Seile mit kleinen Durchmessern und deren Integration in eine Software eingegangen.

So soll durch neue Berechnungsmethoden das tatsächliche Seilverhalten als Modell in der Simulationssoftware genauer erfasst und hierbei das Biegeverhalten mit berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck wurden Untersuchungen mit folgenden Schwerpunkten durchgeführt:

Das Seil wird hierbei auf eine vorbestimmte Last gezogen und wieder entlastet. Für die verwendeten Seile entspricht die aufgebrachte Kraft 3 kN oder ca. 40 % der Reißkraft des Seiles mit ungefähr 7 kN, wie im Belastungsdiagramm dargestellt (Bild 3 oben). Nach Ablauf der Zyklen erfolgt die Belastung des Seiles bis zum Bruch (Bild 3 Mitte). Die ersten drei Zyklen dienen zum Ausrichten der Drähte und Litzen im Seilverband, um die Dehnsteifigkeit des Seils für nachfolgende Belastungen ermitteln zu können. Die

Belastungsdiagramm

–– Erfassen des nichtlinearen Spannungs-Dehnungsverhalten unter Zugbelastung der Stahlseile –– Untersuchen und Ermittlern der nichtlinearen Biegesteifigkeit in Abhängigkeit vom aufgebrachten Moment –– Validierung der Modelle für die Biege- und Dehnsteifigkeit der Seile mit Vergleichen zwischen Versuch und numerischer Simulation.

Seilverhalten Im Rahmen des F&E-Vorhabens wurden Netze mit einem Seildurchmesser von 1,5 mm, 2 mm, 3 mm und 4 mm untersucht, die aus parallel angeordneten Seilen bestehen und wo je zwei Seile alternierend miteinander verbunden sind. Die hier dargestellten Versuche und theoretischen Grundlagen beschreiben die Untersuchungen für ein Seil mit einem Durchmesser von 3 mm. Auf die Ergebnisse der anderen Durchmesser wird in diesem Beitrag verzichtet, da diese ein analoges Verhalten aufweisen.

Bei dem verwendeten Stahlseil handelt sich um ein 7 × 19 Rundlitzenseil mit einem Nenndurchmesser von 3 mm entsprechend der ETA-13/0650, bestehend aus einer Kernlitze und sechs um die Kernlitze angeordneten weiteren 19-drähtigen Litzen. Der Aufbau jeder Litze ist mit einem Kerndraht, sechs Drähten in der ersten Lage und zwölf in der zweiten Lage ausgeführt. Jeder Draht hat einen Durchmesser von 0,19 mm.

Zugverhalten Das Zugverhalten wird bei Stahlseilen mit dem üblichen Lastzyklusverfahren nach DIN EN 1993-1-11 untersucht.

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Spannungs-Dehnungs-Verlauf

E-Modul über die Dehnung aufgetragen Bild 3. Bestimmung des dehnungsabhängigen E-Moduls eines 7 × 19 Rundlitzen­ seiles mit 3 mm Durchmesser

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Bruchfestigkeit der Drähte ist nach der ETA-13/0650 mit > 1.570 N/mm2 angegeben.

Die Versuche zur Bestimmung des nicht linearen EModuls wurden kraftgesteuert gefahren. Ein unaxiales Verhalten des Seiles angenommen und Einflüsse der Querdehnung vernachlässigt, ergibt sich der E-Modul, indem die aufgebrachten Kräfte über den metallischen Querschnitt in Spannungen umgerechnet werden und die Spannungen nach dem Hooke’schen Gesetz durch die dimensionslosen Dehnungen geteilt werden. Für den nicht linearen E-Modul (Bild 3 unten) in Abhängigkeit von der Dehnung ε wird der Bereich ab einer Dehnung von 1 % für die weiteren Betrachtungen herangezogen. Dieser entspricht dem bereits genügend gerecktem Seil, denn die bleibenden Dehnungen in den ersten Belastungen des Seiles wurden eliminiert. Somit ist die Aussagekraft des in diesem Bereich ermittelten E-Moduls plausibel und gibt das realistische Verhalten unter äußeren Einwirkungen wieder. Mittels der Ausgleichungsrechnung und der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ist es möglich, den E-Modul als Funktion der Dehnung in einer Näherungsfunktion darzustellen.

Diese ist im Ansatz (Trendlinie) ein Polynom 6. Grades und lässt sich vereinfachend in der verwendeten Software weiter bearbeiten.

fes und dem Trägheitsmoment. Bei konstanter Biegesteifigkeit und Theorie I. Ordnung ist die Krümmung proportional zum Biegemoment. Es darf als bekannt vorausgesetzt werden, dass sich ein Stab, der an beiden Enden reibungsfrei gelagert ist und an diesen Enden mit einem im Betrag gleichen und im Vorzeichen entgegengesetzten Biegemoment beansprucht wird, nach Theorie I. Ordnung zu einem Kreisbogen verformt. Sind das Biegemoment, der Abstand zwischen den Auflagern und die Höhe des Bogens bekannt, lässt sich bei gegebenem E-Modul das Trägheitsmoment bestimmen.

Im ersten Versuchsaufbau wird das Seil an den Enden in Lager eingespannt, die auf einer Schiene laufen. An den Lagern wird über ein ausmittig angebrachtes Gewicht ein Biegemoment in das Seil eingeleitet (Bild 4). Mit diesem Versuchsaufbau hat sich bereits für einen einzelnen Stahldraht eine Abweichung der gemessenen Verformungen von der mit einer geometrisch nichtlinearen Berechnung ermittelten Verformung um 20–30 % ergeben. Für große Verformungen ist die exakte Beziehung zwischen der Krümmung K und der Steigung dy/dx der Kurve anzusetzen mit:

Biegetheorie und -verhalten In der Praxis ist es üblich, Netzseile als biegeweich anzunehmen und den Einfluss der Biegesteifigkeit in Untersuchungen zur Tragfähigkeit und zur Gebrauchstauglichkeit zu vernachlässigen. Das Verhalten beim Aufspannen der untersuchten Seilnetze wird jedoch durch die Krümmung der Seile mitbestimmt. Es gibt keine Literatur, in der An­ gaben zur Biegesteifigkeit der verwendeten Rundlitzen in den Seilnetzen zu finden sind. Die Biegung von Seilen ist seit mehr als 140 Jahren eine Fragestellung und geht auf Franz von Reuleaux zurück. [2] Es gibt auch heute nur wenige Arbeiten zur Biegesteifigkeit von Seilen mit unterschiedlichen Ansätzen zur Beschreibung der Spannungen in den einzelnen Drähten in Abhängigkeit von der Krümmung der Seile. [3] Es werden zwei Grenzzustände betrachtet, die sich auf die Verschiebung der Drähte beim Krümmen des Seils beziehen. Ist ein reibungsfreies Verschieben möglich, entspricht das Trägheitsmoment der Summe der Trägheitsmomente aus den einzelnen Drähten.

Wird ein Verschieben der Drähte gegeneinander verhindert, erhöhen die Steiner-Anteile der einzelnen Drähte bezogen auf die Schwerachse des Seiles das Trägheitsmoment. Zwischen beiden Grenzwerten verhält sich das Trägheitsmoment nichtlinear und unstetig.

Für die in den Seilnetzen verwendeten dünnen Rundlitzenseile mit dünnen Drähten musste das Trägheitsmoment experimentell bestimmt werden. Es wurde ein geeigneter Versuchsaufbau entwickelt, um eine ausreichend genaue Messung der Krümmung in Abhängigkeit vom eingetragenen Biegemoment zu gewährleisten. Die Herausforderung des Versuchsaufbaus liegt in der Genauigkeit der Verformungsmessung und der Größe der Biegemomente, die im Vergleich zu üblichen Bauteiluntersuchungen sehr gering sind. Eine weitere offene Frage ist, ob die bekannten Biegetheorien für sehr dünne Bauteile noch ihre Gültigkeit haben. Die Krümmung eines Bauteiles ist abhängig vom einwirkenden Biegemoment, dem E-Modul des Werkstof-

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K=

d2 y dx 2 3 2 3

(1)

  dy  1 +     dx   

Der Lösungsansatz für die exakte Funktion der Krümmung führt unweigerlich zu elliptischen Integralen und fehlt in den verfügbaren Simulationsprogrammen. Auch eine verfeinerte Diskretisierung des Seiles führt zu keiner Verringerung der Abweichungen. Trotz der geometrisch nichtlinearen Berechnung bleibt der Einfluss der vereinfachten Krümmungsermittlung vorhanden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es irrelevant ist. welche Länge ein Element hat, denn die Funktion für die Krümmung eines Bogenstücks ist nur von der Steigung des Bogenstücks abhängig (s. Gleichung (1)).

Es sind auch nur wenige Veröffentlichungen zur Biegung dünner Bauteile bekannt, in denen mit Theorien höheren Ordnung zur Biegung dünner Bleche und Drähte experimentelle Ergebnisse verglichen wurden. In zwei dieser Veröffentlichungen wurden unabhängig voneinander auch deutliche Abweichungen zwischen den nach den Theorien höherer Ordnung ermittelten Werten und den im Versuch gemessenen Werten festgestellt. [4, 5] Nachteil bei dem in Bild 4 dargestellten Versuchsaufbau ist der Einfluss der Reibung auf die Krümmung des Seils, die zwischen der Schiene und den Lagern vorhanden ist und durch den Anpressdruck aus dem Eigengewicht der einzelnen Komponenten des Versuchsaufbaues noch erhöht wird.

Um den Einfluss der Lagerung zu eliminieren, wurde ein zweiter Versuchsaufbau nach dem 4-Punkt-System entwickelt. Das Seil wurde an den Enden aufgehängt und in den Drittelspunkten zwischen den Aufhängepunkten mit demselben Gewicht belastet. Es entsteht zwischen den ­angreifenden Kräften nach Theorie I. Ordnung ein kon­ stantes Biegemoment und die Querkraft ist Null. Das Biegemoment nimmt bei konstanter Querkraft von der Last­ einleitung linear zu den Auflagern ab.

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Bild 4. Versuchsaufbau 1 zur Bestimmung der Biegesteifigkeit eines Seiles

Bild 5. Anpassen an den Versuch als 4-Punkt-System

Einführen eines virtuellen Trägheitsmoments Um die mathematisch korrekte Formulierung der Krümmung in eine numerische Berechnung zu integrieren und diese exakt zu berechnen, muss das Biegeverhalten unter großen Verformungen näher untersucht und beschrieben werden. Für das Vorhaben wurde deshalb ein ingenieur­ mäßiger Weg gewählt. Es wurde ein „virtuelles“ Trägheitsmoment eingeführt, welches vom aufgebrachten Biegemoment abhängig ist. Es konnte eine nichtlineare Momenten-Krümmungs-Beziehung für ein Seil formuliert und in die Berechnungssoftware eingebunden werden.

Dieser Ansatz wird zur Veranschaulichung zuerst anhand eines Versuches und der Berechnung eines 0,78-mmRundstabs aus Federstahl beschrieben. Hierbei wird für jeden Belastungsschritt die Verformung des Versuchs mit der Berechnung verglichen. Aufgrund der auftretenden Differenz wird das Trägheitsmoment iterativ in der Simulation angepasst und die dadurch veränderte Verformung neu berechnet und wieder verglichen. Stimmen die numerische Biegelinie und die des Versuchs überein, wird dem jeweiligen aufgebrachten Biegemoment das ermittelte Trägheitsmoment zugewiesen.

Aus allen Belastungsschritten ergibt sich die Funktion des virtuellen Trägheitsmoments über die aufgebrachte Biegung. Zur Validierung können nun mit dem nichtlinearen Trägheitsmoment Vergleichsberechnungen durchgeführt werden. Im Umkehrschluss mit den Versuchen zeigt sich auch eine hinreichend genaue Abbildung der Verformung in den Bereichen zwischen Auflager und Belastung, in denen der Momentenverlauf linear zu den Auflagern abnimmt. Die beschriebene Methode ist somit eine Möglichkeit, Berechnungen mit großen Durchbiegungen durchzuführen, welche das Verhalten von Versuchen genauer darstellen, als dies bisher möglich war (Bild 5).

Diese Vorgehensweise wird nun analog mit den Stahlseilen durchgeführt. Durch die Biegeversuche der Seile wird gleichzeitig auf die Nichtlinearität des Trägheitsmoments durch das Verschieben der Drähte als solches eingegangen und zusätzlich der Anteil, welcher die vereinfachten Ansätze der Biegetheorie berücksichtigt, erfasst. Der auf diese Weise ermittelte Verlauf des Trägheitsmoments in Abhängigkeit vom eingetragenen Biegemoment kann nur über ein iteratives Verfahren in die Simulationssoftware

integriert werden. In keiner verfügbaren Software existiert ein Automatismus, der diesen Zusammenhang beachtet.

Somit werden für jedes Element das Trägheitsmoment und das resultierende Biegemoment in der Berechnung nachgeführt. Es erfolgt ein iteratives Anpassen der Trägheitsund Biegemomente für alle diskreten Elemente.

Dadurch ergeben sich über einen diskreten Biegebalken der korrekte Kräfte- und Biegemomentenverlauf sowie die korrekte Verformung. Für eine Rundlitze mit 7 × 19 Drähten und 3 mm Nenndurchmesser kommt es bis zu ­einem Biegemoment von ca. 11 Nmm zu einer nicht linearen Abnahme des Trägheitsmoments von 0,035 mm4 auf 0,025 mm4. Bei einer weiteren Zunahme des Biegemoments verhält sich das Trägheitsmoment nahezu linear mit einer geringen Abnahme und kann als konstant angenommen werden. Zur Einordnung des im Versuch ermittelten Trägheitsmoments ist in Bild 6 zusätzlich das Trägheitsmoment des Seiles angegeben, welches sich aus der Summe der Trägheitsmomente aller einzelnen Drähte zusammensetzt. Das im Versuch ermittelte Trägheitsmoment ist ca.

3- bis 4-mal größer. Ist keine Verschiebung der Drähte im Seilverband möglich und werden für die einzelnen Drähte die Steiner-Anteile angesetzt, ergibt sich rechnerisch ein Trägheitsmoment von Imax = 2,82 mm4. Zusätzlich ist in Bild 6b die Biegespannung im Schwerpunkt eines Drahtes in der äußeren Drahtlage dargestellt. Diese liegt für das größte Biegemoment bei ca. 33 % der in der ETA-13/0650 angegebenen Bruchkraft. Durch die Schraubenlinie der Drähte im Seil gibt es noch eine Zusatzspannung, die jedoch nach [3] ca.10 % der Biegespannung in der Drahtschwerachse entspricht und hier vernachlässigt wird.

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Verhalten einer Masche Um den S-förmigen Verlauf der Seile beim Auseinanderzeihen des Seilnetzes erfassen zu können, wurde eine einzelne Masche aus dem Netz entnommen und an den Hülsen mit Verbindungselementen für die Krafteinleitung versehen.

Der Abstand der Presshülsen beträgt im unbelasteten Zustand mit parallelen Seilen 70 mm. Die Masche mit 3-mmRundlitzen wurde in einer uniaxialen Versuchseinrichtung biaxial belastet. Die Masche war jeweils an den oberen und unteren Presshülsen in der Einspannung der Versuchseinrichtung befestigt. Diese wurde Kraftgesteuert program-

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mung der Presshülsen in x- und y-Richtung bezogen auf das Verhältnis der aufgebrachten Kräfte in x-Richtung. Aufgetragen auf der y-Achse ist das Verhältnis der Kräfte Fx zu FY, wobei Fy mit 10 N über den Versuchsablauf konstant gehalten wird. Die Verformung der Masche wurde an den Presshülsen mit einer optischen Messung erfasst.

Die im Versuch gering voneinander abweichenden ­gemessenen Verschiebungen der rechten und linken Presshülse in y-Richtung haben mehrere Ursachen. Eine Schwierigkeit bei der Versuchsdurchführung war, dass die Halterung im Spannrahmen in y-Richtung verschieblich ist und die Reibung an den Lagern zu unterschiedlichen Verschiebungen führt. Es kann auch sein, dass bei der manuellen Fertigung des Seilnetzes die Seilstücke zwischen den Presshülsen geringfügig in der Länge voneinander abweichen und sich somit die Masche etwas unterschiedlich öffnet.

Durch den Einbau der Kraftmessdosen zwischen Masche und Spannrahmen ist das gesamte System kinematisch und reagiert mit Verformungen auf Ungleichgewichtskräfte. In diesem Versuch weisen sowohl die Verschiebungen in xals auch in y-Richtung ein nichtlineares Verhalten auf. In Bild 8a ist der Mittelwert der gemessenen Verschiebungen der rechten und linken Presshülse, in Bild 8b ist die vertikale Verschiebung der unteren Presshülse dargestellt.

Modellbildung und Simulation

Bild 6. Trägheitsmoment (oben) eines 7 × 19 Rundlitzenseiles mit 3 mm Durchmesser und Biegespannung (unten) bezogen auf das Biegemoment

miert. In horizontale Richtung bzw. x-Richtung wurde ein hängender, durch Gegengewichte schwebender Spannrahmen in die Versuchseinrichtung montiert, um die Last in beide seitlichen Presshülsen einzuleiten. Zwischen Spannrahmen und rechter bzw. linker Presshülse wurde jeweils eine Kraftmessdose angebracht. Über diese wurde die Masche auseinandergezogen. Um die Last in vertikale Richtung bzw. y-Richtung bei einer stetigen Zunahme der Kraft in x-Richtung konstant zu halten, wurde der untere Einspanntisch der Versuchseinrichtung nachgeführt (Bild 7).

Mit diesem Versuchsaufbau ist es möglich, einen Zusammenhang zwischen den aufgebrachten Kräften und der Krümmung während des Aufspannens der Masche zu formulieren. Die Auswertung eines Versuchsablaufes ist in den Diagrammen dargestellt. Aufgetragen sind die Verfor-

Zur Simulation der Seilnetze wird das Programm „Easy“ der Technet GmbH angewendet, eine seit 40 Jahren eingesetzte Software für die Planung und die Konfektionierung leichter Flächentragwerke und deren typische Anwen­ dungen wie Seilnetze, Membrandächer und Folienkissen.

Dieses Simulationstool beinhaltet den exakten Verschiebungs-Verzerrungsansatz einer geometrisch nichtlinearen Berechnung für die Balkenelemente unter Biegung. [6] In der Software fehlt jedoch der Ansatz der mathematisch korrekten Krümmung. Um dieses Programm für die Anwendung zur Auslegung und Berechnung von Seilnetzen mit S-förmigem Verlauf der Seile nutzen zu können, müssen zusätzliche Tools integriert werden. Diese Zusatzprogramme sind: –– Ermittlung des „nichtlinearen Trägheitsmoments“ –– Nachführen des „nichtlinearen Trägheitsmoments“ –– „gekrümmte Randeinspannung“ Ausgehend vom unbelasteten Ausgangszustand/-geome­ trie des Seilnetzes wird mit Hilfe eines CAD-Programms das Netz mit folgendem Ablauf generiert. Beginnend mit

Bild 7. Auseinanderzeihen einer Masche

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a) Vertikale Verschiebung der unteren Presshülse

b) Mittelwert der horizontalen Verschiebungen der rechten und linken Presshülse

Bild 8. Vergleich der gemessenen und gerechneten Verschiebungen

den Koordinaten der Knoten des flachliegenden unverformten Originalnetzes werden fixe Punkte generiert. Zwischen diesen Punkten wird das Seil durch ausreichend feine, diskrete Linienelemente erzeugt. Die erzeugte Geometrie wird im Programm „Easy“ in das Modul „BEAM“ geladen und die Werkstoff-Parameter werden definiert.

Den diskreten Balkenelementen wird hierbei ein Ausgangs­ trägheitsmoment zugewiesen. Die Verformung des Netzes bis zur Endgeometrie erfolgt nun in einzelnen Teilschritten. Eine zu große Verschiebung, vor allem in Z-Richtung bzw. normal zu einem ebenen Seilnetz, führt in keinen stabilen Gleichgewichtszustand und die Rechnung stürzt ab. Für den Rechenablauf ist ein Mitführen der inneren resultierenden Kräfte und Momente zum jeweils nächsten Schritt erforderlich. Nachdem eine gewisse Endgeometrie erreicht worden ist, wird über das Iterationsverfahren das nichtlineare „virtuelle“ Trägheitsmoment nachgeführt, bis dieses für alle Elemente mit den inneren Momenten übereinstimmt.

Validierung an einer Masche Für die Verifizierung der neuen Simulationsmethode werden an einer Masche die berechneten Verschiebungen und die gemessenen Verschiebungen gegenübergestellt. Für die Simulation der Masche wurden die vier Presshülsen an den zwei Seilen aus sechs Stabelementen zusammengesetzt, um die realen Abstände der Seile untereinander in den Presshülsen zu erfassen. Dies ergibt eine genauere Modellierung der Endpunkte der Masche. Die Masche ist für die Simulation, wie im dazu passenden Versuch, an der oberen Presshülse unverschieblich gehalten und an der unteren mit einer konstant aufgebrachten Last von 10 N in vertikale Richtung belastet, diese entspricht der Kraft aus dem Versuch. An den beiden mittleren modellierten Hülsen wird in beide Richtungen eine horizontale Last aufgebracht, die den aufgebrachten Kräften aus dem Versuch entsprechen. Unter dieser biaxialen Belastung erfolgt das beschriebene iterative Verfahren zum Angleichen des Trägheitsmoments für alle Diskreten Elemente des Modelles.

Es wurden neun Laststufen im Versuch mit der Berechnung verglichen. Die berechneten Verschiebungen für die neun Laststufen sind in Bild 8a für die x-Richtung und Bild 8b für die y-Richtung dargestellt.

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Um den Versuch mit der Berechnung zu vergleichen, wird die simulierte Verformungsfigur mit der optisch erfassten Verformung im passenden Maßstab überlagert. Die im Bild 9 dargestellte Überlagerung der Verformung in der siebten Laststufe zeigt die Übereinstimmung der Simulation mit dem Versuch. Die geringen Abweichungen resultieren aus der Inhomogenität der Masche und der Seile. Der quantitative Verlauf der Verformungsfigur ist in der Übereinstimmung ausreichend genau. Die maximale Normalspannung in einem Draht entspricht ca. 13 % der Bruchfestigkeit und die maximale Biegespannung unmittelbar an den Presshülsen ist ca. 26 % der Bruchfestigkeit des Drahtes (Bild 10).

Seilnetz Analog zum Verfahren der Überprüfung der Simulation mit einer Masche wird ein weiterer Vergleich durchgeführt.

Die Verifikation erfolgt über ein biaxial gespanntes, ebenes Seilnetz. Zum Vergleich wird die berechnete Verformungsfigur mit dem optisch erfassten Messergebnis überlagert.

Bei der Simulation der Seilnetze wird auf die Ausformung der Hülse in der Modellierung verzichtet. Dies erfolgt in Hinsicht auf die hohe Anzahl von Elementen beim Gesamtnetz. Um den Rechenaufwand zu verringern, wird der ohnehin bereits relativ geringe Einfluss der Hülsen­

Bild 9. Überlagerung des Versuchs mit der berechneten Masche

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Bild 10. Spannungsverlauf in einem Draht eines Seilstücks nach [2]

geometrie vernachlässigt. Die zuvor erläuterte Verfahrensweise der iterativen Simulation bleibt erhalten. Das Vorgehen des Auseinanderziehens erfolgte analog zum Versuch.

Die Grundgeometrie des unbelasteten parallel liegenden Seilnetzes wird schrittweise belastet, bis die im Versuch aufgebrachten biaxialen Lasten erreicht sind. Daraufhin erfolgt der iterative Prozess des Nachführens des Trägheitsmoments, bis dieses mit den Momenten übereinstimmt.

Im Bild 11 wird der entstandene S-förmige Verlauf der Seile deutlich durch die Simulation abgebildet. Das Netz

verkürzt sich beim Auseinanderziehen. Beim Vergleich der Überlagerung der Simulation im Maßstab 1 : 1 und dem Versuch sind nur geringe Abweichungen zu erkennen. Die Simulation ergibt eine etwas homogenere Ausformung der Maschen. Dies kann auf die Randeinspannungen des Seilnetzes im Versuch zurückgeführt werden. Die Lasteinleitungspunkte zum biaxialen Aufspannen des Netzes sind am Rand linienförmig gelagert. Durch Reibung in der Laufschiene kommt es zu kleinen Unregelmäßigkeiten in der entstandenen Geometrie des Netzes.

Sowohl die Biegespannungen als auch die Normalspannungen in den Seilen entlang der Ränder sind höher als in der Probenmitte. Schon beim Spannen der biaxialen Rechteckprobe bildet sich ab, dass über die Diagonalen die Normalkraft und die Biegemomente geringer werden. Dieses Verhalten lässt sich in der Simulation abbilden und ist für die Normalkräfte dargestellt (Bild 12). Unmittelbar an der Befestigung des Seilnetzes an den kurzen Rändern entstehen an den Presshülsen Biegespannungen in den Drähten von ca. 800 N/mm2 nach [2].

Ausblick Ein wesentliches Ergebnis der Untersuchungen ist, dass der S-förmige Verlauf der Seile beim Aufspannen der Netze in der Ebene mit einem virtuellen Trägheitsmodell abgebildet werden konnte. Die geometrisch nichtlinearen Simula-

Bild 11. Biaxialer Zugversuch des Seilnetzes, Vergleich Versuch und berechnete Geometrie

Bild 12. Unverformter Ausgangszustand (schwarz) und aufgespannter Zustand mit Normalkräften in [N] (Fotos/ Grafiken: fgb)

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tionsmethoden liefern folglich umfassendere Grundlagen für die Auslegung dieser Seilnetze, als bis heute angenommen werden. Das beschriebene Vorgehen und die daraus resultierenden Erkenntnisse sind eine erste Grundlage für weitere Untersuchungen wie z. B. der Einfluss des S-förmigen Verlaufes beim Aufspannen der Seilnetze in eine gekrümmte Fläche, die Bestimmung der Seilspannungen infolge Normalkraft und Biegung unter Vorspannung sowie unter äußeren Einwirkungen. Die gewonnenen Erkenntnisse sind geeignet, um eine in der Theorie genauere Beschreibung des Biegeverhaltens von dünndrahtigen Litzen zu entwickeln. Weiterhin lassen sich mit den Seilnetzherstellern Folgearbeiten anschließen, die sich mit Bruch von Drähten an den Presshülsen beschäftigen, wie diese bei ungünstigen Beanspruchungen tatsächlich auftreten.

Danksagung Die vorgestellten Ergebnisse sind Teil eines Forschungsund Entwicklungsprojekts „Entwicklung und Konstruktion von Seilnetzen mit flexiblen Eindeckungen für die Anwendung in der Architektur – Charakterisierung des Materialverhaltens und Entwicklung von Aufbau- und Verbindungskonzepten“ in Kooperation mit technet GmbH, Stuttgart im Rahmen des Förderprogramms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) mit dem Projektträger AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V. Ein Dank geht an den beteiligten Partner für die sehr gute und kooperative Zusammenarbeit sowie an Carl Stahl, Süssen und Jakob AG, Trubschachen, Schweiz für das Zurverfügungstellen der Seilnetze.

Literatur [1] Ströbel, D.; Singer, P.; Oswald, R.: Seilnetze – Eigenschaften, Besonderheiten bei der Montage, Lastabtragung. Der Stahlbau, Heft 5, Mai 2007, S. 289–296.

[2] Reuleaux, F. von: Der Constructeur: ein Handbuch zum Gebrauch beim Maschinen-Entwerfen für Maschinen- und Bau-Ingenieure, Fabrikanten und technische Lehranstalten.

Braunschweig 1872.

[3] Feyrer, K.: Wire ropes, Tension, Endurance, Reliability. Berlin-Heidelberg 2015.

[4] Plietsch, R.: Ein rechnergesteuerter Biegemessplatz zur ­Bestimmung der Elastizitätsparameter hochflexibler orthodontischer Drähte. In: Fortschritte der Kieferorthopädie 55 Nr. 2 (1994), S. 84–95.

[5] Obretinow, R.: Elastische Biegung nach Theorie 3. und 4. Ordnung. Ruhr-Universität Bochum, Institut für Kon­ struktionstechnik, Diss. 1996.

[6] Ströbel, D.: Die Anwendung der Ausgleichungsrechnung auf elastomechanische Systeme. Diss., Universität Stuttgart, Deutsche Geodätische Kommission – Reihe C, Heft Nr. 478, München 1997, Bayerische Akademie der Wissenschaften.

Weitere Informationen: Dipl.-Ing. Kai Heinlein Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Fachgebiet Bautechnologie Hertzstraße 16, 76187 Karlsruhe heinlein@kit.edu Prof. Dr.-Ing. Rosemarie Wagner Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Fachgebiet Bautechnologie Englerstraße 7, 76131 Karlsruhe Rosemarie.Wagner@kit.edu

Prüfungen von Faserbetonen Üblicherweise werden bei konventionellen Bauteilen in den ­Beton zur Verbesserung der Zugbelastbarkeit Bewehrungsstähle oder Betonstahlmatten (Armierungen) eingelegt. Faserbetone stellen sowohl in der Herstellung und Verarbeitung als auch in der Festigkeitsprüfung sehr hohe Anforderungen an Mensch und Maschine. Form + Test hat hierfür eine weggeregelte Prüf­ maschine entwickelt.

Als Prüfvorrichtung für Stahlfaserbeton ist eine weggeregelte Prüfmaschine, vorzugsweise ein Biegeprüfmaschinenrahmen, mit einer großen Maschinensteifigkeit und einer Regelung mit kurzen Reaktionszeiten und hoher Messfrequenz zu verwenden. Die Steuerung sollte nicht über den Kolbenweg, sondern über die Probekörperdurchbiegung erfolgen.

Das DBV-Merkblatt fordert eine Prüfmaschine mindestens der Güteklasse 2 nach DIN 51220 – EN 7500-1, es wird jedoch dringend empfohlen, nur Prüfmaschinen der Güteklasse 1 zu verwenden. Der Auflagerabstand beträgt 600 mm (bei Spritzbeton 450 mm). Es wird eine 4-PunktBelastung (Abstand 200 mm) verwendet.

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Nach DBV- Merkblatt sollte die mittlere Zunahme des Kolbenwegs 0,2 mm/min betragen. Die Auswertung erfolgt über das Arbeitsvermögen aus dem Kraft-Durchbiegungsdiagramm sowie über die äquivalente Biegezugfestigkeit zur Einteilung in die Faserbetonklassen.

Form + Test Prüfsysteme hat für die Prüfungen an ­Stahlfaserbetonen eine spezielle Biegeprüfmaschine Type DELTA 5 entwickelt. Es handelt sich dabei um einen Biegeprüfmaschinenrahmen, der als 4-Säulen-Konstruktion aus­ gelegt ist und dadurch über eine extrem hohe Verwindungssteifigkeit und einer kleinstmöglichen Aufweitung unter Maximallast verfügt. Der Prüfzylinder ist oben im verstärkten Querhaupt eingebaut. Die Funktionsweise ist doppeltwirkend mit Gegendruck. Die Kraftmessung erfolgt durch eine querkraftunempfindliche elektronische Kraftmessdose für Zug und Druck. Um die Proben optimal ausrichten und die Wegaufnehmer präzise positionieren zu können, wird ein digitales Handrad eingesetzt. Hiermit kann der Prüf­zylinder bequem, unabhängig von der hydrau­lischen Steuerung, in jeder Position verfahren werden. Damit die für präzise und reproduzierbare Messwerte notwendigen hohen Reaktions-

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zeiten realisiert werden können, wird ein spezielles, besonders schnell reagierendes Servoventil mit Druckspeicherung verwendet. Ein hochentwickelter Digitalregler DIGIMaxx sorgt für die ausreichende Messfrequenz. Für die Messwertaufzeichnung und -speicherung sowie Auswertung und Erstellung von Prüfprotokollen nach DBV-Merkblatt, DAfStbRichtlinie und EN 14651 sind spezielle Software-Programme ver­fügbar. Selbstverständlich kann diese Prüfanlage auch für Prüfungen an Spritz­beton nach EN 14488-2 – Druckfestigkeit, EN 14488-3 – Erstriss-, Biegezug- und Restfestigkeit, EN 14488-4 – Haftfestigkeit und EN 14488-5 – Energie­ absorption verwendet werden.

Weitere Informationen: Biegeprüfmaschine DELTA 5-300 (Foto: Form+Test Seidner + Co. GmbH)

FORM+TEST Seidner & Co. GmbH Zwiefalter Straße 2, 88499 Riedlingen Tel. (07371) 93 02-0, Fax (07371) 93 02-99 info@formtest.de, www.formtest.de

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