Mikrorisse im Beton aufspüren

Die Korrosion von Stahlbeton gefährdet die Sicherheit von Bauwerken wie zum Beispiel Brücken. Ausgangspunkt solcher Schäden sind Mikrorisse, die durch starke Belastung entstehen können.

Durch diese Risse, die optisch nicht unmittelbar wahrzunehmen sind, können etwa Taumittel in den Beton eindringen und die Stahlbewehrung angreifen. Als Folge kommt es zu größeren Rissen. Beton platzt ab. Die Sicherheit des Bauwerks ist in Gefahr. Laut Manthei entsprechen zum Beispiel 16 von 20 Autobahnbrücken auf der A 45 nicht mehr den aktuellen Anforderungen.

Schäden können vermieden werden, wenn die Mikrorisse frühzeitig entdeckt werden. Hierzu soll in dem TH-Projekt die Schallemissionsanalyse genutzt werden. Sie macht sich zunutze, dass bei Verformungen oder Rissen in einem Material schwache Schallimpulse ausgesandt werden. Sensoren wandeln die so entstehende mechanische Energie in elektrische um. Das Verfahren ist für Stahl und faserverstärkte Kunststoffe entwickelt worden und auf diesem Gebiet etabliert.

Beton ist für die Schallemissionsanalyse ein schwieriges Material, da er wegen seiner unregelmäßigen Geometrie und Zusammensetzung die Ausbreitung elastischer Wellen stark dämpft. Wichtigste Aufgabe des Forschungsprojekts ist deshalb die Entwicklung eines neuen Schallemissionsaufnehmers, der in einem dem Beton angepassten Frequenzbereich misst.

Eine permanente Schallemissionsanalyse könnte Auskunft über Ort, Ausdehnung und Fortschritt der Schädigung eines Bauwerks geben. „Gelänge es“, so Manthei, „dieses Verfahren an hochbelasteten Autobahnbrücken zu installieren, könnten diese kostengünstig instandgesetzt werden, lange bevor ein Schaden sichtbar wird.“

Manthei arbeitet in dem Projekt mit Prof. Dr. Rüdiger Kern vom Labor für Baustoffkunde, Bauteilprüfung und Massivbau zusammen. Das Forschungsvorhaben am Gießener Fachbereich Maschinenbau und Energietechnik, an dem auch Studenten beteiligt sein werden, hat eine Laufzeit von einem Jahr. Es wird im Rahmen des Förderprogramms „Forschung für die Praxis“ unterstützt. Damit bezuschusst die Landesregierung praxisnahe Projekte an hessischen Fachhochschulen.