Dem Rost auf der Spur

Betonbrücken müssen so einiges aushalten: Frost, starke Verkehrsbelastung und Abgase setzen den Bauwerken zu. Hinzu kommen Streusalze, die Winterdienste zum Bekämpfen von Glatteis einsetzen. Natriumchlorid, das gängigste Tausalz, wird bundesweit in großen Mengen auf die Straßen geschüttet.

Bei Tauwetter zerfallen die Salze zu Ionen. Sie dringen in den Beton ein und zerstören dessen fünf Zentimeter dicke alkalische Schutzschicht. Erreichen die gelösten Salze die Stahlmatten, beginnen diese zu rosten, die Bausubstanz wird geschädigt. In der Folge kommt es zu Rissen, Betonstücke können abbrechen. Im schlimmsten Fall droht Einsturzgefahr.

Bislang gibt es keine effektiven Tests, um zu ermitteln, wie tief die Ionen in den Beton eingedrungen sind und welcher Schaden bereits entstanden ist. Derzeit klopfen Bauarbeiter den Stahlbeton manuell mit dem Hammer auf Hohlstellen ab, welche ein Indiz für Korrosionsschäden sind – eine zeitaufwändige Methode. Wie sich Rostfrüherkennung effektiver und kostengünstiger realisieren lässt, wissen die Experten des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg. Mit einem neuen Sensortransponder können sie die Ioneneindringtiefe in den Beton permanent messen und überwachen.

Der Sensor wurde von der Materialprüfanstalt für das Bauwesen Braunschweig (MPA Braunschweig) entwickelt. Die Forscher vom IMS haben ihn in ein passives, kabelloses Transpondersystem integriert. Der Sensor selbst ist mit sehr dünnen Eisendrähten durchzogen, die in regelmäßigen Abständen zueinander angebracht sind. »Gelangen die gelösten Salze an die Eisendrähte, beginnen diese zu rosten, es kommt zum Drahtbruch. Anhand der Anzahl der defekten Eisendrähte lässt sich feststellen, wie weit die Korrosion fortgeschritten ist, wie viele Zentimeter der Betonschutzschicht schon angegriffen sind. Auf diese Weise kann man berechnen, wann die nächste Instandsetzung erfolgen muss«, erläutert Frederic Meyer, Wissenschaftler am IMS. Die Messdaten überträgt der Transponder per Funk an ein Lesegerät, das die Bauarbeiter mit sich tragen.

»Unser Transponder bezieht die für die Messung erforderliche Energie nicht über eine Batterie, sondern über ein magnetisches Feld, das durch das Lesegerät erzeugt wird. Er muss daher nicht ausgetauscht werden und kann dauerhaft im Bauwerk verbleiben«, sagt Meyer. »Auch nachträglich lässt er sich in den Beton einsetzen.«

Derzeit laufen erste Feldversuche: Der Sensor wird in eine Versuchsbrücke der MPA Braunschweig eingelassen und getestet. Einen Prototyp zeigen die Forscher vom 4. bis zum 6. Mai auf der Messe Euro-ID in Köln.