Einsatz der Impuls-Thermografie zur quantitativen zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen
Einsatz der Impuls-Thermografie zur quantitativen zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen
Brink, Arne Nielsen
Fak. 6 Planen Bauen Umwelt
Die zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Wurde sie bislang fast nur punktuell für die Schadensdiagnose zum Beispiel bei Instandsetzungsmaßnahmen eingesetzt, könnte sie in Zukunft auch in der Qualitätskontrolle eine entscheidende Rolle einnehmen. Eine Vorraussetzung für den Einsatz von zerstörungsfreien Prüfverfahren ist ihre Praxistauglichkeit. Die Weiterentwicklung der sich zum Teil noch im Forschungsstadium befindlichen Verfahren hin zu technisch ausgereiften Prüfmethoden mit entsprechender Standardisierung ist demzufolge eine klar definierte Aufgabe für die in diesem Bereich tätigen Forschungseinrichtungen. Ein Verfahren, welches sich zur zerstörungsfreien Prüfung eignet, ist die Impuls-Thermografie, da sie in anderen Industriezweigen eine etablierte Methode zur Materialprüfung darstellt. Zudem ist die passive Thermografie im Bauwesen ein anerkanntes Verfahren zur thermischen Prüfung stationärer Systeme. Die Vorteile der Thermografie sind die Möglichkeit der schnellen und umfassenden Untersuchung von großflächigen Bauwerken und teilen und ihre bildgebende Anwendungsweise, die eine direkte (Vor-)Auswertung der Messungen vor Ort gestattet. Im Rahmen dieser Arbeit werden qualitative und quantitative Möglichkeiten der Impuls-Thermografie als zerstörungsfreies Prüfverfahren im Bauwesen dargelegt. Es wird aufgezeigt, inwiefern sich die Impuls-Thermografie zur Lösung des inversen Problems eignet. Zur Erforschung der Anwendbarkeit wurden im Labor experimentelle Untersuchungen an drei verschiedenen Probekörpern durchgeführt, welche mit einem engen Bezug zur Praxis hergestellt wurden. Im einzelnen wurden Hohlstellen in Betonbauteilen (Pk1), Putzablösungen auf Betonkonstruktionen (Pk2) und unzureichende Vermörtelungen von im Dickbettverfahren verlegten Spaltklinkern auf Betonwänden (Pk3) geprüft. Neben den experimentellen Untersuchungen wurden numerische Simulationen durchgeführt. Dafür wurde zunächst ein Programm auf Basis der finiten Differenzen entwickelt. Die Methode, die zu berücksichtigenden Randbedingungen und der Aufbau des Simulationsprogramms werden in der Arbeit beschrieben. Mit Hilfe des Programms wurde eine umfangreiche Variation aller Einflussparameter für den Probekörper Pk1 vorgenommen. Insbesondere die Auswirkungen auf die maximale Temperaturdifferenz über einer Fehl- und einer Referenzstelle und deren Zeitpunkt des Auftretens wurde analysiert. Nach der Parametervariation wurden analog zu den experimentellen Untersuchungen für alle drei Probekörper numerische Simulation durchgeführt und mit den Ergebnissen der Messungen verglichen. Während die Messungen und Simulationen für den Probekörper Pk1 relativ gut übereinstimmen, weichen die Ergebnisse bei den anderen beiden Probekörpern teilweise doch erheblich voneinander ab. Mögliche Gründe für diese Unterschiede werden im Kapitel 7 diskutiert. Im Hinblick auf die quantitativen Möglichkeiten der Impuls-Thermografie wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Ansätze betrachtet. Zum einen wurden die Simulationsergebnisse für den Probekörper Pk1 systematisch ausgewertet und zur Bestimmung der Tiefen der einzelnen Fehlstellen des Probekörpers verwendet. Zum anderen wurden die experimentellen und simulierten Temperatur-Zeit-Kurven an ein theoretisches Modell angepasst. Die Ergebnisse belegen die Eignung der Impuls-Thermografie für die zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen für die im Rahmen der Arbeit behandelten Aufgaben.
