Korrosion mit Laser ermitteln

Berufspendler und Straßenbau­behörden können ein Lied davon singen: Viele vor allem aus der Nach­kriegs­zeit stammende Brücken sind nun marode und müssen auf­wändig saniert werden. Doch wie erkennt man, bei welchem Bauwerk der Handlungs­bedarf am Größten ist? Zurzeit erarbeitet ein Wissen­schaftler­team am RheinAhrCampus der Hochschule Koblenz im Forschungs­schwer­punkt „Analytische Bildgebung" eine Methode, mit der Fachleuchte zukünftig den Zustand eines sanierungs­bedürftigen Beton­bau­werkes genauer, schneller und kosten­günstiger bestimmen können. Es handelt sich dabei um ein neu­artiges Verfahren der Laser­molekül­spektroskopie zur schnellen, berührungs­losen Material­analyse.

Mit dem neuen Verfahren ist es möglich, den Korrosions­prozess besser einzuschätzen, der im Wesentlichen auf das Eindringen von Winter­dienst-Streu­salzen zurückzuführen ist. Damit lässt sich der Zustand der Bau­substanz einer Brücke oder eines anderen Bauwerks aus Beton genauer beurteilen. Statiker und Bau­ingenieure können mit diesen Informationen schon bald Rück­schlüsse ziehen, mit welcher Lebens­dauer des Bauwerks noch zu rechnen ist. Georg Ankerhold und Peter Kohns vom Fachbereich Mathematik und Technik der Hochschule Koblenz haben bereits erste Untersuchungs­ergebnisse zu diesem viel­versprechenden Ansatz auf inter­nationalen Konferenzen in Peking, Bologna und Linz in Österreich vorgestellt. Das industrie­nahe Forschungs­projekt wird durch das Programm „Zentrales Innovations­programm Mittel­stand" (ZIM) mit Mitteln des Bundes­ministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Den Zustand eines Bauwerks aus Beton zu prüfen war bislang sehr aufwändig. Bis zu 100 Bohrkerne werden dafür normaler­weise entnommen, klein gemahlen und dann einer lang­wierigen chemischen Unter­suchung unterzogen, bei der insbesondere der Chlor­gehalt in diesem Gemisch ermittelt wird. Ankerhold, Leiter des Master­studien­gangs Applied Physics, weist darauf hin, dass dabei das Ergebnis verzerrt wird: „Maßgeblich ist ja nur der Chlor­anteil im eigentlichen Beton. In das Messergebnis fließt aber auch der natürliche Chlor­gehalt in den ebenfalls enthaltenen Steinen ein. Der aber hat keinen Einfluss auf die Trag­fähig­keit des Bauwerks.“

Bei dem neuen Verfahren ist es ausreichend, nur einige wenige Bohrkerne an sensiblen Stellen des Bauwerks zu entnehmen. Diese werden der Länge nach durch­geschnitten, um den Laser-Scanner auf die dabei entstandene Schnitt­fläche setzen und den Zustand der Material­probe Zenti­meter für Zenti­meter untersuchen zu können. „Durch das tragbare Laser­system, das in einen Industrie­koffer passt, können Messungen künftig vor Ort durchgeführt werden“, erläutert Kohns, Studien­gangs­leiter Optik und Laser­technik am RheinAhrCampus, einen wesentlichen Vorteil des neuen Verfahrens.

Dadurch könne die Messung schneller und kostengünstiger erfolgen: „Im Vergleich zu den bisherigen Methoden liefert dieses Verfahren unverfälschte Mess­ergebnisse und enthält zusätzlich Informationen darüber, wie tief das Salz bereits in den Beton vorgedrungen ist.“ Die Bundes­anstalt für Material­forschung und -prüfung (BAM), die von der eingesetzten Technik im Rahmen des Kooperations­projektes „Molekül-LIBS" jetzt schon überzeugt ist, stellt als wichtiger Projekt­partner unter anderem die notwendigen Material­proben zur Verfügung. Das mittel­ständische Unternehmen Secopta GmbH mit Sitz in Berlin wird die Forschungs­ergebnisse durch den Aufbau eines Prototyps als mobiles und markt­fähiges Endgerät umsetzen.

Einige Studenten der Optik und Lasertechnik haben sich in den letzten eineinhalb Jahren bereits in ihren Studien-, Bachelor- und Master­arbeiten mit diesem Forschungs­projekt befasst. Eine wichtige Unterstützung in diesem Forschungs­projekt stellen für Georg Ankerhold und Peter Kohns die Doktorandin Anne-Sophie Rother und der Doktorand Thomas Dietz dar, die das Thema in ihren Promotions­vorhaben aufgreifen.

Ankerhold hat an der Hochschule Koblenz eine Forschungs­professur im Bereich Lasertechnik und Optische Technologien inne und konnte mit seiner Technik in einem früheren Projekt auch schon archäologische Funkstücke der Römervilla am Silberberg in Bad Neuenahr-Ahrweiler untersuchen. Er betont, dass der Anwendungs­bezug der Forschung ihm und seinem Kollegen sehr wichtig sei: „Da nahezu alle Beton­brücken heute einen Sanierungs­bedarf aufweisen, ist es umso wichtiger, schnell und ohne hohen Kosten­aufwand zu ermitteln, wo der Bedarf am dringendsten ist.“

Bei der Untersuchung von Hafen­gebäuden, Schleusen und sonstigen Bauwerken, die im oder direkt am Wasser stehen, ließe sich das Prinzip der neuen Methode ebenfalls anwenden. Allerdings müsste dabei der Gehalt der Sulfate im Beton gemessen werden. Kohns weiß: „Das ist viel schwieriger als das Verfahren, das wir jetzt gerade entwickeln. Das wäre dann die nächste Herausforderung für uns.“

HS Koblenz / DE