28.04.2010

Rostwache im Beton

Korrosionsschäden an Brücken sind dank Ionensensoren frühzeitig erkennbar.

Physik Journal – Korrosionsschäden an Brücken sind dank Ionensensoren frühzeitig erkennbar.

Streusalz kann Betonbrücken ziemlich zusetzen. Es löst sich in Wasser und bildet Ionen, die spätestens bei Tauwetter in den Beton eindringen. Nach und nach bauen sie in ihm die etwa 5 cm dicke alkalische Schutzschicht ab, bevor sie den Baustahl erreichen. Beginnt dieser zu rosten, kommt es zu ernsthaften Schäden an der Bausubstanz, die letztlich die Stabilität einer Brücke gefährden. Bislang gibt es keine effektiven Tests, mit denen sich ermitteln ließe, welchen Schaden die Ionen bereits angerichtet haben. Bauarbeiter klopfen daher den Stahlbeton einfach mit dem Hammer ab, um verdächtige Hohlstellen zu identifizieren.

 

Abb.: Prototyp eines Rostdetektors: Antenne und Elektronik lassen sich beim künftigen Produkt in ein kleines Gehäuse integrieren. (Bild:Fraunhofer-IMS)

Die Materialprüfanstalt für das Bauwesen (MPA) in Braunschweig und das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) in Duisburg haben nun einen Weg gefunden, wie sich die Ioneneindringtiefe permanent überwachen lässt. Hierfür hat die MPA einen Sensor entwickelt, den das IMS in ein passives Transpondersystem integriert hat.

Der Sensor besteht aus mehreren Drahtschlingen, die in Nuten auf eine Keramik aufgezogen werden. Über Widerstände unter-schiedlicher Größe sind sie parallel an zwei Leitungen angeschlossen, über die das Spannungssignal zur Verarbeitungslogik gelangt. Die Eisendrähte haben einen Durchmesser von weniger als 100 µm und korrodieren schnell, wenn sie mit Salzionen in Berührung kommen: Der Draht rostet durch, sodass kein Strom mehr fließt. Dies macht sich im Spannungssignal bemerkbar. Da die Widerstände, die mit den Drähten in Reihe geschaltet sind, eine unterschiedliche Größe haben, lässt sich mit dem senkrecht zur Oberfläche in den Beton eingesetzten Sensor erfassen, wie tief die Ionen bereits eingedrungen sind. Ein Mikrocontroller verarbeitet die Messwerte und gibt sie über einen passiven Transponder per Induktion zusammen mit einer Identifikationsnummer des Detektors an ein mobiles Lesegerät weiter, wenn es in 20 bis 30 cm Entfernung an der Brücke entlang bewegt wird.

Derzeit laufen Feldversuche an einer Versuchsbrücke. Interessenten aus der Industrie gibt es bereits.

  

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, Mai 2010, S. 15

AH

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