Potentialfeldmessung: Bewertung der Prüfqualität und koordinierte Einbindung der Daten in Schädigungsmodelle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der hier vorgestellten Forschungsarbeit wird die Zuverlässigkeit der Detektion von Bewehrungskorrosion in Stahlbeton auf Basis der Potentialfeldmessung mit Hilfe der Probability of Detection (POD) Kurven quantifiziert. Die erforderlichen Datensätze für die Modellierung der POD-Kurven mit dem Hit/Miss Modell wurden numerisch generiert. Aus den Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass die Prüfqualität der Potentialfeldmessung auf der Materialseite maßgeblich von der Position der Anode, vom Elektrolytwiderstand des Betons und somit auch von der Karbonatisierungstiefe des Betons bestimmt werden. Von der Inspektionsseite beeinflusst die Wahl des eingesetzten Messrasters und die Auswertungsmethode die Detektionswahrscheinlichkeit von Bewehrungskorrosion. Beispielsweise kann unter praxisnahen Randbedingungen wie einer Betondeckung von 40 mm, einem Elektrolytwiderstand von 400 Ωm und einem Messraster von 15x15 cm² eine Anodenfläche von 2,7 cm² mit 50%- und eine Anodenfläche von 5,6 cm² mit 90%-Detektionswahrscheinlichkeit identifiziert werden. Für die Praxis kann abgeleitet werden, dass nun auf Grundlage der POD-Kurven die gewünschte Zuverlässigkeit der Potentialfeldmessung mit Wahl des Messrasters festgelegt werden kann. Neben der Abschätzung der Prüfqualität einer Potentialfeldmessung liefern die POD-Kurven unverzichtbare Informationen, um Potentialfelddaten für das Update der probabilistischen Lebensdauerbewertung von Stahlbetonbauwerken nutzen zu können. Dies ist mit dem großen Vorteil verbunden, dass ein Parameter zum Updaten des Bauwerkszustandes herangezogen werden kann, der direkt den Korrosionszustand spiegelt und zudem auch räumliche Informationen zum Korrosionszustand beinhaltet. An einem Referenzbauwerk wird gezeigt, wie viel differenzierter das Update auf Basis von Potentialfelddaten ist im Vergleich zum Update mit Daten aus der Betondeckungsmessung. Dieses Beispiel zeigt, dass für die Festlegung von optimalen Inspektionsintervallen und Instandhaltungsmaßnahmen die Wahl des Inspektionsverfahren und dessen Prüfqualität von Bedeutung ist. Die Vernachlässigung der Unsicherheiten aus der Inspektion kann zu fehlgeleiteten Entscheidungen führen, die entweder unnötige Instandsetzungen verursachen oder zu Schäden mit erhöhten Kosten in der Instandsetzung. Die ausgewerteten POD-Kurven beruhen auf einem numerischen Modell, indem der Elektrolytwiderstand homogen verteilt ist, d.h., Risse, Feuchteunterschiede etc. wie sie in natura vorkommen, wurden dadurch nicht abgebildet. Demzufolge ist davon auszugehen, dass die POD der Potentialfeldmessung bei realer Anwendung geringer ist. POD-Kurven aus numerisch ermittelten Datensätzen grenzen den unteren Bereich ab, d.h., die POD basierend auf künstlichen oder realen Defekten kann niemals besser sein. Aufbauend auf dieser Arbeit ist in einem nächsten Schritt die Erweiterung der POD der Potentialfeldmessung von rein numerisch ermittelten Daten auf zusätzlichen Datensätzen mit künstlichen und realen Defekten wünschenswert. Die Daten aus den unterschiedlich generierten POD(numerisch), POD(künstlich) und POD(real) können anschließend auf Basis der Bayes’schen Statistik miteinander zu einer finalen POD verknüpft werden. Potentialfeldmessungen mit nachträglicher Bestimmung der Anodenfläche durch Betonabtrag sind aber nur unter großem Zeit- und Kostenaufwand realisierbar. Die hier ermittelten Forschungsergebnisse werden in die turnusmäßige Überarbeitung des DGZfP-Merkblattes B 03 „Merkblatt für elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion“ und über die Task Group 3.3 „Assessment and Evaluation Procedures for Existing Structures“ in den nächsten fib Model Code 2020 einfließen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of Concrete Moisture Condition on Half-Cell Potential Measurement, In Proceeding International Conference on Durability of Concrete Structures, Shenzhen, Jun 30–Jul 1, 2016
Keßler, S.; Gehlen, C.
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Reliability of corrosion detection in reinforced concrete structures - impact of the half-cell potential evaluation. Proceeding IALCCE 2016, Life-Cycle and Sustainability of Civil Infrastructure Systems – Bakker, Frangopol & van Breugel (Eds) 2016 Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-1-138-02847-0
Keßler, S.; Gehlen, C.
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Die Zuverlässigkeit der Potentialfeldmessung - Konsequenzen für die Praxis, In. Tagungshandbuch 5. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken der Technischen Akademie Esslingen (TAE), 24.-25. Januar 2017
Keßler, S.
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Reliability evaluation of half-cell potential measurement using POD. In: Journal of Infrastructure Systems
Kessler, S.; Gehlen, C.
