Verteilte Rissbreitenmessung im Betonbau mittels faseroptischer Sensorik – Neue Anwendung von verteilten faseroptischen Messsystemen

Abstract

Risse und deren Veränderung sind wesentliche Indikatoren für Betonbauten. Konventionelle Risssensoren können nur bekannte Risse punktuell erfassen bzw. deren Weitenänderung bestimmen. In diesem Beitrag wird ein neues Rissmesssystem vorgestellt, welches mit nachträglich an der Betonoberfläche verklebten kostengünstigen Glasfasersensoren über weite Strecken Risse erfasst, ohne deren Lage zuvor zu kennen. Mit verteilten faseroptischen Messungen (engl. Distributed Fibre Optic Sensing „DFOS“) können bis zu einer Einzelmesslänge von 70,0 m neue Risse identifiziert, auf 3,5 cm verortet sowie deren Weitenänderungen bestimmt werden. Die erreichten Genauigkeiten betragen 0,035 mm (Labormaßstab) und 0,15 mm (reale Anwendungen). Mit DFOS werden somit Einzelrisse bei im Stahlbetonbau üblichen Rissabständen von 15 cm messbar, auch wenn keine direkte Sichtverbindung vorliegt. Es wird ein neu entwickelter Auswertealgorithmus vorgestellt, mit dem zusätzlich die historische Rissentwicklung erfasst wird. Bei Epochenmessungen kann mit diesem auf eine zwischenzeitlich aufgetretene maximale Rissbreite rückgeschlossen werden. Laborversuche und reale Messungen im Zuge einer Pilotanwendung von mehr als einem Jahr zeigen die Methodik sowie die Randbedingungen bei der Wahl der Faser und des Klebers. Gegenüberstellungen verschiedener Messsysteme ergeben eine erreichte Genauigkeit in ähnlicher Größenordnung wie konventionelle Risssensoren.

Crack monitoring on concrete structures: Comparison of various distributed fiber optic sensors with digital image correlation method

“…DFOS can be glued either directly on the prepared concrete surface or along a milled groove (near-to-surface installation). 28,29,55,56 It must be considered that the choice of adhesive further influences the strain transfer. 49,[57][58][59] adhesive, epoxy resin, silicone, urethane, and injection mortar.…”

“…Experimental investigations on a notched, prestressed beam on the influence of the DFOS type and the application technique were also carried out by Vorwagner et al. 56 Good results were obtained with a "tight buffered" DFOS bonded directly to the concrete surface with an epoxy-based anchor adhesive. Strains could be measured reliably even up to crack widths of 2.6 mm.…”

Untersuchung des Verbundverhaltens von CFK‐Spannlitzen in Beton mit faseroptischen Sensoren

“…Bessere Messergebnisse lassen sich mit der optischen Speckle-Messung [21,22] breitenerfassung [32], Dehnungen der Bewehrung [33] auf Stahl- [34] und Spannbetonbauteilen [23,35].…”

Distributed fiber optic sensors for measuring strains of concrete, steel, and textile reinforcement: Possible fields of application

“…It means that data can be provided in time, load, and geometrical domains, what was not technically feasible before with conventional strain gauges or discrete types of optical sensors (mainly Fiber Bragg Gratings [FBG]). Detailed analyses of the process of forming and development of cracks, 7–9 shrinkage and expansion measurements 10,11 and investigations of bond, flexural, and tensile behavior 12–14 as well as tension stiffening phenomenon 10 are possible. Furthermore, because of their geometry, optical sensors can be also glued on the textile of fiber‐reinforced polymer (FRP) reinforcement or embroidered directly during production 15–17 .…”