Ultrasound diffusion for crack depth determination in concrete: Fid-Bau Portal

Ultrasound diffusion for crack depth determination in concrete

Ramamoorthy, S.K. / Kane, Y. / Turner, J.A.

In dem Beitrag wird ein neues Verfahren zur Risstiefenbestimmung in Beton vorgestellt, das die Mehrfachstreuung der Ultraschallwellen in Beton ausnutzt. Die Ausbreitung der Ultraschallenergie in einer Betonplatte wird mit einem zweidimensionalen Diffusionsprozess modelliert. Das Diffusionsvermögen von Ultraschall wird zunächst dadurch ermittelt, dass experimentelle Ergebnisse an einer Betonplatte ohne Riss mit der analytischen Lösung der Diffusionsgleichung verglichen werden. Für die Lösung der Diffusionsgleichung wird zunächst ein Finite Element-Code entwickelt, der die rechtwinkligen Abmessungen der Betonplatten diskretisiert und in ein Maschengitter mit bilinearen rechtwinkligen Elementen einteilt. Bei Plattenabmessungen von 60 cm x 60 cm x 20 cm und einer Einteilung in 1200 Elemente lässt sich die numerische Lösung gut mit der analytischen Lösung vergleichen. Für die Experimente wird ein 25,4 mm Panametrics Wandler mit einer Mittenfrequenz von 500 kHz als Ultraschallsender und im Abstand von 6 cm auf der Betonoberfläche ein punktförmiger Empfangswandler in Kontakttechnik angebracht. Angeregt wird der Sender mit einem Toneburst im Frequenzbereich von 400-600 kHz. Das Empfangssignal wird vorverstärkt und digitalisiert mit einem Digitaloszilloskop, das an einen PC angeschlossen ist. Mit einem Labview-Programm wird zur Verbesserung des S/R-Verhältnisses über jeweils 500 Empfangssignale gemittelt. Die künstlichen Risse in den Betonplatten haben Tiefen von 1.3, 3.8 und 7.6 mm. Die an der rissfreien Betonplatte ermittelten Streueigenschaften werden zur Bestimmung der Ankunftszeiten der Diffusionsenergiepeaks in der numerischen Analyse für die verschiedenen Risstiefen benutzt. Die Zeitdifferenz Dt zwischen den Peakankunftszeiten im rissfreien und rissbehafteten Fall ist ein Maß für die Risstiefe. Die Messungen und die numerische Analyse zeigen übereinstimmend, dass die Zeitdifferenz Dt in Abhängigkeit von der Risstiefe ab 20 % Wanddicke annähernd linear zunimmt. (Brekow, G.)