Anwendungen der Schallemissionsanalyse an Betonbauwerken

Bei der Belastung eines Bauteils entstehen durch die innere und äußere Schädigung elastische Wellen, die unmittelbar von den Schadensherden (Risse, Mikrobrüche) abgestrahlt werden - analog zu Erdbebenwellen. Mithilfe der Schallemissionsanalyse (SEA) und unter Verwendung geeigneter Sensoren, welche an der Oberfläche des Bauteils befestigt sind, können diese Signale aufgezeichnet und ausgewertet werden. Die Fehlstelle produziert quasi selbst das Messsignal, was als Vorteil gegenüber anderen Messverfahren (wie Ultraschall oder RADAR), die häufig nach dem Eintreten eines Schadensereignisses angewendet werden, angesehen werden kann. Schallemissionssignale werden meist im Ultraschallfrequenzbereich ausgewertet und in Fachkreisen oft auch als mikro-seismische Ereignisse bezeichnet. Im Gegensatz zur Ultraschalltechnik, bei der die Messergebnisse eher mit den geometrischen Eigenschaften eines Defektes verknüpft sind, weswegen das Bauteil in der Regel abgescannt wird, ist die Schallemissionsanalyse eng mit den irreversiblen (unelastischen) Deformationen in einem unter Last stehenden Bauteil verbunden. Ort und Charakter der Quellsignale sind daher im Gegensatz zur Ultraschalltechnik zunächst unbekannt. Eine sichere Interpretation der Schallemissionssignale wird in vielen Fällen erst möglich, wenn die Quellen dieser Geräusche (die Hypozentren) lokalisiert werden können. Der Anwendungsbereich erstreckt sich beispielsweise auf die Detektion der Rissentstehung, der Analyse des Rissfortschritts oder der Rissuferreibung. Diese Vorgänge sind oft mit einem vorangegangenen inneren Spannungsaufbau verbunden, der u. a. mechanische oder thermische Ursachen haben kann. Die SEA ist deswegen prädestiniert, Bauteile und andere Strukturen im Routinebetrieb unter Last zu überwachen. Im Folgenden werden nach einer kurzen Einführung in die Grundlagen einige Beispiele für Anwendungen im Bereich Bauteildesign und Materialforschung sowie Beispiele von Anwendungen bei Messungen an Infrastrukturbauwerken aus bewehrtem Beton gegeben.

Acoustic emission monitoring applications for concrete structures
When structures are loaded they experience internal and external damage which causes the release of elastic waves. These waves radiate outward from the damage source (cracking, micro-fracture) similar to earthquakes. With sensors mounted to the surface, acoustic emission (AE) monitoring captures and analyses these signals. Compared to other techniques such as ultrasonic testing or RADAR which are typically applied after damage has occurred, in AE monitoring the damage source itself generates and thus is represented in the signal which is an advantage. Typically, the ultrasonic frequency range of AE signals - often referred to as micro-seismic events - is analyzed. In contrast to ultrasonic techniques where the recorded signals are usually associated with the geometry of a defect, which is why a member is typically scanned over an area, AE are also related to the irreversible (inelastic) deformations of a member under an applied load. Location and character of the source signals are therefore initially unknown. A reliable interpretation of AE signals is often only possible when the sources (hypocenters) can be located. Applications include crack detection and monitoring of crack propagation or crack surface friction. AE events are often related to a prior mechanical or thermal stress accumulation. AE techniques are therefore particularly well suited for in-service monitoring of structural or mechanical members. In this paper, after an introduction to the basics of the method, examples for applications in member design, material science and applications on reinforced concrete structures are presented and discussed.