Thermografie zur Erfassung von Schäden an Brückenbauwerken

Betonbauwerke wie Brücken sind ein wesentlicher Bestandteil des Straßennetzes. Um die Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit einer Brücke zu gewährleisten, sind regelmäßige, z. T. aufwendige Inspektionen und Untersuchungen erforderlich, um Schäden an einem Bauwerk frühzeitig zu erkennen. Mit innovativen zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden ist es möglich, den Schadenserkennungsprozess von Bauwerken zeitlich und kostenmäßig zu optimieren.
In der Vergangenheit wurden bereits Drohnen für Oberflächenaufnahmen von Brücken mit Laserscan oder digitaler Bildgebung eingesetzt, um Schäden wie Risse und Abplatzungen zu erkennen. Diese Methoden sind zeitsparender als die herkömmlichen, komplexeren Verfahren zur Sichtprüfung. Um auch Schäden unter der Oberfläche mittels Flächenaufnahmen nachweisen zu können, wurde ein vielversprechender Ansatz - die Thermografie - untersucht. Ein großer Vorteil der Thermografie ist die flexible Einsatzmöglichkeit und zerstörungsfreie Anwendung am Bauwerk. Die Methode ermöglicht eine thermografische Aufzeichnung der gesamten Brücke. Durch Temperaturunterschiede auf der Oberfläche können Schäden wie Delamination, Hohlräume und Feuchtigkeitsstellen im Beton erkannt werden. Um die Zuverlässigkeit dieser Methode zur Erkennung der genannten Schäden gewährleisten zu können, wurden die Erkennungsgenauigkeiten und -grenzen ermittelt. Zu diesem Zweck wurden Tests an Betonproben durchgeführt, die Delamination, Hohlräume und feuchte Bereiche in unterschiedlichen Größen und Tiefen im Beton aufwiesen. Während der Tests wurden die Betonproben aktiv erhitzt. Im Laufe des Abkühlvorgangs erfolgte die Aufnahme der Oberfläche mit der Wärmekamera. Die Erstellung von nichtlinearen Finite-Elemente-Modellen der Testkörper ermöglichte weitere Variationen der Geometrien und der Temperaturen der Betonproben. Mittels der erhaltenen Daten konnte die Detektionswahrscheinlichkeit der untersuchten Schäden ermittelt und eine Empfehlung für die Anwendung dieser Methode gegeben werden.

Thermography for damage detection on bridge structures
Concrete structures such as bridges are an essential part of road networks. In order to guarantee the usability and the safety of a bridge, it is necessary to carry out regular, sometimes cost effective inspections and investigations in order to be able to detect damages at a structure at an early stage. With innovative non-destructive investigation methods, it is possible to optimize the damage detection process of structures in terms of time and cost.
In the past, drones were used to record the surface of bridges using laser scanning or digital imaging to detect damages such as cracks and spalling. These methods are more time-saving than the conventional, more complex procedures of visual inspection. In order to be able to also detect damages below the surface by means of areal recordings, a promising approach - thermography - is investigated. A big advantage of thermography is the flexible and non-destructive application. The method allows a thermographic recording of the entire bridge. By means of temperature differences on the surface, damages such as delamination, voids and moisture spots in the concrete can be detected. In order to be able to guarantee the reliability of this method for the detection of the mentioned damages, the recognition accuracies and limits were determined. For this purpose, tests were carried out on concrete samples that showed delamination, voids and wet areas of different sizes and depths in the concrete. The concrete samples were actively heated. During the cooling process, the surface was recorded with the thermal camera. The modelling of the test specimens allowed further variations of the geometries and temperatures. From the obtained data, the probability of detection of the examined damages was determined and a recommendation for the application of this method could be given.