Neues Laserverfahren zur besseren Prognose der Lebenserwartung von Brücken und Parkhäusern

Veröffentlicht am 15. März 2016 von wwa

Wirtschaft Uni KO ProjektteamREMAGEN/KOBLENZ – Hochschule Koblenz entwickelt neues Laserverfahren zur besseren Prognose der Lebenserwartung von Brücken und Parkhäusern –Berufspendler und Straßenbaubehörden können ein Lied davon singen: Viele vor allem aus der Nachkriegszeit stammende Brücken sind nun marode und müssen aufwändig saniert werden. Doch wie erkennt man, bei welchem Bauwerk der Handlungsbedarf am Größten ist? Zurzeit erarbeitet ein Wissenschaftlerteam am RheinAhrCampus der Hochschule Koblenz im Forschungsschwerpunkt „Analytische Bildgebung“ eine Methode, mit der Fachleuchte zukünftig den Zustand eines sanierungsbedürftigen Betonbauwerkes genauer, schneller und kostengünstiger bestimmen können. Es handelt sich dabei um ein neuartiges Verfahren der Lasermolekülspektroskopie zur schnellen, berührungslosen Materialanalyse.

Mit dem neuen Verfahren ist es möglich, den Korrosionsprozess besser einzuschätzen, der im Wesentlichen auf das Eindringen von Winterdienst-Streusalzen zurückzuführen ist. Damit kann der Zustand der Bausubstanz einer Brücke oder eines anderen Bauwerks aus Beton genauer beurteilt werden. Statiker und Bauingenieure können mit diesen Informationen schon bald Rückschlüsse ziehen, mit welcher Lebensdauer des Bauwerks noch zu rechnen ist. Prof. Dr. Georg Ankerhold und Prof. Dr. Peter Kohns vom Fachbereich Mathematik und Technik der Hochschule Koblenz haben bereits erste Untersuchungsergebnisse zu diesem vielversprechenden Ansatz auf internationalen Konferenzen in Peking, Bologna und Linz in Österreich vorgestellt. Das industrienahe Forschungsprojekt wird durch das Programm „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ (ZIM) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Den Zustand eines Bauwerks aus Beton zu prüfen war bislang sehr aufwändig. Bis zu 100 Bohrkerne werden dafür normalerweise entnommen, klein gemahlen und dann einer langwierigen chemischen Untersuchung unterzogen, bei der insbesondere der Chlorgehalt in diesem Gemisch ermittelt wird. Ankerhold, Leiter des Masterstudiengangs Applied Physics, weist darauf hin, dass dabei das Ergebnis verzerrt wird: „Maßgeblich ist ja nur der Chloranteil im eigentlichen Beton. In das Messergebnis fließt aber auch der natürliche Chlorgehalt in den ebenfalls enthaltenen Steinen ein. Der aber hat keinen Einfluss auf die Tragfähigkeit des Bauwerks.“

Bei dem neuen Verfahren ist es ausreichend, nur einige wenige Bohrkerne an sensiblen Stellen des Bauwerks zu entnehmen. Diese werden der Länge nach durchgeschnitten, um den Laser-Scanner auf die dabei entstandene Schnittfläche setzen und den Zustand der Materialprobe Zentimeter für Zentimeter untersuchen zu können. „Durch das tragbare Lasersystem, das in einen Industriekoffer passt, können Messungen künftig vor Ort durchgeführt werden“, erläutert Kohns, Studiengangsleiter Optik und Lasertechnik am RheinAhrCampus, einen wesentlichen Vorteil des neuen Verfahrens. Dadurch könne die Messung schneller und kostengünstiger erfolgen: „Im Vergleich zu den bisherigen Methoden liefert dieses Verfahren unverfälschte Messergebnisse und enthält zusätzlich Informationen darüber, wie tief das Salz bereits in den Beton vorgedrungen ist.“ Die „Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung“ (BAM), die von der eingesetzten Technik im Rahmen des Kooperationsprojektes „Molekül-LIBS“ jetzt schon überzeugt ist, stellt als wichtiger Projektpartner unter anderem die notwendigen Materialproben zur Verfügung. Das mittelständische Unternehmen Secopta GmbH mit Sitz in Berlin wird die Forschungsergebnisse durch den Aufbau eines Prototyps als mobiles und marktfähiges Endgerät umsetzen.

Einige Studenten/innen der Optik und Lasertechnik haben sich in den letzten eineinhalb Jahren bereits in ihren Studien-, Bachelor- und Masterarbeiten mit diesem Forschungsprojekt befasst. Eine wichtige Unterstützung in diesem Forschungsprojekt stellen für Prof. Dr. Georg Ankerhold und Prof. Dr. Peter Kohns die Doktorandin Anne-Sophie Rother und der Doktorand Thomas Dietz dar, die das Thema in ihren Promotionsvorhaben aufgreifen.

Ankerhold hat an der Hochschule Koblenz eine Forschungsprofessur im Bereich Lasertechnik und Optische Technologien inne und konnte mit seiner Technik in einem früheren Projekt auch schon archäologische Funkstücke der Römervilla am Silberberg in Bad Neuenahr-Ahrweiler untersuchen. Er betont, dass der Anwendungsbezug der Forschung ihm und seinem Kollegen sehr wichtig sei: „Da nahezu alle Betonbrücken heute einen Sanierungsbedarf aufweisen, ist es umso wichtiger, schnell und ohne hohen Kostenaufwand zu ermitteln, wo der Bedarf am dringendsten ist.“

Bei der Untersuchung von Hafengebäuden, Schleusen und sonstigen Bauwerken, die im oder direkt am Wasser stehen, ließe sich das Prinzip der neuen Methode ebenfalls anwenden. Allerdings müsste dabei der Gehalt der Sulfate im Beton gemessen werden. Kohns weiß: „Das ist viel schwieriger als das Verfahren, das wir jetzt gerade entwickeln. Das wäre dann die nächste Herausforderung für uns.“

Der RheinAhrCampus der Hochschule Koblenz ist ein moderner Hochschulstandort vor den Toren Bonns. Im Studiengang „Optik und Lasertechnik“ des Fachbereichs Mathematik und Technik erwerben Studierende in sechs Semestern den Bachelor of Science. Im anschließenden Masterstudiengang „Applied Physics“, den die Hochschule zusammen mit der Universität Koblenz-Landau anbietet, kann in vier Semestern die Promotionsfähigkeit erworben werden. Ingenieurinnen und Ingenieure der Lasertechnik finden im Anschluss an das Studium vielfältige Berufsmöglichkeiten in Industrie, Wirtschaft sowie öffentlichen Forschungseinrichtungen.

Foto: (v.l.): Prof. Dr. Georg Ankerhold, Prof. Dr. Peter Kohns, Doktorand Thomas Dietz und Doktorandin Anne-Sophie Rother vom Fachbereich Mathematik und Technik.