Magnetische Streufeld­messung
Spannstahl­bruchortung mit dem Remanenz­ma­gne­tismus-Verfahren

Zerstörungsfreie Prüfungen Spannstahlbruchortung

Die große MobiRem-Messeinheit (REM 350) während der zerstörungsfreien Untersuchung von Querspanngliedern mit dem Remanenzmagnetismus-Verfahren (Spannstahlbruchortung)

Spannstahlbruchortung mit Hilfe eines Brückenuntersichtgeräts

Spannstahlbruchortung mit der magnetischen Streufeldmessung: Mithilfe eines Brückenuntersichtgeräts sind bei diesem Messeinsatz die Längsspannglieder im Brückenträger zerstörungsfrei mit der kleinen MobiRem-Messeinheit (REM 40) untersucht worden

Für die Untersuchung von Bauwerken stehen spezifische zerstö­rungsfreie Prüfver­fahren zur Verfügung, um eine Einschätzung der vorhandenen Bausubstanz hinsichtlich Dauerhaf­tigkeit und Sicherheit zu ermöglichen. Verbreitet sind Verfahren zur Bestimmung der Betondruck­fes­tigkeit und der Lage der Stahlbe­ton­be­wehrung.

Bei Spannbe­ton­bau­werken ist vor allem der Zustand der Spannstähle von besonderem Interesse. Neben der Ortung der Spannglieder und der Beurteilung des Verpress­zu­standes der Hüllrohre ist vor allem die Beurteilung der Spannstähle hinsichtlich ihrer Rissefreiheit bzw. ihres Korrosi­ons­zu­standes von Interesse.

Die magnetische Streufeld­messung, auch als Remanenz­ma­gne­tismus-Verfahren (RM-Verfahren) und Spannstahl­bruchortung bekannt, ist eine zerstö­rungsfreie Prüfmethode, mit der Brüche, Risse oder ausgeprägte Korrosi­ons­be­reiche in Spannstählen in Spannbe­ton­kon­struk­tionen festgestellt werden können. Sie erlaubt eine schnelle und effiziente Untersuchung und liefert als Ergebnis eine aktuelle Zustands­analyse der Spannglieder, die für eine rechnerische Abschätzung der Resttrag­fä­higkeit des Bauwerks verwendet werden kann.

Die magnetische Streufeld­messung kann bei Spannstählen sowohl im sofortigen Verbund (Spannbe­ton­fer­tigteile) als auch im nachträg­lichen Verbund (in verpressten Hüllrohren) durchgeführt werden, ohne dass die Konstruktion lokal zerstörend geöffnet werden muss.

Achtung: Spann­­stahl­­­brü­che sind nicht durch Ris­se an der Betono­ber­fläche erkennbar. Spann­­stahl bricht ohne Vor­­an­­­kün­­­di­gung. Eine Spann­­stahl­­­bruch­or­tung in Form einer magnetischen Streufeld­messung gibt ex­pli­zi­t Aus­kunft über die Stand­­­si­cher­­heit von Bau­­wer­ken.

Spann­stahl­bruch­or­tung

Der REM 350 (große MobiRem-Messeinheit) bei einem Messeinsatz auf einer Straßenbrücke

Das Institut für Bau­technik em­pfiehlt in seiner Mitteilung vom 10.08.1992, Spannbe­ton­­kon­struk­tionen bei Umbau­­maß­­nahmen oder Nutz­ungs­­än­­de­rungen auf Spannstahl­brüche zu untersuchen.

In Abhängigkeit der jeweiligen Einfluss­pa­rameter ist es möglich, Risse bzw. Brüche in Spanngliedern bzw. -drähten schon bei einer Querschnitts­min­derung von etwa 10% des Gesamt­quer­schnitts festzu­stellen.

Durch eine zer­stö­rungs­­freie Bauwerk­s­prüfung mithilfe der magnetischen Streu­­feld­­messung (d.h. einer Spann­­stahl­­­bruch­or­tung zur Scha­dens­­analyse) können Spannstahl­brüche in Spannbe­ton­bau­teilen explizit lokalisiert und somit ent­spre­chende Instan­d­­set­zungs­­­maß­­nahmen auf das Not­wen­digste kon­zen­triert werden.

Mit den uns zur Verfügung stehenden Prüfgeräten können wir nahezu jedes Spannbe­ton­bauwerk bzw. Spannbe­ton­bauteil auf Brüche in den Spanngliedern zerstö­rungsfrei untersuchen. Je nach Art der Konstruktion bzw. je nach dem Verlauf der Spannglieder kommen verschiedene Messein­heiten zum Einsatz.

Spannstahlbruchortung

Der REM 40 (kleine MobiRem-Messeinheit) bei einer Untersuchung von HP-Schalen einer Schwimm­halle

Für die fol­gen­den Bauw­erks­ar­ten hat sich das Ver­fah­ren der mag­ne­tisch­en Streu­­feld­­mes­sung bzw. der Spann­­stahl­­­bruch­or­tung be­reits qua­li­­fi­ziert:

  • Fahrbahn­­platten von Brücken­­bau­werken (Straßen- und Autobahn­brücken) mit einer Untersu­chungs­­­leistung von bis zu 3.600 m² am Tag
  • Bodenplatten von Park­häusern (Parkdecks)
  • Spann­­be­ton­­binder von Hallen­­bau­werken (Schwimm-, Sport- und Industrie­hallen) und Geschoss­­decken
  • VT-Falten und HP-Schalen (Hyper­­bo­loi­d­­schalen) von Hallen­­dächern
  • Spann­­be­ton­­träger von Brücken­­bau­werken
  • Tank­be­hälter in Spann­­be­ton­­bauweise

Eine speziell für das Prüf­ver­­fah­ren der Spann­­stahl­­­bruch­or­tung pro­gram­­mier­te Mess­soft­ware er­mög­licht eine erste Ein­schät­zung des Zu­stands des Bau­teils un­mit­tel­bar im An­schluss an die Mes­sung. Eine de­tail­lier­te ana­ly­tische Aus­wer­tung der Mess­da­ten er­folgt im Nach­gang des Mess­ein­­satz­es.

Spanndraht Spannstahlbruchortung

Warum versagen Spannstähle?

Die Gefahr des Versa­gens von Spann­drähten besteht bei alterungs­­­emp­fin­d­­lichen Spannstählen, bei mangel­haftem Korrosi­ons­­­schutz oder auf­grund äußerer Einflüsse z.B. das ver­se­hent­liche An­bohren der Spann­­glieder.

Spann­­be­ton­­bau­werke, die vor 1975 her­ge­­stellt worden sind, können auf­grund der Spröd­­bruch­an­­fäl­lig­keit der Spann­stähle hin­sicht­lich der Dauer­haf­tig­keit und Rest­trag­­fä­hig­keit be­ein­trächtigt sein. Zu den spröd­­bruch­­emp­fin­d­­lichen Spann­­stählen zählen der „Neptun N40“ und der „Sigma oval“. Spannungs­­riss­­kor­ro­si­ons­­­emp­fin­d­liche Spann­stähle wurden bis 1978 verbaut. Auch der ver­gütete Hennigs­­dorfer Spann­stahl bis zum Pro­duk­ti­ons­ende 1982 weist diese Material­­emp­fin­d­­lich­keit auf. Die Bruch­­emp­fin­d­­lich­keit dieser Spann­stähle ist unab­hängig von Umfeld­­be­ding­ungen, selbst wenn die Hüll­rohre voll­ständig ver­presst sind.

Mangel­hafter Korro­­si­ons­­­schutz erhöht die Bruch­­wahr­­schein­­lich­keit sämt­licher Spann­­stahl­­­sorten, ins­be­son­dere wenn Chloride durch Tau­salze oder Aerosole (Schwim­m­­ba­d­at­mos­phäre, Des­in­fektion) den Beton durch Diffusion durch­dringen und Hüllrohre nicht vollständig verpresst sind. Gefährdete Bereiche lassen sich eben­falls mit der Potential­­feld­­mess­­methode er­kennen.

Brücken­bauwerke weisen sowohl in Längs- als auch in Querrichtung eine Vorspannung auf. Neben den Längsspann­gliedern, die die Brücken­träger oder die Hohlkas­tenstege vorspannen, sind vor allem auch die Querspann­glieder im Hinblick auf die verwendete Spannstahlart, auf die starke Chlorid­be­lastung durch den Einsatz von Tausalzen und auf den steigenden Güterverkehr unter besonderer Beobachtung zu stellen.

In Deutsch­land sind fast 70 % der Brücken­­bau­werke an Bundes­­fern­­straßen als Spann­­be­ton­­kon­struk­tionen errichtet (in Ab­hän­gig­keit ihrer Brücken­­­fläche, Stand 2004). Bedingt durch das damalige Vertrauen beim Auto­bahn­bau der 50er bis 70er Jahre in die Spann­­be­ton­­bau­weise wurde nur wenig Stahlbe­ton­be­wehrung ein­ge­baut.

Profes­sionelle Spannstahl­bruchortung: Unser Team kann auf eine lang­jähri­ge Er­fahrung in der An­wen­dung der ma­gne­tisch­en Streu­­feld­­messung zu­rück­­grei­fen und ent­wickelt ent­sprech­en­de Prüf­ge­rä­te ste­tig wei­ter, um auch den schwie­rig­sten Auf­gaben hinsichtlich zerstö­rungs­freier Prüfungen ge­recht zu werden.

Mit unserer Messtechnik haben wir be­reits zahl­reiche Dach­kon­struk­tio­nen von Sport- und In­dus­trie­hallen, Decken­­kon­struk­tion­en von Park­häu­sern, Spann­­be­ton­­be­häl­ter und Brücken­­kon­struk­tio­nen (Brücken­trä­ger und Fahr­bahn­­platten) er­fol­g­reich un­ter­sucht ( Referenzen ).

Spann­­stahl­­­bruch­ortung:
Magnetische Streufeld­messung im Bauwesen

Seit über 90 Jahren wird die ma­gne­tische Streu­­feld­­messung in der Werk­stoff­prü­fung an­ge­wandt, in Deutsch­land seit Ende der 80er Jahre im Bau­we­sen für die Spann­­stahl­­­bruch­ortung. Zu Beginn war es nur bei Spann­­be­ton­­bau­­teilen mit Spann­glie­dern im so­forti­gen Ver­bund ein­setz­bar. Im Laufe der 90er Jahre fand das zerstö­rungsfreie Ver­fah­ren auch An­wen­dung für Spann­glie­der mit nach­träg­­lich­em Ver­bund. Seit dieser Zeit ist die ma­gne­tische Streu­­feld­­messung, auch als Re­ma­­nenz­­ma­g­ne­tis­mus-Ver­fahren (RM-Ver­fah­ren) und Spann­­stahl­­­bruch­or­tung be­kannt, bei jedem Spann­­be­ton­­bau­werk bzw. Spann­­be­ton­­bau­teil mit den un­ter­­schie­d­­lichs­ten Rand­be­­ding­ung­en als zer­stö­rungs­­frei­es Prüf­ver­­fah­ren an­wend­bar. Je nach Kon­struk­tion des zu un­ter­­su­chen­den Bau­teils kommen spe­ziell entwickelte Mess­ein­heiten zum Ein­satz.

Der physika­lische Effekt und das Messprinzip der Spannstahl­bruchortung

Das Re­ma­­nenz­­ma­g­ne­tis­mus-Ver­fah­ren nutzt die ferro­­ma­g­ne­tisch­en Ei­gen­­schaf­ten des Spann­stahls, um Brüche oder auch Risse in den Spann­dräh­ten zer­stö­rungs­frei zu lo­ka­­li­­sieren. Der Spann­stahl be­sitzt in­fol­ge des Erd­ma­g­net­felds, der Ver­wen­dung von Hub­ma­g­ne­ten wäh­rend der Her­stellung oder an­derer ma­gne­tisch­er Ein­flüsse ein un­de­­fi­niert ein­ge­präg­tes Ma­gnet­feld.

Um ein für die Un­ter­­su­chung not­wen­­di­ges de­fi­­nier­tes Ma­gnet­feld zu er­hal­ten, wird das zu un­ter­­su­chen­de Spann­glied von der Bau­teil­o­ber­­fläche aus bis zur Sätti­gung (Re­ma­nenz) ma­gne­ti­siert. An Bruch­­stellen ein­zel­ner Spann­drähte tre­ten ma­gne­tische Streu­­fel­der auf, die ver­gleich­bar sind mit Streu­­fel­dern an ge­bro­chen­en Stab­ma­g­ne­ten (Di­pol­­bil­dung an der Bruch­stelle).

Remanenzmagnetismusverfahren

Metallspäne macht das Magnetfeld sichtbar, welches mit den Magnetsensoren gemessen und aufgezeichnet wird

Magnetfeldlinien Remanenzmagnetismus Grafik

Darstellung als Stabmagnet mit magnetischem Südpol (rot) und magnetischem Nordpol (blau)

Zerstörungsfreie Prüfung

Der REM 40 (kleine MobiRem-Messeinheit) bei der Untersuchung von Längsspanngliedern in einem Brückenträger einer Autobahnbrücke

Nach der Magneti­sierung wird die ma­gne­tische Fluss­­dich­te ent­lang des Spann­­glie­d­­ver­­laufs mit Ma­gnet­­sen­­so­ren (z.B. Hall­son­den) an der Be­ton­o­ber­­fläche ge­messen und auf­ge­­zeich­net. Die ma­gne­tische Fluss­­dich­te setzt sich aus einer trans­­ver­­sa­len Kom­po­­nen­te (or­tho­­go­nal / recht­wink­lig zur Be­ton­o­ber­­fläche) und einer axia­len Kom­po­­nen­te (parallel zur Be­ton­o­ber­­fläche) zu­sammen.

Spanndraht­brüche verur­sachen einen charak­te­ris­tisch­en Sig­nal­­ver­lauf, bei dem sich der Bruch an der Stelle be­fin­det, an der die trans­­ver­sale Kom­po­­nen­te einen Wende­punkt und die axia­le Kom­po­­nen­te ein Ex­tre­mum be­sitzt. Die Stärke des Sig­nals gibt Aus­kunft über die Quer­schnitts­schwäch­ung des Stahls.

Keine Hinder­nisse – aber Ein­fluss­pa­ra­­me­ter – für das Mess­er­­geb­nis bei der Spannstahl­bruchortung sind:

  • die Betondeckung (bis etwa 20 cm),
  • die Anordnung und der Grad der Stahl­­be­ton­­be­wehrung,
  • stählerne Einbauteile,
  • metall­­ka­schierte Dichtungs­­­bahnen.
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