Spannstahl­bruchortung
Achtung: Spann­­stahl bricht ohne Vor­­an­­­­kün­­­­di­gung

2018_REM 350_Magnetbild mit Kennzeichnung

Ausgewertetes Magnetbild einer Mess­spur mit dem REM 350 mit Kenn­zeich­nung der Spann­glie­der und eines bruch­a­r­ti­gen Sig­nals

Was ist Spannstahl­bruchortung?

Spannstahl­bruchortung ist eine Technik zur Überwachung des Zustandes von Stahlkabeln, die unter Spannung stehen, indem mögliche Bruchstellen erkannt werden. Diese Technik wird häufig in Brücken, Stahlkon­struk­tionen und anderen Bauwerken eingesetzt, um die Sicherheit zu gewähr­leisten.

Situation in Deutschland

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

Die Sicherheit bzw. Stabilität einer Brücke zum Beispiel oder eines Hallendachs ist abhängig von dem Zustand des verbauten Spannstahls. Von außen ist der Zustand der Betonstahl­be­wehrung nicht feststellbar. Erschwerend kommt hinzu, dass Spann­­stahl­­­brüche sich weder durch Risse noch durch Betonab­plat­zungen bemerkbar machen. Spann­­stahl bricht ohne Vor­­an­­­kün­­­di­gung. Aus die­sem Grund ist die Un­­ver­­­sehr­t­­heit des Spann­­­stahls für die Stand­­­si­cher­heit von Bau­­wer­ken so we­sent­­lich.

Magnetische Streufeld­messung
Spannstahl­bruchortung mit dem Remanenz­ma­gne­tismus-Verfahren

2021_Uttrichshausen_Rem_350

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

2016_Huntebrücke_Oldenburg_REM 40 und Brückenuntersichtgerät #2

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 Verpress­zu­stands der Hüllrohre ist vor allem die Beurteilung der Spannstähle hinsichtlich ihrer Rissefreiheit bzw. ihres Korrosi­ons­zu­stands 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 an 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 zu erkennen. Spann­­stahl bricht einfach – ohne Vor­­an­­­kün­­­di­gung. Eine Spann­­stahl­­­bruch­or­tung in Form einer magnetischen Streufeld­messung gibt ex­pli­zi­t Aus­kunft über die Stand­­­si­cher­­heit von Bau­­wer­ken.

Das Institut für Bau­technik em­pfiehlt

2016_Donaubrücke_Straubing_REM 350_Magnet-Schraubenschlüssel-Messspur

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 hin 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.

Bereits geprüfte Bauw­erks­ar­ten

2020_HP-Schale_BlueOne-150

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.

2019_Spannstahl_Litzenbündel mit IFDB-Rissbreitenmaßstab

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 u.a. 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 besondere Beobachtung zu stellen.

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

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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 ma­gne­ti­siert. An Bruch­­stellen ein­zel­ner Spann­drähte tre­ten ma­gne­tische Streu­­fel­der auf, die ver­gleich­bar sind mit Streu­­fel­dern an ge­bro­chen­en Stab­ma­g­ne­ten (Di­pol­­bil­dung an der Bruch­­stelle).

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 zu 25 cm)
  • die Anordnung und der Grad der Stahl­­be­ton­­be­wehrung
  • stählerne Einbauteile
  • metall­­ka­schierte Dichtungs­­­bahnen
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