Betondruckfestigkeit - Messsystem Consonic / UKS

Consonic C60 mit Tauchsonde TS250

Mit dem ehemaligen Ultraschall-Messgerät Consonic (Weiterentwicklung: Koffersystem UKS & LightHouse UMPC) zur kontinuierlichen und diskontinuierlichen Messung der  Betondruckfestigkeit, stand dem Baupraktiker 1997 erstmalig ein zuverlässiges Prüfsystem zur exakten Kennzeichnung des Erhärtungsfortschrittes an Betonteilen und damit zielsicheren Steuerung von Bauabläufen unterschiedlichster Art zur Verfügung.
Mit der Entwicklung einer innovativen Mess- und Auswertemethode zur Bestimmung der Betondruckfestigkeit durch Ultraschall-Laufzeitmessungen wird

  • einerseits der Anwendungsbereich der Ultraschall-Messtechnik erheblich erweitert und
  • andererseits erstmalig eine Methode zur zerstörungsfreien, direkten und kontinuierlichen Bestimmung von Betondruckfestigkeiten verfügbar.

Kontinuierliche Messungen sind aufgrund der erforderlichen andauernden und reproduzierbaren Kopplung zwischen Beton und Prüfköpfen mit Tauchsonden (in den frischen Beton einzusetzen, direkte Durchschallung) durchführbar.

Vielfältige Einsatzgebiete und bis zu 6 Eignungsprüfungen gleichzeitig

Für bereits in der Erhärtung befindliche oder schon erhärtete Betone sind diskontinuierliche Messungen mit Standard- bzw. Tastprüfköpfen in direkter oder indirekter Durchschallung oder Messung an einer Oberfläche möglich. Dabei ist zu beachten, dass die Genauigkeit der Prüfergebnisse durch Austrocknung des Betons oder eventuelle Schädigungen abnimmt. Die Messungen sind in gleicher Weise auch an Mörtel oder Zementleim durchführbar. Damit werden speziell die kritischen Erhärtungsdruckfestigkeiten des Betons, die in Form von Würfeldruckfestigkeiten die interessierenden Bauteile nicht adäquat charakterisieren können, nahezu beliebig zugängig. Da ein 6-Kanalgerät verfügbar ist, können beispielsweise sechs verschiedene Eignungsprüfungen im Labor gleichzeitig getestet oder aber bis zu sechs unterschiedliche Messpunkte in einem Bauteil erfasst werden (Messpunkte bis zu 15 m Entfernung vom Gerätestandort in jeder Richtung). Je nach Messbedingungen sind Druckfestigkeitsbestimmungen im Bereich von 1 bis über 60 N/mm² zugängig.

Damit wird der Gesamtbereich interessierender Erhärtungsdruckfestigkeiten für Ort- und Fertigteilbetone zugängig, beginnend bei geringen Frühfestigkeiten von Spritzbetonen oder auch Spritzzementen über Ausschal- und Abhebefestigkeiten bis zu Vorspannfestigkeiten und aus weiteren Gründen interessierende Festigkeiten, z. B. der Frühfestigkeit eines Straßenbetons. Entsprechende Untersuchungen über Ausschaltermine von Ortbetonwänden, die Festigkeitsverteilung an wasserundurchlässigem Beton (weiße Wanne), die Optimierung der Fertigteilproduktion über die Erfassung der Abhebefestigkeit und die Festigkeitsentwicklung von Spritzbetonen sind bekannt. Die Geräteausführung erlaubt dazu über die Alarmfunktion die Signalisierung von Vorgabewerten wie Festigkeiten oder gemessener Temperaturen (z. B. Frostgefahr) für weitere technologische Schritte. Weitere Möglichkeiten sind die Vorbereitung von Messungen vor Betonierbeginn oder der Abruf von Daten durch Übertragung mit DFÜ oder LAN. Die Software gestattet Eingriffe zur Anpassung von Parametern an eine außergewöhnliche Betonzusammensetzung (z. B. Microsilicabeton oder atypische Zuschläge) zu jeder Zeit während oder nach einer Messung.

Auswertung der Ultraschallgeschwindigkeit zur Ermittlung der Betondruckfestigkeit

Die Bewertung der Methode, insbesondere der Auswertung der Ultraschall-Geschwindigkeit zur Bestimmung der Betondruckfestigkeit, steht im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik. Danach lassen sich allgemeingültige funktionale Zusammenhänge zwischen Ultraschall-Geschwindigkeit und Betondruckfestigkeit nicht auffinden, weshalb die Bestimmung der Druckfestigkeit jeweils objektbezogene Korrelationsuntersuchungen auf der Basis zerstörender und zerstörungsfreier Untersuchungen erfordert. Allgemeingültige Beziehungen lassen sich jedoch finden, wenn die Auswertung der Ultraschall- Geschwindigkeit auf der Grundlage eines Werkstoffmodells erfolgt.

Diese Auswertung erfordert die Kenntnis der Rezeptur des gemessenen Betons, weil sowohl der Beitrag
der Zementsteinmatrix als auch der Zuschlag zur Schallgeschwindigkeit im Beton bewertet werden muss. Die Schallgeschwindigkeiten der geläufigen Zuschläge des Normalbetons gehen weitestgehend als konstant in die Berechnung ein. Spezielle Zuschläge erfordern jedoch die Kenntnis über ihre Schallgeschwindigkeit.
Für weitere Besonderheiten der Ultraschall-Messungen an Betonen wie Schallausbreitung über Bewehrung oder Schalung, Ankopplung der Prüfköpfe und Signalerkennung bei ungünstigen Intensitätsverhältnissen enthält das Gerät einerseits spezielle messtechnische Lösungen, andererseits sind bei den Messungen natürlich prinzipielle Zusammenhänge der Ultraschall-Messtechnik, z. B. zwischen Ultraschallfrequenzen und Objektabmessungen zu beachten.

Bei der Beurteilung von Ergebnissen im Vergleich zu Würfeldruckfestigkeiten müssen Größe und Ursache der Streuung der Ergebnisse beider Methoden beachtet werden. Der Nachweis, dass bei weitgehendem Ausschluss von Qualitätsstreuungen die durch Ultraschall-Messungen bestimmten Druckfestigkeiten sich nicht signifikant von Würfeldruckfestigkeiten unterscheiden, lässt sich unter Laborbedingungen führen. Die zwischen der zerstörenden Würfelprüfung und der Ultraschallprüfung an Bauteilen infolge unterschiedlicher Erhärtungstemperaturen auftretenden Festigkeitsunterschiede sind im Gegensatz dazu logisch, ihre Erfassung ist ja gerade die Zielstellung der zerstörungsfreien Prüfung.

Unter Beachtung dieser Voraussetzungen kann man davon ausgehen, dass bei ordnungsgemäßen Messungen und genauer Rezepturkenntnis die Abweichungen zwischen den zerstörend und zerstörungsfrei gemessenen Druckfestigkeiten im Bereich von 10 bis 50 N/mm² in der Regel um nicht mehr als +-10 % abweichen (meist viel geringer), wenn

  • die Würfeldruckfestigkeit als Mittelwert aus >/- 3 Prüfkörpern vorliegt,
  • die Ultraschall-Geschwindigkeit als Mittelwert von >/- 3 Messstellen bestimmt wurde,
  • die Erhärtungstemperaturen von Würfel und Ultraschall-Messobjekt annähernd gleich sind,
  • die Ultraschall-Geschwindigkeit mittels direkter Durchschallung gemessen wurde.

Die zu erwartende Festigkeitsentwicklung wird auf der Grundlage der gemessenen Festigkeiten und einer integrierten Temperaturmessung als Prognoserechnung angeboten. Diese informiert mit dem Zeitpunkt beginnend, zu dem der Beton 25 % seiner aufgrund der Rezeptur zu erwartenden 28-Tage-Festigkeit erreicht hat, über die weitere Festigkeitsentwicklung bis zum 28. Tag.

 

Autor: Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. rer. nat. Käßner (COBET Ingenieurbüro), verfasst: 1999

Normen:
Beton - DIN EN 12504-4:2004-12: Prüfung von Beton in Bauwerken – Teil 4: Bestimmung der Ultraschallgeschwindigkeit; Deutsche Fassung, EN 12504-4:2004

Patent: DE 196 29 485