Neuartiger RFID-Ultraschallsensor zur Früherkennung Schäden in Betonbauwerken mit Erfassung aller korrosionsauslösenden Faktoren (Feuchtigkeit, Potentiale, ph-Wert) in Betonbauwerken (RFID-Multisensor), TP: Entwicklung RFID-basierter Ultraschallsensor mit zugehöriger ansteuer- und Auswerteeinheit für die Erfassung der Gefügestruktur innerhalb von Beton

Neuartiger RFID-Ultraschallsensor zur Früherkennung Schäden in Betonbauwerken mit Erfassung aller korrosionsauslösenden Faktoren (Feuchtigkeit, Potentiale, pH-Gehalte) in Betonbauwerken (RFID-Multisensor)

Bei Stahlbetonbauwerken findet bis heute keine systematische, flächendeckende und dauerhafte Kontrolle des Korrosionszustandes der Stahlarmierung, und der Gefügestruktur statt. Bis auf wenige Ausnahmen existieren keine Überwachungssysteme für Betonbauwerke, die Schäden erkennen können, bevor diese die Standsicherheit beeinflussen. Die automatisierten Messsysteme, die bestehen, haben jedoch Nachteile (Punktmessungen, externe Kabelboxen, komplizierte Mess- und Auswerteelektronik) und befinden sich auch erst im Grenzbereich zwischen Forschung und industriellem Einsatz.

Mit einer frühzeitigen Erkennung von korrosionsauslösenden und statisch relevanten Baustoffeigenschaften können in der vorbeugenden Instandhaltung große Einspareffekte erzielt werden. Es bestehen Schätzungen, dass in Deutschland jährlich Schäden im Wert von 18 Mrd. Euro durch Einsatz von Systemen zur Früherkennung verhindert werden könnte.

Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines neuen Früherkennungssystems hinsichtlich aller vorkommenden Schädigungsarten in Betonbauwerken. Es soll ein multifunktionaler RFID-Sensor entwickelt werden, der eine mögliche Korrosion, die Feuchtigkeitsveränderung, die sich entwickelnde elektrische Potentiale, vor allem aber Änderungen der Gefügestruktur erkennen und mittels RFID-Technologie an ein Lesegerät melden kann. Mit dem System soll es erstmals möglich sein, bei korrosions-, rissgefährdeten sowie bei AKR Gefährdung in Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken wie Parkhäusern, Wasserbauwerken und Brücken ein umfassendes und permanentes Monitoring des Baustoffzustandes (Korrosion, Feuchtigkeit, pH-Gehalt, Risse, AKR  (Alkali- Kiesel-Reaktion) drahtlos durchführen zu können. Zudem ist die Möglichkeit zum nachträglichen Einbau ein wesentlicher Bestandteil der neuen Sensorkonzeption.

Kerninnovation des Teilprojektes des ISAT ist die Entwicklung einer energiearmen Ultraschall-Sensoreinheit zum Low-Power-Betrieb mittels RFID, welche auch eine Einkopplung von Ultraschall in technische Substrate erlaubt und insbesondere für Fragestellungen im Bauwesen eingesetzt werden kann. Die Ultraschalleinheit soll zusammen mit den anderen messtechnischen Komponenten als Multisensor in Bauwerke integriert und zur Detektion von Rissen in Beton-Gefügestrukturen genutzt werden. Um bei geringem Energieverbrauch dennoch genügend Schallenergie in den Beton einkoppeln zu können, sollen Schallwandler mit hohem Wirkungsgrad > 50% eingesetzt werden. Eine wesentliche Aufgabe im Teilprojekt des ISAT stellt die Integration der Ultraschalleinheit in das Gehäuse des Multisensors dar, bei welcher auch sichergestellt werden muss, dass eine ausreichende Kopplung zwischen Wandler und Beton gegeben ist. Durch Verzicht auf Dämpfungsschicht bei gleichzeitig stabiler Laufzeitbestimmung soll eine Ausbreitung des Ultraschallsignals von 20 cm in das Substrat hinein mit anschließender Reflektion und Detektion der Schallwellen erreicht werden. Dabei wird nur dann ein Schallsignal ausgesendet, wenn durch das RFID-System ausreihend Energie akquiriert wurde (Leistung: 3.3 mW, Messrate 0,1-1 Hz)

Weiterhin entwickelt das ISAT eine Schaltung zur Erzeugung und Verstärkung der Schallsignale (Messverstärker) sowie Auswerteelektronik für den Schallwandler des Multisensors mit geringem Energieverbrauch.