Hans-Joachim Krause, Edmund Rath, Gottfried Sawade, Frank Dumat

• Zur Zustandsbeurteilung von Brückenfahrbahnplatten ist es wichtig, die Feuchte und den Salzgehalt des bewehrten Betons zu kennen. Üblicherweise wird die Versalzung mittels Potenzialmessung bestimmt und durch Laboranalyse von Proben verifiziert. Diese Methode erfordert aber das Entfernen des Fahrbahnbelags. Um eine zerstörungsfreie Bestimmung des Betonzustandes und des Salzgehaltes des Betons mit einem fahrzeugbasierten Messsystem von der Fahrbahn aus durchführen zu können, wurde eine Kombinationsmethode aus Georadar und Magnetfeldmessung entwickelt. Ermittelt man die komplexe Dielektrizitätskonstante (DK) des Baustoffs im Mikrowellen-Bereich, so ist es möglich, über entsprechende Kalibrationskurven seine Feuchte und seinen Salzgehalt abzuleiten. Mit einem 1 GHz-Bodenradar wird die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen von der Fahrbahnoberfläche bis zur oberflächennahen Bewehrung bestimmt. Die Tiefe dieser Bewehrungsstähle wird unabhängig durch eine magnetische Gleichfeld-Methode ermittelt. Nach Aufmagnetisierung werden mehrere Gradientenkomponenten des statischen magnetischen Feldes der Bewehrungsbügel gemessen und daraus die Bügeltiefe berechnet. Diese magnetische Tiefenbestimmung ist unabhängig von den dielektrischen Eigenschaften der dazwischen befindlichen Materialien. Durch Vergleich der Radar-Laufzeit mit der magnetisch gemessenen Tiefe lässt sich der Realteil der effektiven DK des überdeckenden Betons bestimmen. Die Analyse der reflektierten Radar-Amplitude erlaubt eine Abschätzung des Salzgehaltes. Zusätzlich wurde ein dielektrischer Resonator für die Feuchte- und Salzgehaltmessung von Baustoffen entwickelt, der aus einer zylindrischen Mikrowellenkeramik hoher DK in einem halboffenen Metallgehäuse besteht. Aus der Messung der Resonanzfrequenz und der Güte beim Aufbringen des Resonators auf den Baustoff lässt sich sein Feuchte- und Salzgehalt ableiten. Die an Beton-Probekörpern bekannter Feuchte und Versalzung durchgeführten experimentellen Untersuchungen bestätigten die Erwartungen. Ein Radar-Magnet-Messwagen wurde entwickelt und auf zwei Brückenbauwerken erfolgreich erprobt. Die effektive komplexe DK konnte gut bestimmt werden.
• In order to evaluate the condition of concrete bridge decks, it is important to know the moisture and salinity of the reinforced concrete. Usually, the salinity is determined by electrical potential measurement at the concrete surface and verified by laboratory analysis of drill samples. This technique, however, requires the removal of the asphalt covering. For nondestructive evaluation of the concrete quality with respect to moisture and salinity by means of a vehicle-based measurement system, a combination method involving ground penetrating radar (GPR) and magnetic field measurement was developed. If the complex electrical permittivity (dielectric constant) of a construction material in the microwave frequency range is known, it is possible to derive its moisture and salinity using calibration curves. With a 1 GHz GPR, the traveling time of the electromagnetic waves from the road surface to the upper reinforcement layer is measured. The depth of these reinforcement bars are determined independently using a static magnetic field measurement. The bars are magnetized, the components of their remanent magnetic field are measured and the distance to the magnetometer sensors are calculated from the derivatives of the field. The results of this magnetic depth determination technique are independent of the dielectric properties of the materials in between. From the comparison of the radar reflection time with the magnetically determined depth, the real component of the permittivity is derived. The analysis of the reflected radar amplitude allows an estimate of the salinity. Additionally, a dielectric resonator was developed for moisture and salinity measurement of materials. It consists of a cylindrical microwave ceramics with high permittivity in an half-open metal enclosure. From the measurement of the resonance frequency and the quality factor during contact with the material, its moisture and salinity can be determined. Experiments were conducted using concrete blocks with known moisture and salinity. The results confirmed the expectations. A Radar-magnetic measurement vehicle was developed and successfully tested on two highway bridges. The effective complex dielectric permittivity could be determined well.