Betonreparationsdagen Agenda

Transkript

1 Undersøgelses- og analysemetoder af betonskader, herunder termografi Brovedligehold og materialeteknologi Asger Knudsen, Afdelingsleder

2 Betonreparationsdagen 2008 Agenda Baggrund og problemstilling Undersøgelses og inspektionsmetoder Laboratorieanalyser og monitering Termografi (ny) metode til tilstandsvurdering af betonkonstuktioner Afslutning og perspektiver 2

3 Damage types concrete structures Corrosion (chloride ingress, carbonation) ASR (Alkali Silica reactions) Other types of cracking (e.g. due to temperature and/or shrinkage) Sulfate attack or other types of chemical attack Freeze/thaw Accidents (ship/vehicle impact) Initial defects (honey combing etc.) Structural problems 3

4 Systematic management and maintenance Principal Inspection Inventory Routine Inspection Special Inspection Priority Ranking Rehabilitation Design Execution of Rehabilitation Routine Maintenance 4

5 Deterioration types 5

6 Visual Inspection 6

7 Special Inspection Purpose and benefits Purpose: Determine cause of damage Determine extent of damage Assess probable future development of damage Set up and analyze alternative rehabilitation strategies Recommend further actions Establish basis for rehabilitation design More knowledge about the type and the extent of damage resulting in: Optimal use of budget (determine optimal rehabilitation strategy technical as well as economical) Extended service life time Minimizing of traffic interference Ensure the required safety level and function of the structure Avoid unforeseen costs 7

8 Selective use of NDT-investigations NDT-investigation: Often used as part of a special inspection Results in input to deterioration models Effective way to screen large areas for defects 8

9 Overordnet planlægning Brug af NDT i en overordnet sammenhæng Hovedplan: Visual inspektion På baggrund af den visuelle inspektion vælges områder for overfladebaserede (NDT) metoder Hastighed Visuel Overfladebaseret(NDT) Punktundersøgelser Fra overflademålinger vælges placeringen for punktundersøgelser Detaljeringsgrad 9

10 Reason for NDT-testing Your house is in excellent condition! 10

11 GalvaPulse - Korrosionsmåling Ikke-destruktiv målemetode Anvendes til evaluering af armerings korrosionspotentiale og korrosionshastighed. Data anvendes til restlevetidsmodeller og optimering af vedligeholdelsesplanlægning. Anvendes på armerede betonkonstruktioner. 11

12 Special Inspection corrosion evaluation Visual damages Resistance/cover 100 P3 P13 P14 P1 T P Corrosion Potential Corrosion Rate 12

13 Impact-Echo Hurtig ikke-destruktiv målemetode der anvendes til lokalisering af dårlig vedhæftning, delamineringer, hulrum, stenreder og målinger af tykkelser og dybder af revner. Adgang kun påkrævet fra én side af konstruktionen. Ideel til screening af større arealer data kan analyseres on-site Kan anvendes på mange materialer: Beton, asfalt, granit, marmor, etc. 13

14 Impact Echo, 2 transducers Determination of ultrasonic pulse velocity Detection of cracks 14

15 Georadar Ikke-destruktiv målemetode Left Joint Right Anvendes til lokalisering af armering, kabelrør, større hulrum under betonplader, tykkelse af betondæk, stillestående vand i huldæk. Grouting defect Data kan vises i 3D format. Kan anvendes på mange materialer. 15

16 Boroscope Cable investigations 16

17 Ultralyd Ikke-destruktiv målemetode Anvendes til måling af lydhastigheder, estimering af dynamisk E-modul, materialestyrker, nedbrydning, homogenitet, delamineringer og bestemmelse af revnedybder. Kan anvendes på mange materialer: Beton, asfalt, granit, marmor, etc. 17

18 s MASH (Impulse response) Hurtig ikke-destruktiv målemetode der anvendes til lokalisering af delamineringer, hulrum, stenreder og manglende vedhæftning mellem konstruktionselementer, forankring og udbøjning af plader. Ideel til screening af større arealer data kan analyseres on-site og kalibreres ved udboring af kerner Lindenborg, pæledæk nord Felt 2 Voids Index 13/5/ Søjler under bropladen Dybden til en defekt kan IKKE registreres Kan anvendes på mange materialer: Beton, asfalt, granit, marmor, etc Afstand i m fra sydlig fuge Afstand i m fra kantbjælke 18

19 Laboratory investigations Purpose: Often used as part of a special inspection Results in input to deterioration models Obtaining an overall view of the concrete quality Necessity of repair based on the conclusions from the two above mentioned investigations 19

20 Macroanalysis on cores or plane sections Assessment and determination of: - stone type and -content - cracks - entrapped air - carbonation - major casting defects - construction joints 20

21 Microanalysis Assessment and determination of: - concrete composition - cement type and content - aggregate types - w/c-ratio - air void content - defects (cracks, inhomogenities) - aggressive attacks (e.g. sulfate) - damages, e.g. ASR - strength - initial defects (casting defects) 21

22 Optical determination of compressive strength Point counting of thin section paste, air voids and w/c-ratio Application of Ferets formula for calculation of strength level. Cement paste denseness, T 22

23 Alkali silica reactions evaluation 23

24 Residual reactivity (ASR) Evaluation and determination of the potential risk for development of ASR damages and estimation of the residual potential for further reactions under the following conditions: Limit: 1 expansion - unlimited access for moisture - unlimited access for moisture and sodium chloride 24

25 Online monitoring Purpose and benefits The use of monitoring system with remote access has several advantages compared to the traditional approach: Better & simpler assessments Possible to monitor areas where access is difficult or impossible Easier inspections Traffic interference is reduced Early-warning of damages or safety risks The basis for making decisions and prioritization regarding maintenance and repair activities is improved Fewer unexpected major costs Postpone & tailor repairs (cost reductions) 25

26 Monitoring time dependence Combination of NDT- testing and on-line monitoring H um idity (Volt) [c m ] T em perature (C elcius) W est South East N orth W est A pr- 01 H U M 12 H U M (C ) 8-Jun Jul S ep N ov D ec F eb A pr R e sistance (ko h m ) 10 0 T em pe ra ture (C elcius) A 1 /A 2 A 3 /A S ep S ep- 0 1 A 5 /A 6 T 16 -O ct N ov N ov D ec Jan Jan F eb M ar- 0 2 W est South d East North W est Degrees from due W est 26

27 Termografi (ny) metode til tilstandsvurdering af betonkonstuktioner

28 Hvad er termografi? Traditionelle anvendelsesmuligheder: Lækagesporing, fjernvarme, stikledninger, centralvarme, kloak og afløb, varmt brugsvand, ventilations kanaler og grundvandsstrømninger. Kuldebroer i konstruktioner, dårlig eller variable isolering, skunk og hulmure, skjulte rør, utætte vinduer og døre. El-tavler og installationer generelt løse samlemuffer og klemmer, dårlige kontaktflader, overbelastede komponenter samt brud på gulvvarmekabler. Medicinske undersøgelser ødelagte nervebaner og betændelser 28

29 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Problemstilling Årsager: Korrosion Lokale områder med stenreder og inhomogeniteter Alkalikisel-reaktioner Frostskader i brodæk 29

30 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Problemstilling Løse dæklag medfører: Risiko for nedfald af løs beton på UF passager Både forebyggende undersøgelser og evt. reparationer kræver vejspærring Præcis lokalisering er meget vanskelig med traditionelle metoder, da skaderne ofte er skjult 30

31 Termografi Måleprincip Metode til bestemmelse af et legemes udstråling af varme/infrarød energi. Infrarød stråling er af samme art som synligt lys, men med længere bølgelængde og derfor usynligt for det menneskelige øje. 31

32 Termografi Måleprincip Måleprincip: Punktvis måling af temperaturer på en overflade med 0,1 C nøjagtighed Arbejdstemperaturer fra 20 til 250 C Simultan optagelse af termogram og digitalt foto 32

33 Termografi Måleprincip Temperaturen i en betonkonstruktion varierer i løbet af døgnet Delamineringer (overflade parallelle revner) påvirker varmeledningsevnen betragteligt Termisk isoleret område Skadede områder findes nemt og hurtigt 33

34 Termografi Måleprincip Geometrisk afhængighed Emissionskoefficient afhænger af vinkel og overflade Absolutte og relative målinger θ ε(θ,φ,t) 34

35 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt 2006/07 - Udvælgelse af metode Formål: at identificere og evaluere pålidelige og effektive metoder til lokalisering af områder med risiko for nedfald af løstsiddende dæklag på betonkonstruktioner Hvad ville være optimalt? at reducere tidsforbruget til undersøgelserne at reducere behov for trafikafspærringer (enten i varighed eller omfang) at reducere behov for særlige adgangsforhold (stillads/lift) at opnår større nøjagtighed i præcision i detekteringen af de skadede områder 35

36 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt 2006/07 - Udvælgelse af metode 36

37 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Delamineringer i brodæk: Hvor pålidelig er metoden generelt og i hvilket omfang skal den kalibreres fra gang til gang? I hvilket omfang kan skadesgrader detekteres? Hvilke begrænsninger har metoden (geometri, årstid, temperaturvariationer, afstand og vinkel til undersøgelsesområder)? Hvad er perspektiverne for brug af termografi udstyret i den daglige broforvaltning herunder som standardudstyr i forbindelse med f.eks. udførslen af generaleftersyn samt til større screeningsopgaver? 37

38 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Indledende undersøgelser: - Screening af undersiden på 11 broer. 38

39 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Udvælgelse af 11 broer med varierende skadesgrad fundet ved tidligere forsøg med hammertest og seneste eftersyn Termografi-screening af undersider og kantbjælker Udvælgelse af broer til detailundersøgelser. 39

40 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser 2. Detail-undersøgelser: 40

41 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Detail-undersøgelser: Formål Best practice Punkt 1 2 Undersøgt parameter Optimalt tidspunkt på optimal dag (stor temperaturgradient, skyfrit). Klokkeslæt/årstid/vejrlig. Geometrisk afhængighed (vinkel, afstand). Præcision Pålidelighed, hvor løse/faste/små områder kan lokaliseres? Kalibrering ved ophug. Randeffekter, kantbjælker/hjørner m.m. Sammenligning med hammertest: Evne til at finde og kvantificere områder med løst dæklag 41

42 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Case 1 Optimalt undersøgelsestidspunkt Dag 1: Skyfrit og solskin Dag 2: Køligt og overskyet Temperaturgradienter i konstruktionen mellem de to dage: Broplade: T=1,1 C Delaminering: T=2,5 C 42

43 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Case 2 Geometrisk afhængighed Ca. 5 m til delaminering på US broplade Højde fra instrument til broplade ca. 2,5 m Vinkel på sigtelinje er ca. 45 i forhold til bropladen. 43

44 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Case 2 Geometrisk afhængighed Ca. 20 m til samme delaminering på US broplade Højde fra instrument til broplade ca. 2,5 m Vinkel på sigtelinje er i forhold til bropladen. 44

45 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Case 3 Geometrisk afhængighed 45

46 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Pålidelighed Hvor løse/faste/små områder der kan lokaliseres er undersøgt nøjere på én bro, hvor der er lavet kalibreringer ved ophugninger i de undersøgte områder 46

47 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Case 4 Pålidelighed Er der gennemsivninger, graffiti, udfældninger eller uønsket begroning giver dette et forstyrrende billede og kan for den uerfarne bruger tolkes som delamineringer. Emissionskoeffecienten ændres lokalt 47

48 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Randeffekter På broer af typen bjælkepladekonstruktion, vil der være randeffekter omkring bjælkerne. Ved disse konstruktioner er det svært at lokalisere mindre delamineringer i hver pladedel på undersiden 48

49 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Case 5 Randeffekter Eksempler på randeffekter omkring kantbjælke/ US broplade og mulige fejlkilder. Temperaturskala er justeret efter temperaturer på hele bropladen (15-33 C). Reparation er IKKE synlig. Temperaturskala er justeret efter temperaturer på undersiden af bropladen (15-19 C). Reparation er synlig. For den erfarne bruger af et termokamera kan randeffekter til en vis grad elimineres 49

50 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Case 6 Sammenligning med traditionel hammertest Kalibrering af termograf-undersøgelser ved ophugninger Visuel registrering Termogram Behugning 100% overensstemmelse mellem termogram og behugning 50

51 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Case 7 Sammenligning med traditionel hammertest Delamineringer: T=0,6 C Skarp afgrænsning i forhold til udført banketest 51

52 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Projekt Termografi-undersøgelser Case 8 Sammenligning med traditionel hammertest Delamineringer: T=0,6 C 52

53 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Fordele og ulemper ved termografi -Opsummering Fordele 100 % dækkende fladeundersøgelse Automatisk dataopsamling med dokumentation for omfang og placering. Kræver ingen trafikafspærring. Betydeligt lavere omkostninger end ved konventionelle undersøgelser. Budgettering af reparationer kan gøres meget mere præcist. Udstyret er relativt let at anvende og kræver kun lidt oplæring. Ulemper Kan primært bruges i sommerhalvåret (uden aktiv opvarmning) Fejlmålinger ved overflader med udfældninger, graffiti, begroning, fugtig beton m.m. Følsomt over for vejrliget. Der skal tages højde for randeffekter for at få korrekt kalibrering af instrumentet. Der kræves lidt planlægning og observation af vejret forud for målingerne. 53

54 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Konklusion Lokalisering af løse dæklag med termografi har vist, at metoden: Er mere pålidelig og præcis end øvrige kendte metoder. Kan udføres uden trafikafspærringer eller brug af lift. Er samlet billigere end øvrige kendte undersøgelsesmetoder. Identificerer delamineringer med stor præcision. 54

55 Lokalisering af løse dæklag på broundersider med termografi Implementering i den fremtidige, daglige broforvaltning Kan blive et supplement til den visuelle gennemgang ved generaleftersyn. Kan principielt medbringes ved alle besigtigelser. Præcisering og efterfølgende kontrol via sikkerhedsbehugninger. Mulighed for screening af alle bygværker, udnytte systematik fra andre screenings-projekter (AKR/Frost/Bæreevne). 55

56 Afslutning og perspektiver Tilstandsvurderinger af betonkonstruktioner: En række målrettede NDT-metoder til forskellige formål En række målrettede laboratorieundersøgelser til forskellige formål En række analysemetoder til forskellige formål Perspektiver: Minimering af skader påført i undersøgelsesperioden Minimering af brug for adgangsforhold, trafikafspærringer etc. Mere præcis vurdering af skadeomfang, skadeudvikling Valg af optimal udbedringsmetode Anvendes i både udførelsesperioden og driftsperioden 56

57 Tak for opmærksomheden Asger Knudsen Brovedligehold og Materialeteknologi Mail: 57