Ultraschallmessungen an einem Betonprobekörper und Abbildungsergebnisse von SAFT und RTM, beispielhaft dargestellt für eine Stufe und einen Spannkanal
Quelle: BAM
Das Ultraschall-Echo Verfahren ist eine wichtige Methode in der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) von Betonbauwerken und wird für Aufgaben wie die Messung der Bauteildicke, die Bestimmung der Bauteilgeometrie und die Lokalisierung von Einbauteilen wie Spannkanälen eingesetzt. Um komplexe Geometrien in Beton besser darzustellen, wurde ein seismischer Abbildungsalgorithmus aus der Geophysik – die Reverse-Time-Migration (RTM) – für die Prüfung von Betonbauteilen angepasst. Im Gegensatz zu herkömmlichen Abbildungsalgorithmen, wie der Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT), kann die RTM alle Wellenfeldphänomene, einschließlich primärer und multipler Reflexionen, effektiv verarbeiten, was wiederum die Abbildung anspruchsvoller Strukturen ermöglicht. Diese Studie fokussiert sich auf die Anwendung und Evaluation einer zweidimensionalen (2D) elastischen RTM-Routine, die auf horizontal polarisierte Scherwellen (SH), wie sie in der Prüfpraxis verwendet werden, angepasst ist. Der 2D elastische SH RTM-Algorithmus wurde zur Validierung auf Ultraschalldaten eines Betonprobekörpers angewendet, der eine komplexe Rückwandgeometrie und vier Spannkanäle enthält – Merkmale, die in realen ZfP-Szenarien häufig vorkommen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass mit der elastischen SH RTM nahezu alle strukturellen Elemente des Betonobjekts erfolgreich abgebildet werden konnten. Konkret wurden folgende Fortschritte erzielt:
- Die Abbildung aller vertikalen Reflektoren, einschließlich derjenigen entlang der Rückwand und der seitlichen Ränder – ein Ergebnis, das mit SAFT nicht möglich war.
- Die vollständige Abbildung der kreisförmigen Querschnitte der Spannkanäle, während SAFT nur die oberen Kanten dieser Elemente rekonstruieren konnte.
- Die Bestimmung der Durchmesser der Spannkanäle, was mit SAFT nicht möglich war.
Diese Fortschritte in der Ultraschallbildgebung von Betonstrukturen sind einzigartig, da frühere Studien keine derart detaillierte Abbildung von Spannkanalquerschnitten und komplexen Rückwandgeometrien erzielt haben. Die elastische SH RTM verbessert die Abbildung struktureller Merkmale in Beton erheblich und eröffnet neue Möglichkeiten für die Ultraschallinspektion und Instandhaltung kritischer Infrastruktur. Die RTM-Arbeiten entstanden im Rahmen des BAM-Doktorandenprogramms „Menschen-Ideen“ und Folgeprojekten. Der ursprüngliche RTM-Code, der aus einer Kooperation mit der Colorado School of Mines stammt, wurde hier kontinuierlich verbessert und erweitert.
Application of iterative elastic reverse time migration to shear horizontal ultrasonic echo data obtained at a concrete step specimen
Maria Grohmann, Ernst Niederleithinger, Christoph Büttner, Stefan Buske
Near Surface Geophysics, Volume 22, Issue 5, 2024