Ein BAM Mitarbeiter hält ein Lesegerät über Sensoren, die in ein Stahlgitter für eine Betonschalung eingebaut sind.

RFID-Sensoren lassen sich drahtlos auslesen, wie dieser Prototyp in einer Stahlbetonschalung zeigt.

Quelle: BAM

Mehr als 260 Milliarden Euro investiert die Bundesregierung bis 2060 in Straßen, Wasserwege und das Schienennetz. Der Großteil davon fließt in die Erneuerung bestehender Verkehrswege. Den Sanierungsbedarf festzustellen, ist heute noch mit großen Aufwänden verbunden.

Geht es nach der BAM, sollen Schäden in Verkehrsbauwerken in Zukunft mithilfe von drahtlosen Sensoren schneller, effizienter und kostengünstiger ermittelt werden. Seit 2006 untersucht die BAM in mehreren Projekten die drahtlose Kontrolle der Bausubstanz von Verkehrsbauten, vor allem von Brücken. Für stark salzbelastete Parkhäuser hat sie eine automatisierte Multisensorikplattform entwickelt.

Stahlbeton macht Verkehrsbauten stabil, kann aber rosten

Der Beton von Brücken und Parkhäusern wird durch Bewehrungsstahl verstärkt. Die Betondecke wiederum schützt den Stahl vor Korrosion. Dieser Schutz lässt aber nach jahrelanger Belastung durch Fahrzeuge, Witterung oder Streusalz nach. Wasser dringt durch Risse in der Fahrbahn ein und bringt den Stahl zum Rosten.

Die Korrosion des Bewehrungsstahls zu prüfen ist aufwendig und kann erst in fortgeschrittenem Stadium durch eine visuelle Kontrolle erfolgen. Mit ihrer Forschung trägt die BAM dazu bei, dass Schäden mithilfe von eingebetteten Sensoren und automatisierten Prüfungen so früh wie möglich festgestellt und dadurch die Kosten für Sanierungen gering gehalten werden.

Automatisierte und drahtlose Messung

Dass drahtlose Sensoren Verkehrsbauten erfolgreich untersuchen können, hat die BAM im Projekt BetoScan unter der Leitung von Dr. Herbert Wiggenhauser und Dr. Marcus Stoppel gezeigt: Messroboter fahren Parkhäuser ab, messen die Bausubstanz, werten die Daten aus und halten sie kartografisch fest. Projektpartner aus der Wirtschaft setzen die Methode bereits in ihren Parkhäusern und Tiefgaragen ein.

Der Messroboter ist genau für diesen speziellen Einsatzort optimiert. Er kann jedoch beispielsweise nicht die Unterseite einer Autobahnbrücke abfahren.

Sensoren im Beton

Im Projekt Kommunizierende Sensorsysteme für die Bauteil- und Umweltüberwachung (KonSens) untersucht ein Team um Dr. Matthias Bartholmai daher die Einbettung von Sensoren direkt in Brücken. Die sogenannten RFID-Sensoren (Radio Frequency Identification) messen Werte wie Feuchtigkeit, Temperatur oder Sauerstoffkonzentration und geben diese an ein Handlesegerät des Kontrolleurs weiter.

Die RFID-Technologie hat den Vorteil, dass sie nicht nur Daten übertragen kann, sondern auch Energie. Das Messen und Auslesen des Sensors wird ausschließlich mit der Energie des vom Lesegerät erzeugten elektromagnetischen Feldes durchgeführt. Das ist Voraussetzung für das Funktionieren der Technologie, da eine einbetonierte Batterie nach Entladung nicht einfach ausgetauscht werden kann. „Solche dauerhaft eingebettete Sensorik kann über die gesamte Lebensdauer eines Bauwerks in der Bausubstanz bleiben“, so Matthias Bartholmai.

Selbstnavigierendes Robotersystem BetoScan bei der großflächigen Zustandsanalyse im Parkhaus

Selbstnavigierendes Robotersystem BetoScan bei der großflächigen Zustandsanalyse im Parkhaus

Quelle: BAM

Brücken während ihrer gesamten Lebensdauer überwachen

Mit ihrer Forschung trägt die BAM zur Weiterentwicklung der Bauwerksprüfung bei und hilft, Kosten zu senken und Zeit zu sparen.

Erste Sensoren wurden innerhalb des KonSens-Projektes bereits in einer Testbrücke eingebaut. In einem Szenario prüft die BAM, ob an vorbeifahrenden Autos angebrachte Messgeräte die Sensoren auslesen können. So könnten Kontrolleure möglicherweise die Arbeit ohne Einschränkungen des Straßenverkehrs ausführen.