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Festigkeitsprofil


Das Festigkeitsprofil, z.B. von Putzen und Natursteinen, lässt sich zerstörungsarm mit Hilfe der Bohrwiderstandsmessung, oder zerstörend an Hand von Bohrkernen bestimmen. Mit diesen Methoden kann auch der Erfolg von Festigungsmaßnahmen überprüft werden.

Bestimmung des Festigkeitsprofil mit Hilfe der Bohrwiderstandsmessung

Bei der Bohrwiederstandsmessung (bzw. der Bestimmung der Bohrhärte), wird der Widerstand gemessen, welcher das Material einem Bohrer entgegen stellt.
Ursprünglich wurde diese Messmethode vom Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP) entwickelt. Mittlerweile sind drei Messgeräte zur Bestimmung des Bohrwiderstandes auf dem Markt, wobei zwei nach dem beim IBP entwickelten Prinzip funktionieren.
Das erste und, unserer Ansicht nach, nach wie vor beste Gerät auf dem Markt ist das DURABO.
Bei diesem Gerät  wird die Eindringgeschwindigkeit eines Bohrers bei konstanter Bohrerdrehzahl und konstanten Anpressdruck gemessen. Als Bohrer wird meist ein Diamantbohrer mit einem Durchmesser von 3 mm verwendet. Die Zerstörung am Objekt ist im Vergleich zur Bohrkernentnahme somit gering.
Da unser Gerät mit einem elektronischen Messwertaufzeichnung ausgerüstet ist, lässt sich eine hervorragende Tiefenauflösung der Messung erzielen (unter 1mm).
Nach dem gleichen Prinzip funktioniert das Gerät TERSIS der Firma Geotron.
Die Funktionsweise des dritten Messgeräts ist an das der Messgeräte für die Messung von Holz (RESISTOGRAPH) angelehnt. Bei diesem Gerät wird die Leistungsaufnahme der Bohrmaschine bei konstanter Eindringgeschwindigkeit registriert. Durch die konstante Eindringgeschwindigkeit kommt es, gerade bei härteren Materialien, zu einem erhöhten Bohrerverschleiß, was sich unter Umständen bereits innerhalb der einzelnen Messung bemerkbar machen kann. 

Der gemessen Bohrwiderstand ist dabei mit den mechanischen Eigenschaften des Materials korreliert (Literatur). Durch das Aufstellen entsprechender Korrelationskurven, lassen sich neben der Messung des relativen Festigkeitsprofils auch absolute Messwerte bestimmen. In den aller meisten Fällen ist jedoch die Kenntnis des relativen Festigkeitsprofils ausreichend.
Der Vorteil dieser Methode liegt vor allem in der sehr schnellen und günstigen Bestimmung des Festigkeitsprofil mit einer hervorragenden Tiefenauflösung. Das Verfahren ist damit sehr gut auch zur Qualitätssicherung von Festigungsmaßnahmen geeignet.

In der WTA wurde eine Arbeitsgruppe eingerichtet, welche sich mit der Bestimmung des Festigkeitsprofils mit Hilfe der Bohrwiderstandsmessung beschäftigt.An dieser Arbeitsgruppe sind wir beteiligt.

Bestimmung des Festigkeitsprofil an Hand von Bohrkernen

Die Bestimmung des Festigkeitsprofil an Bohrkernen setzt voraus, dass ausreichend große Bohrkerne intakt entnommen werden können. Eine zu geringe Festigkeit oder Schalenbildung bereitet hier große Probleme. Auch ist diese Methode mit einem großen Aufwand verbunden.
An Hand von Bohrkernen lässt sich das Festigkeitsprofil mit zwei unterschiedlichen Methoden bestimmen. Bei der einen Methode wird der Bohrkern in dünne Scheiben geschnitten (für gewöhnlich 5 mm stark) und an diesen Bohrkernscheiben meist die Biegezugfestigkeit mit Ringauflage gemessen.
Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass hier eine absolute Bestimmung eines Festigkeitsparameters erfolgt. Nachteilig ist die relativ schlechte Tiefenauflösung der Messung, welche wegen dem Materialverlust beim Sägen bei  1 cm liegt.
Bei der anderen Methode wird die Ultraschalllaufzeit im Bohrkern sukzessive längs der Bohrkernachse gemessen. Die Tiefenauflösung dieser Messung ist dabei deutlich höher. Problematisch ist unter Umständen die Ankopplung der Messköpfe an die Bohrkerne, was einen starken Einfluss auf die Ultraschalllaufzeit und damit die Messung selbst hat. Die Messung der Ultraschalllaufzeit ist eine indirektes Messverfahren, welches jedoch durch eine direkten Bestimmung der mechanischen Eigenschaften geeicht werden kann.


E. Wendler, L. Sattler: Die Bohrwiderstandsmessung als zerstörungsarmes Prüfverfahren.Werkstoffwissenschaften und Bausanierung, Berichtsband zum 4. Int. Kolloquium; Aedificatio Publishers/Fraunhofer IRB Verlag, 1996