Standardanalysen
Beispiele für die Anwendung des Diagnoseverfahrens
Mittels bildgebender Darstellung lassen sich nur lokal begrenzt erhöhte Chloridgehalte – beispielsweise in einem Riss – deutlich erkennen. Dank der Fähigkeit des Verfahrens, Informationen über alle Elemente gleichzeitig zu erfassen, kann die Bindemittelmatrix identifiziert und der Chloridgehalt unter Berücksichtigung des Wassergehalts direkt auf den Zement bezogen angeben werden. Zudem werden die Wechselwirkungen unterschiedlicher Prozesse (z. B. zwischen Carbonatisierung und Chloridverteilung) sichtbar.
Die mit dem LIBS-Verfahren ermittelten detaillierten Ergebnisse unterstützen bei der bedarfsgerechten Planung einer Instandsetzung.
Chlorid
Die Erfassung der quantitativen Chloridverteilung erfolgt über das Element Chlor. Dazu wird die an jedem Punkt ermittelte Intensität normiert und mithilfe der Kalibrierfunktion in einen Chlorgehalt umgerechnet. Wird dieser farbcodiert für jeden Messpunkt dargestellt, ergibt sich das gezeigte Bild.
Die quantitativen Werte beziehen sich auf den Zement, da ausschließlich Messpunkte berücksichtigt werden, die der Zementphase zugeordnet werden können. Die Umrechnung auf den Zementgehalt erfolgt gemäß Merkblatt B14 der DGZfP.
Werden die Ergebnisse für jede Linie (Tiefe) gemittelt, ergibt sich das bekannte Tiefenprofil.
Beispiele
| Element | Chlor |
| Messfläche | 45 mm x 90 mm |
| Messpunktabstand | waagrecht 0,25 mm, senkrecht 0,5 mm |
| Messpunkte | 32.400 |
Die detaillierte bildgebende Darstellung ermöglicht es die lokal stark erhöhten Chloridgehalte im Riss klar zu erfassen.
| Element | Chlor |
| Messfläche | 60 mm x 100 mm |
| Messpunktabstand | waagrecht 0,25 mm, senkrecht 0,5 mm |
| Messpunkte | 48.000 |
Bei diesem Bohrkern sind sehr hohe Chloridgehalte direkt an der Bewehrung erfasst worden. Diese liegen deutlich über 2 M.%.
Im Tiefenprofil rechts sind zusätzlich die Mittelwerte des Chloridgehaltes über einen Tiefenbereich von 20 mm (entspricht der Auflösung beim Standardverfahren) als blaue Balken angegeben. Hier wird der Extremwert nicht angezeigt.
| Element | Chlor |
| Messfläche | 40 mm x 78 mm |
| Messpunktabstand | waagrecht 0,25 mm, senkrecht 0,5 mm |
| Messpunkte | 24.960 |
Dieses Ergebnis wurde an einem aus einer Stütze entnommenen Bohrkern ermittelt. Die erhöhten Chloridgehalte sind deutlich zu erkennen.
| Element | Chlor |
| Messfläche | 48 mm x 98 mm |
| Messpunktabstand | waagrecht 0,25 mm, senkrecht 0,5 mm |
| Messpunkte | 37.632 |
In diesem Fall wurde wahrscheinlich eine Instandsetzung nicht fachgerecht ausgeführt. Der mit Chlorid belastete Beton wurde vor dem Auftragen des Mörtels offensichtlich nicht vollständig entfernt. In einer dünnen Schicht sind Chloridgehalte von mehr als einem Masseprozent (in der Spitze bis zu 2M.% – rote Farbe) bezogen auf den Zement im Beton verblieben.
Vergleicht man das Ergebnis im Bild mit den blauen Balken im Tiefenprofil (diese stehen für den Mittelwert des Chloridgehaltes je Tiefe, bezogen auf einen Tiefenbereich von 20 mm, welchen man beim üblichen Verfahren erhält), ist das Ergebnis nicht so eindeutig.
Sulfat
LIBS kann unter anderem zur Schadensdiagnose bei einer durch Schwefelverbindungen verursachten Betonkorrosion eingesetzt werden. Gefährdete Bereiche werden durch die Ermittlung der Schwefelverteilung lokalisiert. Nach der Kalibrierung, der Identifizierung der Bindemittelphase und der Berücksichtigung des Wassergehalts können quantitative Schwefelgehalte bezogen auf den Zement ermittelt werden.
Da im Regelwerk aber ein Grenzwert des Sulfatgehaltes (angegeben als SO3) bezogen auf den Beton vorgeschrieben ist, muss eine stöchiometrische Umrechnung erfolgen. Der ermittelte Schwefelgehalt bezogen auf den Zement wird zunächst in den Schwefelgehalt bezogen auf den Beton (Annahme einer Standardrezeptur – Divisor 6,6) und anschließend in den Sulfatgehalt (angegeben als SO3) bezogen auf den Beton (Faktor 2,5) umgerechnet.
Beispiele
| Element | Schwefel |
| Messfläche | 40 mm x 72 mm |
| Messpunktabstand | waagrecht 0,25 mm, senkrecht 0,5 mm |
| Messpunkte | 23.040 |
Im Ergebnis wird deutlich, dass nur ein schmaler Randbereich durch das Eindringen von Schwefel geschädigt ist. Danach fällt der Sulfatgehalt auf den Grundgehalt zurück.
| Element | Schwefel |
| Messfläche | 50 mm x 60 mm |
| Messpunktabstand | waagrecht 0,25 mm, senkrecht 0,5 mm |
| Messpunkte | 24.000 |
Im Ergebnis wird deutlich, dass nur ein schmaler Randbereich durch das Eindringen von Schwefel geschädigt ist. Danach fällt der Sulfatgehalt auf den Grundgehalt zurück.
Carbonatisierung
Das Verfahren liefert auch Informationen über die Carbonatisierung, die sich an einem deutlich erhöhtem Kohlenstoffsignal im carbonatisierten Bereich zeigt.
Das Beispiel zeigt das Foto einer mit einer Indikatorlösung besprühten Querschnittsfläche eines Bohrkernes. Der nicht carbonatisierte Bereich ist durch den Farbumschlag eindeutig erkennbar. Die mittels LIBS ermittelte Kohlenstoffverteilung weist den carbonatisierten Bereich durch ein erhöhtes Signal aus. Beide Verfahren liefern vergleichbare Ergebnisse.
Beispiele
| Element | Kohlenstoff |
| Messfläche | 45 mm x 76 mm |
| Messpunktabstand | waagrecht 0,25 mm, senkrecht 0,5 mm |
| Messpunkte | 27.360 |
Die Carbonatisierung im Riss ist an dem erhöhten Kohlenstoffsignal im Rissverlauf (gelbliche Verfärbung) zu erkennen.
Wechselwirkung Carbonatisierung / Chlorideindringen
Durch die simultane Erfassung von Kohlenstoff und Chlor in einer Messung kann der Einfluss carbonatisierter Bereiche auf die Chloridverteilung ermittelt werden. In der Regel sind im carbonatisierten Bereich geringere Chloridgehalte nachweisbar.
Beispiele
| Element | Chlor/Kohlenstoff |
| Messfläche | 68 mm x 42 mm |
| Messpunktabstand | waagrecht 0,25 mm, senkrecht 0,5 mm |
| Messpunkte | 22.848 |
Der carbonatisierte Bereich des Bohrkernes ist im Bild links (Kohlenstoffverteilung) am erhöhten Kohlenstoffsignal (gelblicher Farbton) zu erkennen. Im mittleren Bild ist die Chloridverteilung dargestellt. Vergleicht man beide Bilder zeigt sich, dass im carbonatisierten Bereich keine erhöhten Chloridgehalte festgestellt werden. Erst danach steigt der Chloridgehalt stark an.
Das Diagramm rechts zeigt die Tiefenprofile von Kohlenstoff (orange) und dem Chloridgehalt (rot). Klar zeigt sich der gegenläufige Verlauf in den ersten 10 mm. Das Maximum des Chloridgehaltes wird erst im Anschluss an den carbonatisierten Bereich erreicht.
| Element | Chlor/Kohlenstoff |
| Messfläche | 100 mm x 40 mm |
| Messpunktabstand | waagrecht 0,25 mm, senkrecht 0,5 mm |
| Messpunkte | 32.000 |
Der Bohrkern (Foto links) ist gerissen. Im mittleren Bild ist die Kohlenstoffverteilung qualitativ dargestellt. Der Kern ist bis zu einer Tiefe von 10 mm carbonatisiert, erkennbar am gelblichen Farbton. Im Riss setzt sich die Carbonatisierung fort.
In der links dargestellten Chloridverteilung sind im Rissverlauf keine Chloride zu sehen, diese konzentrieren sich im Randbereich des Risses. Nur bei ganzheitlicher Betrachtung und mit einem bildgebenden Verfahren wird die Gefährdung sichtbar. Betrachtet man die über die Bohrkernbreite und eine Tiefe von 20 mm gemittelten Werte des Chloridgehaltes (blaue Balken im Diagramm rechts), ergeben sich dagegen unauffällige Werte.