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25.10.15 — read English version

Textilien für Monitoring im Bauwesen

Stickmaschine zur Applikation der optischen Fasern Photo: STFI

Stickmaschine zur Applikation der optischen Fasern Photo: STFI

 
Sensorkonzept Photo: STFI

Sensorkonzept Photo: STFI

 

Im Sächsischen Textilforschungsinstitut (STFI) e.V., Chemnitz, wurden in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie Sensortextilien für Monitoringaufgaben entwickelt. Funktionsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit bei der Bauwerksnutzung lassen sich hiermit überprüfen, auch die Qualität von Instandsetzungsmaßnahmen im Bereich Holz/Betonbau. Die Systeme sind anwendbar für Beanspruchungen durch Feuchtigkeit und/oder Durchbiegung.

Für Sanierungsmaßnahmen von Bauwerken im Tragwerkbereich, sind zuverlässige Mess- und Überwachungssysteme gefragt. Die Durchbiegung kann als Messgröße für die Ermittlung kritischer Belastungssituationen genutzt werden. Für die Messung eignen sich faseroptische Sensoren mit eingebrachten Faser-Bragg-Gittern, die Längenänderungen präzise, reproduzierbar und langzeitstabil messen können. Die Applikation dieser optischen Sensoren auf Bauteiloberflächen wurde mit einer sticktechnischen Fixierung (Soutagestickverfahren) der optischen Faser auf lamellenartigen Geweben oder Gewirken aus Carbon oder Glas gelöst.

Die Positionierung des faseroptischen Sensors auf der Fläche kann frei und anforderungsgerecht erfolgen, praktikable Lösungen für den Anschluss der Messgerätetechnik sind möglich. Langzeittests konnten die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems nachweisen. Die sensorintegrierten Kohlenstofffaserstrukturen werden im Nasslaminierverfahren auf das betreffende Tragwerkelement aufgebracht. Über ein Spektrometer erfolgt die Messwerterfassung.

Die Prüfung der Signalqualität bestätigte die beschädigungsfreie Verarbeitung der optischen Fasern. In einem Pilotprojekt wurden die Sensortextilien erfolgreich zur Schneelastüberwachung von leichten Hallentragwerken genutzt. Das entwickelte Monitoringsystem Sensutex, das vom Projektpartner GGBmbH angeboten wird, ist für Überwachungsaufgaben an Ingenieur- und Hochbauwerken einsatzbereit.

Stand der Technik sind Feuchtemessgeräte, die manuell über das zu überwachende Bauteil geführt oder Feuchtemesssonden, die punktuell in das zu kontrollierende Bauwerk eingebracht werden. Nachgefragt sind aber dauerhafte, großflächige Feuchtekontrollen in Bauwerken, auch für die Überwachung schwer zugänglicher Bereiche, Motivation für ein Forschungsprojekt zur Entwicklung sensitiver Textilstrukturen für verschiedene Anwendungsbereiche im Holz/Betonbau. Neben der Entwicklung der textilen Feuchtemesssysteme erfolgten Verfahrensentwicklungen zur Applikation im Bauwerk, sowie die Ermittlung des sensorischen Leistungspotentials. Im Fokus standen die technologische und ökonomische Optimierung des Gesamtsystems, da die Sensortextilien im Baukörper verbleiben sollten.

2-dimensionale flächige oder gitterartige Textilkonstruktionen wurden auf einer Verbundwirkmaschine RS3-MSUS-V (Karl Mayer Malimo Maschinenfabrik) erzeugt. Die Magazinschussvorrichtung erlaubt die ondulationsfreie, parallele und maschenreihengerechte Integration der Sensormaterialien. Der Sensorabstand kann definiert eingestellt und variiert werden. Durch eine Klebebeschichtung ist eine dauerhafte Fixierung der Muster am Messobjekt, z. B. auch bei „Überkopf-Applikationen“, möglich.

Die neuen Textilstrukturen wurden an Porenbeton- und Holzprüfkörper (Balkenauflagermodelle) appliziert und Feuchtebeanspruchungen simuliert. Als Referenz wurden die Materialfeuchte und die relative Luftfeuchte innerhalb der Holzkörper („Ausgleichsfeuchte“) bestimmt. An allen Proben konnte die Sensorfunktion zuverlässig nachgewiesen werden.

Im Ergebnis liegen verschiedene Textilstrukturen vor, die sicher Feuchteänderungen in Holz- und Betonbauteilen detektieren und damit zum Feuchteschutz für diese Bauwerke beitragen können.

Für häufig identifizierte Problemstellungen, bei denen eine Überwachung mit den Sensorsystemen sinnvoll ist, wurden Lösungen erarbeitet, u. a.:

-Mangelnde Vorbereitung der Arbeitsfugen (Beton) zwischen Bodenplatte/Wänden,

-Fehlerhafter Einbau/ beschädigte Abdichtungselemente,

-Überwachung von Anschlüssen und Fugen, insbesondere bei wasserundurchlässigen Konstruktionen,

-Überwachung aus holzbaulicher Sicht kritischer Bereiche (Dachkonstruktionen, Decken/Deckenbalken, auskragende Balken (z. B. an Balkonkonstruktionen),

-Überwachung von Holzkonstruktionen mit Innendämmung (Tauwasserproblematik),

-Nachweis einer erfolgreichen Sanierung von Holzkonstruktionen nach Schadensfällen.

Das IGF-Vorhaben AiF-Nr. 17110 BR der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Textil e. V., Reinhardtstraße 12-14, 10117 Berlin wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das Forschungsvorhaben „Sensorbasierte Textilarmierung“ wurde im Rahmen des Wachstumskerns HighStick mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter folgenden Förderkennzeichen gefördert: 03WKBJ1D

[Gisela Gozdzik]