O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDuur zaamheidcement 2001 5 79Voor adequate kwaliteitscontroletijdens de uitvoering van repara-tiewerkzaamheden aan beton-constructies zijn niet-destruc-tieve technieken gewenst.Reparatiebedrijven zijn ge?nte-resseerd in een techniek die,binnen 28 dagen en v??rdat debouwsteigers worden verwijderd,de kwaliteit van aanhechting vande reparatielaag vaststelt. Aan deandere kant zijn adviesbureausen inspectiebedrijven ge?nteres-seerd in het meten van de hech-ting n? 28 dagen.In beide gevallen is alleen eendestructieve methode beschik-baar, de `pull-off test' volgens EN1542:1999 of CUR-Aanbeveling20. Hierbij wordt de treksterktevan de overgangslaag bepaalddoor het beproeven van geboordecilinders, doorsnede 50 mm.Vanwege het destructieve karak-ter en de onzekerheid of het resul-taat representatief is voor de kwa-liteit van het totale reparatiewerk,zijn discussies over de meetresul-taten meer regel dan uitzonde-ring.Een niet-destructieve methodeondervangt het onnodig langbeschikbaar houden van steiger-werk ?n het repareren van debetonconstructienadatdedestruc-tieve test volgens de `pull-off-'methode is uitgevoerd.Het resultaat bij niet-destructievemethode over de grootte (opper-vlak) van de loszittende laag moetvergelijkbaar zijn met dat van dedestructieve methode. Indien bij-voorbeeld een losse laag tergrootte van 30 mm binnen de dia-meter(50mm)vandecilindervalten het resultaat bij beproeving toteen net waarneembare afnamevan de sterkte leidt, dan moet dedetectiegrens van de niet-destruc-tieve scanner bij benaderinghieraan gelijk te zijn. Verderkunnen bij de niet-destructievemethode meer metingen in eenkortere tijd worden uitgevoerd,waardoor beoordeling over dekwaliteit van de reparatie op eengrotere steekproef berust.O n d e r z o e k s p r o g r a m m aUltrasone eigenschappen betonre-paratietypesAls eerste stap in de ontwikkelingvan de scanner is het vastleggenvan de ultrasone eigenschappenvan verschillende betonreparatie-mortels als functie van de verhar-dingstijd (> 28 dagen).De geluidssnelheid C en soorte-lijke massa r zijn gemeten envastgesteld als functie van de ver-hardingstijd. De akoestische im-pedantie (Z = r.C) is als afgeleidevan de geluidssnelheid en soorte-lijke massa bepaald.In het algemeen wordt het ultra-soon geluid gedempt door ver-strooiing en absorptie.Bij beton wordt de voortplantingvan ultrasoon geluid belemmerddoor verstrooiing bij morteltypesmet grof toeslagmateriaal, ofabsorptie in zacht materiaal bij-voorbeeld polymeer gebondencement. Gemeten wordt op hettijdstip dat het materiaal in de ver-hardingsfase nog plastisch is enna enkele weken verharding,wanneer het vocht in de mortelgedeeltelijk verdampt en gedeel-telijk chemisch gebonden is.`Oude' reparatielagen op betonzijn moeilijk te meten, maar doorhetbevochtigenvanhetoppervlakis een meting goed mogelijk. Hetwater fungeert als koppelingtussen ultrasone transducer enhet reparatiemateriaal.Tijdens de verharding is de aan-wezigheid van water in de repara-tiemortels gunstig voor voort-planting van het ultrasoon geluid.In uitgehard beton, waarin hetmeeste water is gebonden of ver-dampt, plant het geluid zich nietof nauwelijks voort.WerkingsprincipeIndien ultrasoon geluid een over-gang tussen verschillende mate-rialen met verschillende akoesti-scheimpedantieZloodrechttreft,ontstaat een gereflecteerde endoorgelaten golf. De hoeveelheidgereflecteerdgeluidisafhankelijkvan het verschil in akoestischeimpedantie tussen materiaal 1 en2, in dit geval tussen reparatie-materiaal en beton.De akoestische impedantie vanreparatiemateriaal en beton ver-schilt weinig van elkaar. Hierdoorzal een kleine echo van de reflec-tie aan de overgang zichtbaar zijn.Indien een luchtlaag (= slechtehechting) tussen beide materia-len aanwezig is, zal de amplitudevan de reflectie (echo) veel groterworden. Als de methode ookonder veldcondities goed moetfunctioneren, dan moet onderideale laboratoriumcondities hetverschil tussen goede en slechtehechting minimaal 12 dBNieuwe techniek bij controle van reparatiesBeoordeling aanhechting vanreparatielagening. I.A.G.M. Peeze Binkhorst, Kema Nederland BVBinnen het Europese subsidie-programma CRAFT is voor het MKB (midden- enkleinbedrijf) een ultrasone scanner ontwikkeld, die de hechting van repara-tielagen aan betonconstructies vaststelt. Hierbij is aandacht besteed aan dekeuze van de transducer, waarbij gelet is op de signaal-/ruisafstand, de mini-malisatie van de gevoeligheid voor verstrooiing, de scheefstand en de ruwheidvan de interface.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDuur zaamheidcement 2001 580(een factor 4 in amplitude) zijn.Opgemerkt wordt dat onthech-ting detecteerbaar is indien luchtzich bevindt op de overgangvan reparatiemateriaal en beton.Zogenaamde plakfouten, waarbijbeide materialen goed aan elkaarhechten zonder luchtlaag maarwaarbij de sterkte van de hecht-laag niet voldoende is, kunnenvooralsnog niet gedetecteerd wor-den. Een reparatiefout is in demeeste gevallen van het eerstetype.Fabricage proefstukkenOm vast te stellen of met ultra-soongeluid onthechting kan wor-den gedetecteerd, is een grootaantal betonproefstukken meteen reparatielaag gefabriceerd.Hierbij zijn laagdiktes en repara-tiemortels gevarieerd.Alskunstmatigedefectenzijntoe-gepast:? curing compound op de over-gangslaag, waardoor slechtehechting ontstaat;? het boren van cilindrischegaten vanuit het beton tot aande overgangslaag (zogenaamdevlakbodemgaten);? plaatsing van tissues, folie,teflon platen en rubber insertsop de overgangslaag.Een bijkomstigheid was de optre-dende natuurlijke onthechtingvan de reparatielaag op sommigeproeftegelstengevolgevankrimp,waardoor ook aan realistischenatuurlijke defecten is gemeten.Verder zijn metingen uitgevoerdaan proefstukken met en zonderwapeningstaal en is de gevoelig-heid voor scheefstand en ruwheidonderzocht.C-scan imagingDe toegepaste transducers wor-den met behulp van een x/y-scanner over de proefstukken,door middel van een meanderpa-troon, afgescand. De presentatievan amplitudes van de wanddik-tes, als functie van de positie x/y,wordt C-scan genoemd.Een voorbeeld is gegeven in fig. 1.Hierbij zijn tissues en folies toe-gepast op de overgang van betonnaar reparatiemateriaal (rodevierkante gebieden) en is verdereen curing compound toegepast.In dit voorbeeld heeft de curingcompound niet of onvoldoendetot onthechting geleid.Keuze ideale transducerEr zijn 11 verschillende transdu-cers of `tasters' getest (fig. 2). Tweedaarvan hadden een gescheidenzend- en ontvangstkristal, deoverige bestonden uit ??n kristalvoor zenden en ontvangen.Ter verkleining van de dode zoneboven in het reparatiemateriaalen ter bescherming van de trans-ducers bij het scannen, is eenaantal hiervan op een perspex wiggeplaatst.De eigenschappen van de tastersvormen een compromis. Dit geldtmet name voor de frequentie:? toepassing van een hoge fre-quentie kan te grote verstrooi-ingsbijdrage geven en vergrootde gevoeligheid voor een ruweinterface en scheefstand;? bij toepassing van een lage fre-quentie kunnen interface-echo(wig-reparatiemateriaal) enonthechtings-echo mogelijkniet gescheiden worden waar-genomen;? de tasters met de grootstesignaal-/ruisafstand voor hetbereik van 10 - 60 mm en deverschillende reparatiemortelszijn geselecteerd.Uit de resultaten van de getestetransducers is gebleken dat degewenstesignaal-/ruisafstandvan12 dB net niet kon wordengehaald en dat de gevoeligheidvoor scheefstand en ruwheid tegroot is. Scheef aangestraalde enruwedefectenkondennietofnau-welijks worden waargenomen. Inde praktijk zullen reparatievlak-ken per definitie ruw en niet plan-parallel met het bovenoppervlak(scanvlak) zijn.Ter verkleining van de invloedvoor scheefstand op de gevoelig-heid van de meting kan een lagerefrequentie (slechtere resolutie) ofeen kleiner kristal (wijderebundel: meer verstrooiing aangrotere kiezels) gekozen worden.In het onderzoek is hiervoor nietgekozen.Door twee gelijke rechte tastersonder een hoek op een perspexwig in gescheiden zender/ont-vanger mode (SE mode) te plaat-sen, is het meten van onthech-tingen mogelijk gebleken. Deoptimale hoek is experimenteelbepaald.De gevoeligheid voor scheefstanden ruwheid is additioneel bepaaldmiddels C-scan metingen aantwee series proefstukken:? serie proefstukken met pirami-devormige uitsparing in het1 | Weergave C-scan metingvan tissues, folies encuring compound op deinterface (foto boven)2 | Overzicht geteste trans-ducers (foto beneden)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDuur zaamheidcement 2001 5 81midden, bedekt met curingcompound van verschillendediepte;? serie proefstukken met eenvierkante, vlakke uitsparing inhet midden van verschillendedieptes, waarin korrels zichbevinden die met curingcompound zijn bedekt.Behalve de piramidevormige uit-sparing is ook een scheur in hetbeton aan weerszijden van de uit-sparing gevisualiseerd.Met de SE-taster is het mogelijkgebleken alle bovenstaande ont-hechtingsgebieden te detecteren.De taster heeft als volgende voor-delen:? nagenoeg ongevoelig voorscheefstand en ruwe interface(betonoppervlak);? meer dan 12 dB signaal-/ruis-afstand voor alle geteste repa-ratiemortels;? weinig variatie in gevoeligheidbij het aanstralen van eenbodemecho over de wanddiktevan het reparatiemateriaal;? geen sterke interface echo,waardoor meting van kleinelaagdikten mogelijk is;? uitbreiding van de range naargrotere wanddikten is mogelijk;? (demping) eigenschappen vande individuele tasters zijnminder relevant. Hierdoorvoldoen waarschijnlijk tastersvan andere merken nu ook.Als nadeel van de meting met deSE-taster is geconstateerd datalleen maar een signaal wordtgemeten bij onthechting; de over-gangsecho reparatiemateriaal/beton wordt niet meer gemeten.Verder kan de dikte van de repa-ratielaag niet meer gemetenwordenalsergeenonthechtingis.V e r t a l i n g n a a r d ep r a k t i j k s i t u a t i eIn de praktijk zal geen x/y-mani-pulator beschikbaar zijn. Demetingen moeten worden uitge-voerd met een eenvoudig draag-baar ultrasoon apparaat.Aan de eis met betrekking tot degrootte van de loszittende laagmoet worden voldaan. Het mi-nimum te detecteren oppervlakmoet zoveel mogelijk overeenkomen met het minimum tedetecteren oppervlak bij dedestructieve `pull-off'-test. Verifi-catieonderzoek door middel vandestructieve metingen van ges-cande proeftegels is uitgevoerd.Hieruit blijkt dat de sterkte vaneen over een groot oppervlak goedhechtende reparatielaag onvol-doende (< 0,6 N/mm2) is, indienonthechting optreedt bij eenoppervlakte die, ten opzichte vanhet oppervlak met een diametervan 50 mm bij de `pull-off-' test,een grootte heeft van een cirkelmet een diameter van 30 mm.Het is niet gewenst dat de scannereen melding van onthechtinggeeft bij een relatief klein opper-vlak van onthechting. De ultra-sonebundeliswatbetreftbreedte,zelfs in SE-mode, veel kleiner dande diameter van 50 mm van decilinder bij de destructieve tests.Een oplossing hiervoor is het nietin vaste positie middelen, maarhet `ruimtelijk' middelen tijdenshet bewegen van de taster. In hetproject is een handmanipulatorontwikkeld waarin tijdens demeting de SE-taster ronddraait ineen cirkel met diameter van circa50 mm.De A-scans worden tijdens hetronddraaien `gesampled' en zo-danig bewerkt dat pas alarmwordt gegeven bij onthechting tergrootte van een cirkel met circa30 mm diameter.Het prototype voor laboratorium-onderzoek heet `CADD-scanner',dat voor het veldonderzoek heet`CUBE'.De bewerkte amplitude wordtweergegeven als grijstint in eenvierkant grid. De grid represen-teert de positie x,y van de hand-manipulatoropeenwand,vloerof3 | Weergave C-scan metingvan een piramide-vormige uitsparing eneen scheur in het beton4 | CUBE veldtester(foto boven)5 | Uitlezing met positiex,y-meting(foto beneden)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eDuur zaamheidcement 2001 582dak waar gemeten wordt. Hetmechanische deel van de scannermoet voldoen aan de volgendevoorwaarden:? de SE-taster moet soepel ronddraaien zonder slijtage doorcontact met het reparatiemate-riaal;? er moet een aansluiting zijnmet een waterslang voortoevoer van het koppelmiddel;? scannerpotje en elektronicamoeten samen door ??npersoon te bedienen zijn enhet scannerpotje mag niet tegroot of zwaar zijn;? het potje moet begin- en eind-switches bevatten voor de mar-kering van het begin en heteind van de ruimtelijke midde-ling.R e s u l t a t e n v e l d t e s t e nOm de werking van de CUBE inde praktijk te valideren, de repro-duceerbaarheid aan te tonen, hetgebruikersgemak vast te stellenen de duurzaamheid en werkingvan het mechaniek met de soft-ware te optimaliseren voor de pro-ductie van de CUBE, zijn veldtes-ten uitgevoerd op een groot aantalbouwlocaties.De scanner is voorafgaand aanelke meting gekalibreerd aan eenproeftegel om de functie van hetapparaat te controleren en om deonthechting te meten bij mortelsmet verschillende eigenschap-pen. Het meten van de geluid-snelheid is alleen noodzakelijk bijhet meten van de laagdikte van dereparatiemortel.Uit de veldtesten is naar vorengekomen dat de scanner aangeeftof een reparatielaag los- dan welvastzit, meerdere metingen kortna elkaar kunnen worden uitge-voerd en een meting reprodu-ceerbaar is. Verder is vastgestelddat het mechaniek voor het uit-middelen van kleine onthechtin-gen en wapeningsstaal ook uitge-voerd kan worden door eenhandmatige lengteverplaatsingvandetransducersoverhetopper-vlak.C o n c l u s i eHetlaboratorium-prototypeCADDheeft aangetoond dat het mogelijkis hechting van betonreparatie-lagen te meten en dat resultatenhiervan betrouwbaar zijn.Voor validatie van de techniek enmethodiek in de praktijk is deCUBE ontwikkeld en in de prak-tijk getest. Aangetoond is dat aande laboratoriumresultaten wordtvoldaan.De resultaten van de laborato-rium- en veldtesten hebben gere-sulteerd in het vastleggen van deproductiespecificaties voor tweetype scannersHet uiteindelijke succes van deCUBE zal afhankelijk zijn van deprijs en de gebruikersvriendelijk-heid.Indien de CUBE algemeen toege-past zal worden is de verwachtingdat:? de inspectiekosten zullenafnemen (sneller resultaat engeen reparatiekosten vandestructieve proeven);? de betrouwbaarheid van deinspectie van het reparatiewerktoeneemt (meer meetpunten,grotere steekproef);? het vertrouwen in de kwaliteitvan het reparatiewerk zal zijngewaarborgd (reproduceer-baarheid);? onnodige kapitaalsvernietigingwordt voorkomen (overdoenreparatiewerk, minder proefte-gels en toezicht bij uitvoering).D e M K B - b e d r i j v e n d i e h e b b e ng e p a r t i c i p e e r d i n h e t E U - C R A F T -p r o j e c t z i j n :uit Nederland- BIM Renovatie- en Aannemersbedrijf B.V. (betonreparateur);- KEMA Nederland BV (consultancy en onderzoek);- AIMS NDT B.V. (fabrikant en importeur ultrasone apparatuur);- Deijs Betontechniek (leverancier reparatiemortels);- Bouwdienst Rijkswaterstaat afdeling Ontwikkeling Technieken enOnderhoudsbeleid (ondersteunend partner).uit Belgi?- WTCB/CSTC (Wetenschappelijk en Technologisch Centrum voorde Bouw);- Nortex S.A. (adviseur);uit Denemarken- Acalor Scandinavia A.S. (vloerenlegger en betonreparateur);uit Noorwegen- PA Entrepen?r A.S. (betonreparateur).6 | Test betonnen rand vaneen damwand(foto boven)7 | Test tunnelelementWesterschelde(foto beneden)