Abb.: Schematisch Darstellung des Aufbaus des Demonstrator I
Die Analyse von Baustoffen leistet im Rahmen der Schadensdiagnose an Bauwerken einen entscheidenden Beitrag zur Standsicherheit und Dauerhaftigkeit bestehender Konstruktionen. Durch zuverlässige Analyseverfahren werden Schäden erkannt und deren Ursachen bestimmt. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für zu ergreifende Instandsetzungsmaßnahmen. Im Verbundprojekt ILCOM soll das Verfahren der bildgebenden Laseranalyse von Elementverteilungen von Baustoffen anhand von Demonstratoren in Labor und Feldtests entwickelt und erprobt werden.
Dabei kommt die Laser-Induzierte Breakdown Spektroskopie (LIBS) zum Einsatz, um erstmals die Möglichkeit einer schnellen, simultanen, bis zur Mikrostruktur aufgelösten, zweidimensionalen Ermittlung von Elementgehalten von Baustoffen zu bieten. Gegenüber den klassischen Verfahren bietet dieser Verfahrensansatz folgende Vorteile:
- Keine aufwändige Probenaufbereitung durch direkte Messung an der Baustoffoberfläche,
- Ermittlung einer Vielzahl von Elementgehalte in einem Messvorgang,
- Erfassung der Elementgehalte auf einem wesentlich engeren Messraster,
- Bildgebende Darstellung der Elementgehalte der untersuchten Baustoffoberfläche.
Bei der LIBS-Analyse wird an jedem Messpunkt eine mikroskopische Materialmenge verdampft und zu elementspezifischer Strahlungsemission angeregt. Auf diese Weise können in kurzer Zeit „Elementlandkarten“ als Bilder erstellt werden, in denen die örtliche Verteilung und die Konzentrationsvariationen chemischer Elemente über Flächen von einigen 10 cm2 wiedergegeben werden. Die bildgebende Laseranalyse ist ein Multielementverfahren, d. h. es werden Landkarten von mehreren Elementen simultan gewonnen, so dass sich aus örtlichen Korrelationen von Elementanreicherungen auch Rückschlüsse auf die Stöchiometrie der vorliegenden Verbindungen ziehen lassen. Der beschriebene methodische Ansatz soll im ILCOM-Projekt anhand von zwei Demonstratoren erprobt werden: Demonstrator I erlaubt die Laseranalyse von Betonproben unter Laborbedingungen bei flexibler Wahl der Scanflächen, der zu analysierenden Elemente und der Messparameter. Demonstrator I dient als Technologieplattform zur Methodenentwicklung; Demonstrator II ist ein für den Vor-Ort Einsatz konzipiertes transportables System, zugeschnitten auf die schnelle Chloridbestimmung an definierten Probengeometrien. Auf der Basis der mit dem Demonstrator I gewonnenen Erkenntnisse, wird Demonstrator II kompakt, robust und für eine einfache Bedienbarkeit ausgelegt. Demonstrator II wird beispielhaft in Feldversuchen erprobt.