Projekt

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A novel sensor for durability monitoring of infrastructures

Gesuchsteller/in Seguí Femenias Yurena
Nummer 180292
Förderungsinstrument Bridge - Proof of Concept
Forschungseinrichtung Institut für Baustoffe ETH Zürich
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Bauingenieurwesen
Beginn/Ende 01.07.2018 - 30.06.2019
Bewilligter Betrag 128'602.00
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Keywords (7)

Reinforced concrete; Structural health monitoring; pH sensor; chloride sensor; Infrastructure durability; Durability monitoring; Sustainability

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Stahlbeton ist weltweit das am häufigsten verwendete Baumaterial. Stahlbetonkonstruktionen sind normalerweise von langlebiger und dauerhafter Natur, aber es gibt einige Mechanismen die ihre Lebensdauer ernsthaft beeinträchtigen können; der häufigste Schadensmechanismus ist die Korrosion des Bewehrungsstahls.Viele Stahlbetonkonstruktionen sind Chloriden (Tausalz, Meerwasser) und CO2 exponiert, welche durch das Porensystem des Zementsteins ins Betoninnere eindringen, und schliesslich zur Korrosion des Stahls führen können. Die Messung der Chloridkonzentration und des pH Wertes in der Porenlösung des Betons ist daher sowohl für die Überwachung von Bauwerken (structural health monitoring) als auch für die Erforschung der Transportprozesse im Beton und der Korrosion wichtig. Solche Sensoren existieren jedoch für Beton aktuell noch nicht.
Lay summary

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Dauerhaftigkeitssensors, der in Stahlbetonkonstruktionen eingebettet werden kann. Dieser Sensor basiert auf einem kürzlich entwickelten Elektrodensystem, das aus Silber/Silberchlorid und Iridium/Iridiumoxid Elektroden besteht. In Kombination mit einem Algorithmus, erlaubt dieses System die Live-Überwachung von Chloridkonzentrationen und pH-Wert im Beton in situ. Um den Einsatz dieses neuartigen Ansatzes in der Ingenieurspraxis zu ermöglichen und zu fördern, müssen noch einige Hürden genommen werden. Eine wichtiger Schritt ist die Automatisierung und Implementierung des Algorithmus (benötigt für die Bestimmung der Chloridkonzentration und des pH-Wert), da dieser dem durchschnittlichen Endnutzer, der normalerweise nicht ausreichend über fachspezifische Kenntnisse verfügt, nicht zugemutet werden kann. Ausserdem braucht das Sensorsystem eine zuverlässige Stromversorgung während der Messung. Eine attraktive Lösung, die hier untersucht wird, ist die wireless Energie- und Datenübertragung, basierend auf einer induktiven Kopplung (Near Field Communication Technologie).

Das vorgeschlagene Sensorsystem wird das Dauerhaftigkeitmonitoring in Stahlbetonkonstruktionen deutlich verbessern, weil es die Messung von die korrosionrelevanten Parametern ermöglicht.

 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 02.03.2018

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Abstract

Corrosion of the steel reinforcement is one of the most widespread degradation mechanisms in reinforced concrete structures. The number of structures needing repair is expected to strongly increase in the next years in all industrialised countries, causing large economic challenges. Structural health monitoring is increasingly being seen as an efficient solution to mitigate these costs, namely by postponing structural repair and continue using structures safely for longer times. Ideally, the parameters relevant for corrosion, the chloride concentration and the pH, are monitored. However, reliable sensors to monitor these parameters in concrete do currently not exist. In my PhD, a novel electrode system was developed, which allows monitoring chloride concentrations and pH in concrete in-situ over time. To do this, an iterative algorithm is used, which requires specialised scientific knowledge. To implement this novel sensor technology in practice it is crucial to integrate and automate this algorithm into the sensor, so that consulting engineers and inspectors can directly read chloride concentrations and pH vales from the sensor unit. The aim of this proposal is thus to develop a sensor, based on the scientific basis laid in my PhD thesis, that integrates both the measurements of the developed electrodes and the processing of the results. The final product will be a sensor, compatible with commercially available monitoring systems. This will not only improve structural health monitoring and thus lead to financial benefits for the society; the new technology will also enhance research related to concrete durability, e.g. in developing novel, environmentally friendly and sustainable cement types.
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