Kurzfassung – Die Arbeit gliedert sich in folgende Komplexe, die als gemeinsame Basis die Anwendung von akustischen Prüf verfahren zur Erfasssung von Gefügeveränderungen im Beton haben: – Komplex I: Voruntersuchungen zum Ultraschall verfahren mit mechanischer Ankopplung, Grundlagenuntersuchungen zur laserinduzierten Anregung und der berührungslosen Erfassung von Schallwellen in der Meßmethodik der direkten Durchschallung. – Komplex II: Erfassung von Gefügeschädigungen infolge Frostangrifwuit dem Schwerpunkt der Visualisierung des Schädigungsgradienten. – Komplex III: Untersuchungen zum Hydratationsverlauf von Zementleim, Mörtel und Beton, Berechnung der Erhärtungsdruckfestigkeit ßD(US) von Mörtel und Beton unter Einbeziehung der Rezeptur. – Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit nach dem performance concept führen zur Ausbildung bzw. Überlagerung von Feuchte- und Schädigungsgradienten ausgehend von der Betonoberfläche. Um Gefügeschädigungen in den Randbereichen der untersuchten Probekörper erfassen zu können, ist die Entwicklung von zerstörungsfreien Messverrfahren erforderlich, die eine bzw. zwei- bzw. dreidiemsionale Erfassung und Darstellung der Verteilung von elastischen Baustoffkennwerten ermöglichen. – Der Frostangriff ist mit der Ausbildung eines Schädigungsgradienten, ausgehend von der Prüffläche des Probekörpers zum Kembereich, verbunden. Dabei ist der Schädigungsfortschritt abhängig von der Dichtigkeit der Betonoberfläche, die entscheidend von der Zementzusammensetzung, dem w/z-Wert und der Nachbehandlungsdauer abhängt. Die Kenntnis vom Schädigungsgrad und der Schädigungstiefe des oberflächennahen Bereichs ist für Bauwerksteile wichtig, die in ihrem Nutzungszeitraum dem Prozess der Trocknung und Wiederbefeuchtung in erhöhtem Maße ausgesetzt sind. Da der Schädigungsgradient durch die akustischen Meßverfahren unterschiedlich abgebildet wird, muss dies bei der Bestimmung von praxisrelevanten Grenzwerten für eine zulässige Gefügeschädigung im Ergebnis der Prüfung des Frostwiderstandes beachtet werden. Die erforderliche Messpunktdichte und Messgeschwindigkeit zur Erfassung von Schädigungsgradienten im Hinblick auf tomographische Untersuchungen ist nur durch Einsatz eines berührungslos arbeitenden Ultraschallverfahrens realisierbar. Dazu ist der Einsatz von Lasertechniken erforderlich. – Zur laserinduzierten Anregung von Ultraschallwellen wurde ein Nd:YAG-Laser mit der Grundwellenlänge von 1064 nm eingesetzt. Die erforderliche Laserenergie liegt im Bereich von 0,2 bis 1,0 J. Die mittlere Impulsleistungsdichte zur Schwingungsanregung beträgt 100 MW/cm2 bis 300 MW/cm2. Die laserinduzierte Schallausbreitung konnte an unterschiedlichen Baustoffen, wie Beton, Porenleichtbeton, Ziegel und Marmor reproduzierbar nachgewiesen werden. Sie wird beeinflusst durch die Laserstrahlparameter: Laserenergie, Wellenlänge, Pulsdauer und Pulswiederholfrequenz. – Der Empfang von Ultraschallwellen wurde durch den Einsatz eines Laser-Scanning-Vibrometers realisiert. Es können Schwingungen von Bauwerksteiloberflächen als Frequenz- und Zeitsignale durch Abtasten (Scannen) einer Untersuchungsfläche mit variablen Messpunktabständen erfasst werden. Je nach Reflexionseigenschaften der Betonoberfläche können Bauwerksteildicken bis ca. 0,5 m ausgewertet werden. Die Funktion eines rein optischen Ultraschallmesssystems wurde für Anregung und Empfang von Schallwellen aus Entfernungen von ca. 2 m an Betonwürfeln der Kantenlänge von 10 cm im Labor nachgewiesen. Der Frequenzgehalt der Schallwelle im Bereich höherer Frequenzen (200 kHz bis 300 kHz) eröffnet die Möglichkeit, Gefügeuntersuchungen im Labor mit einer höheren Auflösung (kleineren Wellenlängen) im Vergleich zur traditionellen Ultraschallmessung mit mechanischer Ankopplung vorzunehmen. – Untersuchungen zur Gefügeentwicklung während der Hydratation von Normalbeton und zur Bestimmung der Erhärtungsdruckfestigkeit wurden mit dem Ultraschallmesssystem Consonic 60 durchgeführt. Durch die genaue Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in den Gesteinskörnungen und der Einschränkung der Zusammensetzung der groben Gesteinskörnung auf eine Mineralart (Diabas) konnten optimale Bedingungen zur Berechnung der Erhärtungsdruckfestigkeit geschaffen werden. Die Optimierung der Eingabeparameter für die Schallgeschwindigkeit in den Gesteinskörnungen stellt somit eine zwingende Voraussetzung für eine präzise Berechnung der Erhärtungsdruckfestigkeit dar. Bei Verwendung von groben Gesteinskörnungen mit unterschiedlichen Mineralarten müssen die Schallgeschwindigkeit in den Mineralen sowie deren Masseanteil berücksichtigt werden. Die kontinuierliche Bestimmung der Erhärtungsdruckfestigkeit mit der Tauchsonde (TS) im Zeitraum der frühen Hydratation bis zum 7. Tag ergibt bei den Betonen mit einem Größtkorn 8 mm Differenzen zwischen ßD(US, TS) und ßWrn am 7. Tag von weniger als 15 %. Die Betone mit einem Größtkorn bis 16 mm zeigen Differenzen unter 20 %. Die ermittelten Differenzen steigen mit zunehmendem w/z-Wert an. Die Einbeziehung der Druckfestigkeit ßD(US) als Relativwert in die Durchführung von Homogenitätsuntersuchungen an Bauwerksteilen stellt eine wertvolle Ergänzung zu den Aussagemöglichkeiten der Impulslaufzeit dar. Schwachstellen im Betongefüge werden verstärkt abgebildet. – Kontakt: Dr.-Ing. Wolfgang Erfurt – Tel.: 03643/584753 – E-Mail: wolfgang.erfurt@bauing.uni-weimar.de – Die Dissertation wurde unter ftp://ftp.uni-weimar.de/pub/publicationen/diss/ veröffentlicht.