Uusi järjestelmä varoittaa betonirakenteiden vaurioista

Itä-Suomen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden tekniikan, joka havaitsee betonirakenteiden vauriot varhaisessa vaiheessa. Yhdessä Pohjois-Carolinan osavaltionyliopiston kanssa kehitettyä tekniikkaa voidaan tulevaisuudessa hyödyntää esimerkiksi ydinjätteen loppusijoituksessa ja silloissa.

– Menetelmä perustuu sähköisiin mittauksiin, joiden avulla pystytään havaitsemaan rakenteen pinnassa olevia halkeamia ja muita vaurioita nopeasti.  Tekniikkaa on mahdollista hyödyntää varoitusjärjestelmissä, jotka ilmaisevat vaurion syntymisen lähes reaaliaikaisesti, kertoo akatemiatutkija Aku Seppänen Itä-Suomen yliopiston sovelletun fysiikan laitokselta.

Sensing skin -sovelluksessa betonirakenteen pinta maalataan sähköä johtavan maalikerroksen peittoon, ja maalipinnasta tehdään sähköisiä mittauksia siihen kosketuksessa olevien elektrodien avulla. Useiden elektrodiparien väliltä syötetään sähkövirtaa, ja kunkin virransyötön aikana mitataan sähköinen potentiaali kaikilla elektrodeilla. Mittausten perusteella muodostetaan tietokoneen avulla kuva maalipinnan sähkönjohtavuudesta. Kuva kertoo mahdollista vaurioista rakenteen pinnalla: jos maalikerroksen sähkönjohtavuus laskee paikallisesti, se tarkoittaa, että rakenne on halkeillut tai muuten vahingoittunut.

Ylempi kuva esittää teräsvahvistettua betonipalkkia, jossa on useita halkeamia. Alemmassa kuvassa on  pintarakenteesta sensing skin –teknologian avulla muodostettu kuva. Betonissa olevat halkeamat erottuvat punaisina alueina. (Kuva:Aku Seppänen)

 

– Maalipinnan sähkönjohtavuuden kuvantaminen vaatii edistynyttä matemaattista mallintamista ja tieteellistä laskentaa. Tärkeä osa tutkimustyötämme oli kehittää uusia laskentamenetelmiä, joiden avulla pintarakenteen vaurioista saadaan luotettavaa tietoa, Seppänen toteaa. Hän työskentelee laskennallisen fysiikan parissa inversio-ongelmien tutkimusryhmässä, joka on osa Suomen Akatemian rahoittamaa huippuyksikköä.

Sensing skin –tutkimuksen tavoitteena on kehittää teknologiaa vaurioiden havaitsemiseen kriittisissä kohteissa kuten ydinjätteen loppusijoituspaikoissa, mutta menetelmää voidaan soveltaa myös muille aloille. Tekniikkaa voidaan hyödyntää sekä uusissa että olemassa olevissa rakenteissa. Sovellus on melko edullinen, sillä maalikerroksessa on mahdollista käyttää mitä tahansa sähköä johtavaa materiaalia kuten kuparia.

Menetelmää on toistaiseksi testattu alle metrin mittaisissa betonipalkeissa. Seuraavaksi sitä testataan suuremmissa rakenteissa.

Tutkimus Electrical impedance tomography-based sensing skin for quantitative imaging of damage in concrete on julkaistu Smart Materials and Structures -lehdessä.

Lisätietoja:
Aku Seppänen, p. 040 3552 070, aku.seppanen (at) uef.fi

Artikkelin kirjoitusvuosi: 2014

Takaisin tämän vuoden artikkeleihin