Bildbasierte Frischbetonprüfung zur digitalen Qualitätsregelung - Ingenieurmodelle für die Planung von Gegenmaßnahmen

Massivbauwerke gehören mit einer Lebensdauer von zumeist weit über 50 Jahren zu extrem langlebigen Investitionsgütern. Insbesondere bei Betonbauwerken werden die Qualitätsmerkmale, wie z. B. die sichere Gewährleistung der Tragfähigkeit oder der Dauerhaftigkeit, in hohem Maße durch Prozesse bestimmt, die in einem im Vergleich zur Nutzungsdauer des Bauwerks extrem kurzen Zeitraum von wenigen Stunden ablaufen. Dementsprechend kommen der präzisen Prüfung und Bewertung der Eigenschaften bei der Herstellung und Verarbeitung des Frischbetons eine besondere Bedeutung zu. Auf der Baustelle ist die Ermittlung der (Frisch-)Betoneigenschaften gegenwärtig noch immer rein empirisch geprägt. Zur Prüfung der Eigenschaften bei der Identitätsprüfung wird zumeist allein das Ausbreitmaß in Verbindung mit einer subjektiven Augenscheinprüfung eingesetzt. Eine mögliche Integration digitaler Methoden zur Qualitätsprüfung scheitert gegenwärtig an entsprechenden Sensorsystemen und Auswertemethoden. Zur Einführung solcher digitalen Methoden in der Betontechnologie muss es gelingen, die bisher rein subjektiv wahrgenommenen Eigenschaften des Frischbetons, im speziellen der Augenscheinprüfung bei der Identitätsprüfung, z. B. mit bildbasierten Methoden zu erfassen und in digitale Kennwerte zu überführen. Zur Überwindung der Grenzen der subjektiven Augenscheinprüfung wurde im Rahmen dieser Arbeit eine bildbasierte Messmethodik entwickelt und validiert, die es gestattet maßgebende (Frisch-)Betoneigenschaften im Rahmen der Konsistenzprüfung (Ausbreitmaß) digital zu erfassen und zu bewerten. Durch Anwendung photogrammetrischer Messprinzipien und digitaler Bildanalyseverfahren sowie Methoden der künstlichen Intelligenz können maßgebende (Frisch-)Betoneigenschaften aus Bilddaten prädiziert werden und somit die Identitätsprüfung des Frischbetons durch eine Vielzahl zusätzlicher Parameter erweitert werden. Darauf aufbauend können die ermittelten Daten in einen digitalen Regelkreislauf integriert werden, der eine unmittelbare Anpassung der Eigenschaften bei der weiteren Produktion ermöglicht. Die Ergebnisse umfangreicher experimenteller Untersuchungen zeigen deutlich, dass eine zielsichere digitale Erfassung und Bewertung von (Frisch-)Betoneigenschaften mit der entwickelten bildbasierten Methodik im Rahmen der Konsistenzprüfung möglich ist. Als zu bewertende Oberflächeneigenschaften des ausgebreiteten Frischbetons eignen sich sowohl 3D-Kennwerte der Oberflächengestalt sowie geometrische 2D-Eigenschaften als auch die Oberflächenreflexion. Darauf aufbauend bietet das Konzept der digitalen Qualitätsregelung die Möglichkeit, den Betonproduktionszyklus direkt mit den Qualitätsmerkmalen des Frischbetons zu verknüpfen und so Industrie 4.0-Standards im Betonbau zu etablieren.