[00:00] Wartung auf der Grundlage des tatsächlichen Zustands
Roel van Gils: Willkommen zu einer weiteren Folge von „Beton und Stahlbau“, dem Podcast. In den Niederlanden gibt es Tausende von Brücken, Viadukten und anderen Ingenieurbauwerken, die täglich intensiv genutzt werden. Viele davon stammen aus den 60er- und 70er-Jahren des letzten Jahrhunderts. Sie erreichen langsam ein Alter, in dem die Instandhaltung immer wichtiger wird. Gleichzeitig stehen die Betreiber vor einer enormen Herausforderung. Es gibt mehr Infrastruktur als je zuvor, die Instandhaltung wird teurer, Ausfallzeiten sind ein rares Gut und die gesellschaftlichen Auswirkungen von Störungen nehmen stetig zu. Wann können wir von einer Instandhaltung nach festem Zeitplan abkommen und zu einer Instandhaltung übergehen, die sich am tatsächlichen Zustand eines Bauwerks orientiert? Darüber sprechen wir heute mit Jo van Montfort von Bjond Innovation und Jos Kronemeijer von ProRail. Herzlich willkommen, Sie beide.
Jo van Montfort: Vielen Dank.
Roel van Gils: Vielleicht könntest du dich zunächst kurz vorstellen, damit wir wissen, wer hier am Tisch sitzt.
[00:55] Jo van Montfort und Bjond Innovation
Jo van Montfort: Jo van Montfort. Ich bin Inhaber und Gründer von Bjond Innovation, einem Fachbüro im Bereich Stahl und Beton. Wir beschäftigen uns vor allem mit komplexen Fragestellungen, insbesondere wenn es um die Verlängerung der Lebensdauer dieser Materialien, deren Beeinträchtigung oder um Schiedsverfahren geht. Und genau darauf konzentrieren wir uns im Grunde genommen tagtäglich.
Roel van Gils: Ach so, darauf kommen wir später sicher noch einmal zurück. Schöne Beispiele. Vielen Dank. Jos?
[01:28] Jos Kronemeijer und das Asset-Management bei ProRail
Jos Kronemeijer: Ich arbeite bei ProRail im Bereich Asset Management als Systemspezialist. Das bedeutet, dass ich an der Ausarbeitung von Entwurfsvorschriften, Spezifikationen und Richtlinien für Materialien mitwirke, die wir für Ingenieurbauwerke, Brücken, Viadukte und Tunnel verwenden. Instandhaltungs- und Verwaltungsfragen fallen in meinen Zuständigkeitsbereich. Ich bin Werkstofftechnologe. Ich habe Werkstofftechnik studiert und bin im Bereich der zementären Verbundwerkstoffe tätig, also Zement, Injektionsmörtel, Mörtel, Beton, Beschichtungen und so weiter.
Roel van Gils: Ich denke schon.
Jos Kronemeijer: Ja.
Roel van Gils: Sehen Sie. Nochmals herzlich willkommen. Ich möchte eigentlich bei ProRail anfangen. Viele Menschen sehen natürlich die Züge fahren, sind sich aber nicht bewusst, über wie viele Bauwerke sie hinweg- oder darunter hindurchfahren. Können Sie einen groben Überblick darüber geben, wie groß dieser Instandhaltungsaufwand ist?
[02:24] Die Größe der Bahnflächen
Jos Kronemeijer: In den Niederlanden gibt es etwa 7.000 Kilometer Eisenbahnstrecke. Und alle paar Kilometer befindet sich dort ein Durchlass.
Roel van Gils: Das ist enorm, ja. Und natürlich in Stahl, in Beton und in allen möglichen Materialien.
Jos Kronemeijer: Ja.
Roel van Gils: Und was unterscheidet eine Eisenbahnbrücke beispielsweise von einer Landesstraße-Brücke?
Jos Kronemeijer: Die Tatsache, dass dort Züge darüberfahren, in den Niederlanden mit sehr hoher Frequenz, was eine enorme Nutzungsintensität bedeutet. Ein wichtiger Unterschied hinsichtlich der Nutzungsbelastung besteht darin, dass auf Eisenbahnviadukten und Brücken beispielsweise kein Streusalz verwendet wird. Die Bauwerke, die wir errichten, sind anders, und insbesondere die Ermüdung, also das Langzeitverhalten im Hinblick auf die Ermüdung, ist für uns sehr wichtig. Und darin liegt auch ein enger Zusammenhang mit den von uns angewandten Instandhaltungssystemen, aber auch mit den Produkten, die wir darauf auftragen, wie zum Beispiel Beschichtungen, über die wir später sprechen werden. Diese stehen unter anderem in einem engen Zusammenhang mit der Ermüdung.
[03:32] Vorbeugende Wartung und RAMSHEEP
Roel van Gils: Ja. Und wenn wir uns nun ansehen, wie die Instandhaltung heutzutage traditionell abläuft – wie funktioniert das?
Jos Kronemeijer: Wie alle großen öffentlichen Vermögensverwalter nutzen wir unter anderem die RAMSHEEP-Methode. Eine Art Instrument zur Risiko- und Leistungsanalyse. Bei der Abkürzung RAMS ist Folgendes zu beachten: Reliability, also die Zuverlässigkeit des Systems. Availability, also Verfügbarkeit. Maintainability, also Wartbarkeit. Und das ist das zentrale Thema, dem wir uns derzeit widmen. Safety, also Sicherheit für die Umgebung und für die Nutzer. Und darum herum natürlich die Interaktion mit der Umgebung.
Roel van Gils: Ja, aber arbeitest du dann größtenteils nach einem festen Zeitplan?
Jos Kronemeijer: Ja, das müssen wir. Wir können das nicht, sagen wir mal, von Störungen abhängig machen. Dann wären wir zu spät dran. Wenn wir das nicht tun würden, würde ein großes Chaos entstehen.
Roel van Gils: Aber vielleicht als vorbeugende Maßnahme?
Jos Kronemeijer: Ja, in großem Umfang.
Roel van Gils: Ja, das kommt schon vor. Also nicht nur nach einem festen Zeitplan?
Jos Kronemeijer: Kombinationen.
Roel van Gils: Kombinationen, ja. Okay. Denn nur hinzuschauen reicht natürlich nicht mehr aus. Jo, daran knüpft eure Arbeitsweise nahtlos an.
Jo van Montfort: Auf jeden Fall.
[04:57] Warum eine Sichtprüfung nicht ausreicht
Roel van Gils: Warum reicht es nicht mehr aus, nur zuzuschauen?
Jo van Montfort: Nun, wie Jos schon sagte: Wenn wir uns Beschichtungen ansehen – wenn eine Beschichtung versagt, dann sieht man das natürlich. Das kann jeder sehen. Aber dann hat man es mit einem Grad der Verschleißentwicklung zu tun, bei dem man schließlich in die sogenannte korrektive Instandhaltung gerät. Für die meisten Auftraggeber, wie insbesondere ProRail, ist das ein riesiges Problem, da die zeitlichen Fenster ohne Zugverkehr sehr kurz sind. Das heißt: Oft können Reparaturarbeiten nur während der Nacht durchgeführt werden. Oder eine ganze Bahnstrecke muss gesperrt werden, mit allen damit verbundenen Folgen, wobei der gesamte Verkehr, der darüber verläuft, umgeleitet werden muss – mit all den damit verbundenen Schwierigkeiten. Das ist also nicht wünschenswert. Es muss nach Lösungen gesucht werden, bei denen die Lebensdauer der bestehenden Konservierung oder des Schutzes des Objekts so lange wie möglich verlängert wird. Und deshalb möchte man wissen: Wann tritt dieser Defekt dann auf? Man möchte diese Beschichtung also datengestützt untersuchen und nicht nur oberflächlich betrachten.
Roel van Gils: Das Betrachten allein reicht also nicht aus, denn eine Beschichtung kann von außen durchaus gut aussehen, obwohl der Zerfallsprozess bereits begonnen hat?
Jo van Montfort: Auf jeden Fall. Ein Mensch kann vollkommen gesund aussehen, aber noch am selben Nachmittag mit einem Herzinfarkt in die Notaufnahme eingeliefert werden. Oder nehmen Sie Karies in den Zähnen. Lange Zeit ist alles in Ordnung, und das Loch ist bereits da. Aber irgendwann bricht das Loch durch, und dann erreicht die Karies den Nerv. Und dann spürt man es – und dann ist es zu spät. Deshalb geht man vorbeugend zum Zahnarzt. Wenn der dann feststellt: Hey, der Zahnschmelz beginnt sich ein wenig abzunutzen und zu verwittern. Bei Beschichtungen ist das nicht anders. Auch dort lässt sich das ein wenig messen. Aber in dieser Hinsicht sind wir im Bereich der Beschichtungen schon etwas weiter. Wir haben also Techniken entwickelt, um auch den Abbau, das Ausmaß des Abbaus, sozusagen den Zustand der Beschichtung, genauer zu messen. Und zwar zerstörungsfrei.
[07:07] Elektrochemische Impedanzspektroskopie
Roel van Gils: Wie nennt man eine solche Technik?
Jo van Montfort: Das ist elektrochemische Impedanzspektroskopie – ein schönes Wort.
Roel van Gils: Ein Begriff, der weltweit häufig verwendet wird. Klingt ziemlich kompliziert. Aber was macht man dabei eigentlich? Erklär das doch mal.
Jo van Montfort: Nun, es handelt sich um ein zerstörungsfreies Verfahren. Wie ich bereits sagte: Man bringt im Grunde zwei Elektroden auf der Oberfläche des Stahls an. Durch diese lässt man einen Wechselstrom fließen, dessen Frequenz man verändert. Um es nicht zu technisch zu machen: Man misst im Grunde die Widerstandseigenschaften, die Barriereeigenschaften. Das ist letztendlich das Ergebnis: die Barriereeigenschaften. Man muss sich vorstellen: Eine solche Beschichtung ist – was vielen Menschen nicht bewusst ist – etwa 300 Mikrometer dick. Nicht einmal ein halber Millimeter. Und es wird sogar eine Dicke von 350 Mikrometern vorgeschrieben. Das sind dann die Anforderungen. Das bedeutet: Das entspricht in etwa der Dicke eines Haares auf deinem Kopf. Und das sind dann oft drei oder vier Schichten. Und das soll den Stahl 20, 30 Jahre lang schützen. Das ist es, was wir messen. Wir messen eigentlich diese dünne Schicht. So muss man sich das in etwa vorstellen. Und das Ergebnis ist im Grunde ein prozentualer Rückgang des Zustands. Ist es grün, orange oder rot? Das ist im Grunde das, was dabei herauskommt.
[08:29] Natürliche Alterung von Materialien
Jos Kronemeijer: Vielleicht eine nette Ergänzung zu dem, was du gesagt hast. Alles, was wir bauen, altert mit der Zeit. Natürlicher Verfall, UV-Strahlung, Wetter, Wind – was auch immer. Und worauf Spezialisten wie Jo unter anderem achten – und wir natürlich als Anlagenverwalter –, sind chemische Einflüsse von außen. Diese führen dazu, dass die Materialien buchstäblich altern. Ja, je früher man das erkennt … Das ist ein Teil der vorbeugenden Instandhaltung. Regelmäßige Inspektionen gehören also zur Vorbeugung. Und wenn zwischen diesen vorbeugenden Kontrollterminen etwas auftritt, führt man die sogenannte kurative Instandhaltung durch. Dann macht man sich an die Arbeit.
Roel van Gils: Und wie legt man die Messpunkte fest?
[09:12] EIS für Inspektoren zugänglich machen
Jo van Montfort: Dazu gehört auch die Kenntnis des Materials, das man untersucht. Das spielt natürlich eine Rolle. Wir sind gerade dabei, dies weiter zu standardisieren und zu protokollieren, da es derzeit noch die Aufgabe echter Experten, von Spezialisten, ist. Wir wollen das eigentlich auf ein Niveau bringen, wie es derzeit auch bei der Schichtdickenmessung an einer Beschichtung der Fall ist. Eine Schichtdickenmessung an einer Beschichtung haben wir in den 1980er Jahren durchgeführt, indem wir einen Kratzer in den Lack gemacht und mit einer Lupe geschaut haben, wie dick diese Schicht war. Dann kam ein kleiner Magnet ins Spiel, und dieser Mann wurde für verrückt erklärt, aber letztendlich hat er Recht behalten. Und alle Messungen an Lacksystemen führen wir heute zerstörungsfrei mit einer Spule und einem Magneten durch. Und das mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich. In dieser Phase befinden wir uns derzeit eigentlich auch mit dem EIS-Ansatz. Wir wollen also eine Technik, die es bereits gibt, standardisieren, wobei in 80 bis 90 Prozent der Fälle jeder, der eine Standardausbildung in der Beschichtungsinspektion absolviert hat, diese Messung auch durchführen und sogar interpretieren könnte. Es bleiben natürlich noch 10 bis 15 Prozent übrig, die wirklich schwierig sind. Aber ja, damit hat Bjond auch weiterhin seine Daseinsberechtigung.
Roel van Gils: Ja, aber wurde diese EIS-Methode von euch, von Bjond, entwickelt?
[10:31] Zusammenarbeit mit C-Cube International
Jo van Montfort: Diese Methode wurde nicht von Bjond entwickelt. Es handelt sich um eine Methode, die bereits in den 70er- und 80er-Jahren vor allem von Amerikanern im Labor entwickelt und von europäischen Laboren übernommen und dort weiterentwickelt wurde. Ein Unternehmen wie beispielsweise C-Cube in Delft ist ein Spin-off von Universitäten. Dort hat man daraus ein praxistaugliches System entwickelt, mit dem wir auch sehr eng zusammenarbeiten. Ja, diese Beschichtung … Entschuldigung, das von ihnen entwickelte Messsystem ist sehr robust, sehr handlich und auch sehr zuverlässig. Und das haben wir natürlich selbst getestet, denn wir wollen wissen, womit wir arbeiten. Ja, im Außenbereich, also im Feld.
Roel van Gils: Aber das überträgst du dann auf das Kunstwerk?
Jo van Montfort: Ja. Wie funktioniert das also? Man legt zunächst einige kleine Schwämmchen unter einen kleinen Magneten auf dem Kunstwerk, also auf der Beschichtung, damit sich diese Beschichtung erst einmal an die Umgebung gewöhnen kann. Man braucht also ein leitfähiges Medium. Man muss sie also ein wenig befeuchten. Und das lässt man eine Woche lang einwirken. Nach einer Woche kommt man zurück. Dann setzt man die Messelektroden auf und misst innerhalb von zwei Minuten an der Stelle, deren Eigenschaften man ermitteln möchte. Pro Punkt dauert eine Messung etwa ein bis zwei Minuten. So weißt du innerhalb weniger Stunden genau, in welchem Zustand sich diese Beschichtung befindet: Unterseite, Oberseite, Seite, Innenseite – ganz gleich, wo.
[11:59] Ein Vergleich mit einem EKG
Jos Kronemeijer: Ja. Das ist vielleicht eine schöne Analogie zu dem Beispiel, das Jo gerade genannt hat. Wenn man ein EKG macht, klebt man sich ebenfalls Elektroden auf die Brust, und diese müssen guten Kontakt haben. Ja, genauso müssen auch diese Sensoren guten Kontakt haben.
Jo van Montfort: Analogien, ja. Das stimmt.
Roel van Gils: Das hast du ja schon angesprochen. Aber in welchen Abständen findet diese Messung statt?
[12:29] Eine Nullmessung bei neuen Beschichtungen
Jo van Montfort: Diese Messfrequenz … Man legt also einen Zeitpunkt fest, an dem der Wert Null ist. Das entscheidet man selbst. Am besten macht man das bei einem Neubau.
Roel van Gils: Also bei der neu aufgetragenen Beschichtung?
Jo van Montfort: Ja. Das System ist zudem so leistungsfähig, dass man auch die Qualität einer neu aufgetragenen Beschichtung bestimmen kann. Wie ich oft sage: Eine solche Beschichtung ist sehr dünn, lässt sich aber auch nur sehr schwer auftragen. Das Lackieren einer Stahlkonstruktion ist mit einiges an Aufwand verbunden. Die Bedingungen müssen stimmen. Die Temperatur muss stimmen. Die Luftfeuchtigkeit muss stimmen. Der Untergrund muss sauber sein. Es gibt sehr viele Anforderungen.
Roel van Gils: Du meinst also: Auch da kann schon etwas schiefgehen?
Jo van Montfort: Da läuft in der Praxis schon sehr viel schief, und zwar sehr oft. Und das gilt umso mehr, wenn es bei den ProRail-Projekten dann noch eine zeitweise Zugunterbrechung gibt.
Roel van Gils: Es muss natürlich schnell gehen.
Jo van Montfort: Es muss schnell gehen. Man muss also unter schwierigen Bedingungen spezielle Produkte auftragen, und das Ganze muss dann trotzdem aushärten. Hier hat man es mit einem Aushärtungsprozess und Materialien zu tun, die miteinander reagieren. Wenn die Temperatur nicht stimmt – was bei uns in den Niederlanden fast nie vorkommt … Letzte Woche war es viel zu warm und davor viel zu kalt, oder es ist viel zu nass. Es ist nie richtig, also ist es nie ideal. Diese Produkte sind auch nicht ideal, daher ist es immer ein Kompromiss zwischen verschiedenen Faktoren. Aber eigentlich möchte man wissen, wie gut das Ergebnis dann ist.
[13:41] Die Ausgangsbedingung festlegen
Jos Kronemeijer: Ja, die Wartung beginnt buchstäblich genau wie bei einem Auto, das aus dem Werk kommt. In dem Moment, in dem es vom Band rollt, fängt es schon an. Man ermittelt den Zustand, um anschließend sozusagen den Verschleiß im Laufe der Zeit messen zu können.
Jo van Montfort: Ja, genau. Und man kann es auch nutzen, um die Nullqualität festzulegen – sofern man diese richtig bestimmen kann. Dann kann man auch klare Vereinbarungen mit den Auftragnehmern treffen, bei denen man sagt: Seht mal, jetzt wird Folgendes vereinbart: Ja, es sieht schon ganz gut aus. Die Farbe wird in Ordnung sein. Die Schichtdicke ist ausreichend und die Haftung ist ebenfalls gut. Und bei dieser Prüfung gehe ich destruktiv vor, denn dabei beschädige ich die Beschichtung, was man eigentlich nicht will. Also muss ich dann wieder reparieren. Mit dieser Technik gehst du zerstörungsfrei vor. Dann kannst du beim Ausgangszustand sagen: Es ist 80%, oder hast du wirklich den 90% erreicht, den du erreichen musst?
Roel van Gils: Das finde ich eigentlich ziemlich wenig. Man würde erwarten, dass man 100% erreicht. Aber das ist also nie 100%?
Jo van Montfort: Das habe ich gerade gesagt. Das Auftragen ist so komplex, dass wir den 100% theoretisch im Labor erzielen könnten. Dort wird ein solches Farbsystem auch getestet. Es werden also Labortests durchgeführt. Nun, ich sage immer ganz respektlos: Diese Tests werden auf flachen Platten durchgeführt. Aber ein Objekt … Schauen Sie sich nur die Ecken, die Fugen und die Schweißnähte an.
Roel van Gils: Wo die Abdeckung eigentlich gering ist.
Jo van Montfort: Ja. Und Ecken und Fugen, die schwer zu erreichen sind und in denen die Bedingungen ungünstig sind, damit eine solche Beschichtung letztendlich ihre Leistung entfalten kann. Es geht um die Leistungsfähigkeit einer solchen Beschichtung. Und die möchte man zu Beginn des gesamten Zyklus wissen: Auf welchem Ausgangsniveau befinde ich mich?
[15:15] Zerstörungsfreie Messung und knappes Fachwissen
Jos Kronemeijer: Vielleicht noch eine nette Ergänzung. Um den Zustand auf eine Weise zu bestimmen, die nicht – wie in der Vergangenheit fast ausschließlich – zerstörerisch ist. Bei der Bestimmung des Zustands verursacht man manchmal ein wenig Schaden. Und dann muss man das wieder reparieren. Das bedeutet wieder Arbeit. Und sobald man Überwachungssysteme hat, die man buchstäblich nur ankleben und anschließend wieder entfernen muss, ohne dass dabei etwas beschädigt wird – also zerstörungsfrei –, ist das ein großer Vorteil. Man benötigt außerdem, sagen wir mal, das nötige Fachwissen, um all das vor Ort umzusetzen. Intelligenz in diesem Sinne bei den Überwachungssystemen – und dieser Bedarf steigt. Die Zahl qualifizierter Techniker mit dem entsprechenden Fachwissen, um diese Lücke zu schließen, nimmt dramatisch ab. Auch dafür müssen wir sorgen.
Roel van Gils: Es spielen mehrere Faktoren gleichzeitig eine Rolle, und diese laufen eigentlich alle in solchen neuen Techniken zusammen.
[16:10] Von Messdaten zu Vorhersagemodellen
Jo van Montfort: Ja. Man erhält also eine riesige Menge an Daten aus diesem Objekt. Und diese Daten sagen zwar etwas aus, aber man muss sie auch noch interpretieren können. Dazwischen ist ein Experte, der sozusagen das prognostische Modell ausfüllt. Und wie ich gerade schon sagte, arbeiten wir daran, das so weit wie möglich zu standardisieren. Es zeigt sich auch, dass es möglich ist, dies zu standardisieren. Sehr viele Beschichtungssysteme, die man an den Objekten um sich herum sieht – Brücken, Schleusentore, Hochwasserschutzanlagen, was auch immer man nennen mag, aber auch chemische Anlagen, Tanks und so weiter – verfügen über vergleichbare Systeme. Und das liegt daran, dass die Lacklieferanten sich gegenseitig über die Zäune hinweg beobachten und sich gegenseitig abschauen, wie das Ganze funktioniert. Die Basisbindemittel sind also oft dieselben, weshalb auch das Grundverhalten oft gleich oder vergleichbar ist. Dadurch wird es später einfacher – „einfacher“ in Anführungszeichen – sein, ein gutes Vorhersagemodell zu erstellen.
[17:22] Messintervalle und Anforderungen an ein Lacksystem
Roel van Gils: Jo, du sagst: In einer idealen Welt müsste man eigentlich schon eine Nullmessung durchführen. Wie sieht es denn mit den Intervallen dieser Messungen aus? Sind diese am Anfang oder in der ersten Phase etwas länger und danach etwas kürzer?
Jo van Montfort: Ja, das hängt ein wenig davon ab. Es hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Es hängt davon ab, welche Anforderungen der Kunde letztendlich an das Lackiersystem stellt. OGOS – das ist ein Verband großer Auftraggeber in den Niederlanden, der sich ebenfalls mit dieser Technologie befasst. Vielleicht ist es auch gut, diese kurz zu erwähnen. Und innerhalb von OGOS gibt es also eine Reihe von Mitgliedern. Das sind Tata Steel, die Provinz Südholland, ProRail, das Verteidigungsministerium, die flämische Regierung, die Stadt Rotterdam, Gasunie und natürlich Rijkswaterstaat.
Roel van Gils: Und was machen die dann?
Jo van Montfort: Sie tauschen sich untereinander aus, wobei sie dieses Wissen miteinander teilen und auch Projekte initiieren, um die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit solcher Techniken in der Praxis zu überprüfen. Denn auch sie erkennen, dass dies enorme Vorteile gegenüber der reinen Betrachtung von Farbe bietet.
[18:43] Von der praktischen Anwendung zur Standardisierung
Roel van Gils: Passiert das denn mittlerweile nur noch im Rahmen von Pilotprojekten?
Jo van Montfort: Nein, das passiert schon. Aber es muss wirklich zum Standard werden, gut standardisiert werden, damit sich diese 80-20-Regel oder diese 90-10-Regel durchsetzt. Und das unterstützen wir natürlich auch voll und ganz, dass dies geschieht.
Jos Kronemeijer: Vielleicht noch eine Teilantwort auf Ihre Frage. Durch die dort stattfindende Bündelung von Wissen werden in einem sehr breiten Spektrum von Anwendungsbereichen Erfahrungen mit den verschiedenen Beschichtungssystemen gesammelt. Und das hilft bei der Kalibrierung Ihres Systems im Vorfeld. Ob bei einem Einsatz bei ProRail, bei Rijkswaterstaat oder wo auch immer. Dass man ausgehend vom Produktsystem sagen kann: Dann können wir bereits abschätzen, wie die Inspektionsintervalle aussehen müssen. Und das stellt man durch die Kalibrierung der Systeme im Vorfeld ein, bei T0 bei der Inbetriebnahme. Und dann sind es, sagen wir mal, das Expertensystem und die Erfahrung, die dazu führen: Okay, wir wählen diese Intervalle. Wir wissen, dass wir rechtzeitig dran sind, wenn wir sie zu diesem Zeitpunkt einplanen.
Jo van Montfort: Wie so oft ist es jetzt schon zu spät.
Roel van Gils: Genau.
Jo van Montfort: Ja. Aber andererseits auch zu früh.
[20:04] Eine zu früh durchgeführte Wartung ist ebenfalls Verschwendung
Roel van Gils: Das kommt auch vor? Das ist doch an sich besser, oder?
Jo van Montfort: Ja, nur ist das natürlich eine enorme Materialverschwendung. Das treibt die Kosten in die Höhe.
Roel van Gils: Was meinst du damit? Zu früh messen oder zu früh…
Jo van Montfort: Vorzeitige Instandhaltung. Aufgrund von ein wenig Rost wird entschieden: Nun, die Beschichtung ist nicht in Ordnung, weil man es einfach nicht besser weiß. Ja, wenn man nicht misst, weiß man es nicht. Dann kann es durchaus sein – was wir auch mit dieser EIS-Messung eindeutig nachweisen –, dass Teile eines Bauwerks, zum Beispiel die Unterseite einer Brücke, eine schnellere Abnutzung der Beschichtung aufweisen als die Oberseite. Das würde man zwar nicht erwarten, doch oft ist es so, weil es dort länger feucht bleibt und sich mehr Schmutz festsetzt. Bei den ProRail-Brücken ist das etwas weniger der Fall, aber vor allem bei den normalen Brücken, die der Salzbelastung ausgesetzt sind, sieht man das deutlich. Auch bei Anstrichsystemen sind das Erkenntnisse, die sich aus dieser Untersuchung ergeben. Wir haben also eindeutige Beispiele, bei denen wir sehen, dass an der Unterseite eigentlich ein anderes System hätte gewählt werden müssen als an der Oberseite.
Roel van Gils: Und jetzt ist alles beim Alten?
Jo van Montfort: Oder sogar umgekehrt, weil man von falschen Annahmen ausgeht.
[21:12] Der optimale Zeitpunkt für die Wartung
Roel van Gils: Ja. Dann hat man wieder dieses Wissen, wie du bereits angemerkt hast.
Jos Kronemeijer: Ja. Und man kann das auch mit anderen Bereichen vergleichen. Wenn man sein Auto zur Inspektion bringen muss, braucht es neues Öl. Dann ist man zwar pünktlich, was gut für das Fahrzeug ist, aber es bedeutet auch eine Außerbetriebnahme und damit eine eingeschränkte Verfügbarkeit. Und wenn man zu spät ist, entsteht ein Schaden. Das Finden des optimalen Zeitpunkts hängt also auch von der Nutzung und den Einsatzbedingungen ab. Ein Auto wird, sagen wir mal, in der Wüste einen höheren Ölverbrauch aufweisen als, sagen wir mal, in einer kalten Region – man kann sich beliebige Beispiele nennen.
Roel van Gils: Betrachtet man also jedes Kunstwerk anders, also individuell?
Jo van Montfort: Auf jeden Fall. Wie ich gerade schon sagte, sind die Anforderungen an das Kunstwerk hinsichtlich Lebensdauer und Nutzung sehr wichtig. Die Umgebung, in der es steht: Befindet es sich an der Küste oder in einer chemischen Umgebung, einer chemisch belasteten Umgebung? Das ist ein entscheidender Faktor. Auch die Komplexität der Konstruktion. Wie ist sie aufgebaut? Ob es sich um eine schöne, schlichte Konstruktion handelt oder um eine Fachwerkkonstruktion mit Nietverbindungen. Diese muss man konservieren. Oft sind dort noch sehr alte Konservierungsschichten vorhanden.
[22:24] Alte Konservierungsschichten erhalten
Jo van Montfort: Na ja, Jos weiß übrigens … Dazu wird oft gesagt: Ja, die müssen dann weg. Wenn wir uns daran orientieren, ist das nicht immer eine so gute Entscheidung.
Roel van Gils: Muss das weg?
Jo van Montfort: Wir haben also gemeinsam mit ProRail eine Reihe von Projekten unter die Lupe genommen, bei denen es hieß: Okay, wenn man sie modernisiert, halten sie vielleicht noch gut 50 Jahre. Während alte Korrosionsschutzsysteme, bei denen man zunächst denkt: „Nehmt sie doch einfach ab …“ – die dann neu aufgetragenen Korrosionsschutzsysteme versagen innerhalb von 15 Jahren. Und die anderen bleiben einfach 50, 60 Jahre lang drauf. Das hat dann aus arbeitsschutztechnischer Sicht einen Nachteil. Wenn man sie also entfernen muss, stößt man natürlich auf Stoffe wie Blei und Chrom-6.
Roel van Gils: Ach, dann hat man wieder andere Probleme, andere Herausforderungen.
Jo van Montfort: Solange man es jedoch an Ort und Stelle belässt und es nicht in die Umwelt gelangt, stellt es an sich kein Problem für Mensch und Umwelt dar. Aber es bietet einen zusätzlichen Schutz für Ihre alte Konstruktion. Und das lässt sich mit dieser Technik auch sehr gut überwachen. Nun gut, es liegt natürlich am Auftraggeber, ob er das möchte oder nicht. Es gibt Auftraggeber, die sagen: Ich will das nicht, ich will es einfach nur weg haben und ganz von vorne anfangen.
[23:43] Strahlen, Grundierungen und neue Reinigungsverfahren
Jo van Montfort: Und damit kommen wir zu dem Moment, in dem man clean neu anfängt – um das noch kurz weiterzuspinnen, wenn ich darf.
Roel van Gils: Ja, mach einfach weiter.
Jo van Montfort: Dann sagt man: Na gut, wir strahlen es ab. Wir strahlen alles mit viel Staub und viel Aufwand ab. Und wir tragen eine Grundierung auf und bauen die Farbschicht dann wieder neu auf. Ja, es gibt mittlerweile auch Strömungen, die sagen: „Na gut, wir werden es nicht mit Strahlmittel abstrahlen.“ Denn wenn man mit Strahlmittel arbeitet, ist das eine aktive Methode, bei der man Partikel auf den Stahl schleudert. Man schleudert etwas darauf, und dadurch löst sich etwas ab. Ja, man kann sich vorstellen, dass Staub und auch Partikel in dieser Oberfläche zurückbleiben. Diese Grundierung soll dafür sorgen, dass das Lacksystem danach tatsächlich gut haftet. Wenn ich nun in der Lage wäre, die Oberfläche perfekt zu reinigen, wäre das eigentlich nicht nötig. Dann könnte man auf die Grundierung schon verzichten. Das spart Material, sorgt aber auch für eine bessere Haftung. Dafür gibt es jetzt neue Reinigungstechniken auf Laserbasis. Diese befinden sich in voller Entwicklung. Bis vor kurzem waren sie noch zu eingeschränkt, weil sie zu langsam waren, hieß es damals. Strahlmittel muss man zuführen. Strahlmittel muss man darauf werfen. Das Strahlmittel mit den darin enthaltenen Verunreinigungen muss man wieder abtransportieren. Und die Belastung der Gerüste, die dann Hunderttausende Kilogramm wiegen.
Roel van Gils: Man muss natürlich alles einpacken.
Jo van Montfort: Alles einpacken, Staubbelastung. Wenn man das alles mit einberechnet … Ein Laser-Reiniger – man beleuchtet es einfach.
Roel van Gils: Im wahrsten Sinne des Wortes.
Jo van Montfort: Wörtlich. Diese Beschichtung verdampft. Nur diese dünne Schicht, diese hauchdünne Beschichtung, die verdampft. Die würde ich mit einem kleinen Staubsauger aufsaugen, damit sie nicht in die Umwelt und nicht in meine Lungen gelangt. Dann kann man natürlich viel sauberer arbeiten.
[25:31] Laserreinigung als Alternative zum Strahlen
Roel van Gils: Aber wie weit ist diese Technik schon fortgeschritten?
Jo van Montfort: Das ist derzeit noch in weiter Ferne. In den Vereinigten Staaten wird diese Technik bereits in großem Umfang eingesetzt. Auch weil es dort bei sehr vielen Projekten verboten ist, Staub zu erzeugen. In Europa hinken wir da leider ziemlich hinterher, vor allem hier im Westen. Und ich plädiere wirklich dafür, sich das einmal genauer anzuschauen. Das ist wirklich eine Technik, die sehr viel Zukunftspotenzial bietet. Vor allem dort, wo man gar nicht sandstrahlen kann. Aber man könnte das einfach in großem Maßstab anwenden, auch bei bedeutenden Objekten. Vor allem, wenn es um vorbeugende Instandhaltung geht, bei der man somit einen perfekten Untergrund erhält. Und wenn man einen perfekten Untergrund erhält, kann man sich vorstellen: Dann habe ich auch ein perfektes Konservierungssystem.
Roel van Gils: Letztendlich ein Konservierungssystem.
Jo van Montfort: Und mit EIS kann ich sehr gut überprüfen, ob das tatsächlich der Fall ist. Ob sich also das, was ich jetzt sage, bewahrheitet, lässt sich mit einem solchen System sehr gut überwachen.
[26:26] Restlebensdauer und Austauschplan
Roel van Gils: Ja, okay. Wie steht ProRail denn zu solchen Lösungen?
Jos Kronemeijer: Ganz kurz gesagt: auf dieselbe Weise. Vielleicht ein Anhaltspunkt, denn ich höre Jo eine ganze Menge Dinge sagen, die mir bekannt vorkommen. Wenn man neue Bauwerke errichtet – Brücken, Viadukte, Tunnel, was auch immer –, dann hat man von Anfang an, schon beim Entwurf, die Nutzungsdauer im Blick. Kurz gesagt: die geplante Lebensdauer. Und diese Lebensdauer ist in der Praxis manchmal kürzer. Aber wir leben in einer Zeit, in der groß angelegte Erneuerungen … Dafür gibt es oft keine Budgets mehr. Sobald man diesen Austausch aufschieben muss, wird die Überwachung des Zustands natürlich noch wichtiger. Durch die Überwachung lässt sich feststellen, wie der Verfall voranschreitet, sodass man aus Erfahrung sagen kann: Okay, dort entsteht in zwei, drei Jahren ein gefährlicher Wendepunkt. Sobald man eine solche Überwachungsmaßnahme durchführt – und zwar kontinuierlich –, erhält man ein schärferes Bild davon. Dann handelt es sich nicht mehr um Momentaufnahmen, sondern um einen zusammenhängenden Film, wodurch man leichter auf die Zukunft extrapolieren kann: Okay, der Abwärtstrend hat eingesetzt. Je besser wir vorhersagen können, wo dieser Punkt liegt, desto besser lässt sich damit die Restlebensdauer bestimmen. Und die Restlebensdauer ermöglicht es einem natürlich, zu wissen, wann man umfangreiche Reparaturen oder notfalls einen Austausch vornehmen sollte. Und wenn man das weiß, kann man entsprechend budgetieren, und dann wird es zu einer überschaubaren Angelegenheit. Darin liegt im Wesentlichen die Notwendigkeit und der Wunsch der Anlagenverwalter, mithilfe von Überwachungssystemen mehr Intelligenz in das System zu integrieren und damit die Kostenkontrolle zu gewährleisten: nicht zu früh und nicht unnötig, aber sicherlich auch nicht zu spät. Denn dieser Ersatzbedarf lässt sich in den kommenden Jahren einfach nicht in großem Umfang im Budget einplanen.
[28:05] Technologie-Reifegrade
Roel van Gils: Geht man dabei aber über das reine Konservierungssystem hinaus, auch was die Überwachung angeht?
Jos Kronemeijer: Ja, auf jeden Fall. Du hast gerade auch gefragt: Ist diese Technologie neu? Nun, vielleicht ein guter Ansatzpunkt. Neue Technologien, die auf den Markt kommen – innovative Technologien –, haben den Nachteil, dass es oft noch keine historische Erfolgsbilanz hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit gibt. Das bedeutet, dass die neuen Technologien und ihre Erfinder beweisen müssen, dass sie damit in der Praxis etwas anfangen können. Schließlich haben sie diese Technik entwickelt. Nun, es gibt ein System, das sie dafür entwickelt haben. Man nennt es „Technology Readiness Levels“. Bei einer neuen Technologie oder einer neuen Innovation lassen sich die Technology Readiness Levels von ganz unten, also Stufe eins, einteilen: eine Idee im Kopf, die am Küchentisch getestet wird. Technologie-Stufe zwei: in der Garage getestet, an der eigenen Werkbank. Bis einschließlich Nummer acht – sagen wir mal, dass sie in der Fachwelt bekannt ist. Und Nummer neun: an jeder Straßenecke erhältlich, gesetzlich geregelt. In diesen Stufen muss man also eigentlich auch schalten. Und die Techniken, von denen Sie sprechen, liegen im Bereich zwischen acht und neun.
Roel van Gils: Ach, so weit sind die schon gegangen?
Jos Kronemeijer: Ja. Und das macht sie für die Administratoren natürlich interessant, da dadurch ein Großteil der Kinderkrankheiten, aber auch die Einschränkungen und die Stärken dieser Systeme viel deutlicher werden. Und eine neue Technologie ist immer nützlich und wichtig, das muss man immer im Blick behalten. Und sei es nur, weil man damit zukünftige oder bestehende Probleme besser lösen kann. Wenn man sie einsetzen möchte, ist es für die Anlagenverwalter interessant zu wissen, auf welchem Stand diese neue Technologie ist.
[29:36] Kontinuierliche Überwachung mit EIS
Jo van Montfort: Wir haben gerade über die Messung des Zustands mit einer Handmessmethode gesprochen, die ich soeben auch erklärt habe. Ja, und darum geht es in dieser Geschichte eigentlich. Wir können vielleicht noch hinzufügen, dass wir auch in diesem Bereich eine Methode entwickelt haben, um den Zustand der Beschichtung kontinuierlich zu überwachen. Ein Pilotprojekt im Philips-Stadion. Es geht also um einen der dort stehenden Pylone, der 40, 45 Meter hoch ist. Und der ist mit einer Aluminiumhülle ummantelt. Es handelt sich also um einen Stahlpylon. Daran hängt das gesamte Dach. Es gibt acht solcher Pylone. Und wir haben einen ausgewählt, den wir relativ leicht erreichen konnten. Man muss also mit einer Hubarbeitsbühne 14 Meter hochfahren, um die Sensoren dort anzubringen. Diese sind dann über ein kleines Gehäuse und eine drahtlose Verbindung miteinander verbunden. Damit kann man also eine Konstruktion überwachen, an die man eigentlich nicht herankommt, die nicht inspizierbar ist … Davon gibt es unzählige Beispiele. Man denke an Hochhäuser, an schwer zugängliche Brücken, an Schleusentore, an was auch immer. Auch im Offshore-Bereich werden zahlreiche Projekte durchgeführt. Zum Beispiel bei Offshore-Windparks. Um eine Art Warnsystem zu schaffen. Es ist nicht so, dass es die gesamte Konstruktion abdeckt. Genau wie in deinem Auto: Wenn der Ölstand zu niedrig zu werden droht, leuchtet eine Kontrollleuchte auf. Das sieht man eigentlich auch. Wenn also der Zustand unter einen bestimmten Prozentsatz zu fallen droht, erhalten wir eine Warnung. Dann weiß man: Okay, da ist etwas im Gange. Außerdem kann man das Mikroklima in diesem Mast sehr gut überwachen. Gleichzeitig.
Roel van Gils: Du gehst also eigentlich noch einen Schritt weiter?
Jo van Montfort: Ja. Man erhält diese zusätzlichen Daten dazu. Was wir derzeit noch nicht wissen: Dort kommt es zu Ablagerungen von Schmutz, dort gibt es Temperaturschwankungen. All das wirkt sich auf die Lebensdauer dieser Beschichtung aus. All diese Daten erhalten wir zusätzlich und speisen sie eigentlich in das Modell ein – worüber wir vielleicht später noch sprechen können –, sodass man die Vorhersage immer besser und einfacher erstellen kann.
[31:45] Überwachung ohne Außerbetriebnahme
Jos Kronemeijer: Vielleicht noch eine kurze Ergänzung dazu. Wenn man für ProRail die Zustandsbewertung durchführen möchte, geschieht dies entweder direkt vor Ort oder mithilfe von Überwachungssystemen und Sensoren, die am Standort selbst installiert sind. Außerbetriebnahmen sind sehr schwierig. Es ist nicht sicher für die Menschen, die sie durchführen müssen. Eine Betriebsunterbrechung also … Die Auswirkungen einer Betriebsunterbrechung sind größer als im Straßenverkehr. Man stellt nicht einfach eine Absperrung auf. Man sperrt nicht einfach eine Fahrspur, damit der Verkehr reibungslos weiterfließen kann, oder man fährt ein paar Kilometer einen Umweg. Das gibt es bei der Eisenbahn nicht. Güter- und Personenverkehr – alles auf der Schiene. Das bedeutet: Wenn man eine Betriebsunterbrechung plant, sind die wirtschaftlichen, aber auch die sozialen Auswirkungen dieser Unterbrechung enorm. Die damit verbundenen Kosten sind gigantisch. Alles, was man also im Bereich der permanenten Überwachung tun kann – und zwar mit detaillierteren Informationen zu Verschleiß, Geschwindigkeit und Art der Beeinträchtigung –, ist reiner Gewinn.
Roel van Gils: Ja. Aber was muss dann geschehen, damit dies bei ProRail in großem Umfang umgesetzt wird?
[32:46] Von Demonstrationsprojekten zur breiteren Anwendung
Jos Kronemeijer: Dieses Konzept wird schon seit längerem in Betracht gezogen. Es wird auch bereits umgesetzt. Nur wird diese Technologie noch nicht in großem Maßstab eingesetzt, da sie noch relativ unbekannt ist. Denn es wurden bereits Demonstrationsprojekte damit durchgeführt, und es besteht Interesse daran. Jedes Objekt hat seine ganz eigenen Probleme. Wie zum Beispiel eine Offshore-Windkraftanlage, bei der die Erreichbarkeit offensichtlich ein Problem darstellt, da die Entfernung die Sache sehr erschwert. Mit Drohnen können wir vielleicht noch einiges tun. Aber erst durch physische Messungen direkt an den Beschichtungssystemen erhält man eigentlich die zuverlässigsten Gesamtinformationen. Denn man hat den allgemeinen Zustand und den einzigartigen lokalen Zustand. Was viele Menschen sehen, ist, dass irgendwo ein Stück Farbe in einer Ecke abblättert, in der sich langfristig Wasser ansammelt. Das lässt sich auch auf andere Weise beheben. Aber die allgemeine Alterung, bei der das gesamte Beschichtungssystem im Blickfeld steht, ist das, was man daran besonders schätzt.
Roel van Gils: Ja. Und es geht sogar noch einen Schritt weiter, zumindest wenn man bedenkt, was Jo im Philips-Stadion sagt: dass man auch den Zustand des Objekts misst.
Jo van Montfort: Ja, genau. Die regulären Inspektionen bleiben bestehen. Das wollen wir also einmal klarstellen. Es ist nicht so, dass man das nicht mehr tun muss oder darf. Man muss es vor allem weiterhin tun, erhält aber ein zusätzliches Werkzeug dazu. Und eine Frühwarnung. Wenn man das permanente System nutzt, hat man natürlich auch die Möglichkeit, aus der Ferne Messungen durchzuführen. Das verleiht der Verwaltung Ihrer Anlagen eine zusätzliche Dimension.
[34:18] Digitale Zwillinge und Just-in-Time-Wartung
Roel van Gils: Ja. Und du hast eigentlich schon selbst den Übergang zu einem digitalen Modell geschaffen.
Jo van Montfort: Genau.
Roel van Gils: Was bedeutet das zum Beispiel für eine Brücke?
Jo van Montfort: Man erstellt buchstäblich einen digitalen Zwilling.
Roel van Gils: Du nimmst mir die Worte aus dem Mund.
Jo van Montfort: Ja. Der Pylon steht ganz physisch in Eindhoven. Und daneben gibt es ihn digital auf meinem Computer. Und ich kann einfach darauf und drum herum klettern. Und ich kann für jeden Sensor sehen, welches Signal er aussendet und wie er sich eigentlich anfühlt. Und das, denke ich, wird man in Zukunft für sehr viele Anlagen machen können. Schauen Sie sich diese Daten an. Aber die Zukunft liegt natürlich darin, dass es dafür ein automatisiertes System gibt. Denken Sie an künstliche Intelligenz, an Systeme, die man darauf anwenden kann und die sehr schnell Muster erkennen: Ist hier etwas im Gange oder nicht? Und wahrscheinlich sofort eine Meldung ausgeben. Und danach braucht man natürlich immer noch kurz den Experten oder zumindest den Menschen, der letztendlich die Validierung vornimmt. Und wir werden uns sicherlich dafür einsetzen, dass dies auch weiterhin so bleibt. Aber durch die Erstellung dieser digitalen Zwillinge kann man diese Anlagen ganz einfach im Auge behalten und auf Just-in-Time-Wartung umstellen.
[35:41] Echtzeitmessung und Aktionsschwellenwerte
Jos Kronemeijer: Ja, vielleicht noch einmal eine nette Ergänzung. Diese Sensoren ermöglichen es in Verbindung mit diesen Systemen, in Echtzeit zu messen. Man kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt den Zustand ermitteln und darauf basierend später Entscheidungen treffen. Bei starker Beanspruchung verkürzt man die Intervalle und erhöht die Messfrequenz. Aber es handelt sich um Echtzeit- und Fernzugriff. Wenn ein bestimmter Schwellenwert überschritten wird, der eine Maßnahme erfordert – also ein Aktionsschwellenwert –, kann es sein, dass der Administrator auf einer Art Dashboard ein blinkendes rotes Lämpchen sieht. Oder jemand in der Verwaltungsorganisation erhält eine SMS: Dort und dort, so und so, bei diesem Objekt stellen wir fest, dass der Aktionsschwellenwert überschritten wurde.
Jo van Montfort: Und dann reagierst du darauf – zwar reaktiv, aber rechtzeitig.
[36:25] Sechs Phasen der Beschichtungszersetzung
Jo van Montfort: Das besteht eigentlich aus sechs Phasen. Zunächst gibt es eine stabile Phase. Diese dauert bereits 15 bis 20 Jahre. Da ist noch alles in Ordnung. Man sieht auch keinen Unterschied. Aber die Beschichtung ist zu diesem Zeitpunkt auch noch in gutem Zustand. In der zweiten Phase beginnt sie also wirklich, sich zu zersetzen. Dann verschlechtert sich ihr Zustand ein wenig. Das kann man nicht sehen, denn die Beschichtung sieht perfekt aus. Es gibt keine Risse. Sie fühlt sich noch gut an, aber es gibt bereits Schäden in der Beschichtung. So kann Feuchtigkeit eindringen. Das könnte ich zwar sofort mit EIS messen, aber ich kann es nicht sehen. Dann komme ich in Phase drei. Dann habe ich wirklich die Ausbreitung, wie man das nennt. Dann fängt es an. Dann beginnt es wirklich langsam zu zerfallen. Dann sieht man auch eine ganz leichte Ablösung und, nebenbei bemerkt, ein wenig Rost. Aber dann kommt Phase vier. Das ist eigentlich der Punkt, an dem die meisten Inspektoren sagen: „Jetzt ist es nicht mehr in Ordnung, jetzt sehe ich etwas.“ Aber dann befinden wir uns bereits in Schritt vier.
Roel van Gils: Dann ist der Wendepunkt bereits vorbei.
Jo van Montfort: Dann ist es schon zu spät. Dann ist es bereits vorbei. Dann verschlechtert sich die Beschichtung rasend schnell, die Qualität nimmt ab. Sie löst sich sozusagen von selbst vom Stahl. Das sieht man auch oft: Eine solche Beschichtung, die sich an den Ecken nach oben wellt. Und dabei spricht man dann von Unterrost. Aber diese Beschichtung will sich auch wirklich ablösen, denn sie schrumpft buchstäblich davon ab. Und außerdem liegt sie natürlich dort. Phase sechs treffen wir nie an. Manchmal schon, aber dann ist sie komplett abgefallen. Das lässt sich verhindern, indem man es richtig angeht.
[38:08] Beton als Schutz für Stahl
Roel van Gils: Ja. Bei einer Beschichtung denkt man oft an Stahl, zumindest die meisten Menschen, glaube ich. Aber Bjond macht noch viel mehr. Kannst du uns dazu etwas erzählen?
Jo van Montfort: Ja. Also ja, wir sagen manchmal: Stahl schützt man natürlich mit einer Beschichtung. Aber in der Betonwelt schützen wir Stahl mit Beton. Ja, ich sage manchmal etwas respektlos, dass Beton eigentlich eine ganz gute Beschichtung ist. Das ist nicht böse gemeint. Das liegt daran, dass ich die Welt aus der Perspektive eines Werkstoffwissenschaftlers betrachte. Und wenn man die Sache aus werkstoffwissenschaftlicher Sicht betrachtet, dann ist Beton eigentlich nichts anderes … Eine Beschichtung ist eigentlich nichts anderes als Mikrobeton. So nenne ich es dann. Warum ist das so? Sehen Sie, Beton besteht im Wesentlichen aus Sand, Kies, Zement und Wasser. Und es entsteht ein steinartiges Material. Das wird schließlich Zementstein genannt. Und das bildet eine Betonschicht. Diese umhüllt den Stahl. Der Stahl ist ein entscheidendes Element in der Betonkonstruktion. Und es sorgt dafür, dass der Stahl in eine passive Phase übergeht, da der pH-Wert sehr hoch ist. Dadurch rostet der Stahl nicht mehr. Diese Zementhaut bildet also eigentlich einen Schutz.
[39:31] Die Verbindung zwischen Beschichtung und Beton
Jo van Montfort: Genau wie diese Beschichtung. Auch diese Beschichtung besteht aus drei Hauptkomponenten. Eine A- und eine B-Komponente, die man miteinander vermischt. Und darin sind einige Füllstoffe enthalten, die Farbe verleihen, aber auch andere Füllstoffe. Und wenn man sich das im Mikromaßstab unter dem Mikroskop ansieht, sieht das einander sehr ähnlich aus. Wenn man also unter dem Mikroskop ein Foto von einer Beschichtung und von Beton zeigen würde – ich würde sie schwarz-weiß darstellen –, hätte man Schwierigkeiten, einen Unterschied zu erkennen: Ist das nun Beton oder ist es eine Beschichtung, die man da vor sich sieht?
Roel van Gils: Oh, lustig.
Jo van Montfort: Das ist also der Grund. Aber gut, wenn man sich die materialwissenschaftlichen Eigenschaften ansieht, sind diese natürlich ganz anders. Und die Beschichtung – ja, davon halten wir nicht viel. Aber eigentlich stimmt das auch. Sie ist eigentlich auch sehr hart und steif. Und sprödes Epoxidharz wird mit der Zeit immer steifer. Bei Beton ist das etwas weniger der Fall, dass das so schnell geht. Bei Beton haben wir einen etwas anderen Korrosionsmechanismus. Da gibt es das Eindringen von Chloriden, die Karbonatisierung. Aber letztendlich bestimmen die Eigenschaften dieser Schicht an der Außenseite des Betons, ob der darin enthaltene Stahl korrodiert. Das ist also dasselbe. Physikalisch und werkstofftechnisch ist das dasselbe.
Roel van Gils: Man könnte also mit EIS auch den Zustand des Stahls und auch der Betonhülle messen?
Jo van Montfort: Ja, und das stimmt auch. Das lässt sich auch messen. Es gibt dazu sehr viele Forschungsarbeiten. Und gerade in diesem Moment werden auch ernsthafte Projekte auf die Beine gestellt, um dies in der Praxis zu messen, genau wie wir es bei Beschichtungen tun. Ja, das befindet sich noch auf einem niedrigeren Technology Readiness Level als bei Beschichtungen, aber ich denke, weiter als Level drei. Vier, vielleicht sogar fünf.
[41:10] Die Zeelandbrücke als Praxisbeispiel
Roel van Gils: Aber an der Zeelandbrücke, so hast du mir erzählt, gab es bei euch auch etwas Ähnliches, oder ist dort auch etwas Ähnliches passiert?
Jo van Montfort: Was die Zeelandbrücke angeht, ja, da beschäftige ich mich schon seit mehr als 25 Jahren mit den Problemen rund um die Zeelandbrücke. Die Zeelandbrücke wurde in den 60er Jahren gebaut, Anfang der 60er Jahre. Und das Problem dabei ist, dass es ziemlich schnell zu einem Eindringen von Chlorid gekommen ist, wodurch der Chloridgehalt in der Hülle, der Außenseite, der so genannten „Deckschicht“, zu hoch ist. Wenn man das nun mit den aktuellen Normen und Anforderungen vergleicht, würde man sagen: Na, dann reißt die Brücke doch ab, denn sie enthält viel zu viel Chlorid. Sie rostet einem einfach unter dem Hintern weg, um es mal in Baujargon auszudrücken. Das ist derzeit natürlich nicht der Fall, denn Ende der 80er Jahre haben wir uns zusammen mit meinem ehemaligen Kollegen bei Intron einen Trick ausgedacht, um diese Korrosion zu stoppen. Die Sache ist die: Es ist viel Chlorid drin. Wenn man es mit einem Patienten vergleicht, hat dieser also Krebs im Endstadium. Aber wir werden den Krebs stabilisieren, ihn einkapseln. Das werden wir im Grunde tun. Und das haben wir auch getan.
[42:24] Ein Beschichtungssystem, das sich bereits seit Jahrzehnten bewährt hat
Jo van Montfort: Das war damals ein Experiment, ein groß angelegtes Experiment. Und das läuft nun schon seit 35 Jahren und funktioniert immer noch hervorragend. Ja. Wir konnten dort also den Zugang von Feuchtigkeit und Sauerstoff so einschränken, dass der Korrosionsprozess nur langsam voranschreitet. Ja. Und nun ja, das wird in den aktuellen Vorschriften, also in der CUR-Empfehlung 118 und ähnlichen Dokumenten… Sehen Sie, dort wäre das nicht möglich. Aber das ist ein schönes Beispiel dafür, dass es also doch bereits Lösungen gibt, um mit einem Beschichtungssystem eine Betonbrücke dieser Größenordnung … Man spricht hier von einer fünf Kilometer langen Brücke mit einer Betonoberfläche von einigen hunderttausend Quadratmetern, einfach instand zu halten. Entscheidend ist dabei, dass diese Beschichtung auch weiterhin ihre Funktion erfüllt. Das ist die wichtigste Aufgabe, mit der ich mich beschäftige. Ich beschäftige mich nicht so sehr mit Beton. Das war zunächst der Fall. Wir haben uns den Beton angesehen. Und jetzt geht es darum: Bleibt diese „Hülle“, die über der Brücke liegt – nennen wir es mal so einfach –, weiterhin funktionsfähig? Wir wollen also wissen, ob ein Beschichtungssystem weiterhin seine Funktion erfüllt. Und das tun wir derzeit noch mit den traditionellen Methoden. Das heißt: Wir entnehmen Proben und untersuchen diese im Labor, wobei wir verschiedene Eigenschaften prüfen. Zum Beispiel Chloridprofile und dergleichen, aber auch etwas anspruchsvollere Tests, bei denen wir die Eigenschaften der in dieser Beschichtung enthaltenen Polymere untersuchen, solche Dinge. Ja, das könnte man auch mit einer EIS-Methode tun. Wir haben dafür Tests durchgeführt. Es wurden also einige explorative Tests durchgeführt. Diese waren relativ erfolgreich. Aber das Projekt wurde derzeit aufgrund verschiedener Umstände, unter anderem aus budgetären Gründen, auf Eis gelegt.
[44:06] Intelligente Infrastruktur bei ProRail
Roel van Gils: Und ja, sehen Sie Möglichkeiten, solche Grundsätze auch bei ProRail anzuwenden?
Jos Kronemeijer: Ja. Ich möchte gerne noch einmal auf ein paar Stichworte zurückkommen, die ich von Jo gehört habe. Denn da kommt eine ganze Reihe interessanter Begriffe auf. Sobald man also den Wartungszustand mit weniger Personal überwachen kann und dadurch – sagen wir mal – die Verschleißraten genauer im Blick hat als bei gelegentlichen Inspektionen … Dann schafft man eigentlich „intelligente Strukturen“. Sie melden selbst, wann sie gewartet werden müssen. So wie ein modernes Motormanagementsystem in deinem Auto dir auch mitteilt, dass der Reifendruck zu niedrig ist und du etwas unternehmen musst – um nur ein Beispiel zu nennen. Dieser Bedarf wird in den kommenden Jahren explosionsartig steigen. Im Bereich der intelligenten Sensoren sind sehr viele Dinge möglich. Es gibt bereits Sensoren, die wir bei normalem Straßenverkehr in die Fahrbahn einbauen können und die melden, dass der Reifendruck am linken Hinterrad etwas zu niedrig war. Im Bereich der Sensoren geschehen also spektakuläre Dinge. Sie werden immer günstiger.
[45:20] Neue Materialien erfordern neue Überwachungsmaßnahmen
Jos Kronemeijer: Und die Eigenschaften, die man misst … Die Eigenschaften, die man bei Beschichtungen misst, und die für Beton relevanten Eigenschaften unterscheiden sich manchmal ein wenig voneinander. Und ja, es gibt viele Parallelen in der Zusammensetzung und der Funktionsweise von Beschichtungen und Beton. Beton als Baustoff ist jedoch um ein Vielfaches günstiger als der Bau mit Stahl. Und unbehandelter Stahl benötigt einen Schutz vor Witterungseinflüssen, da er sonst korrodiert. Beton wirkt wie ein Konservierungsmittel für Stahl. Der einzige Unterschied liegt im Preis und in der Lebensdauer. Der Wartungsaufwand bei Stahl liegt natürlich auf einem anderen Niveau als bei Beton. Von Betonkonstruktionen sind Beispiele bekannt – wenn auch exotische Beispiele –, die teilweise 2.000 Jahre alt sind. Es waren die Römer, die die ersten Betonfertigteilbauten realisierten. Nur sind manche Betonkonstruktionen während der Bauphase etwas unsorgfältig errichtet worden, es haben sich einige Fehler eingeschlichen, wodurch der Beton den Stahl nicht richtig schützt. Dabei spielt in der Tat die Dicke dieser Deckschicht eine Rolle, wie auch bei Beschichtungssystemen, aber vor allem die Porosität. Und diese kann lokal sehr stark variieren. Und sobald man dort Messungen durchführt, scheint diese Technologie auch in hohem Maße eine vergleichbare Eignung zu zeigen.
[46:47] Kohlenstoffarme Zemente und Stahlsorten
Jos Kronemeijer: Damit kommen wir zu den neuen Betonsorten, die auf uns zukommen. Nicht nur bestehende Bauwerke lassen sich überwachen, sondern es wird eine Welle neuer Materialien in der Beton- und Stahlbranche geben. Die Stahlsorten werden sich verändern. Sie werden auch andere Beschichtungssysteme erfordern. Wir werden Stahl künftig mit einer viel geringeren Umweltbelastung als bisher herstellen. Dort geschehen spektakuläre Dinge. Nur geht das etwas langsamer. In der Welt der Bindemittelsysteme, also der Zemente für Beton – das ist eines meiner Spezialgebiete –, werden sich die neuen Bindemittelsysteme mit deutlich geringeren CO₂-Emissionen, also diese kohlenstoffarmen Zemente und kohlenstoffarmen Betonsorten, anders verhalten. Nur wie sie sich verhalten werden, wissen wir noch nicht. Wir wissen aber, dass wir nicht die Zeit haben, weiterhin mit den alten, konventionellen Materialien zu arbeiten. Denn die konventionelle Zementproduktion ist extrem umweltschädlich. Das gilt auch für Stahl. Und wenn man diese beiden Faktoren – bei gleichzeitig schwindendem Fachwissen in der Praxis und sinkenden Instandhaltungsbudgets – ebenfalls im Blick behalten will, muss man ein intelligentes Überwachungssystem einrichten können. Ja. Und sobald man also andere Materialien verwendet und der gesamte Alterungsprozess anders verläuft, muss man auch diese Beschichtungen noch intensiver überwachen wollen. Und manchmal will man die Beschichtung gar nicht verwenden, sondern dasselbe System so, wie es ist, direkt auf die Betonoberfläche aufbringen, auch um zu erkennen, was in diesem Untergrund vor sich geht. Dieser Bedarf nimmt also nur noch zu. Schon allein deshalb, weil sich die Welt verändert. Denn der Zugang zu bestimmten Rohstoffen in Europa verändert sich gerade. Wir werden häufiger mit anderen Materialien arbeiten, aber außerdem muss alles ohnehin in kürzerer Zeit realisiert werden. Und gleichzeitig wollen wir die Nutzungsdauer verlängern. Und, und, und.
[48:20] Geopolymere und unbekanntes Langzeitverhalten
Roel van Gils: Na, gut. Hast du noch etwas hinzuzufügen?
Jo van Montfort: Nein. Ja, in diesem Sinne: Das stimmt, was Jos sagt. Diese neuen Betonsorten, die Geopolymere, setzen sich also immer mehr durch. Und tatsächlich ist deren Langzeitverhalten unbekannt. Und wir haben nicht die Zeit, das einfach abzuwarten. Was man aber hat, ist diese Technologie, mit der man das verfolgen kann. Und mit der man somit zum richtigen Zeitpunkt eingreifen kann. Daten vor Ort sammeln, um letztendlich diese Vorhersagen treffen zu können. Letztendlich die Produkte verbessern und weiterentwickeln. Denken Sie auch an die Wiederverwendung alter Materialien und alter Bauteile. Das ist ebenfalls ein Thema, das immer mehr an Bedeutung gewinnt. Auch in der Fachliteratur und in Fachzeitschriften taucht das Thema immer häufiger auf. Doch genau da liegt auch die Herausforderung: Ja, wie gut ist das denn nun? Und wie sicher ist das Ganze? Und wie wollen wir das dann feststellen? Werden wir es überlasten, oder was werden wir tun? Und dabei spielen solche fortschrittlichen Techniken – ich nenne sie mal EIS –, insbesondere ihr zerstörungsfreier Charakter, eine wichtige Rolle. Sie können ein wichtiger Faktor sein, um hier mehr Klarheit zu gewinnen. Das sind also auch die Themen, die in der gesamten Baubranche und im gesamten Tiefbau sicherlich Beachtung finden.
[49:49] Wie wird die Instandhaltung in zehn Jahren aussehen?
Roel van Gils: Nach dieser Masterclass zum Thema Materialkunde: Wenn wir uns in zehn Jahren wieder an einem Tisch versammeln, wie wird die Instandhaltung eurer Meinung nach dann aussehen? Wenn ihr es in wenigen Zeilen zusammenfassen dürftet.
Jo van Montfort: Ich stelle fest, dass sehr viel mittels Fernerkundung überwacht wird. Das heißt, an den meisten Bauwerken werden intelligente Sensoren eingebaut, und es kommen, wie Jos gerade sagte, immer mehr hochentwickelte und neue Materialien zum Einsatz. Auch die Verarbeitungstechniken ändern sich, wie ich gerade sagte. Das Strahlen – das werden wir in zehn Jahren wirklich nicht mehr machen. Eigentlich finde ich, dass wir das schon jetzt nicht mehr tun sollten, aber gut, das ist meine Meinung. Es gibt also mittlerweile fortschrittlichere Techniken dafür, die immer weiter vertieft und verbessert werden, in Kombination mit intelligenter Überwachung. Und das in Verbindung mit intelligenten Systemen und künstlicher Intelligenz. Ich denke, das ist die Zukunft. Wir werden weiterhin beschichten müssen. Korrosion können wir leider nicht verhindern. Wir können sie jedoch viel besser bewältigen als derzeit. Das ist meine These.
Roel van Gils: Sieh mal, ein schöner Abschluss. Jos?
[51:03] Länger nutzen, wiederverwenden und recyceln
Jos Kronemeijer: Ja, ich schließe mich diesem Gedanken an. Wir müssen im Grunde dafür sorgen, dass die bestehenden Anlagen länger halten und zuverlässig funktionieren. Wir werden häufiger komplette Bauteile ausbauen und im Sinne der Kreislaufwirtschaft wiederverwenden, wobei der Zustand der Bauteile dann noch wichtiger ist. In der Erwartung, dass diese in der neuen Situation erneut – ich nenne mal eine Zahl – 25, 50 oder 75 Jahre lang störungsfrei funktionieren können. Und das ist nur möglich, wenn man den Zustand der Elemente kennt, die man ausbaut. Wir werden häufiger recyceln, also auf Rohstoffebene zerlegen und wiederverwenden. Und diese Materialien werden vielleicht auch in diesen Beschichtungssystemen Einzug halten. Wenn wir also Beschichtungssysteme geschickt von Bauwerken abtragen und wiederverwenden können, verringert sich auch der Rohstoffbedarf. Es muss also mit weniger Material, mit weniger Personal, zu geringeren Kosten und mit längerer Lebensdauer auskommen.
Roel van Gils: Sehen Sie mal.
[52:03] Die Technik bleibt vom Fachwissen abhängig
Jo van Montfort: Ja, vielleicht ist es also auch eine gute Idee, den Zuhörern klarzumachen: Im Grunde geht es nicht um EIS und EIS-Sensoren. Letztendlich geht es um die Menschen, die damit arbeiten. Und es geht darum, dass diese Menschen wissen, wo die ersten Risiken entstehen. Das ist es, was man wissen will. Wenn man das gut im Griff hat, dann ist die Zukunft sicher.
Roel van Gils: Vielen Dank für all diese interessanten Einblicke. Danke fürs Zuhören. Der Podcast „Beton en Staalbouw“ ist eine Produktion der Louwers Mediagroep aus Weert.
