„Im Bauwesen haben wir bereits gute Möglichkeiten, um Bauteile von außen zu prüfen. Aber bislang nicht, um unter Betriebsbedingungen in unseren ‚Patienten‘ hineinzuschauen, ohne ihn zu zerstören“, erklärt Projektleiter und Bauingenieur Matthias Pahn. „Das Groß-CT ermöglicht es erstmals, reale Belastungen auf Bauteile auszuüben und gleichzeitig deren Inneres präzise zu durchleuchten. Wir können live beobachten, wie sich Risse und Schäden unter Beanspruchung entwickeln“ – also ganz ähnlich wie in der Medizin, wenn ein Computertomograph Einblicke in den menschlichen Körper ermöglicht.
Der neue Forschungs-Computertomograph ist ein fast zehn Meter hoher und 32 Tonnen schwerer Koloss, der den Großteil einer eigens errichteten Halle auf dem RPTU-Campus einnimmt. Im Vergleich zu seinen kleinen medizinischen Geschwistern wirkt er fast grotesk überdimensioniert. Doch die Bauweise und damit verbunden die Fähigkeiten sind ähnlich.
Wie man es aus der Arztpraxis oder der Klinik kennt, ist auch hier eine ringförmige sogenannte Gantry das zentrale Element. Allerdings ist der Ring in diesem Fall rund zehn Meter hoch. An der Spitze der Gantry sorgt eine drehbare Strahlenquelle für Rundumsicht. Deren Röntgenenergie hat es in sich: Neun Megaelektronenvolt an Beschleunigungsspannung versorgen Elektronen mit so viel Superkraft, dass diese mühelos Beton, Metalle, Kunststoffe und Holz durchdringen. Zum Vergleich: Technische CTs zur Materialuntersuchung arbeiten mit rund 200 Kiloelektronenvolt. Ähnlich der medizinischen Variante gibt es einen Tisch. Nur liegen auf diesem keine Menschen, sondern zum Beispiel meterlange Stahlbetonträger, die über ein großdimensioniertes Lkw-Zufahrtstor angeliefert werden können.
Kranbahnen erlauben es, Originalbauteile in unterschiedlichen Größen und Abmessungen zu positionieren und zu untersuchen. Die ausgeklügelte Konstruktion übt sowohl vertikale als auch horizontale Kräfte auf die Prüfteile aus und simuliert bei Bedarf sogar zyklische Belastungen – so, wie sie etwa vorbeifahrende Fahrzeuge auf einer Brücke verursachen. Drei hochauflösende Detektoren eröffnen vielseitige und zielgenaue Einblicke ins Innere der Bauteile und liefern hochaufgelöste 3D-Bilder, auf denen feinste, gerade mal 0,1 Millimeter breite Risse erkennbar werden.
„Diese weltweit einzigartige Kombination aus Belastung und hochauflösender Bildgebung hilft uns, die Tragfähigkeit von Bauwerken besser zu verstehen und damit perspektivisch die Lebensdauer unserer Infrastruktur zu verlängern“, sagt Pahn. „Wir können damit auch neue, umweltfreundlichere Baustoffe und Bauteile erproben, etwa aus Faserbeton oder mit nicht-metallischer Bewehrung, die weniger Ressourcen verbrauchen und langlebiger sind.“
Denn jeder vermiedene Abriss spart Ressourcen, Energie und Emissionen. „Wenn wir den Zustand von Bauteilen besser verstehen, können wir entscheiden, ob eine Sanierung sinnvoller ist als ein Neubau. Das spart nicht nur Kosten, sondern auch Emissionen. Die Produktion von Zement als ein Hauptbestandteil von Beton ist für acht Prozent des weltweiten Treibhausgasausstoßes verantwortlich. Zudem verursacht das Bauwesen innerhalb der Europäischen Union mehr als 40 Prozent des gesamten Abfalls. Deshalb ist es wichtig, bestehende Bauwerke länger zu erhalten und ressourcenschonende Bauteile und Bauweisen zu entwickeln“, verdeutlicht der Bauingenieur.
Mit der neuen Anlage will er auch untersuchen, wie gut recycelter Beton und gebrauchte Bauteile in neuen Konstruktionen funktionieren. Denn das kann dazu beitragen, wertvolle Rohstoffe in der Verwendung zu halten und die Kreislaufwirtschaft im Bauwesen stärken. „Beton ist ein wunderbares Material, weil er recycelbar ist. In Zukunft könnte mit mobilen CTs vor Ort an Brücken und anderen Gebäuden die Bausubstanz geprüft werden, sowohl mit Blick auf Sicherheit und Erhalt als auch, um vor einem Komplettabriss die Recyclingfähigkeit einzelner Teile zu differenzieren.“
Über zehn Jahre nach der ersten Skizze beginnt nun die erste praktische Testphase der Anlage, in der rund neun Millionen Euro Fördergelder stecken. Ein Großteil davon stammt aus der Großgeräteinitiative der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dazu kommen Gelder des Landes Rheinland-Pfalz für den Bau der Strahlenschutzhalle.
Projektpartner der RPTU sind der Landesbetrieb Liegenschafts- und Baubetreuung (LBB), ein Generalunternehmer für den Bau der Strahlenschutzhalle sowie die OHB Digital Connect GmbH aus Mainz. Ein Unternehmen der OHB SE, spezialisiert auf High-Tech-Lösungen der Raumfahrt, hat gemeinsam mit dem Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik (EZRT) und dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM die XXL-Gantry entwickelt.
„Für alle Beteiligten ist es ein einzigartiges Projekt, bei dem auch Grenzbereiche erprobt werden“, sagt Pahn. Herausfordernd sei zum Beispiel die automatisierte Verarbeitung der riesigen Datenmengen, die bei den Tomografie-Aufnahmen entstehen. „Es laufen bereits Promotionen in der Mathematik, die sich mit speziellen Auswertungsverfahren für diese Daten beschäftigen – wir leisten hier wirklich Pionierarbeit!“
Salamon, M.; Pahn, M. et al. (2025): Gulliver – A new kind of industrial CT. In: eJNDT 30 (2). DOI: 10.58286/30741
Caspari, C.; Pahn, M. (2025): Zeitabhängiges Verbundverhalten von Faserkunststoffbewehrung. In: Beton‐ und Stahlbetonbau. Volume 120, Issue 9, S. 677–685. DOI: 10.1002/best.70006
Website zur Groß-CT-Anlage "Gulliver"
