TY - JOUR A1 - Schulze, S. A1 - Mayer, K. A1 - Krause, Martin T1 - Spannbetonuntersuchung mit bildgebenden Ultraschallecho-Verfahren N2 - Beim Einsatz von Ultraschallecho-Methoden in der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen stellt die Untersuchung von Spannbetonkonstruktionen eine der anspruchsvollsten Aufgaben für Wissenschaft und Technik dar. Das inhomogene Gefüge aus Beton, schlaffer Bewehrung und – aus Hüllrohr, Spannlitzen und Verpressmörtel bestehenden – Spanngliedern erfordert eine Optimierung von Messtechnik und Auswertesoftware, um verwertbare Aussagen zum Verpresszustand der Hüllrohre zu erhalten. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Grundlagen der bildgebenden Darstellung von US-Echo-Daten, die Untersuchung und Datenauswertung an Probekörpern sowie ein Fallbeispiel aus der Praxis. Dabei erweist sich insbesondere die Phasenauswertung zur qualitativen Unterscheidung von Reflektoren als nützlich. Das Prinzip wird erläutert, und es werden Teile eines interaktiven, auf der SAFT-Methode basierenden Softwarepakets vorgestellt. Mit dieser Software können die großflächig gewonnenen Ultraschalldaten auf herkömmlichen PCs oder mobilen Computern zu zwei- und dreidimensionalen Rekonstruktionen berechnet, analysiert und visualisiert werden. Ausgewertet wurden Daten, die mit automatisierten Messsystemen an kleinformatigen Laborprobekörpern und großen Testwänden gewonnen wurden. Im Rahmen der praktischen Anwendung konnten unter Verwendung der vorgestellten Verfahren an einem Spannglied die Lage eines Hüllrohrverstopfers lokalisiert und die Ausdehnung der Blockadestelle eingegrenzt werden.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Investigation of prestressed concrete using the imaging ultrasonic echo method – Application of phase evaluation for the distinction of reflectors: The application of ultrasound methods for the non-destructive assessment of pre-stressed concrete members is one of the biggest challenges in the field of non-destructive testing in civil engineering. The inhomogeneous composition of concrete, reinforcement and tendons, which itself consist of ducts, steel wires and grouting material, requires an optimisation of measuring technique and analysis software to gain reliable information about the grouting condition of the ducts. This article describes the fundamentals of the visualisation of ultrasound echo data, the investigation and data analysis at specimen and a case study. Here especially the phase evaluation proves to be very useful for the distinction of reflectors. The basic principle is explained and parts of an interactive software module, which is based on the SAFT method, is presented. With this software it is possible to calculate, analyse and visualise 2D and 3D reconstructions of large ultrasound data sets with conventional PCs or mobile computers. Data has been analysed, which were recorded with automatic measurement systems at small scale laboratory specimens and a large scale testing wall. In the frame of the practical application it was possible to localise the position and extent of a blockade within a duct. KW - Ultraschallecho KW - Zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen KW - ZfPBau KW - Ultraschallecho-Methode KW - Bildgebende Auswertung KW - SAFT-Rekonstruktion KW - Phasenauswertung KW - Spannbeton KW - Verpresszustand KW - Rekonstruktionssoftware KW - Non-destructive testing in civil engineering (NDT-CE) KW - Ultrasound echo method KW - Imaging methods KW - SAFT reconstruction KW - Phase evaluation KW - Pre-stressed concrete KW - Grouting condition KW - Reconstruction software KW - Bauwerkserhaltung/Sanierung PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1002/best.201300062 SN - 0005-9900 SN - 1437-1006 VL - 108 IS - 12 SP - 845 EP - 853 PB - Ernst CY - Berlin AN - OPUS4-29838 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kityk, A.V. A1 - Busch, M. A1 - Rau, D. A1 - Calus, S. A1 - Cerclier, C.V. A1 - Lefort, R. A1 - Morineau, D. A1 - Grelet, E. A1 - Krause, Christina A1 - Schönhals, Andreas A1 - Frick, B. A1 - Huber, P. T1 - Thermotropic orientational order of discotic liquid crystals in nanochannels: an optical polarimetry study and a Landau-de Gennes analysis N2 - Optical polarimetry measurements of the orientational order of a discotic liquid crystal based on a pyrene derivative confined in parallelly aligned nanochannels of monolithic, mesoporous alumina, silica, and silicon as a function of temperature, channel radius (3–22 nm) and surface chemistry reveal a competition of radial and axial columnar orders. The evolution of the orientational order parameter of the confined systems is continuous, in contrast to the discontinuous transition in the bulk. For channel radii larger than 10 nm we suggest several, alternative defect structures, which are compatible both with the optical experiments on the collective molecular orientation presented here and with a translational, radial columnar order reported in previous diffraction studies. For smaller channel radii our observations can semi-quantitatively be described by a Landau–de Gennes model with a nematic shell of radially ordered columns (affected by elastic splay deformations) that coexists with an orientationally disordered, isotropic core. For these structures, the cylindrical phase boundaries are predicted to move from the channel walls to the channel centres upon cooling, and vice-versa upon heating, in accord with the pronounced cooling/heating hystereses observed and the scaling behavior of the transition temperatures with the channel diameter. The absence of experimental hints of a paranematic state is consistent with a biquadratic coupling of the splay deformations to the order parameter. PY - 2014 DO - https://doi.org/10.1039/c4sm00211c SN - 1744-683X VL - 10 IS - 25 SP - 4522 EP - 4534 PB - RSC Publ. CY - Cambridge AN - OPUS4-30866 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wiggenhauser, Herbert A1 - Kind, Thomas A1 - Krause, Martin A1 - Schulze, S. A1 - Taffe, A. A1 - Trela, Christiane A1 - Wöstmann, Jens T1 - Praktische Anwendung zerstörungsfreier Prüfverfahren an Brücken N2 - Die drei Beispiele zerstörungsfreier Prüfungen an Spannbetonbrücken zeigen unterschiedliche Problemstellungen und deren Lösung mit unterschiedlichen Ansätzen. Allen drei Beispielen gemeinsam ist die Verwendung kommerzieller Geräte. Diese werden von verschiedenen Anbietern bereitgestellt. Eine weitere Gemeinsamkeit ist, dass die Grundgeräte durch zusätzliche Maßnahmen ergänzt. Erst dann ist der gewünschte Untersuchungserfolg sicher gestellt. Im ersten Beispiel wurde die vom Auftraggeber geforderte Präzision dadurch erreicht, dass systematische Voruntersuchungen stattfanden. Die Übertragung der Lokalisierung direkt auf die Betonoberfläche stellte sicher, dass keinen Informationsverluste an die nachfolgenden Aufgaben auftraten. Das zweite Beispiel zeigt den Nutzen von Automatisierung und Kombination von Verfahren. Damit können dem Auftraggeber die notwendigen Angaben über Einbauteile mit großer Detaitreue und leicht verständlicher Visualisierung aufbereitet werden. Der abschließende Bericht zeigt, wie vorhandene Auswertungen sinnvoll durch noch in der Forschung befindliche Ansätze bereichert werden. Insgesamt ist die zerstörungsfreie Prüfung in der Lage, an Brücken preisrelevante Fragestellungen zu lösen. Voraussetzung hierfür ist eine sorgfältig geplante Vorgehensweise und ein sicheres Verständnis der Grundlage der eingesetzten Geräte und Auswertungsschritte. T2 - 1. Brückenkolloquium - Beurteilung, Ertüchtigung und Instandsetzung von Brücken CY - Ostfildern/Stuttgart, Germany DA - 24.06.2014 PY - 2014 SP - Paper 00_08, 1 EP - 8 AN - OPUS4-31032 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wiggenhauser, Herbert A1 - Samokrutov, A.A. A1 - Mayer, K. A1 - Krause, Martin A1 - Alekhin, S. G. A1 - Elkin, V. T1 - LAUS - Large aperture ultrasonic system - for testing thick concrete structures N2 - A Large Aperture UltraSonic (LAUS) system has been designed and built for testing thick concrete structures. The scalable system consists of twelve ultrasonic units, each hosting 32 individual shear wave transducers with mechanical dry point contact (DPC) to the concrete surface. The twelve units are attached to the concrete surface using a vacuum case which holds them in place during operation. Each LAUS unit can be placed individually depending on the surface condition and optimal ultrasonic condition, e.g. rebar position. Air pressure is supplied to each unit through an air hose. The following extended abstract is a short version of an article to be published in the special edition of ASCE JIS that will describe the outline of the system, the principle of functioning, the data processing and adapted reconstruction calculation based on SAFT as well as the system performance during first applications. T2 - NDT-CE 2015 - International symposium non-destructive testing in civil engineering CY - Berlin, Germany DA - 15.09.2015 KW - Ultrasonic imaging KW - Linear array KW - Reconstruction calculation (SAFT) PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-345383 UR - http://www.ndt.net/?id=18313 SN - 1435-4934 VL - 20 IS - 11 SP - 1 EP - 4 PB - NDT.net CY - Kirchwald AN - OPUS4-34538 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schulze, S. A1 - Krause, Martin A1 - Mayer, K. A1 - Redmer, Bernhard A1 - Wiggenhauser, Herbert T1 - Grouting defects localized by ultrasonic testing including phase evaluation N2 - Grouting defects, e.g. in post-tensioned structures or piped anchors may be identified by ultrasonic imaging. Since several years experiences are carried out with false color displayed phase values, which enable distinct localization of ungrouted regions. In this contribution we report on progress in localizing grouting defects in tendon ducts, when they are only partly grouted and the unfilled part is not orientated into the direction of the measuring surface. This is frequently the case e.g. for box girder structures. Düring the project specimens containing different types of grouting faults are investigated in Order to optimize measuring and evaluation techniques. A handheld linear array System (commercially available) is applied for fast 2D-measurement and subsequent phase sensitive 3D-imaging (new Software development). In a large concrete wall specimen tendon ducts and real prestressing Systems containing grouting defects were built in. The ducts are partly covered by non prestressed reinforcement bars in order to investigate its disturbing influence. These included objects were investigated afterwards with the described methods. We report on large area measuring results, which were partly verified by y-radiography. In the frame of practical application results of measuring the position and extend of a blockade within a posttensioned structure are presen ted. T2 - SMT 2014 - NDE/NDT for highways and bridges - Structural materials technology CY - Washington, DC, USA DA - 25.08.2014 KW - Ultraschallecho-Verfahren KW - Spannbeton KW - Phasenauswertung PY - 2014 SN - 978-1-57117-342-3 SP - 321 EP - 328 AN - OPUS4-32846 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Fiedler Bremer, C. A1 - Scholz, R. A1 - Myslicki, S. A1 - Starke, P. A1 - Boller, C. A1 - Walther, F. A1 - Krause, Martin T1 - NDT-based characteriazation of timber and vulcanized fiber for civil infrastructure N2 - The paper addresses beech wood as well as vulcanized fiber and discusses the results obtained when using acoustic emission and thermography as non-destructive testing techniques along tensile and load increase fatigue tests to characterize the wooden material’s behavior under increasing fatigue loads to get enhanced information regarding the fatigue behavior of both materials. Reference is mainly made to the materials’ anisotropic and microstructural behavior and what implications this has with respect to the materials’ strength. The influence of moisture is discussed, as well as parameters that may deserve monitoring in the sense of structural health monitoring to be applied in timber structures in general. T2 - NDT-CE 2015 - International symposium non-destructive testing in civil engineering CY - Berlin, Germany DA - 15.09.2015 KW - Ermüdung KW - Belastungsversuch KW - Thermographie KW - ZfP KW - Timber PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-346377 UR - https://www.ndt.net/?id=18419 SN - 1435-4934 VL - 20 IS - 11 SP - 1 EP - 11 PB - NDT.net CY - Kirchwald AN - OPUS4-34637 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Calus, S. A1 - Kityk, A.V. A1 - Borowik, L. A1 - Lefort, R. A1 - Morineau, D. A1 - Krause, Christina A1 - Schönhals, Andreas A1 - Busch, M. A1 - Huber, P. T1 - High-resolution dielectric study reveals pore-size-dependent orientational order of a discotic liquid crystal confined in tubular nanopores N2 - We report a high-resolution dielectric study on a pyrene-based discotic liquid crystal (DLC) in the bulk state and confined in parallel tubular nanopores of monolithic silica and alumina membranes. The positive dielectric anisotropy of the DLC molecule at low frequencies (in the quasistatic case) allows us to explore the thermotropic collective orientational order. A face-on arrangement of the molecular discs on the pore walls and a corresponding radial arrangement of the molecules is found. In contrast to the bulk, the isotropic-to-columnar transition of the confined DLC is continuous, shifts with decreasing pore diameter to lower temperatures, and exhibits a pronounced hysteresis between cooling and heating. These findings corroborate conclusions from previous neutron and x-ray-scattering experiments as well as optical birefringence measurements. Our study also indicates that the relative simple dielectric technique presented here is a quite efficient method in order to study the thermotropic orientational order of DLC-based nanocomposites. PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1103/PhysRevE.92.012503 SN - 1539-3755 SN - 1063-651X VL - 92 IS - 1 SP - 012503-1 EP - 012503-6 PB - American Institute of Physics CY - Melville, NY AN - OPUS4-33813 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Griebenow, Werner A1 - Werthmann, Barbara A1 - Treu, Dieter A1 - Hörn, K. A1 - Krause, S. T1 - Zur Identifizierung von Tinten auf alten Handschriften PY - 1983 SN - 0025-1445 SN - 0342-3719 VL - 89 IS - 3 SP - 208 EP - 212 PB - Callwey CY - München AN - OPUS4-38963 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Terzioglu, T. A1 - Karthik, M. A1 - Hurlebaus, S. A1 - Hueste, M. A1 - Maack, Stefan A1 - Wöstmann, Jens A1 - Wiggenhauser, Herbert A1 - Krause, M. A1 - Miller, P. A1 - Olson, L. T1 - Nondestructive evaluation of grout defects in internal tendons of posttensioned girders N2 - Post-tensioning systems provide safe and efficient construction solutions for long span bridges. Despite the improved grouting practices over the past decade, existing post-tensioning systems may have significant amount of grout defects, which could lead to corrosion of the strands. Condition assessment of post-tensioning systems is necessary to allow bridge owners to take timely, proactive actions to mitigate or prevent further Deterioration and unanticipated tendon failures. A detailed experimental study conducted to assess the performance of nondestructive evaluation techniques in detecting grout defects within internal tendons is presented herein. Nondestructive evaluation techniques that include Ground Penetrating Radar, Impact Echo, Ultrasonic Tomography, and Ultrasonic Echo are evaluated in terms of detecting the location and severity of fabricated grout defects in a full-scale post-tensioned U-girder mock-up specimen. While Ground Penetrating Radar can identify the location and profile of the internal tendons, particularly metal ducts due to strong reflections, this method did not provide any information about the defect conditions within the tendon. Both Impact Echo and Ultrasonic Echo techniques are effective in identifying the Location of grout defects, but could not differentiate between water, void, or compromised grout conditions. The study clearly demonstrates the need for NDE techniques that are applicable to anchorage regions, and that are capable of estimating the severity and nature of grout defects in internal tendons. KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Nondestructive testing KW - Ground penetrating radar KW - Impact Echo KW - Ultrasonic tomography KW - Ultrasonic echo KW - Bridge inspection PY - 2018 UR - https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963869517305996?via%3Dihub DO - https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2018.05.013 SN - 0963-8695 VL - 99 SP - 23 EP - 35 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-45218 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hutt, S. A1 - Eisele, G. A1 - Krause, Martin T1 - Ultraschalltransmissionsanalyse am Cottaer Sandstein - Erste messtechnische Tastversuche N2 - Besonders beim Bauen im Bestand und der Bauwerkserhaltung werden zur Bestimmung des Tragvermögens von historischen, oft unter Denkmalschutz stehenden, natursteinernen Bauteilen Materialkennwerte benötigt. Die üblichen Verfahren mittels Probeentnahme am Objekt und Bestimmung der Kennwerte im Labor bedeuten bei Denkmälern einen massiven Eingriff und sollten vermieden werden. Vermehrt wird daher der Einsatz von zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden erforscht und angewendet. Eine dieser Methoden stellt die Ultraschallprüfung dar. KW - Ultraschalltransmission KW - Naturstein KW - Uniaxialer Druck PY - 2015 SN - 0933-4017 VL - 2 SP - 22 EP - 29 PB - Callwey CY - München AN - OPUS4-32980 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zakel, S. A1 - Schröder, Volkmar A1 - Askar, Enis A1 - Gabel, D. A1 - Hirsch, W. A1 - Kleinert, J. A1 - Krause, U. A1 - Krietsch, Arne A1 - Meistes, J. A1 - Sachtleben, A. A1 - Schmidt, Martin T1 - Sicherheitstechnische Kenngrößen des Explosionsschutzes von hybriden Stoffgemischen - Normungsfähige Bestimmungsverfahren N2 - In diesem Verbundvorhaben werden standardisierte Messverfahren für hybride Gemische erarbeitet, die der Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen des Explosionsschutzes dienen. Unter einem hybriden Gemisch wird dabei ein mehrphasiges System aus Brenngas oder brennbarem Dampf, sowie Luft und brennbarem Staub verstanden. Die Veröffentlichung der Ergebnisse erfolgt in einem Abschlussbericht und als DIN-Spezifikation (DIN SPEC). Diese DIN SPEC versetzt Prüfinstitute und Industrie in die Lage, Explosionsgefahren beim Betrieb technischer Anlagen mit hybriden Gemischen einzuschätzen und damit Prozesse sowohl sicherer als auch effizienter zu steuern. Dieses Projekt wird im Rahmen des WIPANOProgramms (Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen) vom BMWi gefördert. T2 - 14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit CY - Köthen, Germany DA - 07.11.2019 KW - Explosionsschutz KW - Sicherheitstechnische Kenngrößen KW - Hybride Gemische KW - Normung PY - 2019 SN - 978-3-89746-220-5 SP - 73 CY - Frankfurt am Main AN - OPUS4-49954 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wiggenhauser, Herbert A1 - Samokrutov, A A1 - Mayer, K A1 - Krause, Martin A1 - Alekhin, S. G. A1 - Elkin, V T1 - Large aperture ultrasonic system for testing thick concrete structures N2 - A Large Aperture UltraSonic system (LAUS) has been designed and built for testing thick concrete structures. The scalable system consists of twelve ultrasonic units, each hosting 32 individual shear wave transducers with mechanical dry point contact (DPC) to the concrete surface. The twelve units are attached to the concrete surface using a vacuum case which holds them in place during operation. Each LAUS unit can be placed individually on the surface to achieve optimal ultrasonic condition, e.g. to avoid rebars. For the generation of vacuum, air pressure is supplied to each unit through an air hose. The twelve units define an aperture which is necessary for fast reconstruction of the subsurface structure. The well-known SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique) algorithm has been adopted to this situation, where the individual LAUS units form a linear aperture with not necessarily equidistant spacing between the units. The exact geometrical position of the units, which are individually marked with retroreflective labels, is determined using photographs and image processing. All transducers are synchronized and work either as transmitter or receiver. A full scan consists of 12 * 11 recordings, where each unit acts as transmitter once and all others as receivers. An electronic sub-unit on the back of the ultrasonic device holds the battery and handles data acquisition, synchronization and data communication. A computer is used as base unit which communicates with each LAUS unit for control and data acquisition, the synchronization is performed by a radio modem that uses a special algorithm similar to a digital PLL (phase locked loop). No wire connections are necessary between the units and the base system. The LAUS system is designed to investigate concrete structures with thicknesses in excess of 2 m, depending on the acoustic condition of the object under investigation. Highly reinforced concrete may have less penetration depth. The LAUS provides quasi real time imaging, once the transducers are put in place and the data has been acquired. First measurements on a foundation slab confirm, that the system can register ultrasonic echoes from the back wall at 4 m distance. KW - Ultrasound "Large Aperture" NDT Concrete PY - 2017 DO - https://doi.org/10.1061/(ASCE)IS.1943-555X.0000314 SN - 1076-0342 SN - 1943-555X VL - 23 IS - 1 SP - B4016004-1 EP - B4016004-9 PB - American Society of Civil Engineers (ASCE) CY - Reston, VA 20191-4400 USA AN - OPUS4-39372 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Sieg, H. A1 - Lehmann, C. A1 - Kästner, Claudia A1 - Krause, B. A1 - Burel, A. A1 - Chevance, S. A1 - Böhmert, L. A1 - Lichtenstein, D. A1 - Tentschert, J. A1 - Bräuning, A. A1 - Laux, A. A1 - Thünemann, Andreas A1 - Loipis, I. E. A1 - Fessard, V. A1 - Luch, A. A1 - Lampen, A. T1 - Effects of Al-, Ti- and Zn-containing nanomaterials on cell lines in vitro N2 - Among the different tested endpoints, Al- and Ticontaining nanomaterials did notshowany toxicity in intestinal cell lines in vitro. Nevertheless, this absence of effect was not due to an absence of exposure, since particle-specific uptake was reported. Metal particle uptake over a long time period might therefore be relevant for risk assessment of aluminum- and titanium-containing food products. T2 - 52nd Congress of the European-Societies-of-Toxicology (EUROTOX) CY - Seville, Spain DA - 04.09.2017 KW - Nanoparticles PY - 2017 DO - https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2016.06.1954 SN - 0378-4274 VL - 258 SP - S272 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-40939 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Krause, B. A1 - Meyer, T. A1 - Sieg, H. A1 - Kästner, Claudia A1 - Reichardt, P. A1 - Tentschert, J. A1 - Jungnickel, H. A1 - Estrela-Lopis, I. A1 - Burel, A. A1 - Chevance, S. A1 - Gauffre, F. A1 - Jalili, P. A1 - Meijer, J. A1 - Böhmert, L. A1 - Braeuning, A. A1 - Thünemann, Andreas A1 - Emmerling, Franziska A1 - Fessard, V. A1 - Laux, P. A1 - Lampen, A. A1 - Luch, A. T1 - Characterization of aluminum, aluminum oxide and titanium dioxide nanomaterials using a combination of methods for particle surface and size analysis N2 - The application of appropriate analytical techniques is essential for nanomaterial (NM) characterization. In this study, we compared different analytical techniques for NM analysis. Regarding possible adverse health effects, ionic and particulate NM effects have to be taken into account. As NMs behave quite differently in physiological media, special attention was paid to techniques which are able to determine the biosolubility and complexation behavior of NMs. Representative NMs of similar size were selected: aluminum (Al0) and aluminum oxide (Al2O3), to compare the behavior of metal and metal oxides. In addition, titanium dioxide (TiO2) was investigated. Characterization techniques such as dynamic light scattering (DLS) and nanoparticle tracking analysis (NTA) were evaluated with respect to their suitability for fast characterization of nanoparticle dispersions regarding a particle's hydrodynamic diameter and size distribution. By application of inductively coupled plasma mass spectrometry in the single particle mode (SP-ICP-MS), individual nanoparticles were quantified and characterized regarding their size. SP-ICP-MS measurements were correlated with the information gained using other characterization techniques, i.e. transmission electron microscopy (TEM) and small angle X-ray scattering (SAXS). The particle surface as an important descriptor of NMs was analyzed by X-ray diffraction (XRD). NM impurities and their co-localization with biomolecules were determined by ion beam microscopy (IBM) and confocal Raman microscopy (CRM). We conclude advantages and disadvantages of the different techniques applied and suggest options for their complementation. Thus, this paper may serve as a practical guide to particle characterization techniques. KW - Small-angle X-ray scattering KW - SAXS PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-447057 DO - https://doi.org/10.1039/C8RA00205C SN - 2046-2069 VL - 8 IS - 26 SP - 14377 EP - 14388 PB - The Royal Society of Chemistry AN - OPUS4-44705 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sieg, H. A1 - Braeuning, C. A1 - Kunz, B. M. A1 - Daher, H. A1 - Kästner, C. A1 - Krause, B.-C. A1 - Meyer, T. A1 - Jalili, P. A1 - Kogeveen, K. A1 - Böhmert, L. A1 - Lichtenstein, D. A1 - Burel, A. A1 - Chevance, S. A1 - Jungnickel, H. A1 - Tentschert, J. A1 - Laux, P. A1 - Braeuning, A. A1 - Gauffre, F. A1 - Fessard, V. A1 - Meijer, J. A1 - Estrela-Lopis, I. A1 - Thünemann, Andreas A1 - Luch, A. A1 - Lampen, A. T1 - Uptake and molecular impact of aluminum-containing nanomaterials on human intestinal caco-2 cells N2 - Aluminum (Al) is one of the most common elements in the earth crust and increasingly used in food, consumer products and packaging. Its hazard potential for humans is still not completely understood. Besides the metallic form, Al also exists as mineral, including the insoluble oxide, and in soluble ionic forms. Representatives of these three species, namely a metallic and an oxidic species of Al-containing nanoparticles and soluble aluminum chloride, were applied to human intestinal cell lines as models for the intestinal barrier. We characterized physicochemical particle parameters, protein corona composition, ion release and cellular uptake. Different in vitro assays were performed to determine potential effects and molecular modes of Action related to the individual chemical species. For a deeper insight into signaling processes, microarray transcriptome analyses followed by bioinformatic data analysis were employed. The particulate Al species showed different solubility in biological media. Metallic Al nanoparticles released more ions than Al2O3 nanoparticles, while AlCl3 showed a mixture of dissolved and agglomerated particulate entities in biological media. The protein corona composition differed between both nanoparticle species. Cellular uptake, investigated in transwell experiments, occurred predominantly in particulate form, whereas ionic Al was not taken up by intestinal cell lines. Transcellular transport was not observed. None of the Al species showed cytotoxic effects up to 200 mg Al/mL. The transcriptome analysis indicated mainly effects on oxidative stress pathways, xenobiotic metabolism and metal homeostasis. We have shown for the first time that intestinal cellular uptake of Al occurs preferably in the particle form, while toxicological effects appear to be ion-related. KW - Small-angle x-ray scattering KW - SAXS KW - Nanopatricle PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1080/17435390.2018.1504999 SN - 1743-5390 VL - 12 IS - 9 SP - 992 EP - 1013 PB - Taylor & Francis AN - OPUS4-47432 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Amano, K. A1 - Hahn, S. A1 - Tschirschwitz, Rico A1 - Rappsilber, Tim A1 - Krause, U. T1 - An Experimental Investigation of Thermal Runaway and Gas Release of NMC Lithium-Ion Pouch Batteries Depending on the State of Charge Level N2 - In this study, 19 experiments were conducted with 25 pouch cells of NMC cathode to investigate thermal runaway and the release of gases from lithium-ion batteries (LIBs). Single cells, double cells, and a four-cell battery stack were forced to undergo thermal runaway inside an air-tight reactor vessel with a volume of 100 dm3 . The study involved two series of tests with two types of ignition sources. In the Series 1 tests, a heating plug was used to initiate thermal runaway in LIBs in the ranges of 80–89% and 90–100% SOC. In the Series 2 tests, a heating plate was used to trigger thermal runaway in LIBs in the ranges of 30–50%, 80–89%, and 90–100% SOC. Thermal runaway started at an onset temperature of 344 ± 5 K and 345 K for the Series 1 tests and from 393 ± 36 K to 487 ± 10 K for the Series 2 tests. Peak reaction temperatures ranged between 642 K and 1184 K, while the maximum pressures observed were between 1.2 bar and 7.28 bar. Thermal runaway induced explosion of the cells and lead to a rate of temperature increase greater than 10 K/s. The amounts of gases released from the LIBs were calculated from pressures and temperatures measured in the reactor. Then, the gas composition was analyzed using a Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer. The highest gaseous production was achieved at a range of 90–100% SOC and higher battery capacities 72 L, 1.8 L/Ah (Series 1, battery stack) and 103 L, 3.2 L/Ah (Series 2, 32 Ah cell)). Among the gases analyzed, the concentration of gaseous emissions such as C2H4 , CH4 , and C2H6 increased at a higher cell capacity in both series of tests. The study results revealed characteristic variations of thermal behavior with respect to the type of ignition source used. KW - Lithium-ion batteries KW - Battery KW - Pouch cell KW - NMC Cathode KW - Thermal runaways PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-548601 DO - https://doi.org/10.3390/batteries8050041 VL - 8 IS - 5 SP - 1 EP - 16 PB - MDPI CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-54860 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Jordan, T. A1 - Askar, Enis A1 - Holtappels, Kai A1 - Deeg, S. A1 - Jopen, M. A1 - Stoll, U. A1 - Reinecke, E.-A. A1 - Krause, U. A1 - Beyer, M. A1 - Markus, D. T1 - Stand der Kenntnisse und Technik bezüglich Wasserstoffsicherheit N2 - Die Einführung von Wasserstoff als sicherer Energieträger braucht eine robuste Wissensbasis, darauf aufgebaute Werkzeuge zur Auslegung und Sicherheitsbewertung von Wasserstofftechnologien und ein international harmonisiertes Regelwerk. Viele der innovativen Technologien implizieren Wasserstoff bei hohen Drücken und/oder kryogenen Temperaturen, mit denen in verteilten Anwendungen erstmalig private Nutzer in Kontakt kommen. Um überkonservative, teure Sicherheitslösungen zu vermeiden, gleichzeitig aber die Einsetzbarkeit und Sicherheit von Wasserstoffanwendungen zu demonstrieren und die Akzeptanz für die Technologie aufrecht zu halten, muss auch die Sicherheitsforschung mit den Trends der technologischen Entwicklung Schritt halten, oder sie besser noch antizipieren. So beschreibt dieser Überblicksartikel nicht nur den gegenwärtigen Stand der Kenntnisse und Technik bezüglich Wasserstoffsicherheit, sondern auch ihre Weiterentwicklung. KW - Alternative Energieträger KW - Explosionsschutz KW - Flüssigwasserstoff KW - Unfallszenarien KW - Wasserstoffspeicherung KW - Sicherheitsbewertung KW - Regelsetzung KW - Gefährdungs- und Risikobeurteilung PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-593629 DO - https://doi.org/10.1002/cite.202300141 SN - 0009-286X VL - 96 IS - 1-2 SP - 1 EP - 20 PB - Wiley-VCH AN - OPUS4-59362 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Müller, H. S. A1 - Fenchel, M. A1 - Wiggenhauser, Herbert A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Krause, Martin A1 - Gardei, André A1 - Mielentz, Frank A1 - Milmann, Boris A1 - Röllig, Mathias A1 - Wöstmann, Jens T1 - Zerstörungsfreie Ortung von Gefügestörungen in Betonbodenplatten N2 - Das Ziel des Forschungsvorhabens „Zerstörungsfreie Ortung von Gefügestörungen in Betonbodenplatten“ bestand in der Entwicklung eines Untersuchungskonzepts zur sicheren Ortung und Erfassung von Gefügestörungen in einseitig zugänglichen Betonplatten durch den kombinierten Einsatz verschiedener zerstörungsfreier Prüfverfahren. Hierfür wurde die Leistungsfähigkeit der folgenden Messverfahren hinsichtlich ihrer Aussageschärfe, Anwendungsgrenzen und Messgeschwindigkeit bei praxisnahen Randbedingungen untersucht: - Impakt-Echo, manuelle Impaktauslösung - Impakt-Echo, automatisierte Impaktauslösung - Ultraschall-Echo mit multistatischem Array - Impuls-Thermografie - Radar Als Versuchskörper dienten sechs liegend hergestellte Betonplatten der Abmessungen 200/200/30 cm aus zwei verschiedenen Betongüten und mit unterschiedlichem Bewehrungsgehalt (Bewehrungsgrade 0 %, 0 ,9 %, 2 ,6 %), von denen vier Platten auf trockenem und zwei Platten auf ständig nass gehaltenem Sand gelagert waren. Alle sechs Platten enthielten jeweils dieselben künstlich eingebrachten Fehlstellen: vier quadratische Kiesnester in unterschiedlicher Tiefe mit Kantenlängen zwischen 10 und 15 cm sowie drei oberflächennahe Hohlstellen (Ø 4/6/8 cm). Zur Erfassung eines möglichen Einflusses des Betonalters wurden die Messungen 4 Tage, 28 Tage sowie 180 Tage nach Herstellung der Platten durchgeführt. Um aus den Untersuchungen einen breiten Nutzen für die Praxis zu erzielen, basierten die eingesetzten Messverfahren auf handelsüblichen Geräten, welche jedoch bezüglich ihres Messprinzips und insbesondere der Datenerfassung und -auswertung weiterentwickelt wurden. Die Fehlstellengröße wurde bewusst klein gewählt. Mit Ausnahme des manuellen Impakt-Echo-Verfahrens, mit welchem unter Verwendung der Originalsoftware des Herstellers keine Fehlstellen nachweisbar waren, zeigten sich alle Messverfahren geeignet, unter verschiedenen Randbedingungen Gefügestörungen zu lokalisieren. Insgesamt wurde jeder Fehlstellentyp von zumindest einem Verfahren bei mindestens zwei Versuchskörpern detektiert. Es konnten jedoch an keiner Betonplatte mit einem einzelnen Messverfahren alle vorhandenen Fehlstellen an allen Messterminen geortet werden. Am häufigsten wurden die beiden großen oberflächennahen Fehlstellen (Hohlstelle Ø 8 cm, Kiesnest 10 cm) erkannt. Am schwersten zu lokalisieren waren die kleine Hohlstelle mit 4 cm Durchmesser sowie die beiden auf der Unterseite gelegenen Kiesnester. Die Untersuchungen zeigen, dass für eine erfolgreiche Anwendung zerstörungsfreier Messverfahren in der Praxis die Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens bzw. einer Kombination verschiedener Verfahren jeweils auf die vorliegende Problemstellung abgestimmt sein muss. Für Betonbodenplatten mit hohem Feuchtegehalt (junger Beton) oder starker Bewehrung ist entweder das Ultraschall- oder das Impakt-Echo-Verfahren geeignet. Das Ultraschall-Verfahren wird von hohen Bewehrungsgehalten zwar stärker beeinflusst als das Impakt-Echo-Verfahren, besitzt aber eine bessere Auflösung und ermöglicht auch im oberflächennahen Bereich eine quantitative Bestimmung der Fehlstellentiefe. Das Impakt-Echo-Verfahren kann wegen der niederfrequenten Impulsanregung Fehlstellen erst in größeren Tiefen und mit schlechterer Auflösung nachweisen, ist aber ideal geeignet zur Bestimmung der Plattendicke aufgrund seines signifikanten Rückwandechos. Sowohl das Radar-Verfahren als auch die Impuls-Thermografie können bei hohen Feuchte- und Bewehrungsgehalten nur sehr oberflächennah eingesetzt werden. Bei trockenem Beton und geringen bis mittleren Bewehrungsgehalten liefert das Radar-Verfahren sehr gute Ergebnisse. In kurzer Zeit ermöglicht es eine flächendeckende Ortung der Tiefenlage und Größe von Inhomogenitäten bei guter Auflösungsgenauigkeit. Vorhandene Bewehrung wird deutlich abgebildet, kann aber darunterliegende Fehlstellen verschatten. Alternativ kann die Impuls-Thermografie für die Ortung oberflächennaher Gefügestörungen eingesetzt werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere bei Oberflächen, die nicht direkt zugänglich sind, da zwischen Infrarotkamera und Messobjekt nur Sichtkontakt bestehen muss. Die Betongüte hatte bei keinem eingesetzten Verfahren einen erkennbaren Einfluss auf die Messergebnisse. Streng genommen ist dies jedoch nur für den Einfluss des Wasserzementwertes, der Zementart und des Zementgehalts bei gleichbleibender Sieblinie und gleicher Kornart gültig. Bei Verwendung von Leichtzuschlag sind abweichende Ergebnisse denkbar. PY - 2010 SN - 978-3-410-65075-1 SN - 0171-7197 IS - 589 SP - 1 EP - 88 PB - Beuth CY - Berlin AN - OPUS4-22699 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hachenberger, Y. U. A1 - Rosenkranz, Daniel A1 - Kromer, C. A1 - Krause, B. C. A1 - Dreiack, N. A1 - Kriegel, F. L. A1 - Kozmenko, E. A1 - Jungnickel, H. A1 - Tentschert, J. A1 - Bierkandt, F. S. A1 - Laux, P. A1 - Panne, Ulrich A1 - Luch, A. T1 - Nanomaterial Characterization in Complex Media - Guidance and Application N2 - A broad range of inorganic nanoparticles (NPs) and their dissolved ions possess a possible toxicological risk for human health and the environment. Reliable and robust measurements of dissolution effects may be influenced by the sample matrix, which challenges the analytical method of choice. In this study, CuO NPs were investigated in several dissolution experiments. Two analytical techniques (dynamic light scattering (DLS) and inductively-coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)) were used to characterize NPs (size distribution curves) time-dependently in different complex matrices (e.g., artificial lung lining fluids and cell culture media). The advantages and challenges of each analytical approach are evaluated and discussed. Additionally, a direct-injection single particle (DI sp)ICP-MS technique for assessing the size distribution curve of the dissolved particles was developed and evaluated. The DI technique provides a sensitive response even at low concentrations without any dilution of the complex sample matrix. These experiments were further enhanced with an automated data evaluation procedure to objectively distinguish between ionic and NP events. With this approach, a fast and reproducible determination of inorganic NPs and ionic backgrounds can be achieved. This study can serve as guidance when choosing the optimal analytical method for NP characterization and for the determination of the origin of an adverse effect in NP toxicity. KW - Nanon KW - Characterization KW - SpICP-MS KW - Matrix KW - Dissolution PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-572138 DO - https://doi.org/10.3390/nano13050922 VL - 13 IS - 5 SP - 1 EP - 19 AN - OPUS4-57213 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kaudelka, Sven A1 - Hofmann-Böllinghaus, Anja A1 - Hauswaldt, S. A1 - Krause, U. T1 - Auswirkung von Zündquellen und Systembeschaffenheit auf das Brandverhalten EPS-basierter Wärmedämm-Verbundsysteme N2 - Gegenstand des Aufsatzes ist die experimentelle Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Zündquellen sowie der Systembeschaffenheit auf das Brandverhalten EPS-basierter Wärmedämm-Verbundsysteme (WDVS). Dazu wurden Brände ausgewertet, die mit EPS-basierten WDVS in Verbindung stehen. Ergebnis dieser Auswertung war, dass nicht wie bisher angenommen der Brand in dem Gebäude (z. B. der Wohnungsbrand), sondern vielmehr der Brand außerhalb des Gebäudes, insbesondere der des Abfallbehälters, das häufigste und kritischste Brandszenario für EPS-basierte WDVS darstellt. Daraufhin wurden an der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Brandversuche in der Single Burning Item-Prüfeinrichtung (SBI) an nicht intakten EPS-basierten WDVS-Ausschnitten durchgeführt. Mit zunehmender Beschädigungsgröße und -tiefe stieg die vom System freigesetzte Wärmefreisetzungsrate an. Zusätzlich werden Brandversuche eines Sockelbrandszenarios mit einer abfallbehälteräquivalenten Brandlast vorgestellt. Aus den Brandversuchen werden Empfehlungen zur Verbesserung der Systemsicherheit abgeleitet.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- The influence of different ignition sources and conditions of the systems on the fire behaviour of external thermal insulating systems (ETICS) have been investigated experimentally. As a basis of the investigations real cases with EPS based ETICS have been analysed. The analysis showed that the fire in front of the building is the most common and critical fire scenario for these systems. These fires are often caused by waste containers. This result contradicts the former common assumption that the fire inside the building is the most critical fire scenario for ETICS. Intermediate scale experiments in the Single Burning Item (SBI) test apparatus have been performed at BAM with ETICS specimens. The render of the systems was partially damaged. The measured heat release rate of the specimens increased significantly with size and depths of the damages. Additionally results of large scale experiments with a waste container equivalent ignition source are presented and recommendations to enhance fire safety of these systems are given. KW - Fassaden KW - Wärmedämm-Verbundsystem (WDVS) KW - Expandiertes Polystyrol (EPS) KW - Brandverhalten von Baustoffen KW - Bemessungsbrandszenario KW - Sockelbrand KW - Abfallbehälter KW - ET/CS KW - External thermal insulation composite system KW - Expanded polystyrene KW - Waste containers KW - Released heat rate KW - Plinths-based fire scenario KW - Single burning item test KW - Single Burning Item-Prüfeinrichtung (SBI) KW - Wärmefreisetzungsrate KW - DIBt-Empfehlung KW - Façades KW - Brandschutz - Fire protection engineering PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1002/bapi.201510023 SN - 0171-5445 SN - 1437-0980 VL - 37 IS - 4 SP - 205 EP - 212 PB - Ernst CY - Berlin AN - OPUS4-33835 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -