TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Stolpe, Heiko A1 - Wiehle, Philipp T1 - Moisture diffusion affected by the Knudsen effect in temporal changing pore networks N2 - Almost all building materials in civil engineering have an open porosity and interact with or are affected by the environmental conditions. Structures might suffer from effects such as moisture adsorption, carbonation, corrosion, penetration of salt ions and chemical substances, etc. In the hygroscopic range, these processes are mostly driven by diffusion. Due to the confinement of small pores (less than1 µm), the Knudsen effect reduces the molecular diffusion. This reduction can become more significant in case of temporal changing pore systems because of physisorption of water vapor, carbonation, or chemisorption. In this study, unstabilised earth blocks and earth masonry are investigated. In a first step, the pore size distribution of the blocks is measured and sorption isotherms are recorded in experiments. Besides the ordinary physisorption, the involved clay minerals undergo swelling or shrinking due to chemisorption. The following two effects must be considered: first, the reduction of the available pore space by the adsorbed water layer. For this, the Hillerborg sorption theory is used, which is a combination of the well-known Brunauer-Emmett-Teller sorption theory and the Kelvin equation. This allows the computation of adsorbed water layers even in curved pore geometries. Second, the variation of the initial pore size distribution due to chemisorption needs to be modelled. Based on these two models, the effective diffusion coefficient can be predicted. For validation, arrays of relative humidity sensors were embedded into a free-standing earth masonry wall. This monitoring was carried out over more than a year to have a broad variety of environmental conditions and was located in Berlin, Germany. The prediction of the effective diffusion coefficient can also be transferred to other processes and allows the investigation of materials having temporarily changing pore systems. Examples are the carbonation of cementitious materials, alkali silica reaction, calcium leaching of long-lasting structures, etc. These effects are prominent in the meso-pore range and might significantly alter the effective diffusion coefficient. KW - Earth material KW - Material moisture KW - Physisoprtion KW - Chemisorption PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-583811 DO - https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.09.034 SN - 2214-7853 SP - 1 EP - 8 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam, Niederlande AN - OPUS4-58381 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Küttenbaum, Stefan T1 - Zur Visualisierung von Schäden in Betonschwellen durch zerstörungsfreie Ultraschallprüfung N2 - Die bildgebende Ultraschalltechnik liefert Hinweise auf verdeckte Schäden in Spannbetonschwellen. Dieses zerstörungsfreie Prüfverfahren schafft eine objektive und vergleichbare Basis für die Zustandsbestimmung der Schwellen und ermöglicht die Optimierung von baulichen Erhaltungsstrategien. KW - Spannbetonschwellen KW - Zustandsbewertung KW - Verkehrsinfrastruktur PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-592914 UR - https://www.eurailpress.de/magazine.html SN - 0013-2845 IS - 12/23 SP - 26 EP - 31 PB - DVV Media Group CY - Hamburg AN - OPUS4-59291 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Küttenbaum, Stefan T1 - Zur Visualisierung von Schäden in Betonschwellen durch zerstörungsfreie Ultraschallprüfung N2 - Die bildgebende Ultraschalltechnik liefert Hinweise auf verdeckte Schäden in Spannbetonschwellen. Dieses zerstörungsfreie Prüfverfahren schafft eine objektive und vergleichbare Basis für die Zustandsbestimmung der Schwellen und ermöglicht die Optimierung von baulichen Erhaltungsstrategien. KW - Betonschwellen KW - Ultraschall KW - Schieneninfrastruktur KW - Gleisoberbau KW - Spannbetonschwelle PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-591889 UR - https://www.eurailpress.de/etr SN - 0013-2845 IS - 12 SP - 26 EP - 31 PB - DVV Media Group, Eurailpress CY - Hamburg AN - OPUS4-59188 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Küttenbaum, Stefan A1 - Braml, T. A1 - Taffe, A. A1 - Keßler, S. A1 - Maack, Stefan T1 - Reliability assessment of existing structures using results of nondestructive testing N2 - Making optimal decisions about the reliability of existing structures requires that the information used in assessment adequately represents the properties and the condition of the structures. The knowledge gap regarding a structure to be assessed can be successively filled by individually purposeful observations on site. This paper gives an overview of an approach for utilizing nondestructively gathered measurement results in reliability assessment of existing structures. An essential part of measurement-based stochastic modeling of basic variables is the calculation of measurement uncertainties, which serves to establish confidence in measurement, to ensure the comparability of unambiguously expressed measurement results, and to quantify the quality of the measured information. Regarding the current discourse on how to treat information collected on-site in the context of assessment, the authors recommend that measurement uncertainty becomes an uncertainty component mandatorily to be represented in measurement-based stochastic models. The main steps of the proposed concept are presented, and the advantages of its application are emphasized by means of a prestressed concrete bridge as case study. The bridge is assessed regarding the serviceability limit state decompression using ultrasonic and radar data measured at the structure. KW - Bridge KW - Measurement uncertainty KW - Prestressed concrete KW - Stochastic modeling KW - Probabilistic methods PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-529927 DO - https://doi.org/10.1002/suco.202100226 SN - 1751-7648 VL - 22 IS - 5 SP - 2895 EP - 2915 PB - John Wiley & Sons Ltd CY - Oxford AN - OPUS4-52992 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bühling, Benjamin A1 - Maack, Stefan A1 - Schweitzer, T. A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Enhancing the spectral signatures of ultrasonic fluidic transducer pulses for improved time-of-flight measurements N2 - Air-coupled ultrasonic (ACU) testing has proven to be a valuable method for increasing the speed in non-destructive ultrasonic testing and the investigation of sensitive specimens. A major obstacle to implementing ACU methods is the significant signal power loss at the air–specimen and transducer–air interfaces. The loss between transducer and air can be eliminated by using recently developed fluidic transducers. These transducers use pressurized air and a natural flow instability to generate high sound power signals. Due to this self-excited flow instability, the individual pulses are dissimilar in length, amplitude, and phase. These amplitude and angle modulated pulses offer the great opportunity to further increase the signal-to-noise ratio with pulse compression methods. In practice, multi-input multi-output (MIMO) setups reduce the time required to scan the specimen surface, but demand high pulse discriminability. By applying envelope removal techniques to the individual pulses, the pulse discriminability is increased allowing only the remaining phase information to be targeted for analysis. Finally, semi-synthetic experiments are presented to verify the applicability of the envelope removal method and highlight the suitability of the fluidic transducer for MIMO setups. KW - Air-coupled ultrasound KW - Fluidics KW - Signal processing KW - Pulse compression KW - MIMO KW - Hilbert transform PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-537853 DO - https://doi.org/10.1016/j.ultras.2021.106612 SN - 0041-624X VL - 119 SP - 1 EP - 12 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam, Netherlands AN - OPUS4-53785 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bühling, Benjamin A1 - Maack, Stefan A1 - Schönsee, Eric A1 - Schweitzer, Thorge A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Acoustic and flow data of fluidic and piezoelectric ultrasonic transducers N2 - This data article presents characteristic acoustic and flow data of a fluidic ultrasonic transducer as well as acoustic data of a commercial piezoelectric ultrasonic transducer used in non-destructive testing for civil engineering. The flow data has been acquired using hot-wire anemometry and a Pitot tube. The three-dimensional acoustic data of both devices has been acquired using a calibrated microphone. The distribution of characteristic acoustic properties of both transducers are extracted and given in addition to the raw data. The data presented in the article will be a valuable source for reference and validation, both for developing fluidic and alternate ultrasound generation technologies. Furthermore, they will give additional insight into the acoustic-flow interaction phenomena of high speed switching devices. This article is accompanying the paper Experimental Analysis of the Acoustic Field of an Ultrasonic Pulse Induced by a Fluidic Switch (Bühling et al., 2021) published in The Journal of the Acoustical Society of America, where the data is interpreted in detail and the rationale for characteristic sound properties of the fluidic transducer are given. KW - Ultrasound KW - Non-destructive testing KW - Air-coupled ultrasound KW - Fluidics KW - Acoustic-flow interaction KW - Piezoelectric transducer PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-531308 DO - https://doi.org/10.1016/j.dib.2021.107280 VL - 38 SP - 1 EP - 8 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-53130 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Wiehle, Philipp A1 - Munsch, Sarah Mandy T1 - About the dominance of mesopores in physisorption in amorphous materials N2 - Amorphous, porous materials represent by far the largest proportion of natural and men-made materials. Their pore networks consists of a wide range of pore sizes, including mesoand macropores. Within such a pore network, material moisture plays a crucial role in almost all transport processes. In the hygroscopic range, the pores are partially saturated and liquid water is only located at the pore fringe due to physisorption. Therefore, material parameters such as porosity or median pore diameter are inadequate to predict material moisture and moisture transport. To quantify the spatial distribution of material moisture, Hillerborg’s adsorption Theory is used to predict the water layer thickness for different pore geometries. This is done for all pore sizes, including those in the lower nanometre range. Based on this approach, it is shown that the material moisture is almost completely located in mesopores, although the pore network is highly dominated by macropores. Thus, mesopores are mainly responsible for the moisture storage capacity, while macropores determine the moisture transport capacity, of an amorphous material. Finally, an electrical analogical circuit is used as a model to predict the diffusion coefficient based on the pore-size distribution, including physisorption. KW - Physisorption KW - Mesopores KW - Amorphous materials KW - Macropores KW - Adsorbed water layer thickness KW - Material moisture KW - Moisture distribution PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-538525 UR - https://dataverse.harvard.edu/dataset.xhtml?persistentId=doi:10.7910/DVN/NILGW2 DO - https://doi.org/10.3390/molecules26237190 VL - 26 IS - 23 SP - 1 EP - 22 PB - MDPI AN - OPUS4-53852 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bühling, Benjamin A1 - Küttenbaum, Stefan A1 - Maack, Stefan A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Development of an Accurate and Robust Air-Coupled Ultrasonic Time-of-Flight Measurement Technique N2 - Ultrasonic time-of-flight (ToF) measurements enable the non-destructive characterization of material parameters as well as the reconstruction of scatterers inside a specimen. The time-consuming and potentially damaging procedure of applying a liquid couplant between specimen and transducer can be avoided by using air-coupled ultrasound. However, to obtain accurate ToF results, the waveform and travel time of the acoustic signal through the air, which are influenced by the ambient conditions, need to be considered. The placement of microphones as signal receivers is restricted to locations where they do not affect the sound field. This study presents a novel method for in-air ranging and ToF determination that is non-invasive and robust to changing ambient conditions or waveform variations. The in-air travel time was determined by utilizing the azimuthal directivity of a laser Doppler vibrometer operated in refracto-vibrometry (RV) mode. The time of entry of the acoustic signal was determined using the autocorrelation of the RV signal. The same signal was further used as a reference for determining the ToF through the specimen in transmission mode via cross-correlation. The derived signal processing procedure was verified in experiments on a polyamide specimen. Here, a ranging accuracy of <0.1 mm and a transmission ToF accuracy of 0.3μs were achieved. Thus, the proposed method enables fast and accurate non-invasive ToF measurements that do not require knowledge about transducer characteristics or ambient conditions. KW - Air-coupled ultrasound KW - Laser Doppler vibrometer KW - Refracto-vibrometry KW - Acousto-optic effect KW - Time-of-flight measurements KW - In-air ranging KW - Non-destructive testing PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544711 DO - https://doi.org/10.3390/s22062135 VL - 22 IS - 6 SP - 1 EP - 17 PB - MDPI CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-54471 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bühling, Benjamin A1 - Maack, Stefan A1 - Strangfeld, Christoph T1 - OsciCheck - A Novel Fluidic Transducer for Air-Coupled Ultrasonic Measurements N2 - Ultrasonic measurement technology has become indispensable in NDT-CE. Air-coupled ultrasonic (ACU) measurement techniques promise to reduce measurement time. However, the signal quality suffers from large specific impedance mismatch at the transducer-air and air-specimen interface. Additionally, large pressure amplitudes are necessary for the penetration depth required in NDT-CE applications. To address the specific requirements of ultrasonic testing in NDT-CE, a robust ACU transducer was developed, that generates ultrasound by quickly switching a pressurized air flow. The simple design of the fluidic transducer makes the device maintenance free and resilient against harsh environmental conditions. Since the signal is generated by aeroacoustics, there is no specific impedance mismatch between the transducer and the surrounding air. The ultrasonic signal exhibits frequencies in the 30-60 kHz range and is therefore well suited to penetrate heterogenous materials such as concrete. This contribution gives an introduction in the working principle and signal characteristics of the fluidic transducer. Its applicability to measurements in concrete is verified. A detailed outlook is given to discuss the future potential of fluidic ultrasonic actuators. T2 - NDT-CE 2022 CY - Zurich, Switzerland DA - 16.08.2022 KW - Air-coupled ultrasound KW - Nondestructive testing KW - Fluidics KW - Bistable amplifier KW - Aeroacoustics PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-555271 UR - https://www.ndt.net/search/docs.php3?id=27319 VL - 2022/09 SP - 1 EP - 9 PB - NDT.net CY - Bad Breisig AN - OPUS4-55527 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy T1 - Ermittlung der Oberflächenrelaxivität in Sandsteinen - ein Methodenvergleich N2 - Mit dem zerstörungsfreien Verfahren der nuklear magnetischen Resonanz (NMR) mit Fokus auf 1H-Protonen lässt sich der Feuchtegehalt in porösen Materialien bestimmen und bei einem vollgesättigten Medium eine Porengrößenverteilung ableiten. Für die Ermittlung der Porengrößenverteilung muss die gemessene T2-Relaxationszeitenverteilung mit dem Parameter Oberflächenrelaxivität (OR) umgerechnet werden. Ist dieser Parameter für das zu untersuchende Medium unbekannt, kann dieser mithilfe von Vergleichsverfahren abgeschätzt werden. Dabei kommen z. B. Gassorption, Quecksilberporosimetrie (MIP), Dünnschliff-Mikroskopie oder µ-Computer-Tomographie (µ-CT) zum Einsatz. Da die verschiedenen Verfahren allerdings unterschiedliche Auflösungsgrenzen aufweisen und auf verschiedenen physikalischen Prinzipien beruhen, können die ermittelten ORs für ein Medium stark variieren. Um ein besseres Verständnis für die OR und die Einflüsse der Vergleichsverfahren zu bekommen, wurden 19 verschiedene Sandsteintypen untersucht. Die OR wurde zum einen basierend auf der spezifischen inneren Oberfläche aus der dynamischen Dampfsorption (DVS) und der Gassorption abgeleitet. Zum anderen wurden die Relaxationszeitenverteilungen durch manuelles Anpassen der OR derart in Porengrößenverteilungen umgerechnet, sodass es eine Übereinstimmung mit den Porengrößenverteilungen aus MIP und/oder µ-CT gibt. Die Umrechnung von Relaxationszeitverteilungen in eine Porengrößenverteilung berücksichtigt dabei sowohl fast- als auch slow-diffusion. Insgesamt ergab sich für die Sandsteine ein breites Spektrum an ORs, bei dem die über die innere spezifische Oberfläche ermittelten ORs andere Größenordnungen aufwiesen (< 10 µm/s), als bei dem Vergleich mit MIP oder µ-CT (bis 600 µm/s). Die mit MIP und µ-CT ermittelten Werten lagen dabei um einen Faktor von 1 bis 30 auseinander. Dieser umfangreiche Datensatz, der vier verschiedene Vergleichsverfahren einbezieht, soll neue Erkenntnisse in der Charakterisierung von porösen Materialien (z. B. bezüglich der Oberflächenrauigkeit) und in der Ursache für die starke Variation der OR ermöglichen. Durch das Berücksichtigen von fast- als auch slow-diffusion, können dabei sogar Daten in eine Porengrößenverteilung umgerechnet werden, bei denen das fast-diffusion-Kriterium nach Brownstein und Tarr nicht erfüllt ist. Außerdem ergibt sich aus der Berücksichtigung des slow-diffusion-Regimes ein neues Verständnis für die obere Auflösungsgrenze von NMR. T2 - 82. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Online meeting DA - 07.03.2022 KW - NMR KW - Sandsteine KW - Oberflächenrelaxivität KW - Porengrößenverteilung PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544721 UR - https://e-docs.geo-leo.de/handle/11858/9672 DO - https://doi.org/10.23689/fidgeo-5330 AN - OPUS4-54472 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Quantification of the Knudsen Effect on the Effective Gas diffusion Coefficient in Partially Saturated Pore Distributions N2 - The effective gas diffusion coefficient describes the process of gas diffusion in porous materials. Several materials have a significant number of micropores in the lower nanometre range leading to a reduction of gas diffusion (Knudsen effect). In the case of partial pore saturation during adsorption, the available pore space is further reduced, as is the gas diffusion. In this study, the influence of partially saturated pores on the Knudsen effect and on the gas diffusion is quantified. Three different pore geometries are investigated (slit, cylindrical and spherical pores) and three different types of pore size distribution, including a broad equal distribution, three narrow normal distributions and two measured distributions of concrete. Besides the intensive computation of the exact pore saturation, a simplified model with low computational requirements is suggested. This study shows that the influence of the water layer thickness on the effective diffusion becomes significant for pore radii below 50 nm and the assumed pore geometry is important. At the end, the overall effect is quantified for an amorphous material with most pore radii below 30 nm. At a moisture level of 50% relative humidity, the effective diffusion is reduced by 35% due to partial saturation. KW - Effective gas diffusion coefficient KW - Gas transport in porous media KW - Knudsen diffusion KW - Moisture transport KW - Nanopores PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-528509 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202100106 VL - 23 IS - 10 SP - 2100106 PB - Wiley AN - OPUS4-52850 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Grotelüschen, Bjarne A1 - Bühling, Benjamin T1 - Air-Coupled Broadband Impact-Echo Actuation Using Supersonic Jet Flow N2 - The impact-echo method (IE) is a non-destructive testing method commonly used in civil engineering. We propose a completely new approach for air-coupled actuation based on supersonic jet flow. The impinging jet sound generates continuously high sound pressures with a broad frequency bandwidth. This novel concept of utilising aeroacoustic sound for air-coupled IE was evaluated on two concrete specimens and validated using a classical IE device with physical contact. The results show a high agreement with the expected frequencies. Delaminations are correctly detected in depth and size. This proves the high reliability of air-coupled IE based on supersonic jet flow. KW - Air-coupled impact-echo KW - Impact-echo actuation KW - Building materials KW - Delamination KW - Aeroacoustic actuation · KW - Impinging jet PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-600093 DO - https://doi.org/10.1007/s10921-023-01043-8 SN - 0195-9298 VL - 43 IS - 2 SP - 1 EP - 20 PB - Springer Science and Business Media LLC CY - Berlin AN - OPUS4-60009 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schönsee, Eric A1 - Jeyifous, Olubunmi Anthony A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Hüsken, Götz T1 - Investigations on multi-sensor data for monitoring volume flow during the printing process N2 - Extrusion based 3D concrete printing (3DCP) is a growing technology because of its high potential for automating construction and the new possibilities of design. In conventional construction methods, a sample is taken to be representative for one material batch. However, in 3DCP continuous mixing is used which results in variations during the mixing process. Therefore, one sample is not representative for the entire structure. This leads to the necessity of continuous and real-time process monitoring. This study focuses on the variations of pressure and temperature which are caused by changes in the material due to the ongoing mixing process. Changes in material, which is transported downstream, are influencing sensor signals in different positions with a time delay. In the following, the data is analysed to investigate if the changing material and the so caused change in pressure can be used to calculate volume flow. T2 - Digital Concrete 2024 CY - Munich, Germany DA - 04.09.2024 KW - Additive manufacturing KW - In-line Monitoring KW - Volume Flow KW - Process Control PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:084-2024081513042 DO - https://doi.org/10.24355/dbbs.084-202408151304-0 SP - 1 EP - 3 AN - OPUS4-61001 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Application of 1H proton NMR relaxometry to building materials - A review N2 - Since nuclear magnetic resonance with focus on 1H protons is highly sensitive to pore filling fluids, it is nowadays often applied for the investigation of porous media. Mainly in materials research and especially in the field of non-destructive testing in civil engineering it is increasingly used. Scientific questions about and based on NMR meanwhile cover a broad spectrum. To give an overview, we have reviewed various studies dealing with the determination of moisture contents and parameters such as the pore-size distribution, surface relaxivity, porosity, etc. In some papers, the monitoring of moisture transport in connection with degradation processes or admixtures was the main objective. In other papers, NMR was used for pore space analysis or even applied on site to assess the state of conservation of cultural heritage. Building materials that have been investigated in the presented studies are for example cement, concrete, woods, sandstones etc. In this paper, short descriptions and the significant results of the reviewed articles are summarized and their measurement problems and discrepancies are pointed out. A special feature of this review article is the concise tabular compilation of determined 𝑇1 and 𝑇2 relaxation times, as well as of surface relaxivity values for various materials and components. Finally, relevant aspects are summed up and conclusions about the increasing potential of NMR relaxometry for investigations of porous building materials are drawn, followed by an outlook about future applications and the need for technical development. KW - NMR relaxometry KW - Building materials KW - Natural stones KW - Relaxation times KW - Surface relaxivities KW - Moisture KW - Pore space characterization PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-521888 DO - https://doi.org/10.1016/j.jmro.2021.100012 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. VL - 6-7 SP - 100012 PB - Elsevier Inc. CY - Amsterdam AN - OPUS4-52188 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Küttenbaum, Stefan A1 - Maack, Stefan A1 - Braml, T. A1 - Taffe, A. A1 - Strübing, T. T1 - Bewertung von Bestandsbauwerken mit gemessenen Daten - Teil 2: Berechnung der Tragwerkszuverlässigkeit unter Einbeziehung der ZfP-Messergebnisse T1 - Reassessment of existing structures based on measured data - Part 2: Structural reliability analyses using NDT results N2 - Durch die Einbeziehung von gemessenen Daten bei der Bewertung von bestehenden Bauwerken können Unsicherheiten bei der Beurteilung des Tragverhaltens reduziert werden, ohne das normative Zuverlässigkeitsniveau einzuschränken. Informationen sind die wesentliche Grundlage für die Analyse der Zuverlässigkeit von Tragwerken. Umso wichtiger ist die Kenntnis über die Präzision und die Richtigkeit der verwendeten Informationen. Aus messtechnischer Sicht kann ein Messwert, dem keine Messunsicherheit beigeordnet wurde, als wertlos erachtet werden. Liegt ein vollständig dokumentiertes Messergebnis vor, so ist die Qualität der gemessenen Information bekannt und deren Vergleichbarkeit gewährleistet. In diesem Beitrag wird am Beispiel einer Spannbetonbrücke und zweier Grenzzustände gezeigt, wie Messergebnisse aus der zerstörungsfreien Prüfung in probabilistische Nachweise von Bestandsbauwerken einfließen können und welche Auswirkungen die Implementierung von gemessenen Daten bei der Bewertung von Bestandsbauwerken haben kann. N2 - Every decision about the reliability of a structure is associated with uncertainties. The reassessment of existing structures remains a major challenge. The decisive difference compared to the design of new structures is the possibility and necessity to collect individual information about the actual condition and properties of the structure. Such knowledge should be appreciated in the reassessment in order to reduce uncertainties and increase the validity of the results. Reliability analyses using measured data require the comparability of measurement results and the evaluation of the quality of the measured information. Both requirements can be met by adequate measurement uncertainty considerations. Besides, the destructive interventions necessary for the measurements should be kept to a minimum. This paper shows how non-destructively gathered measurement results can be incorporated into probabilistic reassessments and which effects the implementation of measured data can have when evaluating existing structures, using a prestressed concrete bridge as a case-study. KW - Nachrechnung KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Zuverlässigkeitsanalyse KW - Messung KW - Spannbetonbrücke PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-519480 DO - https://doi.org/10.1002/best.202000087 SN - 0005-9900 SN - 1437-1006 VL - 116 IS - 3 SP - 183 EP - 199 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-51948 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maack, Stefan A1 - Küttenbaum, Stefan A1 - Epple, Niklas A1 - Aligholizadeh, M. T1 - Die Ultraschall-Echomethode – von der Messung zur bautechnischen Kenngröße T1 - Ultrasonic Echo Method - Deriving structural parameters from measured values N2 - Zerstörungsfreie Prüfverfahren liefern wichtige Informationen zur Beurteilung von Bauwerken. Mit ihnen können Materialeigenschaften bestimmt oder die innere Struktur von Bauteilen beschrieben werden. Für letzteres werden in der Regel Volumenverfahren angewandt. Einen besonderen Stellenwert haben in der Praxis die Radar- und die Ultraschall-Echoverfahren. Ihre Anwendung erfordert lediglich eine einseitige Zugänglichkeit zum Bauteil. Zudem lassen sich zahlreiche unterschiedliche Prüfaufgaben lösen. Zum Stand der Technik gehören beispielsweise die Ortung von Bewehrung und Spannkanälen, die Bestimmung der Dicke von Bauteilen oder die Fehlerlokalisierung. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie mithilfe von Ultraschall-Echomessungen gesammelte Messwerte in ein quantitatives Messergebnis überführt werden können, das wiederum in ingenieurtechnische Berechnungen einfließen kann. Einleitend werden die Prüfmethode und die Messtechnik erläutert. Anschließend wird das Vorgehen von der Auswertung der Messergebnisse bis zur Bestimmung der bautechnischen Kenngröße – Bauteildicke – gezeigt. Abschließend wird die Methodik an einem Referenzprüfkörper aus Polyamid demonstriert und den Ergebnissen von Messungen an Beton gegenübergestellt. KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Ultraschall-Echoverfahren KW - Messunsicherheit KW - Bildgebende Darstellung KW - Schallgeschwindigkeit PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-521113 DO - https://doi.org/10.1002/best.202000091 VL - 116 IS - 3 SP - 200 EP - 211 PB - Ernst & Sohn AN - OPUS4-52111 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bühling, Benjamin A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Maack, Stefan A1 - Schweitzer, T. T1 - Experimental analysis of the acoustic field of an ultrasonic pulse induced by a fluidic switch N2 - Ultrasonic inspection is a common tool for non-destructive testing in civil engineering (NDT-CE). Currently, transducers are coupled directly to the specimen surface, which makes the inspection time-consuming. Air-coupled ultrasound (ACU) transducers are more time-efficient but need a high pressure amplitude as the impedance mismatch between the air and the concrete is high and large penetration depth is needed for the inspection. Current approaches aim at eliminating the impedance mismatch between the transducer and the air to gain amplitude; however, they hardly fulfill the NDT-CE requirements. In this study, an alternative approach for ultrasound generation is presented: the signal is generated by a fluidic switch that rapidly injects a mass flow into the ambience. The acoustic field, the flow field, and their interaction are investigated. It is shown that the signal has dominant frequencies in the range of 35–60 kHz, and the amplitude is comparable to that of a commercial ACU transducer. KW - Air-coupled ultrasound KW - Non-destructive testing KW - Ultrasonic transducer KW - Acoustic-flow interaction PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-523862 DO - https://doi.org/10.1121/10.0003937 VL - 149 IS - 4 SP - 2150 EP - 2158 AN - OPUS4-52386 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy T1 - Möglichkeiten und Grenzen der zerstörungsfreien Erfassung niedriger Feuchtegehalte in teilgesättigten Sandsteinen mit 1H-NMR N2 - Die zerstörungsfreie Ermittlung der Materialfeuchte in Baustoffen ist für das Bauwesen von großer Bedeutung, denn ein erhöhter Feuchteeintrag kann zu Schimmelbildung, Alkali-Kieselsäure-Reaktionen, Korrosion etc. führen und somit ein hohes Schadenspotential mit sich bringen. Auch wenn zur qualitativen Lokalisierung möglicher Schad- und Risikostellen bereits zahlreiche zerstörungsfreie Verfahren in der Praxis Anwendung finden, besteht ein Mangel an quantitativen Verfahren, die auch bei niedrigen Feuchtegehalten sensitiv sind. Eine Methode zur zerstörungsfreien und quantitativen Bestimmung des Feuchtegehaltes und der effektiven Porosität ist die 1H-Kernspinresonzanzmethode (NMR). Da NMR sensitiv für die molekulare Beweglichkeit von Wasserstoffprotonen ist, lassen sich Informationen über die Bindungsform und -stärke sowie der Umgebung (Porengröße und Mineralzusammensetzung) der Wasserstoffprotonen gewinnen. Obwohl es bereits seit über 20 Jahren mobile NMR-Messeräte gibt, wird NMR heutzutage immer noch weitestgehend im Labor eingesetzt. Dies liegt daran, dass sie aufgrund der verwendeten Permanentmagnete schwer sind und nur äußerst geringe Eindringtiefen ermöglichen. In einer derzeit laufenden Forschungsarbeit wird deshalb ein speziell für Bohrkerne entworfener NMR-Tomograph eingesetzt. Mit seiner minimalen Echozeit von 50 µs lässt sich (abhängig von der Oberflächenrelaxivität) Wasser bis in nanometergroßen Poren erfassen. Um die Sensitivität von NMR bei Teilsättigung zu untersuchen, wurden verschiedene Sandsteinproben in Exsikkatoren mit relativen Luftfeuchten im Bereich von 33 % bis 96 % gelagert. Als Referenzen dienen zum einen das NMR-Signal bei Vollsättigung und zum anderen die Porengrößenverteilung aus Quecksilberporosimetriemessungen (MIP). Um die NMR-Sensitivität zu bewerten, wird die Korrelation der NMR-Amplitude mit den gravimetrisch ermittelten Feuchtegehalten sowie ein Vergleich der Porosität aus NMR und MIP betrachtet. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, dass sowohl die Reduzierung der Wasserfilmdicke als auch die Verkleinerung von Porengrößen zu einer ähnlichen Verkürzung der T2-Relaxationszeit führt. Als Ausblick wird ein Lösungsansatz vorgestellt, bei dem die NMR-Signale mit der Wasserfilmdickenberechnung basierend auf der relativen Luftfeuchte im Material korreliert werden. T2 - 81. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Online meeting DA - 01.03.2021 KW - NMR KW - Sandsteine KW - Porosität KW - Oberflächenrelaxivität KW - Feuchtegehalt PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-522271 DO - https://doi.org/10.23689/fidgeo-3957 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-52227 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kanzler, D. A1 - Schmitt, M. A1 - Maack, Stefan A1 - Baensch, F. T1 - Erarbeitung einer Norm für einen standardisierten Prozess zur probabilistischen Bewertung von Prüfverfahren N2 - Im DIN-Normenausschuss Materialprüfung (NMP) wurde das Normungsgremium NA 062-08-28 AA „Qualifizierung von zerstörungsfreien Prüfungen“ reaktiviert. Das Ziel der Reaktivierung ist die Erarbeitung einer Norm für einen standardisierten Prozess zur probabilistischen Bewertung von Prüfverfahren. In der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) führt die Ermittlung von Mess- / Prüfunsicherheiten von Prüfverfahren, in normativer Hinsicht in Deutschland und Europa, noch ein Schattendasein. Die Norm ISO IEC 17025 und auch der VDA-Band 5 wurden weiter in Richtung Messunsicherheit entwickelt, allerdings führt ihre Anwendung in der ZfP zu Problemen. Der Arbeitsausschuss NA 062-08-28 AA soll hier den Brückenschlag zwischen Messunsicherheit, objektiver statistischer Bewertung für ZfP-Verfahren und eine weitere Stärkung der probabilistischen Bruchmechanik erreichen. Geplant ist daher die Erarbeitung einer DIN-Norm, welche die Kriterien für eine korrekte Versuchsplanung, ein praktikables Vorgehen zur Bewertung der Prüfergebnisse und die mathematische Überführung in eine Zuverlässigkeitsaussage enthält. Es soll ein Leitfaden erstellt werden, der für ein möglichst breites Branchenspektrum eingesetzt werden kann, unabhängig von den Besonderheiten verschiedener Industriezweige. Dargestellt werden das relevante Normungsgremium sowie der Hintergrund des zu erstellenden Dokuments. T2 - DGZfP Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Validation KW - Probabilistischen Bewertung KW - Zerstörungsfreie Prüfverfahren KW - POD PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-584176 UR - https://www.ndt.net/search/docs.php3?id=28574 SN - 978-3-947971-29-9 SP - 1 EP - 8 PB - NDT.net AN - OPUS4-58417 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Weise, Frank A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Recknagel, Christoph A1 - Pittrich, Tim A1 - Neugum, Tim A1 - Hering, Marcus A1 - Fiedler, Georg A1 - Thiele, Marc A1 - Simon, Patrick A1 - Maack, Stefan T1 - 63. DAfStb-Forschungskolloquium in der BAM - Themenblock 5: Bauteile und Bauwerke N2 - Ein weiterer Fokus des 63. DAfStb-Forschungskolloquiums (Tagungsband: DOI 10.26272/opus4-61338) lag auf den Bauteil- und Bauwerksuntersuchungen. Insbesondere wurde hier ein Einblick in die Forschungsaktivitäten in den BAM-Themenfeldern „Infrastruktur“ und „Energie“ gegeben. Thematisch wird dabei der Bogen von der Dauerhaftigkeit von Betonfahrbahndecken über die Extrembeanspruchung von Bauteilen und Bauwerken mittels Brand und Impact bis zum Bauwerksmonitoring und der Zustandsanalyse von Bestandsbauwerken gespannt. T2 - 11. Jahrestagung des DAfStb mit 63. Forschungskolloquium der BAM Green Intelligent Building CY - Berlin, Germany DA - 16.10.2024 KW - Dauerhaftigkeit von Betonfahrbahndecken KW - Alkali-Kieselsäurereaktion KW - Brand Impact KW - Bauwerksmonitoring PY - 2025 SN - 0005-9846 VL - 75 IS - 4 SP - 138 EP - 140 PB - concrete content UG CY - Schermbeck AN - OPUS4-63071 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -