TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Nayeri, C. N. A1 - Paschereit, C. O. A1 - Greenblatt, D. T1 - Mechanism of vortex perturbation via unsteady pitching N2 - Experiments indicate that vortices trailing finite wings can be perturbed by periodic wing pitching, leading to rapid dissipation and bursting. To illustrate the perturbation mechanism, Betz vortex rollup relations are combined with the Theodorsen theory for unsteady lift response. A sinusoidal pitch motion on a rigid elliptic planform wing is computed in this study as one example. Pitching modifies the instantaneous lift due to the planform variations, via the reduced frequency, and the rollup relations are applied to low-frequency experimental conditions. The combined Betz–Theodorsen theory shows that relatively large spanwise perturbations of the vortex centers can be achieved and may accelerate the exponential growth associated with the Crow instability. In fact, 84.2% of the displacement of the unsteady trailing vortices due to unsteady pitching is oriented in the direction of the Crow instability. Furthermore, the axial velocity in the vortex center, calculated based on the Batchelor method, varies on the order of the flight speed. This forms two types of stagnation points produced by approaching and retreating axial core velocities; in the former case, conservation of mass leads to observations of “bursting.” This observation can be explained adequately on the basis of quasi-steady considerations. KW - Trailing vortex KW - Unsteady pitching KW - Betz vortex relation KW - Theodorsen theory PY - 2018 DO - https://doi.org/10.2514/1.C034646 SN - 0021-8669 VL - 55 IS - 5 SP - 1831 EP - 1838 PB - Elsevier AN - OPUS4-45575 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Herbrand, Martin A1 - Müller, Matthias T1 - Codawelleninterferometrie zur Detektion von Spannungszuständen in Betonbauteilen N2 - Informationen zu in Betonbauteilen stattfindenden Umlagerungsprozessen sowie Druckspannungsverteilungen können mit konventioneller Messtechnik bislang nicht zweifelsfrei beantwortet werden. Ultraschallmessungen mit eingebetteten Sensoren könnten hier eine sinnvolle Ergänzung zur konventionellen Messtechnik sein. Durch Einsatz der Codawelleninterferometrie (CWI) sind hiermit schon sehr kleine Änderungen im Material detektierbar. Um diese neue Methodik zu evaluieren, wurde das Forschungsprojekt „Querkrafttragfähigkeit von Spannbetonbrücken – Erfassung von Spannungszuständen in den Spannbetonversuchsträgern mit Ultraschallsensoren“ durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) initiiert. In diesem Projekt wurden durch die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) Ultraschall-Transducer in mehrere Spannbetonträger des Instituts für Massivbau der RWTH Aachen eingebettet, die anschließend bis zum Bruch belastet wurden. Der Belastungsversuch an einem der Spannbetondurchlaufträger zeigte das große Potential dieser Methodik. Die im Netzwerk erfassten Änderungen der Ultraschallwellengeschwindigkeit geben die Spannungsverhältnisse im Längsschnitt des Trägers schon bei sehr niedrigen Belastungen qualitativ richtig wieder und zeigen bei hohen Belastungen eine gute Korrelation zum Rissbild. Dabei weisen räumliche Anomalien und Änderungen in der Charakteristik der Geschwindigkeitsänderungen oft schon auf Rissbildung hin, wenn diese noch nicht an der Oberfläche sichtbar ist. Dies zeigt das Potential im Hinblick auf eine Frühwarnung. Hierfür und ebenso in Bezug auf eine Quantifizierung der Effekte ist aber noch Entwicklungsarbeit notwendig. Ein Vorteil der Methodik ist, dass die Transducer nicht direkt am Ort der Änderung platziert werden müssen und einen relativ großen Bereich um die Transducer herum erfassen. T2 - DGZfP Jahrestagung CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Ultraschall KW - Monitoring KW - Codawelleninterferometrie KW - Brückenträger PY - 2018 AN - OPUS4-44863 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Coelho Lima, Isabela A1 - Grohmann, Maria A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - Advanced ultrasonic imaging for concrete: Alternative imaging conditions for reverse time migration N2 - Ultrasound echo is a widely used NDT technique for determining the internal geometry of structures. Reverse-time migration (RTM) has been recently introduced to NDT applications, as an imaging method for ultrasound data, to overcome some of the limitations (e.g. imaging steeply dipping reflector) experienced by the Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT), the most commonly used imaging algorithm for these measurements. The standard implementation of RTM also experiences some drawbacks caused by its imaging condition, which is based on the zero-lag of the cross-correlation between source and receiver wavefields and generates high-amplitude low-frequency artifacts. Three alternative imaging conditions, developed for seismic data applications, were tested for their ability to provide better images than the standard cross-correlation: illumination compensation, deconvolution and wavefield decomposition. A polyamide specimen was chosen for the simulation of a synthetic experiment and for real data acquisition. The migrations of both synthetic and real data were performed with the software Madagascar. The illumination imaging condition was able to reduce the low-frequency noise and had a good performance in terms of computing time. The deconvolution improved the resolution in the synthetic tests, but did not showed such benefit for the real experiments. Finally, as for the wavefield decomposition, although it presented some advantages in terms of attenuating the low-frequency noise and some unwanted reflections, it was not able to image the internal structure of the polyamide as well as the cross-correlation did. Suggestions on how to improve the cost-effectiveness of the implementation of the deconvolution and wavefield decomposition were presented, as well as possible investigations that could be carried out in the future, in order to obtain better results with those two imaging conditions. T2 - DGZfP Jahrestagung 2018 CY - Leipzig DA - 07.05.2018 KW - Ultrasound KW - Reverse time migration KW - Imaging condition KW - Concrete PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-448704 SP - Mi.3.A.4, 1 EP - 10 PB - DGZfP AN - OPUS4-44870 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Coelho Lima, Isabela A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Grohmann, Maria T1 - Alternative imaging conditions for reverse time migration N2 - Ultrasound echo is a widely used NDT technique for determining the internal geometry of structures. Reverse-time migration (RTM) has been recently introduced to NDT applications, as an imaging method for ultrasound data, to overcome some of the limitations (e.g. imaging steeply dipping reflector) experienced by the Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT), the most commonly used imaging algorithm for these measurements. The standard implementation of RTM also experiences some drawbacks caused by its imaging condition, which is based on the zero-lag of the cross-correlation between source and receiver wavefields and generates high-amplitude low-frequency artifacts. Three alternative imaging conditions, developed for seismic data applications, were tested for their ability to provide better images than the standard cross-correlation: illumination compensation, deconvolution and wavefield decomposition. A polyamide specimen was chosen for the simulation of a synthetic experiment and for real data acquisition. The migrations of both synthetic and real data were performed with the software Madagascar. The illumination imaging condition was able to reduce the low-frequency noise and had a good performance in terms of computing time. The deconvolution improved the resolution in the synthetic tests, but did not showed such benefit for the real experiments. Finally, as for the wavefield decomposition, although it presented some advantages in terms of attenuating the low-frequency noise and some unwanted reflections, it was not able to image the internal structure of the polyamide as well as the cross-correlation did. Suggestions on how to improve the cost-effectiveness of the implementation of the deconvolution and wavefield decomposition were presented, as well as possible investigations that could be carried out in the future, in order to obtain better results with those two imaging conditions. T2 - DGZfP Jahrestagung 2018 CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Ultrasound KW - Reverse time migration KW - Imaging condition KW - Concrete PY - 2018 AN - OPUS4-44873 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Prinz, Carsten A1 - Hase, F. A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Data of embedded humidity sensors, sample weights, and measured pore volume distribution for eight screed types N2 - Four cement-based and four calcium-sulphate-based screed types are investigated. The samples have a diameter of 300 mm and a height of 35 or 70 mm. Up to ten humidity sensors are embedded directly during the concreting of the screed samples. Thus, the humidity over the sample height is monitored during hardening, hydration, evaporation, and oven drying. Furthermore, the screed samples are weighted during every measurement to determine the total mass and the corresponding moisture loss. To define the pore system precisely, mercury intrusion porosimetry as well as gas adsorption is performed. According to the data, the entire pore volume distribution is known. The measured pore diameters range from 0.8 nm to 100 μm and the total porosity of the examined screeds ranges between 11 % and 22 %. Based on these measurement data, moisture transport, pore saturation as well as sorption isotherms and their hysteresis may be calculated quantitatively as described by Strangfeld et al. KW - Concrete and screed KW - Material moisture KW - Pore volume distribution KW - Embedded humidity sensors KW - Data in brief PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-448261 UR - https://data.4tu.nl/repository/uuid:d2ba436f-78c0-4105-8a1f-5422fcb37851 DO - https://doi.org/10.4121/uuid:d2ba436f-78c0-4105-8a1f-5422fcb37851 SP - 1 EP - 4 PB - 4TU.Centre for Research Data CY - Delft AN - OPUS4-44826 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Krause, Martin A1 - Schubert, Marcus A1 - Mayer, K. A1 - Ibrahim, M. ED - Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau, T1 - Sicherstellung der Ausführungsqualität an Neu- und Bestandsbauten aus Beton durch innovative zerstörungsfreie Prüfung N2 - Der Fachbereich 8.2 der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat eine innovative Methode zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung erarbeitet und den technischen Aufbau in Form eines neuen Gerätes entwickelt. Mit Hilfe des Produktdesigns soll die Etablierung auf dem Markt sichergestellt werden. Die Arbeit erläutert detailliert die Bereiche, die für die Gestaltung des Handscangerätes von Bedeutung sind. Sie befasst sich mit der Installation und Handhabung des Systems am Einsatzort und beleuchtet wichtige technische Details. Der nicht verkleidete technische Aufbau der zwei neu entwickelten Geräte dient als Grundlage für die Erarbeitung eines Gehäusekonzepts. Neben dem Gehäusedesign wird eine Überarbeitung des gesamten Aufbaus durchgeführt, um die Benutzerfreundlichkeit in verschiedenen Punkten zu verbessern. Zukünftige Designentscheidungen werden auf Grundlage von praxisnahen Beobachtungen und der notwendigen Anordnung der technischen Komponenten getroffen. Ziel der Auseinandersetzung ist es, ein funktionelles und ästhetisch ansprechendes Design zu entwickeln. Am Ende sollen unter Beachtung aller Vorgaben die Ergebnisse dieser Arbeit zu einem ergonomischen Gerät führen. Die Problemstellung besteht daraus, den komplexen technischen Vorgaben und Ansprüchen des Projektpartners und Innovationsgebers gerecht zu werden und gleichzeitig ein gutes Designziel zu erreichen. Das Design soll die Funktionalität und Handhabung des Gerätes verbessern und dient als Hilfsmittel, um den komplexen Aufbau zu vereinfachen. Die Benutzerfreundlichkeit soll an allen nötigen Stellen verbessert werden und ein ästhetisch zusammenstehender Gesamteindruck soll entstehen, ohne die Funktionalität negativ zu beeinflussen. KW - Beton KW - Qualitätssicherung KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Ultraschall-Echo PY - 2018 UR - https://www.baufachinformation.de/sicherstellung-der-ausfuehrungsqualitaet-an-neu-und-bestandsbauten-aus-beton-durch-innovative-zerstoerungsfreie-pruefung/buecher/248990 SN - 978-3-7388-0101-9 VL - 2018 SP - 1 EP - 112 PB - Fraunhofer IRB Verlag CY - Stuttgart AN - OPUS4-45163 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Timofeev, Juri A1 - Wiggenhauser, Herbert T1 - Gesteuerte Risserzeugung in Stahlbeton zur Qualifizierung von ZfPBau-Anwendungen N2 - Die Zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) liefert ergänzende Informationen für die Planung von Ertüchtigungsmaßnahmen an Bauwerken. Die ZfPBau bzw. die Prüflösungen müssen zur Validierung an bestimmten Vergleichskörpern untereinander verglichen werden. Risse in Stahlbeton sind nicht notwendigerweise ein Schaden, in DIN EN 1992-1-1 werden etwa nur Risse mit einer Rissbreite größer 0,2 mm erfasst. Risse können aber ein Hinweis auf statische Probleme sein oder einen Schadensprozess fördern, etwa die Depassivierung der Bewehrung durch die beschleunigte Diffusion von Kohlendioxid. Deshalb ist die Bestimmung der Risstiefe und des Rissverlaufs für die Dauerhaftigkeitsabschätzung eines Bauwerks von Interesse. Die Vergleichbarkeit von ZfPBau-Verfahren zur Charakterisierung von Rissen in Stahlbeton hängt wesentlich davon ab, dass die untersuchten Risse ein vergleichbares Prüfproblem darstellen. Risse in Stahlbeton werden charakterisiert durch die Rissbreite, die Risstiefe, den Rissverlauf und die Lage bzw. Orientierung zur Oberfläche. Es muss wegen der Vielzahl von Schadensbildern eine Prioritätensetzung und Fokussierung auf besonders praxisrelevante Fälle vorgenommen werden. Dazu zählen z.B. bewehrungskreuzende und oberflächenoffene Risse, die für die Tragfähigkeit einer Konstruktion relevant sein können. Eine ausgewählte Prüfaufgabe ist dann die Detektion von Rissen senkrecht zur Oberfläche und die Bestimmung der Risstiefe. Der Sprengmörtel „Betonamit“, dessen Wirkung auf seiner extremen Expansionsfähigkeit beruht, wird zur Risserzeugung in gezielt angeordnete Bohrlöcher gefüllt. Wichtig bei der Erzeugung von Rissen ist die Bohrlochparametervariation zur gezielten Risssteuerung. Es werden der Durchmesser, die Tiefe, die Füllhöhe und die Anordnung der Fülllöcher variiert. Die Risse entstehen im Wesentlichen in Abhängigkeit vom Volumen des eingefüllten Sprengmittels. Der Nachweis der Risstiefen erfolgte zerstörend, d.h. durch Sägen des Vergleichskörpers und Ausmessen der Risse. Das Poster stellt die Arbeitsschritte, die erzeugten Risse und die statistische Auswertung dar. Ein Vergleichsversuch mit internationaler Beteiligung hat begonnen mit der Zielsetzung die Risserzeugung in unterschiedlichen Umgebungen zu vergleichen. T2 - Bauwerksdiagnose 2018 CY - Berlin, Germany DA - 15.02.2018 KW - Zerstörungsfreie Prüfung von Stahlbeton KW - Risse KW - Vergleichskörper PY - 2018 UR - https://www.bauwerksdiagnose2018.de/Portals/bauwerksdiagnose2018/P/p8.pdf AN - OPUS4-45738 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wiggenhauser, Herbert A1 - Köpp, Christian A1 - Timofeev, Juri A1 - Azari, H. T1 - Controlled creating of cracks in concrete for non-destructive testing N2 - The non-destructive assessment of cracks in concrete is a common task for which non-destructive evaluation solutions have been published. Primarily, these tests have been carried out on artificial cracks that have been created by using notches instead of natural cracks. This study evaluates a procedure designed to create reproducible and controlled cracks in concrete. The procedure is based on using expanding mortar in a series of blind holes. This is done in combination with carefully aligned reinforcement to guide the direction of the crack development. The depth of the crack is also controlled by reinforcement. Crack depth varies statistically in the range of the Maximum aggregate size (16 mm) used for concrete. KW - Non-destructive testing of concrete KW - Cracks KW - Reference specimen PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-457367 UR - https://rdcu.be/4IPN DO - https://doi.org/10.1007/s10921-018-0517-x SN - 0195-9298 SN - 1573-4862 VL - 37 IS - 3 SP - 67, 1 EP - 9 PB - Springer CY - New York AN - OPUS4-45736 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Knopp, Florian A1 - Mielentz, Frank A1 - Bernstein, Thomas T1 - Ultraschall-Messsystem für die Langzeitüberwachung von Betonkonstruktionen N2 - Ultraschallmessverfahren werden seit Langem erfolgreich für Prüfaufgaben im Bauwesen eingesetzt. Die dauerhafte Überwachung und frühzeitige Erkennung von Schäden an komplexen Neubauten und alternder Infrastruktur kann mittels Ultraschall-Transmissionsmessungen und speziellen Auswertemethoden, wie z. B. Korrelationverfahren und Codawelleninterferometrie, realisiert werden. Für die Dauerüberwachung wurde ein kompaktes System entwickelt, das Ultraschall-Messdaten erfassen und ins Internet auf einen FTP-Server übertragen kann. Es können hierbei alle angeschlossenen Prüfköpfe für jede Messung wahlweise als Sender oder Empfänger geschaltet werden. Es wurden Vorverstärker entwickelt, bei denen die Versorgung mit Strom über die Messleitung erfolgt. Dadurch können die Verstärker nahe am Prüfkopf positioniert werden. Durch Änderungen in den Ultraschall-Signalen können Schädigungen des Bauteils, wie z.B. Risse, in Echtzeit erkannt werden. T2 - DGZfP DACH-Jahrestagung CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Ultraschall KW - Monitoring KW - Codawelleninterferometrie KW - Eingebettete Sensorik PY - 2019 AN - OPUS4-48144 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Klewe, Tim A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Ritzer, T. T1 - Kombination von Radar und Neutronensonde zur Bestimmung der Massenfeuchte von Estrichen N2 - Leitungswasserschäden nahmen im Jahr 2016 mit rund 2,6 Milliarden Euro den größten Posten bei Gebäudeversicherungen ein. Die Bestimmung und Lokalisierung des Schadensausmaßes ist dabei ein erster wichtiger Schritt, um die erforderlichen Sanierungsarbeiten abschätzen und effizient vornehmen zu können. Hierfür sind Radar und Neutronensonden bereits etablierte Verfahren. Für verlässliche Aussagen zum quantitativen Feuchtegehalt eines Baustoffes werden jedoch zerstörende Sondierungsbohrungen zur Kalibrierung der aufgenommenen Daten benötigt. Dieser hohe zeitliche und finanzielle Aufwand soll zukünftig durch den parallelen Einsatz der genannten Messverfahren verhindert werden. In der durchgeführten Studie wurden Estrichprobekörper auf Zement- und Anhydritbasis mit variablen Dicken und Festigkeiten hergestellt und deren Austrocknung mit Radar und Neutronensonde über einen Zeitraum von 90 Tagen beobachtet. Als Referenzverfahren zur Ermittlung des Feuchteverlaufs dienten die gravimetrische Darr- und chemische Calcium-Carbid-Methode, welche an kleineren Schwesterproben der gleichen Charge angewendet wurden. Kontinuierliche Wägungen der größeren Probekörper gaben hierbei Aufschluss über den durch Austrocknung schwindende Wasseranteil. Aus dem aufgenommen Radardatensatz konnten anschließend markante Signalmerkmale im Zeit- und Frequenzbereich extrahiert und deren Zusammenhang zum Feuchtegehalt der Estrichtypen untersucht werden. Hierbei wurden gängige Methoden aus der Literatur zur Feuchtemessung mit Radar angewandt, wobei die Kombination dieser und das Hinzuziehen der Neutronensonde mittels Datenfusion zu einem höheren Informationsgehalt beiträgt. Somit kann eine zerstörungsfreie Quantifizierung des Feuchteschadens an schwimmenden Fußbodenaufbauten vorgenommen werden T2 - DACH-Jahrestagung DGZfP 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Radar KW - Feuchte KW - Multiple Lineare Regression KW - Neutronensonde KW - Datenfusion PY - 2019 AN - OPUS4-48152 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Klewe, Tim A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Ritzer, T. T1 - Kombination von Radar und Neutronensonde zur Bestimmung der Massenfeuchte von Estrichen N2 - Leitungswasserschäden nahmen im Jahr 2016 mit rund 2,6 Milliarden Euro den größten Posten bei Gebäudeversicherungen ein. Die Bestimmung und Lokalisierung des Schadensausmaßes ist dabei ein erster wichtiger Schritt, um die erforderlichen Sanierungsarbeiten abschätzen und effizient vornehmen zu können. Hierfür sind Radar und Neutronensonden bereits etablierte Verfahren. Für verlässliche Aussagen zum quantitativen Feuchtegehalt eines Baustoffes werden jedoch zerstörende Sondierungsbohrungen zur Kalibrierung der aufgenommenen Daten benötigt. Dieser hohe zeitliche und finanzielle Aufwand soll zukünftig durch den parallelen Einsatz der genannten Messverfahren verhindert werden. In der durchgeführten Studie wurden Estrichprobekörper auf Zement- und Anhydritbasis mit variablen Dicken und Festigkeiten hergestellt und deren Austrocknung mit Radar und Neutronensonde über einen Zeitraum von 90 Tagen beobachtet. Als Referenzverfahren zur Ermittlung des Feuchteverlaufs dienten die gravimetrische Darr- und chemische Calcium-Carbid-Methode, welche an kleineren Schwesterproben der gleichen Charge angewendet wurden. Kontinuierliche Wägungen der größeren Probekörper gaben hierbei Aufschluss über den durch Austrocknung schwindende Wasseranteil. Aus dem aufgenommen Radardatensatz konnten anschließend markante Signalmerkmale im Zeit- und Frequenzbereich extrahiert und deren Zusammenhang zum Feuchtegehalt der Estrichtypen untersucht werden. Hierbei wurden gängige Methoden aus der Literatur zur Feuchtemessung mit Radar angewandt, wobei die Kombination dieser und das Hinzuziehen der Neutronensonde mittels Datenfusion zu einem höheren Informationsgehalt beiträgt. Somit kann eine zerstörungsfreie Quantifizierung des Feuchteschadens an schwimmenden Fußbodenaufbauten vorgenommen werden T2 - DACH-Jahrestagung DGZfP 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Radar KW - Feuchte KW - Neutronensonde KW - Datenfusion PY - 2019 AN - OPUS4-48153 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zimmek, David A1 - Bartelmeß, Jürgen A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Schäferling, Michael T1 - Entwicklung von Fluoreszenzspektroskopischer Sensorik zur pH-Wert Bestimmung in Baustoffen N2 - Das Projekt befasst sich mit einem neuen Ansatz, den pH-Wert im Beton zu bestimmen. Der pH-Wert ist vor allem für Stahlbeton-Bauwerke von Bedeutung, da dieser maßgeblich die Korrosion des Stahls beeinflusst. Im frischen Beton liegt der pH-Wert im basischen Bereich. Der Stahl ist in diesem Bereich passiviert, also vor schädlicher Korrosion geschützt. Durch die sogenannte Karbonatisierung sinkt der pH-Wert und die Korrosionswahrscheinlichkeit steigt deutlich an. Die Stabilität von Bauwerken in denen Stahlbeton verbaut ist, wird durch diese Korrosion langfristig beeinträchtigt. Allein in deutscher Infrastruktur rechnet man mit circa 5 Milliarden Euro Schaden jährlich. Die entwickelte Methode verwendet Sonden, welche die Korrosion Monitoren sollen. Im Sondeninneren befindet sich eine Schicht pH-Indikator (Thymolblau) und eine Schicht mit Quantenpunkten. Die Quantenpunkte fluoreszieren, nach Anregung durch zum Beispiel einen Laser, bei circa 440 nm (blau) beziehungsweise 610 nm (gelb-orange). Das Thymolblau ist im basischen Milieu (pH > 9,6) blau, im neutralen Milieu (um pH 7) gelb-orange. Der Indikator wirkt wie ein Farbfilter und lässt, je nach pH-Wert, unterschiedliche Wellenlängen zur Glasfaser durch. Aus der gemessenen Intensität bei 440 nm und 610 nm kann ein Verhältnis ermittelt werden. Dieses Verhältnis lässt erkennen, welchen pH-Wert das Milieu besitzt, in dem sich die Sonde befindet. Die entwickelte Methodik ist zerstörungsfrei, das heißt kein Material muss aus den Bauwerken entnommen werden. Vielmehr sollen die Sonden beim Betonieren in das Bauwerk eingebettet werden. Über Glasfasern können die Sonden jederzeit angesprochen werden. Dies ermöglicht permanentes pH-Monitoring, was die Früherkennung von Korrosionsgefahr verbessert und die Sanierungskosten verringert. T2 - Simulation in den Umwelt- und Geowissenschaften 2019 CY - Kassel, Germany DA - 08.05.2019 KW - pH-Monitoring KW - Korrosion KW - Stahlbeton KW - Quantenpunkte KW - Thymolblau PY - 2019 AN - OPUS4-47993 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zheng, H. A1 - Ertel, Jens-Peter A1 - Kourmpetis, M. A1 - Kanfoud, J. A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Gan, T.-H. T1 - Integrity testing of cast in situ concrete piles based on an impulse response function method using sine‑sweep excitation by a shaker N2 - In this study, an Impulse Response Function analysis of pile response to sine-sweep excitation by a low cost, portable Shaker was used to identify defects in piles. In straightforward impact-echo methods, echoes from the pile toe and defects are visible in the time domain measurements. However, these echoes are not present in the time domain records of piles subjected to sine-sweep excitations, due to interactions between the input and output signals. For this reason, the impulse response function in the time domain has been calculated and is able to identify the echoes from pile impedance changes. The proposed methodology has been evaluated both numerically and experimentally. A one-dimensional pile-soil interaction system was developed, and a finite difference method used to calculate the pile response to sine-sweep excitation. The numerical simulations indicate that impulse response measurements with a synthesized logarithmic, sine-sweep excitation could be an effective tool for detecting defects in piles. The methodology was further tested with field trials on 6 cast in situ concrete test piles including 1 intact pile and 5 defective piles subjected to sine-sweep excitations by a shaker. In 5 of the 6 cases the echoes from the pile toe could be identified in the deconvoluted waveforms—the impulse Response functions. Damage detection is more difficult and dependent on the selection of the optimal regularization parameter. Further research and optimization of the deconvolution process is needed to evaluate the effectiveness compared to standard pile integrity testing methods. KW - Pile testing KW - Shaker KW - Deconvolution PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1007/s10921-019-0595-4 SN - 0195-9298 SN - 1573-4862 VL - 38 IS - 2 SP - 55, 1 EP - 18 PB - Springer CY - Cham, Switzerland AN - OPUS4-48185 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gaal, Mate A1 - Caldeira, Rui A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Schadow, Florian A1 - Vössing, Konrad A1 - Kupnik, M. T1 - Air-coupled ultrasonic ferroelectret receiver with additional bias voltage N2 - High sensitivity is an important requirement for air-coupled ultrasonic sensors applied to materials testing. With a lower acoustic impedance than any piezoelectric material, charged cellular polypropylene (PP) offers better matching to air with a similar piezoelectric coefficient. The piezoelectric properties of charged cellular PP originate from their polarization, creating permanent internal voltage. The sensitivity of the sensor can be increased by applying additional dc bias voltage, as it has been done already for transmitters. This work presents the first ultrasonic sensor based on charged cellular PP including a high-voltage module providing dc bias voltage up to 2 kV. This bias voltage led to an increase in the signal-to-noise ratio of up to 15 ± 1 dB. The measurement of the received signal depending on the applied bias voltage is proposed as a new method of determining the internal voltage of ferroelectrets. The sensor combined with a cellular PP transmitter was applied to nondestructive testing of a rotor blade segment and glued-laminated timber, enabling imaging of the internal structure of these specimens with a thickness around 4 cm. KW - Acoustic sensors KW - Ferroelectret KW - Nondestructive testing KW - Ultrasonic imaging KW - Ultrasonic transducers PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1109/TUFFC.2019.2925666 SN - 0885-3010 SN - 1525-8955 VL - 66 IS - 10 SP - 1600 EP - 1605 PB - IEEE AN - OPUS4-49131 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bühling, Benjamin T1 - Entwicklung eines luftgekoppelten Ultraschall-Echo-Prüfverfahrens mittels fluidischer Anregung N2 - In vielen technischen Bereichen werden Ultraschallverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (ZfP) eingesetzt um auf Basis der Signalstärke und der Laufzeit Einbauteile und Beschädigungen zu orten. Luftgekoppelter Ultraschall spielt bisher in kommerziellen Anwendungen vor Allem im Bauwesen eine untergeordnete Rolle, da die Differenz der akustischen Impedanzen von Luft und Festkörpern immense Verluste beim Übergang des Schallsignals hervorruft. Im Rahmen des Promotionsvorhabens soll die Eignung eines neuartigen Anregungsprinzip untersucht werden, mit dem ein Großteil dieser Verluste vermieden werden soll. Anstelle eines Festkörpers soll mit Hilfe einer fluidischen Düse Druckluft zur Signalerzeugung eingesetzt werden. Die Impedanzverluste zwischen Aktuatormembran und Umgebungsluft entfallen daher. Die gezielte Schallerzeugung durch einen pulsierenden Freistrahl ist weitgehend unerforscht. Es ist daher notwendig, den so erzeugten Schallpuls in der Interaktion mit dem transienten Strömungsfeld zu untersuchen. Das kompressible Medium Luft und die geringen räumlichen Dimensionen einer hochfrequenten Pulsdüse werfen darüber hinaus einige Herausforderungen hinsichtlich der eingesetzten Messtechnik auf. Hier sollen geeignete Verfahren weiterentwickelt und validiert werden, um die Eignung des fluidisch erzeugten Pulses zu überprüfen. In diesem Vortrag werden erste Messungen an einem fluidischen Schalter mit denen an einem kommerziellen Luftultraschallprüfkopf verglichen. T2 - Doktorandenseminar BAM Abt. 8 CY - Berlin, Germany DA - 17.02.2020 KW - ZfP KW - Ultraschall KW - NDT KW - Ultrasound KW - Air-coupled KW - Non-Contact KW - Luftgekoppelt KW - Kontaktlos PY - 2020 AN - OPUS4-51120 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Völker, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Wilsch, Gerd T1 - Identification of type of cement through laser-induced breakdown spectroscopy N2 - The composition of concrete determines its resistance to various degradation mechanisms such as ingress of ions, carbonation or reinforcement corrosion. Knowledge of the composition of the hardened concrete is therefore helpful to assess the remaining service life of an existing structure or evaluate the damage observed during inspections. For example, for most existing concrete structures the type of cement originally used is not known and must therefore be determined afterwards. This paper presents a preliminary study on the application of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) to identify the type of cement. For this purpose, ten different types of cement were investigated. For every type, three cement paste prisms were produced: (i) prisms dried, ground and pressed into tablets, (ii) prisms dried and (iii) prisms untreated. LIBS measurements were performed with a diode-pumped low energy laser (1064 nm, 3 mJ, 1.5 ns, 100 Hz) in combination with two compact spectrometers which cover the UV and NIR spectral range. A reduced subset of spectral features was used to build a classification model based on linear discriminant analysis. The results show that the classification of homogenized pressed cement powder samples provides a high accuracy, however, factors such as a different sample matrix and moisture content can affect the accuracy of the classification. The study demonstrates that LIBS is a promising tool to identify the type of cement. KW - Spectroscopy KW - LIBS KW - Cement KW - Classification KW - Identification PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120345 VL - 258 SP - 120345 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-51157 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Determination of the diffusion coefficient and the hydraulic conductivity of porous media based on embedded humidity sensors N2 - Reinforced concrete and several other building materials deteriorate during their service life. Almost all deterioration processes are related to moisture. For understanding those processes, knowing the exact amount of the moisture content and the moisture transport characteristics is crucial. In fact, the moisture transport in porous materials is a two-phase flow; consisting of the vapour and the liquid phase. The two corresponding parameters are the diffusion coefficient and the hydraulic conductivity. By means of an inverse approach, these two coefficients are experimentally determined. The moisture transport of eight different screed types during hydration and evaporation is monitored based on embedded humidity sensors. The measured humidity profiles are converted into a pore saturation by adapting the approach of Hillerborg to the measured pore volume distribution. The summation of all pore saturations yields the total moisture content including the ink-bottle effect during desorption. The pore volume distribution was determined by mercury intrusion porosimetry as well as by gas adsorption. The measurement of the humidity and the pore saturation in the entire sample enables to invert the mass balance in order to extract the diffusion coefficient and the hydraulic conductivity. The determined diffusion coefficients of the eight investigated screeds are between m2s-1 and m2s-1. KW - Material moisture KW - Moisture transport KW - Embedded sensors KW - Diffusion coefficient KW - Partially saturated pores PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120092 VL - 263 SP - 120092 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-51029 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Müller-Vahl, H. F. A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Nayeri, C. N. A1 - Paschereit, C. O. A1 - Greenblatt, D. T1 - Dynamic Stall Under Combined Pitching and Surging N2 - Dynamic stall often occurs under conditions of simultaneous unsteady pitching and surging (e.g., rotorcraft and wind turbines), butmanymodels employ a dimensionless time base that implicitly assumes that surging is superimposed, in a quasi-steady manner, on dynamic pitching. An unsteady wind tunnel was used to examine this assumption, where a technique was developed to quantify the unsteady effects of surging on a pitching NACA 0018 airfoil. The technique involved performing multiple harmonic pitching experiments under nominally steady freestream conditions that bracketed a corresponding 50% surging amplitude (1.25 ⋅ 105 ≤ Re ≤ 3.75 ⋅ 105). By interpolating these data, unsteady-pitching/quasi-steady-surging data sets were constructed and compared with de facto synchronous pitch and surging experiments, thereby isolating the unsteady effects of surging on a pitching airfoil. Both large and small poststall maximum angles of attack (αs + 5° and αs + 15°) were considered at multiple pitch-surge phase differences. During deep dynamic stall (αs � 15°), with large-scale separation, surging was seen to have a secondary effect on the unsteady aerodynamics. However, at small poststall maximum angles of attack (αs + 5°), either light or deep dynamic stall behavior was observed depending upon the pitch-surge phase difference. This was attributed to Reynolds number history effects, exemplified by boundary-layer transition, and thus it can be referred to as “transitional” dynamic stall. KW - Dynamic stall KW - Angle of attack oscillations KW - Free stream velocity osciallations PY - 2020 DO - https://doi.org/10.2514/1.J059153 VL - 58 IS - 12 SP - 5134 EP - 5145 PB - American Institute of Aeronautics and Astronautics AN - OPUS4-51037 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Ermittlung des Flüssigwasseranteils an voll- und teilgesättigten Sandsteinen mittels 1H-NMR und Hygrometrie N2 - Da Feuchte insbesondere in Form von Flüssigwasser ein hohes Schadenspotential für Baustoffe und Konstruktionen darstellt, finden zerstörungsfreie Verfahren wie die Kernspinresonanz (NMR) zunehmend Einsatz im Bauwesen. Auch wenn zur qualitativen Lokalisierung möglicher Schad- und Risikostellen bereits zahlreiche zerstörungsfreie Verfahren in der Praxis Anwendung finden, so besteht beispielweise bei der Porenraumcharakterisierung und dem Verständnis von Feuchtetransportmechanismen weiterhin Forschungsbedarf. Eine besondere Herausforderung stellt in diesem Zusammenhang die (ortsaufgelöste) Erfassung und Quantifizierung von Feuchteverteilungen bei Teilsättigung dar. Mittels 1H-NMR lassen sich der Wassergehalt sowie die Relaxationszeiten der Wasserstoffprotonen in Abhängigkeit von ihrer Bindungsart und der Porenumgebung messen. In vollgesättigten porösen Baustoffen kann somit das NMR-Signal als Porengrößenverteilung interpretiert werden. Da aber in der Praxis nur selten bis nie vollgesättigte Zustände vorliegen, befasst sich eine laufende Forschungsarbeit mit dem Verständnis der NMR-Signale teilgesättigter Porensysteme, die teilweise multimodale Porengrößenverteilungen aufweisen. Im Rahmen dieser Arbeit werden insgesamt 19 Sandsteine aus Deutschland, Tschechien und Italien sowohl im voll- als auch im teilgesättigten Zustand mit NMR untersucht. Definierte teilgesättigte Zustände werden durch Aufsättigen der Proben in Exsikkatoren mit verschiedenen relativen Luftfeuchten (z. B. 33 %, 75 %, 96%) erzeugt. Die Regulierung der Luftfeuchten erfolgt mit Hilfe von gesättigten Salzlösungen. Als Ergebnis wird die Veränderung der Signalamplitude und der T2-Relaxationszeitenverteilungen in Abhängigkeit von dem Feuchtezustand näher betrachtet. Des Weiteren erfolgt die Berechnung des Flüssigwasseranteils bzw. der adsorbierten Wasserfilmdicke einzelner Poren aus der mit Quecksilberporosimetrie bestimmten Porengrößenverteilung und der Annahme einer Porengeometrie (z.B. Schlitz-, Zylinderpore, etc.). Am Ende dieser Arbeit soll der Zusammenhang des NMR-Signals (Amplitude und Relaxationszeiten) mit dem Porensättigungsgrad in einem Porensystem mit multimodaler Porengrößenverteilung bei Teilsättigung aufgezeigt werden. T2 - Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Online meeting DA - 18.05.2020 KW - NMR KW - Sandstein KW - Flüssigwasser KW - Teilsättigung KW - Hygrometrie PY - 2020 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-50861 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Determination of readiness for laying based on material moisture, corresponding relative humidity, and water release N2 - The moisture content of the subfloor has to be determined before installation to avoid damages of the floor covering. Only if the readiness for layering is reached, an installation without damages can be expected in all cases. In general, three different approaches exist to measure the residual water content: determination of the moisture content, determination of the water release, or determination of the corresponding relative humidity. All three approaches are tested in laboratory at eight different screed types including two different samples thicknesses in each case. The moisture content and the water release are measured by sample weighing, the corresponding relative humidity is measured by embedded sensors. All three approaches are compared and correlated to each other. The evaluations show only weak correlation and, in several cases, contradicting results. Samples are considered as being ready for layering and not-being ready for layering at the same time, depending on the chosen approach. Due to these contradicting results, a general threshold for the risk of damage cannot be derived based on these measurements. Furthermore, the experiment demonstrates that the measurement of corresponding relative humidity is independent of the considered screed type or screed composition. This makes the humidity measurement to very promising approach for the installation of material moisture monitoring systems in the future. KW - Material moisture KW - Readiness for laying KW - Screed KW - Corresponding relative humidity KW - Partially saturated pores PY - 2020 DO - https://doi.org/10.3139/120.111581 VL - 62 IS - 10 SP - 1033 EP - 1040 PB - Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG CY - München AN - OPUS4-51405 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Millar, Steven A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - Chemische Zustandsanalyse von Stahlbetonbauwerken mit der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) N2 - Die chemische Analyse von Beton gehört bei der Ermittlung des Ist-Zustandes von Stahl- und Spannbetonbauwerken zu den grundlegenden Untersuchungen bei der Zustandserfassung. Der tiefenabhängige Chloridgehalt sowie der Karbonatisierungsfortschritt müssen bei der Bewertung des Ist-Zustandes, beim Instandsetzungsbedarf und ggf. bei der Planung eines erforderlichen Instandsetzungskonzeptes mit einbezogen werden. Seit Mitte der 1990er Jahre wird an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (engl. Laser-induced Breakdown Spectroscopy) – kurz LIBS – stetig für die chemische Analyse von Beton weiterentwickelt. In diesem Beitrag wird der aktuelle Stand der Forschung/ Technik und der Normungsarbeit präsentiert, sowie zukünftig mögliche Anwendungen vorgestellt. Mit den aktuellen LIBS-Systemen (mobiles LIBS-System sowie kommerziell erhältliche Laborsysteme) ist es möglich den Chloridgehalt ortsaufgelöst in wenigen Minuten zu quantifizieren, sogenannte Elementlandkarten zu erstellen und somit die Elementverteilung innerhalb des Betons zu visualisieren. Durch das Scannen eines Bohrkernquerschnittes und der simultanen Erfassung von mehreren Elementen mit einer Messung, ist es zudem möglich, die Gesteinskörnung in den Messdaten zu identifizieren und den Chloridgehalt auf die Zementsteinmatrix zu beziehen. Fehlerquellen aus der Umrechnung der betonbezogenen Chloridgehalte können dadurch minimiert werden. Neben den Grundlagen von LIBS werden vor allem aktuelle Praxisbeispiele vorgestellt, die die aktuellen Möglichkeiten des Verfahrens veranschaulichen. T2 - 9. Kolloquium Parkbauten CY - Esslingen, Germany DA - 04.02.2020 KW - LIBS KW - Chemische Analyse KW - Spektroskopie KW - Beton PY - 2020 UR - https://elibrary.narr.digital/article/99.125005/kpb202010305 SN - 2510-7763 VL - 9 IS - 1 SP - 305 EP - 319 AN - OPUS4-50615 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Epple, Niklas T1 - Monitoring of bridges with coda waves - first steps towards an imaging strategy N2 - Monitoring of concrete structures is of utmost importance in maintenance and preservation of infrastructure. As a part of the DFG research group CoDA (Concrete Damage Assessment by Coda Waves), the works within this PhD project aim for identification of damage sensitive parameters extracted from ultrasonic measurements obtained with embedded sensors, the determination of environmental (reversible) influences on the signal and the localisation of damaged areas. The main technique used for the detection of changes in the monitored material is the so-called Coda Wave Interferometry (CWI). It uses the later part of the ultrasonic recording for the detection of small changes in the sensed area and the calculation of a relative velocity change. Using this technique we can show that we are able to detect changes in concrete temperature with ultrasound measurements. This enables temperature correction for ultrasound monitoring with embedded sensors. The crucial point for imaging and localisation with coda waves is the calculation of the so-called sensitivity kernels. We propose the application of numerical wave simulations for the kernel calculations instead of the commonly used diffusivity equation. Using finite-difference wave modelling code from our DFG project partners we are able to calculate those Kernels and first results are shown in this presentation. The major task for the second year will be the development and implementation of the inversion algorithm as well as the preparation of validation experiments. T2 - Doktorandenseminar BAM Abt. 8 CY - Berlin, Germany DA - 30.03.2020 KW - Ultrasound KW - Non-destructive testing KW - Numerical modelling KW - Structural health monitoring PY - 2020 AN - OPUS4-50624 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Johann, Sergej A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Zimmek, David A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Smart electronic helper for long-term monitoring of bridges and building structures N2 - Increasing traffic volume on the one hand and ageing infrastructure on the other hand have created many new challenges for maintenance and structural health monitoring of roads and bridges. In the past, many bridges and road structures have been neglected, often resulting in traffic congestion, road closure, and increased repair costs. This research is concerned with the development of a system to improve the challenge of maintenance and early detection of damage, particularly moisture penetration and corrosion of steel reinforced concrete components. The objective is to develop a method that will also work after 30 years and longer. Many new IoT solutions are equipped with internal energy storage elements (accumulators or batteries) which are inappropriate here, since most relevant signs of concrete degradation occur after decades, where the functioning of such elements are more than questionable. The presented technology approach uses radio-frequency identification (RFID) and enables connectivity to sensors. It offers the advantage of an passive, completely independent energy supply without any energy storage components. Since the system should be permanently embedded in concrete, it is crucial to develop a long-term stable device which is adapted to the environmental influences of the structure, e.g., long-term resistance in very alkaline environment of pH 13. In numerous experiments, the robustness of the system was tested and evaluated. Various tests with encapsulations to protect the electronics were performed, and for long-term validation different concrete specimens were instrumented with RFID-sensor-systems. Their operating time is now around two years and investigations for signs of fatigue and damage to the encapsulation and the electronics are ongoing. T2 - SMAR 2019 CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Sensors KW - Passive RFID KW - Smart structures KW - SHT KW - Long term monitoring PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-501931 UR - https://www.ndt.net/?id=25011 SN - 1435-4934 VL - 25 IS - 1 SP - 1 EP - 6 PB - NDT.net CY - Kirchwald AN - OPUS4-50193 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Hauke, Max T1 - Entwicklung eines Versuchsstandes zur Dickenbestimmung von Werkstoffen mithilfe von frequenzmoduliertem Ultraschall N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Versuchsstandes zur Di-ckenbestimmung von Werkstoffen mithilfe von frequenzmoduliertem luftgekoppelten Ultra-schall. Zur Erzeugung des frequenzmoduliertem Signals wird ein fluidischer Oszillator ver-wendet. Die Schwingungsfrequenz des Oszillators ist von der Größe, der Geometrie und den Druckverhältnissen im Oszillator abhängig, welche durch ein Druckventil veränderbar sind. Zur Datenfassung dienen zwei Laservibrometer. Weiterhin soll die schlussendliche Dicken-bestimmung mithilfe eines Kreuzkorrelationsverfahrens erreicht werden. Während der Ent-wicklung wurden Messungen im Medium Luft, als auch mit Polyamid-Probekörpern durchge-führt. Für die Luftmessungen wurde das Ultraschallsignal an zwei Messpunkten erfasst und der Abstand zwischen diesen Messpunkten daraufhin versucht zu ermitteln. Diese Abstand-messungen wurden mit unterschiedlichen Abständen von 6 bis 15 Zentimeter durchgeführt, wobei der Abstand anhand der Daten mit einer Abweichung von unter einem Zentimeter er-folgreich bestimmt werden konnte. Die Messungen am Probekörper waren weniger Erfolg-reich, da keine reproduzierbare Dickenbestimmung erreicht werden konnte. Trotzdem kann die Entwicklung aufgrund der erfolgreichen Abstandmessung in der Luft sowie den neuen Erkenntnissen aus den Messungen am Probekörper als Erfolg betrachtet werden. KW - Berührungsloser Ultraschall KW - Bauwesen KW - Frequenzmodulation KW - Fluidische Anregung PY - 2019 SP - 1 EP - 74 CY - Berlin AN - OPUS4-50219 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Water content in construction materials N2 - Discussion of material moisture and moisture transport in liquid and vapour phase. Prediction of the pore saturation in partially saturated pores in building materials. T2 - 5. Herbstschule Competence Center for Material Moisture CY - Ettlingen, Germany DA - 08.10.2019 KW - Material moisture KW - Building materials KW - Embedded sensors KW - Partially saturated pores PY - 2019 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-49260 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Correlation between the electric impedance and the water layer thickness in partially saturated screed samples N2 - Discussion of material moisture in liquid and vapour phase. Prediction of the pore saturation in partially saturated pores in building materials. Correlation between the electric impedance and the water layer thickness in partially saturated screed samples. T2 - 10. CMM Tagung CY - Ettlingen, Germany DA - 10.10.2019 KW - Embedded sensors KW - Corresponding relative humidity KW - Electrical impedance KW - Material moisture KW - Building materials KW - Partiallly saturated pores PY - 2019 AN - OPUS4-49261 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Völker, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Wilsch, Gerd T1 - Classification of cement pastes with laser-induced breakdown spectroscopy N2 - In civil engineering, the investigation of existing infrastructure is of major importance for maintaining and ensuring stability of the structures. To ensure durability, uniform regulations and standards apply e.g. the European standard EN 206-1. In some countries, the EN-standard is supplemented by additional standards, as in Germany with DIN 1045-2. Here, specific application rules are described, e.g. for the cement type, to ensure the resistant to different exposures. Therefore, the knowledge of the materials originally used is important in assessing the condition of existing concrete structure. Unfortunately, these are often unknown and must be determined retrospectively. Therefore, we present the application of the laser-induced breakdown spectroscopy to distinguish between different types of cement. Spectral information’s are used to build a classification model. First, the accuracy of the classification is analyzed on ten pure laboratory cement samples. To investigate possible sources of error, the model was then applied to cement samples with different moisture content. The study shows that LIBS is a promising tool for distinguishing between cement types. For further industrial application, however, factors influencing the LIBS signal must be included to ensure a robust model. T2 - 10th Euro-Mediterranean Symposium on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy CY - Brno, Czech Republic DA - 08.09.2019 KW - Spectroscopy KW - LIBS KW - Cement KW - Classification PY - 2019 AN - OPUS4-49253 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Stolpe, Heiko A1 - Kruschwitz, Sabine ED - Schumann, R. T1 - Correlation between the electric impedance and the water layer thickness in partially saturated screed samples N2 - The moisture content of screed samples is monitored by means of embedded sensors. Relative humidity sensors and multi-ring-electrodes are used to measure the spatial moisture distribution during desorption. Based on the humidity data and the pore volume distribution, the moisture and the water layer thickness within the pore space are predicted. Slit shape as well as cylindrical pores are evaluated. Finally, the measured real part of the electrical impedance and the calculated water layer thickness are correlated. Based on the available data, a significant trend change of the impedance is documented at a water layer thickness of approximately 3 nm. This water layer thickness corresponds to a relative humidity of 88.3%. T2 - 10. CMM Tagung CY - Ettlingen, Germany DA - 10.10.2019 KW - Material moisture KW - Screed KW - Embedded sensors KW - Electric impedance KW - Water layer thickness PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-494636 VL - 10 SP - 79 EP - 102 PB - CMM, Karlsruher Institut für Technologie CY - Karlsruhe AN - OPUS4-49463 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Johann, Sergej A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Smart RFID Sensors Embedded in Building Structures for Early Damage Detection and Long-Term Monitoring N2 - In civil engineering, many structures are made of reinforced concrete. Most Degradation processes relevant to this material, e.g., corrosion, are related to an increased level of material moisture. Therefore, moisture monitoring in reinforced concrete is regarded as a crucial method for structural health monitoring. In this study, passive radio frequency identification (RFID)-based sensors are embedded into the concrete. They are well suited for long-term operation over decades and are well protected against harsh environmental conditions. The energy supply and the data transfer of the humidity sensors are provided by RFID. The sensor casing materials are optimised to withstand the high alkaline environment in concrete, having pH values of more than 12. Membrane materials are also investigated to identify materials capable of enabling water vapour transport from the porous cement matrix to the embedded humidity sensor. By measuring the corresponding relative humidity with embedded passive RFID-based sensors, the cement hydration is monitored for 170 days. Moreover, long-term moisture monitoring is performed for more than 1000 days. The Experiments show that embedded passive RFID-based sensors are highly suitable for long-term structural health monitoring in civil engineering. KW - RFID based sensors KW - Embedded sensors KW - Corresponding relative humidity KW - Porous building materials KW - Reinforced concrete KW - Corrosion KW - Civil engineering PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-500831 DO - https://doi.org/10.3390/s19245514 VL - 19 IS - 24 SP - 1 EP - 18 PB - MDPI CY - Basel, Swiss AN - OPUS4-50083 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gottlieb, C. A1 - Lierenfeld, M. B. A1 - Wilsch, Gerd A1 - Bohling, C. T1 - Es geht auch einfacher N2 - Mit laserbasiertem Verfahren Zustand von Betonbauwerken erfassen: Die Laserinduzierte Breakdown Spektroskopie (LIBS) stellt eine Alternative zur nasschemischen Analyse dar, um den Zustand von Betonbauwerken zu erfassen. Bei diesem Verfahren laufen der Analysevorgang und die Auswertung automatisiert ab. Ein Prototyp für die mobile Anwendung auf der Baustelle steht zur Verfügung. So kann auf Knopfdruck ein schriftlicher Bericht erstellt werden, der einen genauen Wert für die Eindringtiefe eines relevanten Elements wie Chlorid ausgibt. KW - Beton KW - LIBS KW - Chlorid KW - Vor-Ort-Untersuchung PY - 2019 VL - 42 IS - 7 SP - 28 EP - 31 PB - Verlagsgesellschaft Rudolf Müller GmbH CY - Köln AN - OPUS4-50283 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bartelmeß, Jürgen A1 - Zimmek, David A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Schäferling, M. T1 - Fibre optic ratiometric fluorescence pH sensor for monitoring corrosion in concrete N2 - In this communication a novel concept for pH sensing is introduced which is specifically adapted to monitor carbonation induced corrosion in concrete structures. The method is based on a ratiometric measurement principle, exploiting the pH sensitive colour switching of thymol blue in the basic pH regime and the emissive properties of two different (Zn)CdSe/ZnS core shell quantum dots. The transition point of thymol blue in a Hydrogel D4 matrix was determined to be at around pH 11.6, which fits ideally to the intended application. Next to the fundamental spectroscopic characterization of the ratiometric response, a new design for a sensor head, suitable for the incorporation into concrete matrices is presented. Toward this, a manufacturing process was developed which includes the preparation of a double layer of polymers containing either thymol blue or a quantum dot mixture inside a porous ceramic tube. Results of a proof-of-priciple performance test of the sensor head in solutions of different pH and in cement specimens are presented, with encouraging results paving the way for future field tests in concrete. KW - Fiber optic sensing KW - PH monitoring in concrete KW - Embedded sensors KW - Ratiometric fluorescence PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1039/c9an02348h VL - 145 IS - 6 SP - 2111 EP - 2117 PB - Royal Society of Chemistry AN - OPUS4-50381 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Ermittlung der Porosität von Sandsteinen - Vergleich von Quecksilberporosimetrie, Tauchwägung und NMR N2 - Die Porosität sowie die Porengrößenverteilung (PSD) eines Baustoffs sind wichtige petrophysikalische Eigenschaften, die Transportprozesse im Material beeinflussen und im direkten Zusammenhang mit der Schadensanfälligkeit stehen (Frost-Tau-Schäden, Schäden durch Salzeinträge und sauren Regen). Verfahren zur Ermittlung der Porosität stellen die Quecksilberporosimetrie (MIP), das Prinzip der Tauchwägung nach Archimedes (triple weighing method, TWM) und die Nuklear Magnetische Resonanz (NMR) dar. Das Hauptziel dieser Arbeit ist der Vergleich der drei Methoden für die Porositätsbestimmung. Als Untersuchungsmaterial wurde Sandstein gewählt. Als Baustoff wird Sandstein trotz einer teilweise geringen Festigkeit, aber aufgrund seiner Farbvielfalt häufig für Kulturbauten, Gehwegmaterial und Fassaden eingesetzt. Sandsteine weisen zudem meist eine hohe effektive Porosität (bis zu ca. 30 %) und teilweise breite Porengrößenspektren auf, wodurch Feuchte- und Ioneneinträge begünstigt werden und zu z. B. langfristigen Verfärbungen an Sandsteinfassaden führen können. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Porositäten von 10 verschiedenen Sandsteinen aus Deutschland und Tschechien bestimmt. Für die Untersuchungen mittels TWM und NMR wurden für jede Sandsteinart zwei zylinderförmige Proben unter Unterdruck mit Leitungswasser aufgesättigt. Beim Vergleich der Verfahren liegt der Fokus insbesondere auf NMR und der verwendeten Gerätetechnik, die mit einer minimalen Echozeit von 50 µs ein Wasserstoffsignal in Sandsteinen aus bis zu ca. 2 nm kleine Poren erfassen kann. Darüber hinaus wird das Auflösungsvermögen von MIP und NMR bezüglich der Poren- bzw. Poreneingangsgrößen diskutiert. Für den Vergleich von NMR und MIP werden an ausgewählten Sandsteinproben ebenfalls die zusätzlich ermittelten PSD in Korrelation zueinander gebracht. Erste Ergebnisse zeigen eine gute Korrelation von NMR- und TWM-Daten, aber teilweise starke Abweichungen zu den mit MIP bestimmten Porositäten. Ergebnisse zu den PSD zeigen teilweise nahezu identische Kurvenverläufe. Jedoch ist die Abschätzung des Umrechnungsfaktors für die NMR-Daten ohne Hinzuziehen von zusätzlichen Referenzverfahren wie Röntgen-Computer-Tomographie oder Spektral Induzierte Polarisation teilweise sehr schwierig. T2 - Bauwerksdiagnose CY - Berlin, Germany DA - 13.02.2020 KW - NMR KW - Porosität KW - Sandsteine KW - Quecksilberporosimetrie KW - Tauchwägung PY - 2020 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-50405 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dietz, T. A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Kohns, P. A1 - Ankerhold, G. T1 - Comparison of atomic and molecular emission in LIBS for the quantification of harmful species in cement-based materials N2 - Due to the penetration of harmful chlorides into concrete, e.g. from de-icing salt, damage processes such as chloride-related pitting corrosion can occur if critical values are exceeded. In this study, multiphase materials such as chloride-contaminated concrete are examined in detail. A direct comparison is made by analyzing the spectroscopic information of simultaneously measured atomic and molecular emissions with laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). In addition, the influence on the calibration is examined on the basis of the combined spectral information of both reaction paths of the penetrated chlorides. The calibration models of univariate and multivariate methods were validated using reference samples with wet chemical analysis. The results are applied to a concrete sample of a parking deck, which was also analyzed by potentiometric wet chemistry. In order to account for the heterogeneity of concrete, spatially (200 μm) and spectroscopically (0.1 nm) resolved LIBS measurements were performed using a fully automated laboratory system. Simultaneous measurements with three spectrometers allow the analysis of the emission processes of several elements such as Cl, Ca, O, Si and Mg as well as the newly formed molecules CaO and CaCl. The evaluation of the molecular emission in combination with atomic lines extends the analytical performance, since different concrete phases such as aggregates and cement matrix can be better represented. The measurements were carried out in ambient air and with helium purge gas. The limit of detection (LOD) achieved for a combined evaluation of atomic and molecular emission was determined to be 0.028 wt%. KW - Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) KW - Cement-based materials KW - Atomic and molecular mapping KW - Chemometrics PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.sab.2019.105707 SN - 0584-8547 VL - 161 SP - 105707 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-50438 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Abraham, O. A1 - Larose, E. T1 - A review on ultrasonic monitoring of concrete: coda wave interferometry and beyond N2 - The propagation of ultrasonic waves in concrete is affected by its micro- and macro-structure, geometry and properties as well as external influences as stress, temperature or moisture. In addition, age and degradation have a strong influence. Therefore, Ultrasound has been used to monitor concrete samples and structures since decades. However, early applications using conventional techniques as time-of flight or changes in amplitudes have been limited to detect changes in a late stage close to serviceability or ultimate load states. Around 2000, several new, more sensitive techniques adopted from geophysics or other field of material sciences have been introduced to research in ultrasonic monitoring of concrete. The most discussed methodologies are coda wave interferometry, a technique which allows to detect very subtle changes from repeated ultrasonic measurements. Nonlinear acoustic techniques help to identify e. g. cracks even in an inhomogeneous background. Both techniques can be combined. This paper reviews methods and results achieved so far on the laboratory scale and with full scale models the directions for future research and application is given as well. T2 - QNDE 2019 CY - Portland, OR, USA DA - 14.07.2019 KW - Ultrasound KW - Coda wave interferometry KW - Concrete KW - Nonlinear KW - Monitoring PY - 2019 AN - OPUS4-48688 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Johann, Sergej A1 - Wu, Cheng-Chieh A1 - Strangfeld, Christoph T1 - KonSens - RFID embedded² systems in concrete – validation experiments N2 - Structural Health Monitoring (SHM) is an important part of buildings surveillance and maintenance to detect material failure as early as possible and to contribute in protection of structures and their users. The implementation of Radio Frequency Identification (RFID) sensor systems without cable connection and battery into building components offers innovative possibilities to enable long-term in-situ SHM of addressed structures, bridges. The objectives of the presented study are complete embedding of RFID sensors systems in concrete, full passive communication with the systems, at best for the whole life span of structures. One challenge for this task is the highly alkaline environment in concrete, which requires non-degrading and robust encapsulation. Further Requirements are passive communication and energy supply, appropriate antenna design, placement and fixation in concrete, and the selection and implementation of sensors and connections. The concept is to develop and optimize a simple and robust system, which meets the requirements, as well as comprehensive validation in concrete specimen and real world applications. Two different systems were developed (HF and UHF RFID, respectively). First tasks were the implementation of analog sensors using the superposition principle for the signal adaption. Investigation of suitable materials for robust encapsulation and sensor protection against basic environments. Four materials were investigated in pH 13 solution for 14 days - 3D-Printer-Polymer was completely resolved - PVC has no noticeable decrease in weight - (VitaPro) glass filter for the sensor protector, has weight loss 2.7 % - The epoxy resin has increased by 1.8 % due to moisture expansion Different concrete samples were prepared for the validation of the systems. RFID sensors were embedded in different integration depths. Investigate the energy- and data transfer through concrete, also with varying moisture content. Additionally, signal strength data was used to optimize and validate the antenna characteristics in concrete. Next steps are to guarantee a sufficient energy supply for UHF RFID systems embedded in different concrete mixtures and further embedding the HF and UHF RFID systems in real bridges and buildings to validate the long term monitoring. T2 - 5th International Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures (SMAR 2019) CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Passive RFID KW - RFID sensors KW - Sensors in concrete KW - Smart structures KW - Structural health monitoring PY - 2019 AN - OPUS4-48790 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Katzenbach, R. A1 - Hillmann, S. A1 - Schallert, M. A1 - Unseld, H. A1 - Willmes, M. ED - Bullock, P. ED - Verbeek, G. ED - Paikowsky, S. ED - Tara, D. T1 - A Framework for Nondestructive Testing Used in Foundation Reuse Projects N2 - The reuse of existing foundations is considered in various construction Projects to save time and costs while avoiding unnecessary interference with other underground objects. Because the design and as-built drawings might not be complete and questions may arise regarding the condition of the foundations, a detailed investigation is a prerequisite for the planning process in most cases. Nondestructive testing (NDT) techniques are a core part of this endeavor. The processes and procedure for foundation reuse planning are not yet standardized, and the possibilities and limitations of NDT methods are not known to many planners and stakeholders. The German research Project REFUND (2014–2016) has developed charts for the planning and Investigation process that consider available standards and the current state of the art in NDT. These charts are separately available for single and strip, slab, and pile foundations. Available NDT methods have been compiled and evaluated for specific tasks at these foundation types, including their respective limitations. The procedures have been successfully tested in two real-world projects. The results from these projects enable planners to improve the reliability of the process while potentially saving significant resources. This paper discusses the procedures for pile foundations and demonstrates the use of various NDT methods in a project on the reuse of electrical tower foundations. KW - Foundation reuse KW - Pile integrity testing KW - Parallel seismic PY - 2019 SN - 978-0-8031-7667-6 DO - https://doi.org/10.1520/STP161120170159 VL - 1611 SP - 238 EP - 253 PB - ASTM International CY - West Conshohoken, PA, USA AN - OPUS4-48795 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schwarz, W. A1 - Wilsch, Gerd A1 - Pichelhöfer, A. A1 - Ebell, Gino A1 - Völker, Tobias T1 - Galvanic chloride extraction by an embedded zinc anode: Ion distribution mapped by laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) N2 - An important aspect with regard to the service life of zinc based galvanic anodes and the durability of the corrosion protection of steel in concrete is the “galvanic chloride extraction”. Chloride ions move in the electric field generated by the current, flowing between the galvanic anode and the cathodic steel. Migration leads to an accumulation of anions, e.g. chloride ions, at the anode and depletion of chlorides near the steel rebar surface. The ion migration was studied on steel reinforced concrete specimens admixed with 3 wt.% chloride/wt. cement and galvanically protected by a surface applied embedded zinc anode (EZA). The zinc anode was embedded and glued to the concrete surface by a geo-polymer based chloride free binder. The EZA was operated over a period of 1 year and the ion distribution between anode (EZA) and cathode (steel reinforcement) was studied by laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) after 5 months, 7 months and 12 months. The results show that chloride ions efficiently migrate in the direction of the zinc-anode and accumulate there. Chloride distribution in the EZA correlates with the distribution of zinc ions generated by the anodic dissolution of the zinc anode in the binder matrix. The microstructure of the binder matrix and its interface to the zinc-anode are studied by REM/EDX – preliminary results will be reported. T2 - Concrete Solutions 2019 CY - Cluj Napoca, Romania DA - 30.09.2019 KW - Galvanic corrosion KW - Corrosion KW - Chloride extraction PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-488189 DO - https://doi.org/10.1051/matecconf/201928903010 VL - 289 SP - 03010, 1 EP - 5 PB - MATEC Web of Conferences AN - OPUS4-48818 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Johann, Sergej A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Zimmek, David A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Smart electronic helper for long term monitoring of bridges and building structures N2 - Increasing traffic volume on the one hand and ageing infrastructure on the other hand have created many new challenges for maintenance and structural health monitoring of roads and bridges. In the past, many bridges and road structures have been neglected, often resulting in traffic congestion, road closure, and increased repair costs. This research is concerned with the development of a system to improve the challenge of maintenance and early detection of damage, particularly moisture penetration and corrosion of steel reinforced concrete components. The objective is to develop a method that will also work after 30 years and longer. Many new IoT solutions are equipped with internal energy storage elements (accumulators or batteries) which are inappropriate here, since most relevant signs of concrete degradation occur after decades, where the functioning of such elements are more than questionable. The presented technology approach uses radio-frequency identification (RFID) and enables connectivity to sensors. It offers the advantage of an passive, completely independent energy supply without any energy storage components. Since the system should be permanently embedded in concrete, it is crucial to develop a long-term stable device which is adapted to the environmental influences of the structure, e.g., long-term resistance in very alkaline environment of pH 13. In numerous experiments, the robustness of the system was tested and evaluated. Various tests with encapsulations to protect the electronics were performed, and for long-term validation different concrete specimens were instrumented with RFID-sensor-systems. Their operating time is now around two years and investigations for signs of fatigue and damage to the encapsulation and the electronics are ongoing. T2 - 5th International Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures (SMAR 2019) CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Passive RFID KW - Sensors KW - SHM KW - Long term monitoring KW - Smart structures PY - 2019 AN - OPUS4-48832 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Johann, Sergej A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Zimmek, David A1 - Bartholmai, Matthias ED - Helmerich, Rosemarie ED - Ilki, A. ED - Motavalli, M. T1 - Smart electronic helper for long-term monitoring of bridges and building structures N2 - Increasing traffic volume on the one hand and ageing infrastructure on the other hand have created many new challenges for maintenance and structural health monitoring of roads and bridges. In the past, many bridges and road structures have been neglected, often resulting in traffic congestion, road closure, and increased repair costs. This research is concerned with the development of a system to improve the challenge of maintenance and early detection of damage, particularly moisture penetration and corrosion of steel reinforced concrete components. The objective is to develop a method that will also work after 30 years and longer. Many new IoT solutions are equipped with internal energy storage elements (accumulators or batteries) which are inappropriate here, since most relevant signs of concrete degradation occur after decades, where the functioning of such elements are more than questionable. The presented technology approach uses radio-frequency identification (RFID) and enables connectivity to sensors. It offers the advantage of an passive, completely independent energy supply without any energy storage components. Since the system should be permanently embedded in concrete, it is crucial to develop a long-term stable device which is adapted to the environmental influences of the structure, e.g., long-term resistance in very alkaline environment of pH 13. In numerous experiments, the robustness of the system was tested and evaluated. Various tests with encapsulations to protect the electronics were performed, and for long-term validation different concrete specimens were instrumented with RFID-sensor-systems. Their operating time is now around two years and investigations for signs of fatigue and damage to the encapsulation and the electronics are ongoing. T2 - 5th International Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures (SMAR 2019) CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Long term monitoring KW - Passive RFID KW - SHM KW - Sensors KW - Smart structures PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-489890 SP - 1 EP - 6 PB - German Society for Non-Destructive Testing (DGZfP e.V.) AN - OPUS4-48989 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Ertel, Jens-Peter T1 - PileInspect N2 - The EC funded project PileInspect (2013-2016) has tried to improve the traditional low strain pile integrity test by using a shaker instead of a hamm and sophisticated higher order spectra analysis methods to provide automated, reliable interpretation. However, the results, even if promising, have not seen full validation yet. A second module, providing depth information by regularized deconvolution, was developed and tested successfully, but doesn't deliver additional information compared tomteh traditioanl test. T2 - DFI Seminar Pile Integrity Testing CY - Bruxelles, Belgium DA - 12.09.2019 KW - Pile integrity testing KW - Shaker KW - Higher order spectra KW - Deconvolution PY - 2019 AN - OPUS4-48948 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Wilsch, Gerd A1 - Bohling, Christian T1 - Chemometrics for the analysis of cement-based materials N2 - The analysis of the chemical composition of cement-based materials like concrete is a crucial task in civil engineering. Concrete is a multi-phase material made of cement, water, aggregates, additives and admixtures. During the damage assessment of concrete structures, the external ingress of harmful species like chlorine, alkalis or sulfates needs to be determined. In order to provide a fast and precise analysis of concrete the application of LIBS offers unique possibilities as the technique can detect all elements at air atmosphere. To determine the condition of concrete, the information about the chemical composition, the ingress of harmful species as well as the evaluation of characteristic values like the used cement type or the type of aggregates are needed. This work presents the two-dimensional evaluation of concrete samples using LIBS and multivariate data analysis of atomic and molecular emission. For the evaluation of the main components different classification methods will be applied to identify the heterogeneity of the samples. With respect to their specific phase, different species will be quantified using multivariate regression (PLS) and important figures of merit will be presented. All results will be verified using Standard procedure of wet chemistry (XRF, potentiometric titration and ICP-OES). T2 - 10th Euro-Mediterranean Symposium CY - Brno, Czech Republic DA - 08.09.2019 KW - Heterogeneous material KW - Chemometics KW - Cement KW - Concrete PY - 2019 AN - OPUS4-51838 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias T1 - Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Automated 2D chemical analysis of chloride content in concrete structures N2 - The application of a LIBS system is presented. A diode-pumped low energy laser (3 mJ, 1.5 ns, 100 Hz) and a compact NIR spectrometer are used. A scanner allows the two-dimensional element mapping. For the quantitative analysis calibration of the system is carried out with reference samples in a concentration range of chlorine of 0.05 wt.% to 2.5 wt.%. To determine the 2D distribution of harmful elements (Cl, C), concrete cores were drilled, split and analyzed directly. By comparing the chloride ingress and the carbonation, the interaction of both processes can be visualized in one measurement that takes less than 10 minutes with a drill core of 50 mm x 100 mm. Results obtained were compared and verified with standard measurements. T2 - Concrete Solutions 2019 CY - Cluj Napoca, Romania DA - 30.09.2019 KW - Chloride KW - Beton KW - LIBS KW - Schädigung PY - 2019 AN - OPUS4-51703 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - Fast quantitave chemical analysis of concrete using LIBS N2 - Overview of application of LIBS for the fast and automated quantitative chemical analysis of concrete. T2 - NDT-E Workshop CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2019 KW - Sulphate KW - LIBS KW - Concrete KW - Damage KW - Chloride KW - Mapping PY - 2019 AN - OPUS4-51704 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Millar, Steven A1 - Völker, Tobias T1 - Mobile LIBS-System for condition assesment of concrete structures on-site N2 - Application of a mobile LIBS system for on-site investigation of chemical composition of concrete. T2 - SMAR 2019 CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Mobile system KW - LIBS KW - Concrete KW - Damage KW - Chloride KW - Sulphate KW - Mapping PY - 2019 AN - OPUS4-51706 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - LIBS for the analysis of concrete N2 - Special features and examples of using LIBS on concrete. T2 - Workshop on tandem LIBS/LA-ICP-MS CY - Berlin, Germany DA - 18.11.2019 KW - Mobile system KW - LIBS KW - Concrete KW - Damage KW - Chloride KW - Sulphate KW - Mapping PY - 2019 AN - OPUS4-51710 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - Mobile LIBS system for evaluation of concrete structures on site N2 - Features and application of a mobile LIBS system for evaluation of concrete structures on-site. T2 - EMSLIBS 2019 CY - Brno, Czech Republic DA - 08.09.2019 KW - On-site KW - LIBS KW - Concrete KW - Mapping KW - Evaluation PY - 2019 AN - OPUS4-51711 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gottlieb, Cassian A1 - Bohling, Christian A1 - Wilsch, Gerd T1 - New possibilities for concrete analysis 4.0 with the Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) N2 - In civil engineering the damage assessment of concrete infrastructures is an important task to monitor and ensure the estimated life-time. The aging of concrete is caused by different damage processes like the chloride induced pitting corrosion of the reinforcement. The penetration depth and the concentration of harmful species are crucial factors in the damage assessment. As a highly cost and time-consuming standard procedure, the analysis of concrete drill cores or drilling by wet-chemistry is widely used. This method provides element concentration to the total mass as aggregates and binder are homogenized. In order to provide a method that is capable to detect the element concentration regarding the cement content only, the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) will be presented. The LIBS method uses a focused pulsed laser on the sample surface to ablate material. The high-power density and the laser-material interaction causes a laser-induced plasma that emits elemental and molecular line emission due to energy transition of the excited species in the plasma during the cooling phase. As each element provides element-specific line emission, it is in principle possible to detect any element on the periodic table (spectroscopic fingerprint) with one laser shot. In combination with a translation stage the sample under investigation can be spatially resolved using a scan raster with a resolution up to 100 µm (element mapping). Due to the high spatial resolution, the element distribution and the heterogeneity of the concrete can be evaluated. By using chemometrics the non-relevant aggregates can be excluded from the data set and the element concentration can be quantified and referred to a specific solid phase like the binding matrix (cement) only. In order to analyze transport processes like diffusion and migration the twodimensional element distributions can provide deep insight into the transport through the pore space and local enrichments of elements. As LIBS is a multi-elemental method it is also possible to compare the ingress and transport process of different elements like Cl, Na, K, S, C, and Li simultaneously and evaluate cross-correlations between the different ions. Furthermore, the element mapping allows to visualize the transport along cracks. This work will show the state of the art in terms of hardware and software for an automated LIBS system as well as different application for a concrete analysis 4.0. Focus will be the application of LIBS for a fast concrete analysis. T2 - SMAR 2019 CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - Damage KW - LIBS KW - Concrete KW - Mapping KW - Chlorine PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-517282 UR - https://www.ndt.net/?id=24963 SN - 1435-4934 VL - 25 IS - 1 SP - 1 EP - 8 PB - NDT.net CY - Kirchwald AN - OPUS4-51728 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oesch, Tyler A1 - Weise, Frank A1 - Marx, Heidi A1 - Kositz, M. A1 - Huenger, K.-J. T1 - Analysis of the porosity of alkali-sensitive aggregates for the assessment of microstructure-dependent solubility in the context of ASR N2 - Intensified Alkali-Silica Reaction (ASR) damage has occurred on German roadways in recent years, leading to requirements for compulsory pre-construction investigation of aggregate alkali sensitivity using concrete tests with external alkali supply. However, since these tests are time-consuming and cost-intensive, there is interest in replacing them with a solubility test on pure aggregate in 0.1 M KOH solution at 80°C with a defined NaCl content (1wt.-%). In this context, the influence of aggregate pore structure on SiO2 and Al2O3 solubility was investigated in this project. This paper compares the results of porosity studies with X-ray Computed Tomography (3D-CT) and the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method on individual quarried and river gravel granules of both rhyolite and greywacke. For visualization and quantification of both externally accessible and fully enclosed surfaces of granules using X-ray 3D-CT, special software tools were developed. The results demonstrated that the river gravel granules had significantly larger externally accessible surfaces than the quarried granules. BET measurements on individual stones showed, as expected, that measured surfaces were about three orders of magnitude larger than those from the X-ray 3D-CT analyses due to the higher spatial resolution of BET. There was no apparent correlation between the X-ray 3D-CT and BET surface areas. Mercury porosimetry measurements indicate that this may be due to the presence of significant porosity below the spatial resolution of the X-ray 3D-CT. A comparison of SiO2 and Al2O3 solubility measurements with the X-ray 3D-CT and BET surface area data resulted only in weak, inconclusive correlations, indicating the need for further experimental investigation. T2 - Microdurability Webinar CY - Online meeting DA - 12.10.2020 KW - X-ray Computed Tomography (CT) KW - Brunauer-Emmett-Teller (BET) Method KW - Alkali-Silica Reaction (ASR) KW - Porosity KW - Solubility PY - 2020 AN - OPUS4-51429 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - LIBS – Betonanalytik mir dem Laser N2 - Es wird ein alternatives Verfahren zur schnellen zweidimensionalen Analyse der chemischen Zusammensetzung von Baustoffen vorgestellt. Dieses beruht auf der Kombination des Abtrags einer geringen Materialmenge durch einen gepulsten Laser, der Plasmaerzeugung und der Analyse der Lichtemission des Plasmas mittels optischer Spektroskopie. Es können prinzipiell alle Elemente gleichzeitig nachgewiesen werden. Damit ist es möglich einerseits Informationen über den Baustoff an sich als auch über den Eintrag potentiell schädigender Elemente (z. B. Cl, C, Na, K, S) zu gewinnen. Das Verfahren kann automatisiert im Labor oder als mobile Version direkt vor Ort eingesetzt werden. Es liefert zweidimensionale Bilder der Elementverteilung in Echtzeit. Es kann ohne große Probenvorbereitung z. B. direkt an der Querschnittsfläche eines Bohrkernes gemessen werden. Die Messung dauert nur wenige Minuten. Das Prinzip der Messung, die Vor- und die Nachteile, sowie die verfügbare Gerätetechnik für den Einsatz im Labor oder direkt am Bauwerk werden vorgestellt. Abschließend werden praktische Beispiele für die Anwendung des LIBS-Verfahrens zur Erfassung des Chlorid-Eintrages, der Karbonatisierung und der Verteilung von Schwefel präsentiert. T2 - 9. Betonfachtagung CY - Berlin, Germany DA - 12.11.2019 KW - Chloride KW - Beton KW - LIBS KW - Schädigung PY - 2019 AN - OPUS4-51673 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Günther, Tobias A1 - Völker, Tobias T1 - LIBS – Betonanalytik mit dem Laser N2 - Es wird ein alternatives Verfahren zur schnellen zweidimensionalen Analyse der chemischen Zusammensetzung von Baustoffen vorgestellt. Dieses beruht auf der Kombination des Abtrags einer geringen Materialmenge durch einen gepulsten Laser, der Plasmaerzeugung und der Analyse der Lichtemission des Plasmas mittels optischer Spektroskopie. Es können prinzipiell alle Elemente gleichzeitig nachgewiesen werden. Damit ist es möglich einerseits Informationen über den Baustoff an sich als auch über den Eintrag potentiell schädigender Elemente (z. B. Cl, C, Na, K, S) zu gewinnen. Das Verfahren kann automatisiert im Labor oder als mobile Version direkt vor Ort eingesetzt werden. Es liefert zweidimensionale Bilder der Elementverteilung in Echtzeit. Es kann ohne große Probenvorbereitung z. B. direkt an der Querschnittsfläche eines Bohrkernes gemessen werden. Die Messung dauert nur wenige Minuten. Das Prinzip der Messung, die Vor- und die Nachteile, sowie die verfügbare Gerätetechnik für den Einsatz im Labor oder direkt am Bauwerk werden vorgestellt. Abschließend werden praktische Beispiele für die Anwendung des LIBS-Verfahrens zur Erfassung des Chlorid-Eintrages, der Karbonatisierung und der Verteilung von Schwefel präsentiert. T2 - 9. Betonfachtagung CY - Berlin, Germany DA - 12.11.2019 KW - Chloride KW - Beton KW - LIBS KW - Schädigung PY - 2019 SP - 1 PB - InformationsZentrum Beton GmbH CY - Berlin AN - OPUS4-51675 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -