TY - CONF A1 - Völker, Tobias A1 - Wilsch, Gerd A1 - Klewe, Tim A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Laser Induced Breakdown Spectroscopy A Tool for Imaging the Chemical Composition of Concrete N2 - One of the most common causes of damage is the ingress of harmful ions into the concrete, which can lead to deterioration processes and affect structural performance. Therefore, the increasingly aging infrastructure is regularly inspected to assess durability. Regular chemical analysis can be useful to determine the extent and evolution of ion ingress and to intervene in a timely manner. This could prove more economical than extensive repairs for major damage, particularly for critical infrastructure. In addition to already established elemental analysis techniques in civil engineering such as potentiometric titration or X-ray fluorescence analysis, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) can provide further important complementary information and benefits. The possibilities of LIBS are demonstrated using the example of a drill core taken from a parking garage. T2 - 6th International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting CY - Cape Town, South Africa DA - 03.10.2022 KW - LIBS KW - Concrete KW - Cement KW - Chlorine PY - 2022 AN - OPUS4-56061 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Völker, Tobias A1 - Klewe, Tim A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Laser Induced Breakdown Spectroscopy – A Tool for Imaging the Chemical Composition of Concrete N2 - One of the most common causes of damage is the ingress of harmful ions into the concrete, which can lead to deterioration processes and affect structural performance. Therefore, the increasingly aging infrastructure is regularly inspected to assess durability. Regular chemical analysis can be useful to determine the extent and evolution of ion ingress and to intervene in a timely manner. This could prove more economical than extensive repairs for major damage, particularly for critical infrastructure. In addition to already established elemental analysis techniques in civil engineering such as potentiometric titration or X-ray fluorescence analysis, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) can provide further important complementary information and benefits. The possibilities of LIBS are demonstrated using the example of a drill core taken from a parking garage. T2 - 6th International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting CY - Kapstadt, South Africa DA - 03.10.2022 KW - LIBS KW - Concrete KW - Chlorine PY - 2022 UR - https://iccrrr2022.org/downloads SP - 126 EP - 127 AN - OPUS4-56062 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Völker, Tobias A1 - Klewe, Tim A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Laser Induced Breakdown Spectroscopy – A Tool for the Chemical Investigation of Concrete N2 - LIBS is a complementary method to XRF and can detect all elements without the need for vacuum conditions. Automated systems are already commercially available capable of scanning surfaces with a resolution of up to 0.1 mm within a few minutes. In addition to possible applications in R&D, LIBS is also used for practical applications in building materials laboratories and even on-site. In view of ageing infrastructure facilities, a reliable assessment of the condition of concrete structures is of increasing interest. For concrete structures, the ingress of potential harmful ions is affecting the serviceability and eventually structural performance. Pitting corrosion induced by penetrating chlorides is the dominant deterioration mechanism. Condition assessment based on frequently performed chloride profiling can be useful to identify the extent and evolution of chloride ingress. This could prove to be more economical than extensive repairs, especially for important infrastructure facilities. Currently the most common procedure for determining the chloride content is wet chemical analysis with standard resolution of 10 mm. The heterogeneity is not considered. LIBS is an economical alternative for determining the chloride content at depth intervals of 1 mm or less. It provides 2D distributions of multiple elements and can locate spots with higher concentrations. The results are directly correlated to the mass of binder and can also be performed on-site with a mobile LIBS-System. The application of a LIBS-system is presented. Calibration is required for quantitative analysis. Concrete cores were drilled, sliced and analyzed to determine the 2D-distribution of harmful elements. By comparing the chloride ingress and the carbonation, the interaction of both processes can be visualized in a measurement that takes less than 10 minutes for a 50 mm x 100 mm drill core. A leaflet on the use of LIBS for the chloride ingress assessment has been completed. T2 - NDT-CE 2022 - The International Symposium on Nendestructive Testing in Civil Engineering CY - Zurich, Switzerland DA - 16.08.2022 KW - Chlorides KW - Corrosion KW - Imaging KW - Service life KW - Damage assessment KW - LIBS PY - 2022 AN - OPUS4-56540 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 der Oberflächenrelaxivität in Sandsteinen - ein Methodenvergleich N2 - Mit dem zerstörungsfreien Verfahren der nuklear magnetischen Resonanz (NMR) mit Fokus auf 1H-Protonen lässt sich der Feuchtegehalt in porösen Materialien bestimmen und bei einem vollgesättigten Medium eine Porengrößenverteilung ableiten. Für die Ermittlung der Porengrößenverteilung muss die gemessene T2-Relaxationszeitenverteilung mit dem Parameter Oberflächenrelaxivität (OR) umgerechnet werden. Ist dieser Parameter für das zu untersuchende Medium unbekannt, kann dieser mithilfe von Vergleichsverfahren abgeschätzt werden. Dabei kommen z. B. Gassorption, Quecksilberporosimetrie (MIP), Dünnschliff-Mikroskopie oder µ-Computer-Tomographie (µ-CT) zum Einsatz. Da die verschiedenen Verfahren allerdings unterschiedliche Auflösungsgrenzen aufweisen und auf verschiedenen physikalischen Prinzipien beruhen, können die ermittelten ORs für ein Medium stark variieren. Um ein besseres Verständnis für die OR und die Einflüsse der Vergleichsverfahren zu bekommen, wurden 19 verschiedene Sandsteintypen untersucht. Die OR wurde zum einen basierend auf der spezifischen inneren Oberfläche aus der dynamischen Dampfsorption (DVS) und der Gassorption abgeleitet. Zum anderen wurden die Relaxationszeitenverteilungen durch manuelles Anpassen der OR derart in Porengrößenverteilungen umgerechnet, sodass es eine Übereinstimmung mit den Porengrößenverteilungen aus MIP und/oder µ-CT gibt. Die Umrechnung von Relaxationszeitverteilungen in eine Porengrößenverteilung berücksichtigt dabei sowohl fast- als auch slow-diffusion. Insgesamt ergab sich für die Sandsteine ein breites Spektrum an ORs, bei dem die über die innere spezifische Oberfläche ermittelten ORs andere Größenordnungen aufwiesen (< 10 µm/s), als bei dem Vergleich mit MIP oder µ-CT (bis 600 µm/s). Die mit MIP und µ-CT ermittelten Werten lagen dabei um einen Faktor von 1 bis 30 auseinander. Dieser umfangreiche Datensatz, der vier verschiedene Vergleichsverfahren einbezieht, soll neue Erkenntnisse in der Charakterisierung von porösen Materialien (z. B. bezüglich der Oberflächenrauigkeit) und in der Ursache für die starke Variation der OR ermöglichen. Durch das Berücksichtigen von fast- als auch slow-diffusion, können dabei sogar Daten in eine Porengrößenverteilung umgerechnet werden, bei denen das fast-diffusion-Kriterium nach Brownstein und Tarr nicht erfüllt ist. Außerdem ergibt sich aus der Berücksichtigung des slow-diffusion-Regimes ein neues Verständnis für die obere Auflösungsgrenze von NMR. T2 - 82. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Online meeting DA - 07.03.2022 KW - NMR KW - Sandsteine KW - Oberflächenrelaxivität KW - Porengrößenverteilung PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-544721 UR - https://e-docs.geo-leo.de/handle/11858/9672 AN - OPUS4-54472 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Interpretation of NMR signals from partly saturated sandstones N2 - The development of prevention methods and the detection of moisture related damages in buildings and transport infrastructure at an early stage are current issues in the field of non-destructive testing in civil engineering. Especially the subject of partial saturation requires further research since it is more likely to occur than full saturation of the material. In fact, partial saturation in porous media is even more complicated because both fully and partly saturated pores (i.e. pores in which the surfaces are covered with thin water layers) are present. As the non-destructive method nuclear magnetic resonance (NMR) enables the measurement and quantification of relative low moisture contents, it is suitable for the investigation of partly saturated porous building materials. Nevertheless, the differentiation between partly and fully saturated pores is still a challenge. Therefore, in this study, we investigate two sandstones types (Bozanov and Schönbrunner sandstone) at various defined saturation states by using NMR. Furthermore, we measure the relative humidities within the samples and compute the water layer thicknesses (WLT) along the pore walls of all pore sizes to calculate the corresponding degree of pore saturation. To finally assign the NMR signals to pore sizes and to differentiate between partly and fully saturated pores, the water content distribution obtained from the WLT calculation is used for calibration of the relaxation-time distribution. T2 - ISEMA 2021 CY - Online meeting DA - 26.07.2021 KW - NMR KW - Relative humidity KW - Water layer thickness KW - Partial pore saturation KW - Pore-size distribution PY - 2021 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-53044 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 - Interpretation of NMR signals from partly saturated sandstones N2 - The development of prevention methods and the detection of moisture related damages in buildings and transport infrastructure at an early stage are current issues in the field of non-destructive testing in civil engineering. Especially the subject of partial saturation requires further research since it is more likely to occur than full saturation of the material. In fact, partial saturation in porous media is even more complicated because both fully and partly saturated pores (i.e. pores in which the surfaces are covered with thin water layers) are present. As the non-destructive method nuclear magnetic resonance (NMR) enables the measurement and quantification of relative low moisture contents, it is suitable for the investigation of partly saturated porous building materials. Nevertheless, the differentiation between partly and fully saturated pores is still a challenge. Therefore, in this study, we investigate two sandstones types (Bozanov and Schönbrunner sandstone) at various defined saturation states by using NMR. Furthermore, we measure the relative humidities within the samples and compute the water layer thicknesses (WLT) along the pore walls of all pore sizes to calculate the corresponding degree of pore saturation. To finally assign the NMR signals to pore sizes and to differentiate between partly and fully saturated pores, the water content distribution obtained from the WLT calculation is used for calibration of the relaxation-time distribution. In this extended abstract, selected results only for Schönbrunner sandstone are presented. T2 - ISEMA 2021 CY - Online meeting DA - 26.07.2021 KW - NMR KW - Relative humidity KW - Water layer thickness KW - Partial pore saturation KW - Pore-size distribution PY - 2021 SN - 978-1-7281-8736-5 VL - 2021 SP - 111 EP - 115 PB - IEEE AN - OPUS4-53045 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 - Möglichkeiten und Grenzen der zerstörungsfreien Erfassung niedriger Feuchtegehalte in teilgesättigten Sandsteinen mit 1H-NMR N2 - Die zerstörungsfreie Ermittlung der Materialfeuchte in Baustoffen ist für das Bauwesen von großer Bedeutung, denn ein erhöhter Feuchteeintrag kann zu Schimmelbildung, Alkali-Kieselsäure-Reaktionen, Korrosion etc. führen und somit ein hohes Schadenspotential mit sich bringen. Auch wenn zur qualitativen Lokalisierung möglicher Schad- und Risikostellen bereits zahlreiche zerstörungsfreie Verfahren in der Praxis Anwendung finden, besteht ein Mangel an quantitativen Verfahren, die auch bei niedrigen Feuchtegehalten sensitiv sind. Eine Methode zur zerstörungsfreien und quantitativen Bestimmung des Feuchtegehaltes und der effektiven Porosität ist die 1H-Kernspinresonzanzmethode (NMR). Da NMR sensitiv für die molekulare Beweglichkeit von Wasserstoffprotonen ist, lassen sich Informationen über die Bindungsform und -stärke sowie der Umgebung (Porengröße und Mineralzusammensetzung) der Wasserstoffprotonen gewinnen. Obwohl es bereits seit über 20 Jahren mobile NMR-Messeräte gibt, wird NMR heutzutage immer noch weitestgehend im Labor eingesetzt. Dies liegt daran, dass sie aufgrund der verwendeten Permanentmagnete schwer sind und nur äußerst geringe Eindringtiefen ermöglichen. In einer derzeit laufenden Forschungsarbeit wird deshalb ein speziell für Bohrkerne entworfener NMR-Tomograph eingesetzt. Mit seiner minimalen Echozeit von 50 µs lässt sich (abhängig von der Oberflächenrelaxivität) Wasser bis in nanometergroßen Poren erfassen. Um die Sensitivität von NMR bei Teilsättigung zu untersuchen, wurden verschiedene Sandsteinproben in Exsikkatoren mit relativen Luftfeuchten im Bereich von 33 % bis 96 % gelagert. Als Referenzen dienen zum einen das NMR-Signal bei Vollsättigung und zum anderen die Porengrößenverteilung aus Quecksilberporosimetriemessungen (MIP). Um die NMR-Sensitivität zu bewerten, wird die Korrelation der NMR-Amplitude mit den gravimetrisch ermittelten Feuchtegehalten sowie ein Vergleich der Porosität aus NMR und MIP betrachtet. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, dass sowohl die Reduzierung der Wasserfilmdicke als auch die Verkleinerung von Porengrößen zu einer ähnlichen Verkürzung der T2-Relaxationszeit führt. Als Ausblick wird ein Lösungsansatz vorgestellt, bei dem die NMR-Signale mit der Wasserfilmdickenberechnung basierend auf der relativen Luftfeuchte im Material korreliert werden. T2 - 81. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Online meeting DA - 01.03.2021 KW - NMR KW - Sandsteine KW - Porosität KW - Oberflächenrelaxivität KW - Feuchtegehalt PY - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-522271 N1 - Geburtsname von Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. - Birth name of Munsch, Sarah Mandy: Nagel, S. M. AN - OPUS4-52227 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wilsch, Gerd A1 - Völker, Tobias A1 - Klewe, Tim A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Laser-based building material sorting for the processing of construction and demolition waste for the circular economy N2 - A joint project of partners from industry and research institutions for the research and construction of an analysis system for an automated, sensor-supported sorting of construction and demolition waste will be presented. This is intended to supplement or replace the previously practiced manual sorting, which harbors many risks and dangers for the staff and only enables obvious, visually detectable differences for separation. The method of laser-induced breakdown spectroscopy is to be used in combination with hyperspectral sensors. Due to the jointly processed information (data fusion), this should lead to a significant improvement in the separation of types. In addition to the sorting of different materials (concrete, main masonry building materials, organic components, glass, etc.), impurities such as SO3-containing building materials (gypsum, aerated concrete, etc.) could also be detected and separated. The subsequent recycling and sales opportunities are examined, such as the use of recycled aggregates in concrete, the recycling of building materials containing sulphate as a gypsum substitute for the cement industry or the agglomeration of synthetic lightweight aggregates for lightweight concrete or as a substrate for green roofs. At the same time, it is investigated whether soluble components (sulfates, heavy metals, etc.) can be detected by LIBS without a wet chemical analysis and what impact the recycling materials have on the environment. The entire value chain is examined using the example of the Berlin location in order to minimize economic / technological barriers and obstacles on a cluster level and to sustainably increase the recovery and recycling rates. T2 - Materials Week 2021 CY - Online meeting DA - 07.09.2021 KW - Laser induced breakdown spectroscopy KW - Building waste KW - Circular economy KW - Material sorting PY - 2021 AN - OPUS4-53286 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Völker, Tobias A1 - Klewe, Tim A1 - Wilsch, Gerd A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Application of LIBS to identify construction and demolition waste for circular economy N2 - Responsible treatment of the environment and resources is a key element of sustainability. The building and construction industry is one of the largest consumers of natural resources. Consequently, there is a particular need for regulations and technologies that help to create closed material cycles. From the technological point of view, such efforts are complicated by the growing material diversity and the amount of composites contained in present and future construction and demolition waste (CDW). Nowadays, simple but proven techniques like manual sorting are mainly used. However, this practice not only poses health risks and dangers to the staff performing the work, but also relies on merely obvious, visually striking differences. Automated, sensor-based sorting of these building materials could complement or replace this practice to improve processing speed, recycling rates, sorting quality, and prevailing health conditions. The preliminary results for the identification of a wide variety of building materials with LIBS are presented. T2 - XII Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS 2022) CY - Bari, Italy DA - 04.09.2022 KW - LIBS KW - Construction and demolition waste KW - Circular economy PY - 2022 AN - OPUS4-55679 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Völker, Christoph A1 - Moreno Torres, Benjami A1 - Munsch, Sarah A1 - Bintz, Thilo A1 - Wilsch, Gerd A1 - Klewe, Tim A1 - Völker, Tobias T1 - Junior Research Group Materials Characterization and Informatics for Sustainability in Civil Engeneering (CE) N2 - Vorstellung der Themen der Nachwuchsgruppe "Materialcharakterisierung und -informatik für die Nachhaltigkeit im Bauwesen" von Prof. Sabine Kruschwitz (TU Berlin und BAM) T2 - Themenkonferenz Nachhaltiges Bauen CY - Berlin, Germany DA - 08.12.2022 KW - Recycling KW - NMR KW - Materialcharakterisierung KW - Data Science PY - 2022 AN - OPUS4-56648 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -