TY - CONF A1 - Kruschwitz, Sabine T1 - Evaluation of Advanced NDT-Methods for Measurement of Fibre Orientation in Concrete N2 - Integration of fibre reinforcement in high-performance cementitious materials has become widely applied in many fields of construction. One of the most investigated advantages of steel fibre reinforced concrete (FRC) is the deceleration of crack growth and hence it’s improved sustainability due to e.g. decrease of permeability of concrete by aggressive substances. Additional benefits are associated with the structural properties of FRC, where fibres can significantly increase the ductility and the tensile strength of concrete. In some applications, such as tunnel linings or industrial slabs, it is even possible to entirely replace the conventional reinforcement, leading to significant logistical and environmental benefits. Fibre reinforcement can, however, have critical disadvantages and even hinder the performance of concrete, since it can induce an anisotropic material behaviour of the mixture if the fibres are not appropriately oriented. For a safe use of FRC in the future, reliable non-destructive methods need to be identified to assess the fibres’ orientation in hardened concrete. In this study, ultrasonic material testing, electrical impedance testing, and X-ray computer tomography have been investigated for this purpose using specially produced samples with biased or random fibre orientations. This paper demonstrates the capabilities of each of these NDT techniques for fibre orientation measurements and draws conclusions based on these results about the most promising areas for future research and development using these techniques. T2 - fib2020 Shanghai CY - Online meeting DA - 22.11.2020 KW - Ultrasonic testing KW - Steel fibre reinforced concrete (FRC) KW - Fibre orientation KW - X-ray computed tomography (CT) KW - Electrical impedance PY - 2020 AN - OPUS4-51651 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Oesch, T. A1 - Mielentz, Frank A1 - Meinel, Dietmar A1 - Spyridis, P. T1 - Non-Destructive Multi-Method Assessment of Steel Fiber Orientation in Concrete N2 - Integration of fiber reinforcement in high-performance cementitious materials has become widely applied in many fields of construction. One of the most investigated advantages of steel Fiber reinforced concrete (SFRC) is the deceleration of crack growth and hence its improved sustainability. Additional benefits are associated with its structural properties, as fibers can significantly increase the ductility and the tensile strength of concrete. In some applications it is even possible to entirely replace the conventional reinforcement, leading to significant logistical and environmental benefits. Fiber reinforcement can, however, have critical disadvantages and even hinder the Performance of concrete, since it can induce an anisotropic material behavior of the mixture if the fibers are not appropriately oriented. For a safe use of SFRC in the future, reliable non-destructive testing (NDT) methods need to be identified to assess the fibers’ orientation in hardened concrete. In this study, ultrasonic material testing, electrical impedance testing, and X-ray computed tomography have been investigated for this purpose using specially produced samples with biased or random Fiber orientations. We demonstrate the capabilities of each of these NDT techniques for fiber orientation measurements and draw conclusions based on these results about the most promising areas for future research and development. KW - Spectral induced polarization KW - Steel fiber reiniforced concrete KW - Fiber orientation KW - Non-destructive testing KW - Micro-computed tomography KW - Ultrasound PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-543520 DO - https://doi.org/10.3390/app12020697 VL - 12 IS - 2 SP - 1 EP - 14 PB - MDPI CY - Basel Switzerland AN - OPUS4-54352 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy 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 - CONF A1 - Munsch, Sarah Mandy 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 - GEN A1 - Maack, Stefan A1 - Benner, Philipp A1 - Kröll, Mirco A1 - Prager, Jens A1 - Daum, Werner A1 - Casperson, Ralf A1 - Heckel, Thomas A1 - Spaltmann, Dirk A1 - et al., ED - Wahlster, W. ED - Winterhalter, C. T1 - Deutsche Normungsroadmap künstliche Intelligenz T1 - German standardization roadmap on artificial intelligence N2 - Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz haben DIN und DKE im Januar 2022 die Arbeiten an der zweiten Ausgabe der Deutschen Normungsroadmap Künstliche Intelligenz gestartet. In einem breiten Beteiligungsprozess und unter Mitwirkung von mehr als 570 Fachleuten aus Wirtschaft, Wissenschaft, öffentlicher Hand und Zivilgesellschaft wurde damit der strategische Fahrplan für die KI-Normung weiterentwickelt. Koordiniert und begleitet wurden diese Arbeiten von einer hochrangigen Koordinierungsgruppe für KI-Normung und -Konformität. Mit der Normungsroadmap wird eine Maßnahme der KI-Strategie der Bundesregierung umgesetzt und damit ein wesentlicher Beitrag zur „KI – Made in Germany“ geleistet. Die Normung ist Teil der KI-Strategie und ein strategisches Instrument zur Stärkung der Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen und europäischen Wirtschaft. Nicht zuletzt deshalb spielt sie im geplanten europäischen Rechtsrahmen für KI, dem Artificial Intelligence Act, eine besondere Rolle. N2 - On behalf of the German Federal Ministry of Economic Affairs and Climate Action, DIN and DKE started work on the second edition of the German Standardization Roadmap Artificial Intelligence in January 2022. With the broad participation and involvement of more than 570 experts from industry, science, the public sector and civil society, the strategic Roadmap for AI standardization was thus further developed. This work was coordinated and accompanied by a high-level coordination group for AI standardization and conformity. The standardization roadmap implements a measure of the German government’s AI Strategy and thus makes a significant contribution to “AI – Made in Germany”. Standardization is part of the AI Strategy and is a strategic instrument for strengthening the innovation and competitiveness of the German and European economies. Not least for this reason, standardization plays a special role in the planned European legal framework for AI, the Artificial Intelligence Act. KW - Digitalisierung KW - Künstliche Intelligenz KW - Datenwissenschaft KW - Normung Roadmap KW - Data science KW - Artificial intelligence KW - Standardization roadmap KW - Digitization PY - 2022 UR - https://www.din.de/resource/blob/1072988/20bf33d405710a703aa26f81362493bb/ausgabe-2-nrm-ki-data.pdf UR - https://www.dke.de/de/arbeitsfelder/core-safety/normungsroadmap-ki SP - 1 EP - 448 PB - Deutsches Institut für Normung (DIN) CY - Berlin ET - 2. AN - OPUS4-56576 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Weise, Frank A1 - Oesch, T. A1 - Wilsch, Gerd A1 - Sigmund, S. A1 - Hünger, K.-J. A1 - Kositz, M. T1 - Analyse des gefügeabhängigen Löslichkeitsverhaltens potenziell AKR-empfindlicher Gesteinskörnungen T1 - Analysis of the microstructure depending solubility behavior of potential ASR sensitive aggregates N2 - Das gefügeabhängige Löslichkeitsverhalten wurde an folgenden vier Gesteinskörnungen unterschiedlicher Alkaliempfindlichkeitsklassen untersucht: • GK1 (EIII-S): quarzreicher Kies • GK2 (EIII-S): Grauwacke (Splitt) • GK3 (EI-S): Quarz-Feldspat-Porphyr (Splitt) • GK4 (EI-S): sandsteinreicher Kies DiePorenstrukturanalyse erfolgte sowohl an Einzelkörnern mittels vergleichender 3D-CT und BET- Untersuchungen als auch an Korngemengen der einzelnen Kornfraktionen (außer Fraktion 16/22 mm) über die Wasseraufnahme und mit BET. Für die Visualisierung und Quantifizierung der von außen zugänglichen Oberflächenanteile der Einzelkörner wurde ein Softwaretool entwickelt, erprobt und erfolgreich angewandt. Es gelang so u.a. den Nachweis zu erbringen, dass die gebrochenen Einzelkörner der Grauwacke und des Rhyoliths einen deutlich geringeren von außen zugänglichen Oberflächenanteil als die gleichartigen Gesteinskörner aus dem Kies besitzen. Aufgrund der limitierten Ortsauflösung der 3D-CT von 11 bis 16,5 μm wurde mit BET eine um drei Zehnerpotenzen höhere spezifische Oberfläche ermittelt. Zu den Porositätsuntersuchungen an den Korngemengen sei angemerkt, dass zum Teil gegenläufige Trends zwischen offener Porosität und spezifischer Oberfläche festgestellt wurden. Dieses ist beim Bezug des bei den Löseversuchen in 0,1 M KOH mit definierter NaCl-Zugabe aus der Gesteinskörnung gelösten SiO2 und Al2O3 von zentraler Bedeutung. Bei den Löseversuchen an den fraktionsspezifischen Korngemengen selbst zeigte sich, dass die stufenweise Erhöhung des NaCl-Gehalts von 0 auf 10 M.-% im Eluat eine erhöhte SiO2-Löslichkeit und eine verminderte Auslaugung von Al2O3 zur Folge hat. Auffallend war hierbei, dass die Al2O3-Löslichkeit bei GK4 ohne und mit geringer NaCl-Zugabe die mit Abstand höchsten Werte annimmt. Bei den zusätzlich durchgeführten Löseversuchen an den tomografierten Einzelkörnern in 1 M KOH-Lösung mit Zugabe von 1 M.-% NaCl zeigte sich, dass nur vereinzelt bei den untersuchten Gesteinsarten eine Korrelation zwischen dem SiO2- bzw. Al2O3-Gehalt im Eluat und der absoluten BET-Oberfläche nachweisbar ist. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass neben der Oberfläche weitere Parameter (z.B. die mineralogische Zusammensetzung der Einzelkörner) das Löseverhalten maßgebend beeinflussen. Bei den parallel zu den Löseversuchen durchgeführten Betonversuchen nach dem ARS 04/2013 zeigte sich, dass die Alkaliempfindlichkeit der GK4 bei beiden Betonversuchen mit Alkalizufuhr unterschiedlich zu bewerten ist. So ist unabhängig von der vorgegebenen pessimalen Betonrezeptur des Fahrbahndeckenbetons ausschließlich bei der Klimawechsellagerung die GK4 als alkaliempfindlich einzustufen. Allerdings konnte der Befund der stark ausgeprägten AKR bei der GK4 mit der Dünnschliffmikroskopie nicht bestätigt werden. Analoges gilt für die Bewertung der Alkaliempfindlichkeit von GK2 mit den Betonversuchen nach der Alkalirichtlichtlinie des DAfStb. So ist auch hier die GK2 nicht im 60 °C-Betonversuch sondern ausschließlich im 40 °C-Betonversuch als alkaliempfindlich einzustufen. Dienach den verschiedenartigen Betonversuchen durchgeführten LIBS-Analysen am Vertikalschnitt der Prüfkörper zeigen, dass im Kernbereich nach dem 60 °C-Betonversuch mit 10 %iger NaCl-Lösung und nach der Klimawechsellagerung mit NaCl-Beaufschlagung annähernd gleich hohe Natrium- und Chloridgehalte vorgefunden werden. Wider Erwarten treten an den beaufschlagten Prüfflächen Abreicherungen von Natrium und Anreicherungen von Chlorid auf. Im 40°C- und 60 °C-Betonversuch wurde das Natrium bis in eine maximale Tiefe von ca. 30 mm bzw. 20 mm ausgelaugt. Die aufbauenden korrelativen Betrachtungen zwischen den Ergebnissen des 60°C Betonversuchs mit Alkalizufuhr und der Löseversuche an den fraktionsspezifischen Korngemengen in 1 M KOH-Lösung mit definierter NaCl-Zugabe sind durchaus vielversprechend. So zeigt sich beispielsweise beim Waschbeton, dass der fraktionsspezifisch gewichtete SiO2-Überschuss im Eluat nach 56 Tagen mit Zugabe von 0,5 M.-% NaCl ohne Bezug auf die BET-Oberfläche zur gleichen Einstufung der vier betrachteten Gesteinskörnungen wie bei den Dehnungen im 60 °C-Betonversuch mit 3 %-iger NaCl-Lösung führt. Außerdem korrelieren die im 60 °C-Betonversuch mit 10 %-iger NaCl-Lösung ermittelten Dehnungen mit dem gewichteten SiO2-Überschuss im Eluat bei Zugabe von 2 M.-% NaCl ohne Bezug auf die BET-Oberfläche. Ausschließlich bei den Betonversuchen nach der Alkali-Richtlinie erwies sich der Bezug des im Eluat ermittelten SiO2-Überschusses auf die BET-Oberfläche als zielführend. Aufgrund des Potenzials der Löseversuche mit NaCl-Zugabe für die Bewertung der Alkaliempfindlichkeit der Gesteinskörnung im Fahrbahndeckenbeton wird empfohlen, die vergleichenden Untersuchungen zwischen den Löseversuchen an Korngemischen der einzelnen Fraktionen und den Betonversuchen nach dem ARS 04/2013 mit einer möglichst hohen Anzahl an Gesteinskörnungen und einem präzisierten Untersuchungsumfang fortzuführen. N2 - The following four aggregates (GK) of varying grades of alkali sensitivity were examined for their microstructure-dependent solubility behavior: • GK1 (EIII-S) gravel with high quarz content • GK2 (EIII-S) greywacke (crushed stone) • GK3 (EI-S) quarz-feldspar-porphyry (crushed stone) • GK4 (EI-S) gravel with high sandstone content Pore structure analysis was carried out both on single grains using comparative 3D-CT and BET tests, and on grain samples of individual grain fractions (excluding the 16/22 mm fraction) using water absorption and BET. A software tool for visualizing and quantifying the externally accessible surfaces of single grains was developed, tested and successfully applied. This enabled us, among other things, to prove that single broken grains of greywacke and rhyolite have a much smaller externally accessible surface than grains of gravel of the same aggregate fraction. Due to the 3D-CT’s limited spatial resolution of 11 to 16.5 μm, BET was used to determine a two to three powers of ten higher specific surface. In relation to the porosity tests of the grain samples, it should be noted that in some cases, counterdirectional trends between open porosity and specific surface were determined. This is of central importance in relation to the SiO2 and Al2O3 dissolved from the aggregate in the solubility tests in 1 M KOH with defined addition of NaCl. The solubility tests on the grain samples of specific fractions showed that the gradual increase of the NaCl content in the eluate from 0 to 10 M.-% resulted in increased SiO2 solubility and reduced leaching of Al2O3. It was striking in this context that the solubility of Al2O3 in GK4 with no or little addition of NaCl gives by far the highest values. The additional solubility tests carried out on single grains, that were previously subjected to CT testing, in 1 M KOH solution with 1 M.-% added NaCl showed that in the types of aggregate examined, a correlation between the SiO2 and Al2O3 in eluate and the absolute BET surface is only occasionally demonstrable. This is probably due to the fact that solubility behavior is decisively influenced by other parameters in addition to the surface (e.g. by the mineralogical composition of individual grains). The concrete tests according to ARS 04/2013 carried out parallel to the solubility tests showed that GK4’s alkali sensitivity in both concrete tests with added alkali must be evaluated differently. For example, independent of the prescribed pessimal road surface concrete formula, GK4 can only be classified as alkali sensitive under cyclic storage. However petrographic microscopy could not confirm the findings of very marked ASR in GK4. The same applies to the evaluation of alkali sensitivity in GK2 with the concrete tests according to the German Committee for Structural Concrete (DAfStb)’s Alkali Guidelines. In this case too, GK2 should not be classified as alkali sensitive in 60 °C concrete testing, but only in 40 °C concrete testing. The LIBS analyses carried out on the vertical cross-section of the test specimens after the various concrete tests showed that almost equally high sodium and chloride levels were found in the core area after the 60 °C concrete prism test with 10 % NaCl solution and after cyclic storage with NaCl application. Contrary to expectations, the surfaces of samples after NaCl application showed a decrease in sodium and an increase in chloride. In the 40°C and 60°C concrete prism tests, sodium was depleted up to a maximum depth of approx. 30 mm and 20 mm respectively. Subsequent correlative observations between the findings of the 60°C concrete prism test with alkali application, and the solubility tests on the samples of specific grain fractions in 1 M KOH solution with defined NaCl addition, are very promising. In the case of exposed aggregate concrete, for example, the fraction-specific weighted excess SiO2 to in the eluate after 56 days with added 0.5 M.-% NaCl unrelated to the BET surface results in the same classification of the four aggregates examined as the expansions in the 60 °C concrete prism test with 3% NaCl solution. In addition, the expansions found in the 60 °C concrete prism test with 10% NaCl solution correlated with the weighted excess SiO2 in eluate with added 2 M.-% NaCl without relation to the BET surface. Only in the case of the concrete test in accordance with the Alkali Guidelines did the relationship of the excess SiO2 in the eluate to the BET surface prove to be productive. Due to the potential of the solubility test with added NaCl for the evaluation of alkali sensitivity of aggregates in road surface concrete, we recommend continuing with comparative tests between solubility tests of grain samples of the various fractions and the concrete tests in accordance with ARS O4/13 with the greatest possible number of aggregates and a precisely defined investigation scope. KW - LIBS KW - Betonfahrbahndecke KW - Alkali-Kieselsäure-Reaktion KW - Gesteinskörnung KW - Alkaliempfindlichkeit KW - 3D-CT KW - Tausalzeintrag PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:opus-bast-25832 UR - https://bast.opus.hbz-nrw.de/frontdoor/index/index/docId/2583 SN - 978-3-95606-648-1 SN - 0943-9323 VL - S 165 SP - 1 EP - 111 PB - Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG CY - Bremen AN - OPUS4-54755 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Grotelüschen, Bjarne A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Strangfeld, Christoph ED - Kossa, A. ED - Kiss, R. T1 - Towards Autonomous NDT Inspection: Setup and Validation of an Indoor Localization System N2 - Monitoring and maintenance of civil infrastructure are of great importance, as any undetected damage can cause high repair costs, unintended deadtime, or endanger structural integrity. The inspection of large concrete structures such as bridges and parking lots is particularly challenging and time-consuming. Traditional methods are mostly manual and involve mapping a grid of measurement lines to record the position of each measurement. Current semi-automated methods, on the other hand, use GPS or tachymeters for localization but still require trained personnel to operate. An entirely automated approach using mobile robots would be more cost- and time-efficient. While there have been developments in using GPS-enabled mobile robots for bridge inspection, the weak signal strength in indoor areas poses a challenge for the automated inspection of structures such as parking lots. This paper aims to develop a solution for the automated inspection of large indoor concrete structures by addressing the problem of robot localization in indoor spaces and the automated measurement of concrete cover and rebar detection. T2 - 39th Danubia-Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics CY - Siófok, Hungary DA - 26.09.2023 KW - NDT Inspection KW - Mobile Robot KW - Indoor Localization KW - Setup and Validation PY - 2023 SN - 978-963-421-927-9 SP - 88 EP - 89 PB - Hungarian Scientific Society of Mechanical Engineering (GTE) CY - Siófok, Hungary AN - OPUS4-58660 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Fontoura Barroso, Daniel A1 - Epple, Niklas A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - A Portable Low-Cost Ultrasound Measurement Device for Concrete Monitoring N2 - This paper describes a new ultrasonic measuring device called “W-Box”. It was developed based on the requirements of the DFG Forschergruppe (research unit) CoDA for a portable device for monitoring of concrete specimens, models and actual structures using embedded ultrasonic transducers as well as temperature and humidity sensors. The W-Box can send ultrasonic pulses with a variable frequency of 50–100 kHz to one selectable transducer and records signals from up to 75 multiplexed channels with a sample rate of 1 MHz and a resolution of 14 bits. In addition, it measures temperature and humidity with high accuracy, adjustable amplification, restarts automatically after a power failure and can be fully controlled remotely. The measured data are automatically stored locally on-site data quality checks and transferred to remote servers. The comparison of the W-Box with a laboratory setup using commercial devices proves that it is equally reliable and precise, at much lower cost. The W-Box also shows that their measurement capacities, with the used embedded ultrasonic transducers, can reach above 6 m in concrete. KW - Low-cost KW - Coda wave interferometry KW - Ultrasound KW - IoT KW - Non-destructive testing PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-546756 DO - https://doi.org/10.3390/inventions6020036 SN - 2411-5134 VL - 6 IS - 2 SP - 1 EP - 17 PB - MDPI CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-54675 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Diewald, F. A1 - Epple, Niklas A1 - Kraenkel, T. A1 - Gehlen, C. A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - Impact of External Mechanical Loads on Coda Waves in Concrete N2 - During their life span, concrete structures interact with many kinds of external mechanical loads. Most of these loads are considered in advance and result in reversible deformations. Nevertheless, some of the loads cause irreversible, sometimes unnoticed changes below the macroscopic scale depending on the type and dimension of the impact. As the functionality of concrete structures is often relevant to safety and society, their condition must be known and, therefore, assessed on a regular basis. Out of the spectrum of non-destructive monitoring methods, Coda Wave Interferometry using embedded ultrasonic sensors is one particularly sensitive technique to evaluate changes to heterogeneous media. However, there are various influences on Coda waves in concrete, and the interpretation of their superimposed effect is ambiguous. In this study, we quantify the relations of uniaxial compression and uniaxial tension on Coda waves propagating in normal concrete. We found that both the signal correlation of ultrasonic signals as well as their velocity variation directly reflect the stress change in concrete structures in a laboratory environment. For the linear elastic range up to 30% of the strength, we calculated a velocity variation of −0.97‰/MPa for compression and 0.33%/MPa for tension using linear regression. In addition, these parameters revealed even weak irreversible changes after removal of the load. Furthermore, we show the time-dependent effects of shrinkage and creep on Coda waves by providing the development of the signal parameters over time during half a year together with creep recovery. Our observations showed that time-dependent material changes must be taken into account for any comparison of ultrasonic signals that are far apart in time. The study’s results demonstrate how Coda Wave Interferometry is capable of monitoring stress changes and detecting even small-size microstructural changes. By indicating the stated relations and their separation from further impacts, e.g., temperature and moisture, we anticipate our study to contribute to the qualification of Coda Wave Interferometry for its application as an early-warning system for concrete structures. KW - Ultrasound KW - Coda Wave Interferometry (CWI) KW - Mechanical Load KW - Microstructure KW - Concrete PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-556878 DO - https://doi.org/10.3390/ma15165482 SN - 1996-1944 VL - 15 IS - 16 SP - 1 EP - 15 PB - MDPI AN - OPUS4-55687 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Clauß, F. A1 - Epple, Niklas A1 - Ahrens, M. A. A1 - Niederleithinger, Ernst A1 - Mark, P. T1 - Comparison of Experimentally Determined Two-Dimensional Strain Fields and Mapped Ultrasonic Data Processed by Coda Wave Interferometry N2 - Due to the high sensitivity of coda waves to the smallest structural alterations such as strain, humidity or temperature changes, ultrasonic waves are a valid means to examine entire structures employing networks of ultrasonic transducers. In order to substantiate this ex ante assessment, the viability of measuring ultrasonic waves as a valid point of reference and inference for structural changes is to be further scrutinized in this work. In order to investigate the influence of mechanical strain on ultrasonic signals, a four-point bending test was carried out on a reinforced concrete beam at Ruhr University Bochum. Thus, measurements collected from a network of selected transducer pairings arranged across the central, shear-free segment of the test specimen, were correlated to their respective strain fields. Detected ultrasonic signals were evaluated employing Coda Wave Interferometry. Such analysis comprised the initial non-cracked state as well as later stages with incremental crack depth and quantity. It was to ascertain that the test specimen can in fact be qualitatively compartmentalized into areas of compression and tension identified via Relative Velocity Changes presented in Attribute Maps. However, since results did not entail a zero crossing, i.e., neither positive nor negative values were to be calculated, only relative changes in this work displayed staggered over the height of the object under test, are discussed. Under the given methodological premises, additional information is currently required to make quantitative assertions regarding this correlation of ultrasonic and strain results. This holds true for the comparability of the ultrasonic and strain results for both non-cracked and even the cracked state. KW - Digital image correlation KW - Fiber optic sensors KW - Coda Wave Interferometry KW - Ultrasound KW - Concrete PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-510501 DO - https://doi.org/10.3390/s20144023 SN - 1424-8220 VL - 20 IS - 14 SP - Paper 4023, 1 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-51050 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -