Filtern
Dokumenttyp
- Vortrag (831) (entfernen)
Sprache
- Englisch (446)
- Deutsch (381)
- Mehrsprachig (3)
- Tschechisch (1)
Referierte Publikation
- nein (831)
Schlagworte
- Korrosion (190)
- Corrosion (83)
- Nichtrostender Stahl (46)
- Potentialfeldmessung (40)
- Zink (29)
- KorroPad (26)
- Korrosionsprüfung (26)
- Korrosionsschutz (25)
- Deckschichtbildung (24)
- Gelartige Elektrolyte (21)
Organisationseinheit der BAM
- 7 Bauwerkssicherheit (831) (entfernen)
Vorstellung OWA VERBATIM
(2024)
Das Risiko von Pfahlfussbeulen ist ein wesentlicher Grund für hohe Pfahlwandstärken bei Monopiles. Das Projekt VERBATIM - Verifikation des Beulnachweises und –verhaltens großer Monopiles zielte darauf ab, Beulphänomene zu untersuchen, die sich sowohl auf die plastischen Verformungen der Pfahlspitze während der Installation als auch auf das Beulen des eingebetteten Pfahls in der Nähe des Seebodens beziehen.
Auf der Basis aufwändiger Versuche wurden numerische Modelle entwickelt und validiert. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis des Beulverhaltens, um die Wanddicke zu reduzieren, was Kosteneinsparungen bei der Stahlmenge sowie die Entwicklung sicherer und optimierter Strukturen erlaubt. Die bisherigen Designverfahren konnten die erfolgreiche Installation der Monopiles gewährleisten. Da die Größe von Monopiles jedoch stetig zunimmt, wird die Entwicklung verbesserter Designverfahren für sichere und kostengünstige Fundamente immer wichtiger.
Der Rückenwind-Vortrag gibt eine Übersicht zu den durchgeführten Untersuchungen und Ergebnissen
The risk of pile base buckling is a major reason for high pile wall thicknesses in monopiles. The VERBATIM project - Verification of the buckling detection and behaviour of large monopiles - aimed to investigate buckling phenomena related to both the plastic deformation of the pile tip during installation and the buckling of the embedded pile near the seabed.
Numerical models were developed and validated on the basis of extensive tests. This enables a better understanding of the buckling behaviour in order to reduce the wall thickness, which allows cost savings in the amount of steel and the development of safer and optimised structures. The previous design procedures were able to ensure the successful installation of the monopiles. However, as the size of monopiles continues to increase, the development of improved design methods for safe and cost-effective foundations is becoming increasingly important.
The presentation provides an overview of the investigations carried out and the results.
Dieser Kurzvortragg erläutert nichtlineare Phänomene die angesichts der aktuell wachsenden Dimensionen von Monopfahlgründungen für Offshorewindenergieanlagen zunehmend an Bedeutung gewinnen. Insbesondere wird dabei auf das Pfahlfußbeulen sowie das Schalenbeulen des bereits installierten Pfahles eingegangen.
Monopile-Gründungen sind die mit Abstand am häufigsten verwendete Gründungskonstruktion für Offshore-Windenergieanlagen. Ein wesentliches Problem bei der Bemessung ist das lokale Beulen des Gründungspfahls, welches typischerweise im Bereich der Bettung auftritt. Aufgrund der Nichtlinearität der Bettungsrandbedingung sind klassische Bemessungsansätze nicht anwendbar, so dass der Bemessungsingenieur auf eine vollständig numerische Berechnung zurückgreifen muss. In diesem Vortrag wird eine experimentelle Versuchskampagne zur Erzeugung von Kalibrierungsdaten für solche numerischen Modelle vorgestellt. Eine ausführlichere Darstellung findet sich im gleichnamigen Artikel.
The need to develop effective flame retardants that retain polymer properties and are safe for consumers and the environment is a continuous challenge for material scientists. While halogenated flame retardants were once commonplace, the shift to non-halogenated materials has steadily progressed due to concerns over impact on health and the environment. One prominent group of flame retardants has become a viable alternative for halogenated materials, namely phosphorus-based flame retardants. The chemical versatility of phosphorus-based flame retardants and the ability to work as reactive or additive compounds makes them ideally suited for modern materials. There exists a trend toward complex, polymeric, and multifunction flame retardants, as these materials show greater flame retardancy performance than low molecular weight counterparts and affect material properties to a much lesser extent.
One group of organophosphorus flame retardants that shows great potential for high-performance polymers like epoxy resins are hyperbranched phosphorus-based polymers. These additives exhibit great miscibility with the polymer matrix and a significantly decreased diffusion through the material, which greatly reduce leaching or blooming out of the matrix. Moreover, the material’s thermal stability remains intact at elevated temperatures due to its low impact on the glass transition temperature. Finally, following market trends and legislation such as the guidelines for the Restriction of Hazardous Substances Directive implemented by REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals) in the EU, these macromolecules are non-accumulating, non-toxic and have a lower risk of leeching or blooming from the matrix, further reducing environmental impact.
The work presented herein focusses on two distinct parts studying hyperbranched polymeric flame retardants and their corresponding monomeric compounds.
The first part, involving the low molecular weight components, investigated the role of the chemical surrounding of phosphorus in terms of flame retardant efficacy. Here, a systematic variance of the surrounding of phosphorus was investigated: by changing the ratio of oxygen to nitrogen (4:0 until 1:3), four materials, namely phosphoester (4:0), phosphoramidate (3:1), phosphorodiamidate (2:2), and phosphoramide (1:3), were synthesized, characterized, and finally added to Bisphenol A based epoxy resins (10 wt.-% loading). Pyrolysis investigations showed that low molecular weight components volatize at lower temperatures than the polymer matrix. Additionally, cone calorimeter measurements and TGA-FTIR investigations show trends in respect to FR efficacy in pyrolysis and full flaming conditions.
The second part involves the hyperbranched variants of the monomeric counterparts and investigates the role of complex shape on flame retardant efficacy. By comparing the low to the high molecular weight compounds, the influence of the complex shape becomes apparent and can be quantified. Cone calorimeter measurements show an increase in flame retardancy for some materials, while for others, the mode of action is altered.
By implementing a multi-methodical approach, various flame retardancy aspects, from pyrolysis behavior in the gas and condensed phase, to ignitability / reaction-to-small-flame performance, to action in forced flammability experiments, are identified and quantified, allowing for a clearer understanding of the behavior in fire of these novel flame retardants. By comprehending the roles of chemical composition and complex shape, it opens the path for new and effective multifunctional, polymeric flame retardants with decreased PBT, higher miscibility, and low impact on Tg.
This work is funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG: SCHA 730/15-1; WU 750/8-1).
The demands for modern flame retardants are higher than ever: a flame retardant must function effectively in a certain polymer matrix and avoid critical alterations to the material’s properties. Ideally, a flame retardant additive should be easily miscible and show no sign of leaching or blooming from the matrix. Additionally, the flame retardant should be non-toxic, non-accumulating and biocompatible. Hyperbranched polymers are a promising group of multifunctional flame retardants which fulfill these demands: their complex shape enables high miscibility and avoids leaching or blooming, while their high molecular weight potentially increases biocompatibility and lowers accumulation and toxicity. Moreover, they exhibit a low impact on polymer properties and a good flame retardant performance.
This work examines the efficacy and mode of action of phosphorus-based hyperbranched polymeric flame retardants in bisphenol A-based epoxy matrices. To investigate the effect of the complex shape, the hyperbranched polymers are compared to their corresponding monomeric variants. Furthermore, the materials are synthesized to contain systematically varying oxygen-to-nitrogen ratios, allowing for new insight into what role the chemical surrounding of phosphorous plays in flame retardant efficacy.
Using a multi-methodical approach, including thermogravimetric analysis coupled with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), hot stage FTIR, micro combustion calorimetry, differential scanning calorimetry, oxygen index (LOI), UL-94 tests and cone calorimetry experiments, the decomposition mechanisms and the flame retardant modes of action of these flame retardants in epoxy resins are investigated, shedding new light on the chemistry of flame retardancy.
Benefits of hyperbranched structure:
Molecular weight, miscibility, number of FR groups, end-group functionalization, glass transition temperature, decreased PBT.
Examples of hyperbranched FRs:
Charring agent, silicone, triazine, etc.
Systematic study of effect of chemical surrounding and impact of Complex shape of phosphorus-based hyperbranched polymers on flame retardant efficacy in epoxy resins.
Most synthetic polymers have a high fire load, and as a result, they require flame retardants (FRs) to ensure their safe use. Phosphorus plays an important role in flame retardancy and has the potential to replace halogenated variants, which are assumed to be harmful to the environment and health. Among phosphorus-based FRs, there exists a trend towards polymeric, high molar mass molecules with complex molecular architectures. In this project, we synthesized a novel series of so-called phosphorus-based hyperbranched polymeric FRs and investigated their use as multifunctional additives to high-performance polymers, i.e. epoxy resins. By cleverly designing the chemical structure to contain varying amounts of P-O and P-N bonds, new insight into the chemical mechanism of flame retardancy was gained, and by comparing the hyperbranched polymers to their monomeric counterparts, a greater understanding of the role of complex architecture was won. This talk aims at presenting some of these results and proposes chemical mechanisms that illustrate what role these novel hyperbranched flame retardants play in molecular firefighting.
Surface erosion of a cohesive granular soil by a fluid flow is investigated numerically by coupling the Lattice Boltzmann Method (LBM) for the fluid phase and the Discrete Element Method (DEM) for describing the motion of the solid particles. In addition, inter-particles cohesion is insured by a contact model featuring a paraboloidal yield surface. The use of a fully resolved LBM-DEM coupling technique is currently limited due to the computational cost when simulating a large number of particles. This issue can be overcome using the graphics processing unit (GPU) thanks to ist massively parallel hardware architecture. Here, we first present a 2D GPU implementation of LBM-DEM coupling for a granular assembly. The GPU implementations are approximatively 30 times faster than a single core CPU version. Then, we apply the parallelization technique to practical erosional cases, namely the jet erosion test (JET) and the shear-driven erosion by a Couette flow. These numerical tests aim to relate micro parameters of a cohesive material (eg. cohesion) to macro parameters (eg. soil erodibility, mechanical strengths). Preliminary results show that micromechanical features indeed provide a novel insight of soil erosion phenomena.
Use of DEM-LBM modeling to prove the relevance of free jet model for soil erosion by impinging jet
(2018)
The aim of this study is to provide a micromechanical insight into the mechanisms taking place during the erosion of a cohesive granular material driven by a fluid flow, the objectives are summarized as follows:
Perform numerical erosion tests.
Parallelization of the code (Gpu).
Extensive parametric analysis => rely micro parameters (eg. Cohesion) to macro parameters (eg. Soil erodibility, mechanical strengths).
A new approach towards performance-related design and scientific evaluation of joint sealing systems
(2020)
While there is a permanent improvement of concrete pavement mixtures and pavement construction types over the last decades, the state-of-the-art joint sealing materials and joint constructions seem to stagnate on an antiquated empirical level. This status has been reaffirmed in the latest European standard.
The consequences in the motorway network due to unsatisfying capability and durability of joint sealing systems are unacceptable. In addition, inadequate traffic performance (noise emissions, roll-over comfort) and traffic safety losses in the joint area of concrete pavements are existing challenges. These deficits and weaknesses reflect a demand for joint sealing materials and constructions whose approval requirements take functional aspects into account. Furthermore a sufficient analysis of decisive loads and a practice-oriented method to evaluate the requirements towards performance and durability is still missed.
In this contribution decisive loads to German highways are analyzed. The design of test specimen for representative functional testing of joint sealing systems is discussed. The focus is on the geometry of the test specimens and the used concrete mixture. Finally, a new approach for a function-orientated test concept that considers representative load functions is presented. The potential of this approach to validate the durability and capability of various joint sealing systems is also presented using an example.
Unter Passivität versteht man den Korrosionsschutz durch dünne, festhaftende Schichten aus Korrosionsprodukten. Für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle ergeben sich daraus zwei grundsätzliche Anforderungen.
Erstens muss sich die Passivschicht vollständig ausbilden können. Dabei sind die Oberflächenausführung, die mechanische Bearbeitung, die Elementverteilung, Ausscheidungen, die Wärmeeinbringung z.B. bei der schweißtechnischen Verarbeitung, Anlauffarben, sowie die chemische Nachbehandlung bzw. Konditionierung der Oberflächen von großer Bedeutung. Zweitens muss die Repassivierung von Defektstellen unter den Einsatzbedingungen möglich sein. Für das Repassivierungsvermögen sind die Legierungszusammensetzung, mögliche kritische Betriebszustände, prozessbedingte Besonderheiten, wie etwa Stagnationsbedingungen und Reinigungsprozesse von Bedeutung.
Der Vortrag vermittelt dem betreuenden DIN Normenausschuss NMP 177 einen Gesamtüberblick über das abgeschlossene WIPANO-Vorhaben "Normenentwurf für ein Prüfverfahren zur Bestimmung von Deckschichtwiderständen an Zinküberzügen mittels gelartiger Elektrolyte (GELELEK). Innerhalb des Vorhabens wurden die elektrochemischen Methoden und die Verfahrensparameter systematisch untersucht, ein Messsystem für Feldanwendungen entwickelt, ein Ringversuch mit über 20 Teilnehmern durchgeführt und ein Normenvorschlag erarbeitet. Die Förderzeile der Initiative WIPANO wurden erreicht. Die Erarbeitung eines auf den Ergebnissen beruhenden Normenentwurfs wird auf der nächsten Sitzung des NMP 177 gestartet.
Anhand der Wirksumme ist eine Abschätzung des legierungsabhängigen Einflusses auf den Korrosionswiderstand gegen chloridhaltige Medien möglich. Die berechneten Werte sind nur bei optimaler Wärmebehandlung und Verarbeitung zutreffend.
Die Anwendung einer einfachen Formel unter Berücksichtigung von Chrom, Molybdän und Stickstoff ist in der Regel völlig ausreichend. Das daraus abgeleitete Ranking von Werkstoffen ist für diverse technische Regelwerke und zur Unterstützung der Werkstoffauswahl geeignet.
Für die Warenein-/Ausgangskontrolle ist die alleinige Feststellung der Wirksumme unzureichend. Ergänzende Korrosionsuntersuchungen/-prüfungen zur Beschreibung des Korrosionswiderstandes sind dafür notwendig. Gleiches gilt für die Beurteilung von Schadensfällen. Hier sind Verarbeitung, Einsatzbedingungen und die Konstruktion von ausschlaggebender Bedeutung.
Die Bedingungen für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle, nicht nur bei Schweißverbindungen, sind:
1) Die Passivschicht muss sich vollständig ausbilden können.
Voraussetzung dafür sind glatte, blanke, saubere Oberfläche, eine gleichmäßige Elementverteilung, wenig Ausscheidungen und Verunreinigungen. Eine mögliche Beeinflussung der Gefügeausbildung durch Warmumformung und durch die
schweißtechnische Verarbeitung sind zu beachten. Anlauffarben
müssen durch geeignete geeignete chemische bzw. mechanische Nachbehandlung entfernt werden.
2) Die Repassivierung von Defektstellen unter Einsatzbedingungen muss möglich sein, was durch geeignete Werkstoffauswahl und die Legierungszusammensetzung sicherzustellen ist. Unplanmäßige Betriebszustände oder Störungen können kritische Systemzustände hervorrufen, die die Repassivierung beeinträchtigen oder verhindern.
Eine geeignete Unterhaltsreinigung ist sicherzustellen.
Unter Passivität versteht man den Korrosionsschutz durch dünne, festhaftende Schichten aus Korrosionsprodukten. Für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle ergeben sich daraus zwei grundsätzliche Anforderungen, die stets erfüllt sein müssen.
Erstens muss sich die Passivschicht vollständig ausbilden können. Dabei sind die Oberflächenausführung,die mechanische Bearbeitung,die Elementverteilung, Ausscheidungen, die Wärmeeinbringung z.B. bei der schweißtechnischen Verarbeitung, Anlauffarben, sowie die chemische Nachbehandlung bzw. Konditionierung der Oberflächen von großer Bedeutung. Zweitens muss die Repassivierung von möglichen Defektstellen unter den Einsatzbedingungen möglich sein. Für das Repassi-vierungsvermögen sind die Legierungszusammensetzung, mögliche kritische Betriebszustände, prozessbedingte Besonderheiten wie etwa Stagnationsbedingungen und Reinigungsprozesse von Bedeutung.
In der aktuellen RL-SIB wie auch im Gelbdruck der Instandhaltungsrichtlinie ist bei Anwendung des Instandsetzungsprinzips W-Cl bzw. Verfahren 8.3 der Erfolg der Maßnahme durch Einbau und Messung von Korrosionsstrom-Mess-Einrichtungen nachzuweisen. Auch wird bei der Instandsetzung von chloridbelasteten Rissen bei Stahlbetonbauteilen durch Verpressen der Risse bzw. Aufbringen einer Rissbandage ein Korrosionsmonitoring empfohlen. Anerkannte Regelwerke oder Normen über Art und Aufbau des Monitoring-Systems sowie Kriterien zur Bewertung der Messergebnisse im Hinblick auf den Erfolg der Instandsetzungsmaßnahme gibt es derzeit nicht. Auch sind keine Untersuchungen zur Qualität der Messergebnisse veröffentlicht.
Ziel des Vorhabens ist die Ausarbeitung eines Regelwerks-Entwurfes für die Art und den Aufbau von Korrosionsmonitoring-Systemen sowie für Kriterien zur zuverlässigen Bewertung der Messergebnisse, mit denen der Erfolg bei verschiedenen Instandsetzungskonzepten überprüft werden kann.
Unter Passivität versteht man den Korrosionsschutz durch dünne, festhaftende Schichten aus Korrosionsprodukten. Für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle ergeben sich daraus zwei grundsätzliche Anforderungen.
Erstens muss sich die Passivschicht vollständig ausbilden können. Dabei sind die Oberflächenausführung,die mechanische Bearbeitung,die Elementverteilung, Ausscheidungen, die Wärmeeinbringung z.B. bei der schweißtechnischen Verarbeitung, Anlauffarben, sowie die chemische Nachbehandlung bzw. Konditionierung der Oberflächen von großer Bedeutung. Zweitens muss die Repassivierung von möglichen Defektstellen unter den Einsatzbedingungen möglich sein. Für das Repassivierungsvermögen sind die Legierungszusammensetzung, mögliche kritische Betriebszustände, prozessbedingte Besonderheiten wie etwa Stagnationsbedingungen und Reinigungsprozesse von Bedeutung.
Das Verhalten von Erdböden gegenüber metallenen Konstruktionswerkstoffen ähnelt in vielen Fällen der von neutralen Wässern. Der in natürlichen Erdböden vorhandene Wasseranteil bildet mit den löslichen Inhaltsstoffen eine Elektrolytlösung. Eine merkbare Korrosionsgeschwindigkeit tritt erst dann auf, wenn der Boden einen bestimmten Wassergehalt aufweist, der eine Sauerstoffdiffusion im Boden zur Oberfläche des Metalls gewährleistet. Von maßgebendem Einfluss auf die korrosionsverursachende Wirkung der Böden ist neben dem Feuchtegehalt, der die Leitfähigkeit des Bodens bestimmt, der pH-Wert. Verschiedene Bodenarten besitzen unterschiedliche Wasser- und Sauerstoffdurchlässigkeiten, sowie Unterschiede der gelösten Inhaltsstoffe wie Chloride oder Sulfate, wodurch sich das Korrosionsverhalten von Metallen in verschiedenen Böden stark unterscheidet. In der DIN 50929-3 werden Böden in vier verschiedene Bodenklassen mit Korrosionsbelastungen von sehr niedrig bis hoch unterteilt. Durch verschiedene Bodenanalysen und örtliche Gegebenheiten kann nach DIN 50929-3 zwar die Korrosivität eines Bodens bestimmt werden, jedoch ist die Reproduzierbarkeit eines Bodens (Prüfmediums) praktisch nicht möglich.
Es gibt jedoch Überlegungen, wie die Einstellung einer Bodenklasse durch Verwendung von Normsand und der Zugabe von Stoffen erzielt werden kann, wodurch die Reproduzierbarkeit eines Bodens ermöglicht wird.
Metallene Konstruktionswerkstoffe reagieren infolge ihres thermodynamisch instabilen Zustandes mehr oder weniger stark mit Stoffen aus der Umgebung. Eine große Rolle bei diesen Reaktionen spielt das Feuchtigkeitsangebot an der Metalloberfläche, welches nicht zwingend mit einem sichtbaren Wasserfilm einhergehen muss. An der Atmosphäre bilden sich an sauberen Metalloberflächen bei etwa 80 % relativer Luftfeuchte, bei versalzten Oberflächen auch schon ab etwa 25 % r. F., Feuchtfilme aus. Im Feuchtfilm laufen grundsätzlich die gleichen elektrochemischen Reaktionen ab, wie diese von wässrigen Medien bekannt sind. Dabei geht das Metall zunächst in Ionenform und in nachgelagerten Reaktionen in einen thermodynamisch stabilen Zustand in Form unterschiedlichster Oxid- und Hydroxidverbindungen über. Die so entstehenden Korrosionsprodukte können im Feuchtigkeitsfilm begrenzt löslich oder unlöslich sein und lagern sich auf den Oberflächen der Konstruktionswerkstoffe häufig als feste Korrosionsprodukte ab bzw. wachsen dort auf. Je nachdem wie die Korrosionsprodukte strukturell zum Untergrund passen, können sich dichte, sehr gut haftende Schichten ausbilden oder poröse, dicke Schichten ohne nennenswerte Haftung aufwachsen. Wachsen dichte, porenfreie Schichten mit guter Haftung auf, die im umgebenden Medium unlöslich sind, wird die weitere Auflösung des Metalls stark gehemmt. Man spricht dann von der Ausbildung schützender Deckschichten bzw. von Passivschichten auf welcher der Korrosionsschutz und damit die Dauerhaftigkeit vieler Konstruktionswerkstoffe beruhen. Kaesche bezeichnete die Passivität sehr treffend als „optimalen Grenzfall des Korrosionsschutzes durch Schichten von Korrosionsprodukten“. Aus technischer Sicht hält Kaesche eine Unterscheidung von Deckschichten bzw. Passivschichten für nicht zwingend erforderlich, da beide die Korrosionsgeschwindigkeit in gleichem Maß herabsetzen können. Die Übergänge zwischen den meist dickeren und dadurch sichtbaren Deckschichten und den meist dünnen, nicht sichtbaren Passivschichten sind fließend.
In diesem Vortrag werden Ergebnisse des gleichnamigen AiF Forschungsvorhabens gezeigt, die einen deutlichen Einfluss verschiedener Schleifmittel auf die Korrosionsbeständigkeit von damit geschliffenen nichtrostender Stahloberflächen belegen. Es konnten ein signifikanter Einfluss durch die Verwendung von Granulatschleifbändern festgestellt werden, der die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen drastisch reduziert. Grund sind auf der Oberfläche zurückbleibende Materialaufplattungen von Eigenmaterial aus dem Schleifprozess. Es wurden unterschiedliche Korrosionsuntersuchungen durchgeführt und mittels Oberflächenanalytik untermauert.
Anlauffarben, die beim Schweißprozess entehen machen den nichtrostenden Stahl korrosionsanfällig und müssen entfernt werden. Dafür haben sich in der Praxis unterschiedliche Methoden etabliert. Im Vortrag werden verschiedene Nachbehandlungsverfahren verglichen. Die erreichte Korrosionsbeständigkeit wird mit verschiedenen Methoden bestimmt und die Ergebnisse gegenübergestellt.
Im Vortrag werden Ergebnisse des gleichnamigen AiF Forschungsvorhabens gezeigt, die den Einfluss verschiedener Schleifmittel auf die Korrosionsbeständigkeit geschliffener Oberflächen nichtrostender Stähle belegen. Es konnte ein signifikanter Einfluss durch die Verwendung von Granulatschleifbändern nachgewiesen werden, der die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen reduziert. Grund sind auf der Oberfläche zurückbleibende Materialaufplattungen von Eigenmaterial aus dem Schleifprozess. Es wurden unterschiedliche Korrosionsuntersuchungen durchgeführt und mittels Oberflächenanalytik untermauert.
Elektrochemische Messungen sind für eine moderne Korrosionsforschung und –prüfung unverzichtbar. Aus dem Verständnis der Grundlagen können durch gezielte Modifizierung der Versuchsbedingungen unterschiedliche Fragestellungen beantwortet werden, wodurch bestehende Grenzen der Anwendung immer wieder verschoben werden können. Außerhalb etablierter Anwendungen stellen Auswahl und Einsatz geeigneter Verfahren sowie die Interpretation der Ergebnisse eine anspruchsvolle Aufgabe dar, die zwingend eine ausgewiesenen Fachexpertise voraussetzen.
Es werden die Ergebnisse eines mehrjährigen Forschungsvorhabens der BAM in Zusammenarbeit mit Straßenbauverwaltungen der Länder und Industriebeteiligten zur betriebstechnischen Ausrüstung von Straßentunneln präsentiert. Schwerpunkte waren die Bestimmung der Korrosivität der Atmosphäre von 3 ausgewählten Straßentunneln, die Analyse korrosionsrelevanter Ablagerungen und von Klimadaten. Die Auswirkungen dieser Einflussgrößen auf die Dauerhaftigkeit von Konstruktionen aus nichtrostenden Stählen wurde ermittelt und in Abhängigkeit verschiedener Einflussparameter dargestellt. Die Ergebnisse der systematischen Untersuchungen an Prüfköpern decken sich mit Beobachtungen an realen Bauteilen. Spaltbehaftete Konstruktionen aus Werkstoffen der CRC III führen demnach in Zeiträumen zwischen 10 und 15 Jahren zu Korrosionserscheinungen, welche die technische Sicherheit beeinträchtigen können und die erwartete Dauerhaftigkeit nicht erfüllen. Die Folge sind zusätzliche Sperrungen und ein vorzeitig notwendiger Unterhaltsaufwand, die erhebliche Kosten verursachen. Im Ergebnis ist eine Überarbeitung des aktuellen Regelwerkes erforderlich, um die angestrebte Dauerhaftigkeit von 30 Jahren zu gewährleisten.
Neubewertung von metallenen Dach- und Fassadenmaterialien unter Dauerhaftigkeits- und Umweltaspekten
(2023)
Metallene Dach- und Fassadenmaterialien unterliegen nach ihrer Installation infolge von Korrosions- und Abschwemmprozessen einem Abtrag von Metallionen. Durch Regenereignisse gelangen diese in umliegende Gewässer und Böden. Die verwendeten metallenen Werkstoffe, wie z.B. Kupfer und Zink bilden zeitabhängig schützende Deckschichten aus, die die Dauerhaftigkeit der Werkstoffe gewährleisten und damit den Austrag von Metallionen signifikant begrenzen. Die Geschwindigkeit der Deckschichtbildung sowie die erreichte Schutzwirkung sind von verschiedenen Umwelteinflüssen und klimatischen Bedingungen abhängig. Diese haben sich in den letzten Jahrzehnten in Europa stark verändert, so dass es einer aktuellen Datenbasis für die Bewertung der Dauerhaftigkeit und der Umweltauswirkungen bedarf. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens werden aktuell Feldstudien zur Ermittlung des Runoffs und der Schutzwirkung der gebildeten Deckschichten durchgeführt. Ergänzt werden diese durch Laborversuche mit künstlicher Beregnung.
Bedingung für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle ist die vollständige Ausbildung der Passivschicht. Voraussetzung dafür sind glatte, blanke, saubere Oberfläche, eine gleichmäßige Elementverteilung, wenig Ausscheidungen und Verunreinigungen. Eine mögliche Beeinflussung der Gefügeausbildung durch Warmumformung und durch die schweißtechnische Verarbeitung sind zu beachten. Anlauffarben müssen durch geeignete geeignete chemische bzw. mechanische Nachbehandlung entfernt werden. Eine ausreichende Nachbehandlung kann durch elektrochemische Prüfverfahren ebenso sichergestellt werden wie mittels der KorroPad-Prüfmethode. Letzte ist einfach und schnell in der Anwendung und ermöglicht es dem Verarbeiter, die Geeignetheit einer Nachbehandlung zu überprüfen.
Im Vortrag werden die wesentlichen Grundlagen zum Verständnis der Korrosion metallener Werkstoffe in komprimierter Form vorgestellt. Der Schwerpunkt liegt auf der Betrachtung der atmosphärischen Korrosion und den sich daraus ergebenden Anforderungen an den Korrosionsschutz insbesondere für den Bereich Verpackungen.
Übersichtsvortrag zu Korrosionsarten, die bei nichtrostenden Stählen unter verschiedenen Einsatzbedingungen auftreten können. Die Grundlagen zur Pasivität und der örtlichen Störung der Passivität werden im Zusammenspiel komplexer Einflussfaktoren des Korrosionssystems herausgestellt. Die erarbeiteten theoretischen Grundlagen werden anhand praktischer Beispiel für alle relevanten Korrosionsarten vertieft.
Korrosionsprüfung
(2024)
Der Vortrag gibt einen Überblick über gängige Korrosionsversuche. Die wesentlichen Unterschiede zwischen Prüf- und Untersuchungsverfahren, deren jeweilige Zielstellung, Aussagefähigkeit und Grenzen werden aufgezeigt. Es werden ausgewählte Auslagerungsversuche, Kammerprüfungen sowie elektrochemische Messmethoden zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit vorgestellt. Anhand praktischer Beispiele werden ausgewählte Ergebnisse der einzelner Methoden vorgestellt und diskutiert.
Anhand der Wirksumme ist eine Abschätzung des legierungsabhängigen Einflusses auf den Korrosionswiderstand gegen chloridhaltige Medien möglich. Die berechneten Werte sind nur bei optimaler Wärmebehandlung und Verarbeitung zutreffend.
Die Anwendung einer einfachen Formel unter Berücksichtigung von Chrom, Molybdän und Stickstoff ist in der Regel völlig ausreichend. Das daraus abgeleitete Ranking von Werkstoffen ist für diverse technische Regelwerke und zur Unterstützung der Werkstoffauswahl geeignet.
Für die Warenein-/Ausgangskontrolle ist die alleinige Feststellung der Wirksumme unzureichend. Ergänzende Korrosionsuntersuchungen/-prüfungen zur Beschreibung des Korrosionswiderstandes sind dafür notwendig. Gleiches gilt für die Beurteilung von Schadensfällen. Hier sind Verarbeitung, Einsatzbedingungen und die Konstruktion von ausschlaggebender Bedeutung.
Unter Passivität versteht man den Korrosionsschutz durch dünne, festhaftende Schichten aus Korrosionsprodukten. Für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle ergeben sich daraus zwei grundsätzliche Anforderungen.
Erstens muss sich die Passivschicht vollständig ausbilden können. Dabei sind die Oberflächenausführung, die mechanische Bearbeitung, die Elementverteilung, Ausscheidungen, die Wärmeeinbringung z.B. bei der schweißtechnischen Verarbeitung, Anlauffarben, sowie die chemische Nachbehandlung bzw. Konditionierung der Oberflächen von großer Bedeutung. Zweitens muss die Repassivierung von Defektstellen unter den Einsatzbedingungen möglich sein. Für das Repassivierungsvermögen sind die Legierungszusammensetzung, mögliche kritische Betriebszustände, prozessbedingte Besonderheiten, wie etwa Stagnationsbedingungen und Reinigungsprozesse von Bedeutung.
Ausgehend von den Grundlagen der Korrosion stellt der Vortrag die Möglichkeiten des Korrosionsschutzes mit Zink vor. Dabei wird sowohl auf den kathodische Korrosionsschutz mit aktiven Zink-Anoden, als auch auf den Korrosionsschutz durch Deckschichtbildung an Zink und Zinküberzügen eingegangen. Veränderte Umweltbedingungen in Europa in den letzten Jahrzehnten, ermöglichen mit Schichtdicken um 80 µm einen Korrosionsschutz von über 100 Jahren, wenn konstruktive Randbedingungen beachtet werden.
Korrosionsprüfung
(2018)
Die grundlegenden Korrosionsprozesse sind mit wenigen chemischen Formeln beschrieben, aber Korrosion ist immer eine Systemeigenschaft zwischen dem Werkstoff, dem Medium in dem er eingesetzt wird und den konstruktiven Bedingungen. Das macht es zu einem komplexen System, indem alle Einflussfaktoren ganzheitlich berücksichtigt werden müssen.
By exposure and electrochemical tests in the laboratory the Cu-effect on corrosion behavior of carbon steel, high-alloyed steels and Ti-alloy can be assessed.
Critical materials specific properties were determined by static exposure and electrochemical tests in an artificial geothermal water with high salinity and low pH, containing Cu. Conclusions were drawn using characteristic potential values.
It could be shown that significant Cu-deposition and -precipitation only occurred in combination with carbon steel. High-alloyed materials (S31603, S31653, S31700, S31703, S31803 and N08904) prevent the disturbing Cu-agglomeration. Therefore, they are suitable to be chosen for future design of the piping system, either in massive or in cladded form, if formation of crevices with non-metallic materials can be excluded.
From the interactions and pitting corrosion point of view, R50400 seems to be most favorable.
This work examined the factors that influence the droplet corrosion of CO2 pipeline steels caused by oxyfuel flue gases in dense phase CO2 at 278 K, simulating the underground transport conditions. The wetting properties were studied by contact angle measurement, revealing pH and time dependency on the reactive wetting behaviors of carbon steel X70. Exposure tests with CO2 saturated water droplet on steel surface showed that the impurities (220 ppmv SO2 and 6700 ppmv O2) diffused into the droplet and then reacted with metal surfaces in dense phase condition, forming the corrosion products. The corrosion rate was confirmed strongly depending on the droplet volume as well as the SO2 concentration. Condensation experiments carried out on freshly polished coupons in CO2 with 200 ppmv H2O, 220 ppmv SO2 and 6700 ppmv O2, showed that the formation and aggregation of droplets is time and temperature dependent. At 278 K, condensation happened stronger and the corrosion products, mainly consisted of dense hydrated FeSO3/FeSO4. While at 288 K, more fluffy corrosion products consisting of iron oxide/hydroxide and hydrated FeSO3/FeSO4 were found. Further exposure tests on carbon steel coupons with different surface roughness did not reveal the difference in weight loss/gain and therefore the corrosion rate.
This contribution provides current findings regarding materials susceptibility for carbon capture, utilization and storage (CCUS) applications. Basing on results gathered in 2 German long-term projects (COORAL and CLUSTER) suitable materials are introduced as well as dominating impurities of the CO2-stream and corrosion mechanisms. Investigations cover the whole CCUS process chain and provide material recommendations for certain parts.
To reveal the corrosion resistance of casing steel/mortar interface in CO2 injection condition, sandwich samples were prepared and exposed up to 20 weeks in aquifer fluid under 10 MPa and 60 °C.
Cross section analysis revealed the crevice corrosion as main mechanism instead of pitting corrosion despite very high concentration of Cl in NGB.
EDS element line scan analysis of the 20-week-exposed metal/mortar coupon showed Chloride distribution, which still not reached the metal/mortar interface, explaining no pitting was observed.
It was confirmed that FeCO3 cannot protect the steel surface in CO2 saturated NGB.
To verify the protective possibility of passivation happened on casing steel/mortar interface, simulated pore solution was synthesized and used to passivate the steel for 42 days. OCP and EIS confirmed the formation of passive layer.
The 42 day passivated layer was broken during the first minute of exposure in CO2 saturated NGB.
However, due to high concentration of Ca2+, a new carbonate CaCO3 dense layer was formed, increased the corrosion resistance of steel surface.
Commercially available carbon steels are suitable for compression and pipelines as long as moisture content and impurities are limited. (water 50 to 100 ppmv, SO2 and NO2 ca. 100 ppmv).
Corrosion rates increase with increasing water content.
(0.2 – 20 mm/a).
Condensation of acids and therefore droplet formation is always possible, even at low water contents.
A low SO2 content within the CO2-stream might be more important than a low water content.
Cr13-steels showed a general susceptibility to shallow pitting and pitting. So, they seem to be not suitable for CCUS applications.
Low alloyed steels showed better corrosion behavior. (predictable uniform corrosion)
For direct contact with saline aquifer fluids only high alloyed steels shall be used.
The electrochemical behavior of UNS N08031 was investigated as a function of electrode potential in Green-Death solution at 40 °C. The UNS N08031 surface is in a stable passive state during cyclic potentiodynamic polarization without an initiation and/or propagation of localized corrosion. In potentiostatic polarization of UNS N08031 for 3600 s, passive current density increases with an increase in the passivation potential from 0.7 to 1.0 VSSE (silver/silver chloride reference electrode in saturated potassium chloride) Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Mott-Schottky (M-S) analysis showed that a more defective n-type semiconductive passive film forms as the potential increases. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed that passive film consists of mainly chromium and minor iron and nickel oxides. The mechanism of the defective passive film formation is discussed. The increase of the applied potential is considered to be a reason for the change in passive film stability.
CO2 quality specifications are not only a matter of CO2 purity (i.e. CO2 content).
The “rest” also matters, in particular contents of reactive impurities affecting material corrosion (and rock alteration).
Also chemical reactions in CO2 stream needs to be considered, in particular when combining CO2 streams of different compositions.
Al2O3 coatings are often used as protective layers on steels against electrochemical and high-temperature corrosion because they are chemically inert and stable at elevated temperatures. This study presents preliminary work on the possibilities of using Al2O3 sol-gel coatings for corrosion protection of martensitic stainless steels in geothermal environments. Al2O3 sol-gel coatings were applied on UNS S42000, which is known to be susceptible to uniform and localized corrosion. The coated steel specimens were then tested in two types of artificial geothermal water, which simulate the geothermal fluids found in Sibayak (SBY), Indonesia, and North German Basin (NGB), Germany, respectively. SBY has pH 4 and 1.5 g/L of chloride ions, whereas NGB has a pH of 6 and 166 g/L of chloride ions. All experiments were carried out in autoclaves at 150 °C and 1 MPa under the deaerated condition. Evaluations were performed by investigating the surface profiles of both uncoated and coated steels before and after the corrosion test using a Laser Scanning Microscope (LSM) and Scanning Electron Microscope (SEM). Finally, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was performed to compare the corrosion resistance of Al2O3 coated steels in SBY and NGB solutions. It was observed from the corrosion test that Al2O3 coatings are more suitable for use in the geothermal water with a higher pH.
Influence of Precipitating Brine Components on Materials Selection for Geothermal Applications
(2021)
By exposure and electrochemical tests in the laboratory the Cu- and Pb-effect on corrosion behavior and performance of carbon steel and a corrosion resistant alloy could be assessed. Critical material specific properties were determined by static exposure and electrochemical tests in artificial geothermal water with high salinity and low pH, containing Cu/Pb.
It could be shown that significant Cu- resp. Pb-deposition and precipitation only occurred in combination with carbon steel. Corrosion resistant alloys (e. g. Cr- and Ni-dominated stainless steels) prevent the disturbing Cu-agglomeration resp. Pb-deposition. Therefore, they are suitable to be chosen for future design of geothermal piping system, either in massive or in cladded form. Regarding corrosion, formation of crevices with non-metallic materials shall be avoided.
So, in addition to its already known limited corrosion resistance, carbon steel shall not be used when copper or lead species are content of the geothermal brine. Otherwise precipitation and/or deposition of metallic copper resp. lead must be expected, increasing the susceptibility of clogging the piping system.
From the interactions and pitting corrosion point of view, corrosion resistant alloys (preferably Ni-rich) seem to be most favorable when selecting materials for applications in such geothermal brines.
Biodiesel (FAME) from rapeseed is an environmentally friendly alternative to common fossil fuels. It is also suitable to serve as blending component to fuels like heating oil. If the fuel composition is changed, materials compatibility must be guaranteed. Adding polar biodiesel to nonpolar heating oil, changes the blend’s solvency and might cause swelling, extraction and solvation of polymers.
The objective of this research was to investigate the compatibility of polymeric materials, which are commonly used for components in middle distillate facilities, along with blends of heating oil and 20 % biodiesel (B20). For this propose, ACM, HNBR, FKM, PE, PA 6, POM, PUR and PVC were exposed to heating oil and B20 for 42 and 84 days at 40 °C. In addition, the polymers HNBR, FKM, PA, POM and PVC were also exposed at 70 °C. Furthermore, the resistance of polymers in eight-year aged B10 at 40 °C was evaluated. Ageing of biodiesel increases acidity which might propagate polymer corrosion.
The materials were evaluated as resistant, if the loss in tensile properties (tensile strength and elongation at break) and Shore hardness remained under 15 % compared to the initial unexposed material values. For investigations under compressed conditions, the compression set was determined for specimens of ACM, FKM and HNBR after exposure in heating oil B0 and B20 for 3,7,14, 28, 56 and 90 days at 40 °C according to ISO 815-1.
It was found that the resistance in B20 at 40 °C was given for all tested polymers except PUR. In the 8 years aged B10, PUR and POM were not compatible and ACM just conditionally compatible. At 70 °C, FKM and PVC were resistant in B20, whereas HNBR and PA 6 were not compatible. Swelling occurred for the elastomers ACM, HNBR and PUR.
Study of Polyaniline/Silicon Dioxide based Coating on Carbon Steel in Artificial Geothermal Brine
(2021)
By using the available resources in Indonesia, such as silicon dioxide and marine coating base, the PANI/SiO2 modified alkyd coating was able to protect carbon steel in a deaerated artificial geothermal water. The screening of coatings shows that the modification by adding individual pigment was not sufficient to protect carbon steel even during a short-term exposure, indicated by the discoloration after only seven days of exposure. Electrochemical tests indicated that there was no significant change in the Ecorr between the coated and uncoated carbon steel at room temperature. At 150 °C, the coated carbon steel has a lower potential than that of carbon steel, indicating that the coating is protecting carbon steel cathodically or slowing down the corrosion reaction. Finally, a long-term exposure test confirmed that the PANI/SiO2 modified coating successfully protects the carbon steel in the Sibayak artificial geothermal water up to 150 °C for 6 months.
Since 2016 ISO Technical Committee (TC) 265 is working on standardization the whole CCS-process chain. Around 30 countries are working together to provide international guidelines. As ISO 27913 was the first standard finished within these activities it is already in the stage of first revision.
The objective of ISO 27913 is “to provide specific requirements and recommendations on certain aspects of safe and reliable design, construction and operation of pipelines intended for the large-scale transportation of CO2 that are not already covered in existing pipeline standards such as ISO 13623, ASME B31.8, EN 1594, AS 2885 or other standards. Existing pipeline standards cover many of the issues related to the design and construction of CO2 pipelines; however, there are some CO2 specific issues that are not adequately covered in these standards. The purpose of this document is to cover these issues consistently. Hence, this document is not a standalone standard, but is written to be a supplement to other existing pipeline standards for natural gas or liquids for both onshore and offshore pipelines.”
This contribution shall provide information on the content, the current stage of the revision process, encourage to contribute to this standard and make listeners aware to consider the influence of ISO standard on documents currently in draft.
This contribution provides current findings regarding materials susceptibility for CCUS applications. Basing on results gathered in 2 German long-term projects (COORAL and CLUSTER) suitable materials are introduced as well as dominating impurities of the CO2 stream and corrosion mechanisms. Investigations cover the whole CCUS process chain and provide the following recommendations for certain parts. Commercially available carbon steels are suitable for compression and pipelines as long as moisture content and impurities are limited (water 50 to 100 ppmv, SO2 and NO2 ca. 100 ppmv).
Corrosion rates increase with increasing water content (0.2 – 20 mm/a).
Condensation of acids and therefore droplet formation is always possible, even at low water contents.
A low SO2 content within the CO2-stream might be more important than a low water content.
Cr13-steels showed a general susceptibility to shallow pitting and pitting. So, they seem to be not suitable for CCUS applications.
Low alloyed steels showed better corrosion behavior (predictable uniform corrosion).
For direct contact with saline aquifer fluids only high alloyed steels shall be used.
The aim of the work presented was the evaluation of corrosion resistance
of various materials in geothermal Waters as a base to create a catalogue of suitable materials for applications in (not only) German geothermal power plants.
Users shall be enabled to have a basis for designing such facilities. High alloyed corrosion resistant alloys are suitable and do not cause copper or lead deposition. They shall be chosen for future design of the piping system, either in massive or in cladded form, if crevices formation with non-metallic materials can be prevented!
“Corrosive to Metals” (H290) describes the general potential danger of a substance to metallic materials. Uniform and localized attack is considered. It has nothing to do with containment material. Corrosion resistance of materials is determined similarly, but with much lower threshold values.
Manual shall provide a simple test to easily determine the aggressivity potential to cause corrosion on metallic materials.
Even a simple test requires experienced personnel. There seems to be a need of awareness and understanding training for both officials and applicants.
Commercially available carbon steels are suitable for compression and pipelines as long as moisture content and impurities are limited. (water 50 to 100 ppmv, SO2 and NO2 ca. 100 ppmv) Corrosion rates increase with increasing water content. (0.2 – 20 mm/a) Condensation of acids and therefore droplet formation is always possible, even at low water contents. A low SO2 content within the CO2-stream might be more important than a low water content. Cr13-steels showed a general susceptibility to shallow pitting and pitting. So, they seem to be not suitable for CCUS applications. Low alloyed steels showed better corrosion behavior (predictable uniform corrosion). For direct contact with saline aquifer fluids only high alloyed steels shall be used.
Integrated Coating System for Corrosion Protection of Carbon Steel in Artificial Geothermal Brine
(2022)
Corrosive geothermal brines are a major challenge to geothermal power-plants. For cost reasons, plant designers prefer to use carbon and low alloyed steels, which are susceptible to uniform and localized corrosion when exposed to geothermal brines having acidic and saline properties. To solve such problem, coatings or inhibitors would be a protective solution as an alternative to the use of high alloyed materials.
This study investigated a coating system consisting of polyaniline/silicon dioxide based on resources locally available in Indonesia. Protection against corrosion of carbon steel was shown by long-term (28 day) exposure and electrochemical tests of coated carbon steels, performed in an artificial acidic and saline geothermal brine, comparable to the conditions encountered at a site in Indonesia.
Therefore, an integrated coating system is proposed for corrosion protection, combining the electrochemical functionality of polyaniline and the physical advantages of silica.
Evaluation of corrosion resistance of metallic materials is essential to assure safe and reliable operation of geothermal sites. One need to be aware that corrosion is not a material's but a system property, determined by medium, material and construction aspects. Various corrosion types have to be evaluated. Conditions in laboratory shall reflect on-site reality. Depending on brine composition and temperature suitability of metallic materials can be ranked. Most important outcome of the research is that highly saline geothermal brines require high alloyed materials, for safe long-term operation.
Since geothermal wells are a feasible energy source to replace fossil fuel supply, many technologies have been developed to take advantage of geothermal energy. Nevertheless, service conditions in geothermal facilities are in many cases extreme in terms of corrosion due to the chemical composition of hydrothermal fluids and temperatures. Therefore, materials selection based on preliminary material qualification is essential to guarantee a secure and reliable operation of the facilities. During operation of a geothermal research facility in Groß Schönebeck copper and lead effects have been found downhole. Occurring mechanisms and measures to prevent precipitation or scaling needed to be investigated as well as potential influences of such precipitates on corrosion resistance of metallic materials used for equipment.
This contribution deals with the evaluation of the corrosion behavior of carbon steel and corrosion resistant alloys in copper and/or lead containing artificial geothermal water, simulating the conditions in the Northern German Basin.
The behavior of these materials in an artificial geothermal water obtained by electrochemical measurements and exposure tests are presented. While carbon steel exhibits precipitation and deposition, higher alloyed material shows different response to such species and a higher resistance in saline geothermal water.
Basing on these results the suitability of the investigated corrosion resistant alloy is given for use in such conditions, whereas carbon steel creates difficulties due to its susceptibility to Cu- and Pb-precipitation.
Im DGMK-Projekt 780 wurde eine forcierte Prüfmethode entwickelt zur Bestimmung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen gegenüber Brennstoffen aus Mitteldestillaten und Gemischen aus Mitteldestillat und paraffinischen Kohlenwasserstoffen, die jeweils Fettsäuremethylester (FAME) als biogene Komponente enthalten. Bei der Prüfmethode werden Proben des Werkstoffes in einem speziellen Prüfmedien ausgelagert. Die Zusammensetzung von zwei Prüfmedien wurde im Vorhaben erarbeitet. Die Prüfmedien decken für den FAME-Anteil einen Bereich von bis zu 20 % (V/V) ab. Die Auslagerung kann bei geringem Aufwand unter Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Die Eignung einer Auswahl von metallenen Werkstoffen und Polymerwerkstoffen, die für Versorgungsanlagen für Mitteldestillat relevant sind, wurde durch Auslagerung in folgenden nicht gealterten Brennstoffen bestimmt: Heizöl EL schwefelarm (B0), Heizöl EL schwefelarm mit 20 % (V/V) FAME (B20), FAME (B100) und hydriertes Pflanzenöl (HVO). Die Temperatur bei der Auslagerung betrug 50 °C für die metallenen Werkstoffe und 40 °C und 70 °C für die Polymerwerkstoffe. Die Ergebnisse der Beständigkeitsbewertung wurden in Beständigkeitslisten zusammengefasst. Die mit dem B20 erhaltenen Werkstoffbeständigkeiten gelten generell für Gemische aus Heizöl EL schwefelarm und FAME mit einem FAME-Gehalt bis zu 20 % (V/V). Sie sind auch auf Gemische aus Dieselkraftstoff und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 %(V/V) übertragbar.
Die forcierte Prüfmethode kann insbesondere KMUs bei der Weiterentwicklung von bestehenden Produkten und der Entwicklung von neuen Produkten als ein kostengünstiger Schnelltest zur Überprüfung der Werkstoff- und Bauteilbeständigkeit gegenüber Mitteldestillaten mit hohem FAME-Anteil dienen. Sie kann für die Hersteller die Sicherheit erhöhen, dass Bauteile die Freigabeprüfungen der Bauaufsicht bestehen, wobei die Freigabe aber nur für Deutschland gültig ist.
Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens können in eine harmonisierte Europäischen Norm für alternative Brenn- und Kraftstoffe einfließen. Diese ist für die Bauteilhersteller die Voraussetzung für die Erschließung des europäischen Marktes.
Significant Cu-deposition and ‑precipitation only occurred in combination with carbon steel. High-alloyed materials prevent the disturbing Cu-agglomeration. Pb-deposition and ‑precipitation only occurred in combination with carbon steel. No negative Pb-effect could be observed in combination with high-alloyed steels. High alloyed corrosion resistant alloys are suitable and shall be chosen for future design of the piping system, either in massive or in cladded form, if formation of crevices with non-metallic materials can be excluded!
The screening of coatings shows that the modification by adding individual pigment was not sufficient to protect carbon steel even during a short-term exposure, indicated by the discoloration after only seven days of exposure.
Electrochemical tests indicated that the coating cathodically protects carbon steel or slows down the corrosion reaction.
A long-term exposure test confirmed that the PANI/SiO2 modified coating successfully protects the carbon steel in the Sibayak artificial geothermal water at 150 °C for 6 months.
Significant Cu-deposition and precipitation only occurred in combination with carbon steel. High-alloyed materials prevent the disturbing Cu-agglomeration. Pb-deposition and precipitation only occurred in combination with carbon steel. No negative Pb-effect could be observed in combination with high-alloyed steels. High alloyed corrosion resistant alloys are suitable and shall be chosen for future design of the piping system, either in massive or in cladded form, to prevent unwanted interactions with brine components.
In recent years superglassy polymers exhibiting intrinsic microporosity established a new perspective for a number of applications, especially for gas separation membranes as These polymers Combine extremely high permeabilities with attractive selectivities. The essential factor governing the structure Formation in the solid film or layer is either a contorted rigid Backbone (polymers of intrinsic microporosity - PIMs) or extremely bulky side groups (polynorbornenes and polytricyclonenenes).
For a deeper understanding of both types of such high-Performance polymers for gas separation membranes and their further development broadband dielectric spectroscopy (BDS) can provide a substantial contribution.
BDS addresses molecular relaxations characterizing the dynamics of the solid polymer as a major factor determining the gas transport properties but also the physical aging behavior which is an essential issue for such polymers.
BDS is applied on PIMs where fluctuations of molecular dipoles connected to the backbone can be directly monitored. Furthermore, also polynorbornenes were investigated which carry no dipole moment in their repeat unit - the high resolution of modern equipment allows for the detailed analysis also for very small dielectric losses originating from partially oxidized moieties or marginal catalyst residues.
Additionally, from interfacial polarization phenomena, such as Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) polarization due to blocking of charge carriers at internal interfacial boundaries on a mesoscopic length scale, valuable information on the intrinsic microporosity and its changes induced by physical aging can be obtained.
Finally, also conductivity can be characterized in detail in such polymeric systems revealing contributions of interactions of aromatic moieties (π-π-stacking) or the drift motion of charge carriers. These features also determine the structure formation in the solid state.
Polymers of intrinsic microporosity (PIMs) have recently emerged as novel materials for a broad range of high-performance applications from gas separation to electronic devices. The very rigid, contorted polymer chains show only limited molecular mobility and therefore pack inefficiently giving rise to intrinsic microporosity with pore sizes generally smaller than 1 nm resulting in BET surface areas larger than 700 m2/g. Using conventional thermal analysis techniques, no glass transition temperature (Tg) of PIMs could be unambiguously detected up to now. Employing fast scanning calorimetry (FSC) based on a one chip sensor, decoupling the time scales responsible for the glass transition and the thermal decomposition is a reliable strategy to overcome this limitation. The FSC device is capable to heat and cool a small sample (ng-range) with ultrafast rates of several ten thousand K/s. Evidence of a glass transition is obtained for a series of PIMs with different chain rigidities. Local small-scale fluctuations are held responsible for the glass transition of highly rigid PIMs rather than segmental motions as in conventional polymers.
Slow crack growth (SCG) under the influence of external fluid media, usually termed environmental stress cracking (ESC), is still one of the most frequent origins of severe damage and failure of polymeric materials. For polyethylene (PE) this is relevant for mass products, like bottles for consumer products, but also for high-performance materials for pipes or industrial packaging, including containers for chemicals and other dangerous goods. Especially for high-density polyethylene (PE-HD) the susceptibility to SGC and ESC is depending on the complex interplay between molecular weight and architecture and the resulting semicrystalline morphology, especially the formation of tie-molecules.
A reliable assessment of the resistance against this damage phenomenon is essential for demanding as well as safety-critical applications and has to take into account suitable testing methodologies and conditions in combination with environmental media reflecting the properties representative for typical fillings and relevant components causing ESC. In this context a better understanding of different influencing factors, such as sorption, swelling or surface activity is necessary together with a detailed characterization of different stages of crack propagation and underlying mechanisms. Therefor well-established testing methods, such as the Full Notch Creep Test (FNCT), were complemented by detailed fracture surface analysis using e.g. LSM and SEM in combination with a time-dependent optical monitoring of the progressing crack growth.
For the crack growth also the ratio of fibrillated craze zone to crack opening is important for the deeper understanding of crack propagation and related material parameters which can be additionally addressed by X-ray computed tomography.
Appropriate monitoring of transportation infrastructures (e.g. bridges) is of utmost importance to ensure safe operation conditions. Accurate and reliable assessment of such structures can be achieved through the integration of data from non-destructive testing, advanced modeling and model updating techniques. The Bayesian framework has been widely used for updating engineering and mechanical models, due to its probabilistic description of information, in which the posterior probability distribution reflects the knowledge, over the model parameters of interest, inferred from the data. For most real-life applications, the computation of the true posterior involves integrals that are analytically intractable, therefore the implementation of Bayesian inference requires in practice some approximation methods.
This paper investigates the application of Variational Bayesian Inference for structural model parameter identification and update, based on measurements from a real experimental setup. The Variational Bayesian method circumvents the issue of evaluating intractable integrals by using a factorized approximation of the true posterior (mean field approximation) and by choosing a family of conjugate distributions that facilitates the calculations. Inference in the Variational Bayesian framework is seen as solving an optimization problem with the aim of finding the parameters of the factorized posterior which would minimize its Kullback-Leibler divergence in relation to the exact posterior. The Variational Approach is an efficient alternative to sampling methods, such as Markov Chain Monte Carlo, since the latter’s accuracy depends on sampling from the posterior distribution a sufficient amount of times (and therefore requiring an equivalent number of computations of the forward problem, which can be quite expensve).
Accurate and reliable assessment of transportation infrastructures (e.g. bridges) are crucial for ensuring public safety. Simulation-based engineering analyses can be used to assess and predict the health state of structures. Although some of the structural parameters necessary for such simulations cannot be directly measured, they can be inferred from Non-Destructive Testing data, in a typical inverse problem formulation. However, any prediction based on engineering models will never be an exact representation of reality, since many sources of uncertainties can be present: poor physical representation of the problem (model bias); measurement errors; uncertainty on inferred parameters; etc. Uncertainty quantification is, therefore, of utmost importance to ensure reliability of any decision based on the simulations.
This paper investigates the application of the Modular Bayesian framework to perform structural parameter calibration while estimating a function for the model bias. The data for tests comes from an experimental setup and is represented as a combination of a physics-based model, a model bias term and an additive measurement error (considered to be known). In this approach, the inference problem is divided into 3 modules: the first and the second estimate the optimal hyper-parameters of Gaussian Processes (GP) to replace the physics-based and the model bias term, respectively; the third computes the posterior distribution of the structural parameters of interest, taking into account the GPs from the previous modules. By computing a bias-correction function and calibrating the parameters, the modular framework aims at improving the accuracy of the predictions.
Appropriate monitoring of transportation infrastructures (e.g. bridges) is of utmost importance to ensure safe operation conditions. Accurate and reliable assessment of such structures can be achieved through the integration of data from non-destructive testing, advanced modeling and model updating techniques. The Bayesian framework has been widely used for updating engineering and mechanical models, due to its probabilistic description of information, in which the posterior probability distribution reflects the knowledge, over the model parameters of interest, inferred from the data. For most real-life applications, the computation of the true posterior involves integrals that are analytically intractable, therefore the implementation of Bayesian inference requires in practice some approximation methods.
This paper investigates the application of Variational Bayesian Inference for structural model parameter identification and update, based on measurements from a real experimental setup. The Variational Bayesian method circumvents the issue of evaluating intractable integrals by using a factorized approximation of the true posterior (mean field approximation) and by choosing a family of conjugate distributions that facilitates the calculations. Inference in the Variational Bayesian framework is seen as solving an optimization problem with the aim of finding the parameters of the factorized posterior which would minimize its Kullback-Leibler divergence in relation to the exact posterior. The Variational Approach is an efficient alternative to sampling methods, such as Markov Chain Monte Carlo, since the latter’s accuracy depends on sampling from the posterior distribution a sufficient amount of times (and therefore requiring an equivalent number of computations of the forward problem, which can be quite expensive).
Sprengversuche sind ein wesentliches Werkzeug, um die Eignung von Schutzobjekten und Bauteilen zum Schutz der Bevölkerung vor Anschlägen mit explosionsgefährlichen Stoffen wie Explosivstoffen, sogenannten „home-made-explosives“ (HME) und unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtungen (USBV) zu bewerten. Für forensische Zwecke werden oft Explosionsszenarien nachgebildet, um die Auswirkung von Anschlägen oder Unfällen genau untersuchen zu können. Feldversuche in Kombination mit numerischen Simulationen ermöglichen eine Charakterisierung der Belastung und Schädigung von Bauteilen und Strukturen unter hochdynamischen Explosionsbelastungen.
Auf dem Testgelände Technische Sicherheit (TTS) der BAM in Horstwalde, Brandenburg werden Sprengversuche im Real-Maßstab durchgeführt. Dabei werden Bauteile mit Messtechnik ausgestattet, um eine dynamische Strukturcharakterisierung mittels sensorbasierten Monitorings zu ermöglichen.
In diesem Vortrag werden am Beispiel einer Versuchskampagne mit einer Stahlbetonwand als Prüfkörper die Eignung verschiedener Prüfmethoden bei Sprengversuchen evaluiert. Es werden Messmethoden zur Charakterisierung der Explosionsereignisse, des globalen Strukturverhaltens sowie der lokalen Schädigung vorgestellt.
Die direkte Charakterisierung der Explosionsbelastung erfolgt mit Hilfe von piezo-elektrischen Druckaufnehmern (bündig mit der Oberfläche im Prüfkörper montiert) und High-Speed-Kameras. Die Beobachtung der explosionsinduzierten Reaktion des Bauteils während und nach dem Eintreffen der Stoßwelle erfolgt mittels Beschleunigungssensoren, Stereo-Fotogrammetrie sowie mit in den Prüfkörper eingebetteter verteilter faseroptischer Sensoren, mit Hilfe derer die Dehnungsraten im Bauteil zeit- und ortsaufgelöst gemessen werden können. Die faseroptischen Sensoren erlauben außerdem die örtlich hochaufgelöste Bestimmung statischer Dehnungsänderungen im Bauteil nach einem Versuch, sodass auch nicht sichtbare Schädigungen wie kleinste Risse detektiert und charakterisiert werden können. Vergleichende Messungen mit Ultraschall komplettieren die Schadenscharakterisierung. In unserem Beitrag diskutieren wir die Herausforderungen dieser Messungen sowie die Ergebnisse und Möglichkeiten der genannten komplementären Messmethoden.
Protection against terroristic or accidental scenarios in industrial settings requires suitable designs of structures to resist blast loads. Field testing as well as finite element simulations are among the techniques available to engineers in the understanding of the structural behavior against blast loading.
As blast testing of complex scenarios can be very resource intensive, tests are generally performed for simplified scenarios. Numerical tools can be used to model these scenarios to get better insight into blast loading, structural response, and the resulting damage to the structure. During the next steps, the simplified scenario is successively modified in numerical simulations to incorporate complexities that cannot be covered in blast testing experiments. One of the conditions for this approach to work is that the original simplified numerical simulation is valid. The scopes and challenges encountered in such a validation are the focus of this presentation/article.
A relatively ‘simple’ field test of a horizontal reinforced concrete (RC) slab subjected to blast loading is taken as an example for validation of the performance of numerical tools. The blast test incorporated various measurement techniques to quantify the blast load as well as the behavior of the RC slab. Blast load was measured using flush mounted piezoelectric pressure gauges, whereas acceleration sensors and fiber-optic sensor cables were used to characterize the dynamic behavior of the slab under blast loading. Additionally, damage characteristics were ascertained also using fiber optic sensing. The application of such measurement techniques, along with different numerical software available for the analysis of the scenario in question, demonstrate the scope of our contribution.
When it comes to the challenges, it begins with proper instrumentation of the test specimen followed by the data processing. For numerical modelling, geometric conditions with appropriate boundary constraints, physical conditions such as the configuration of the rebars, as well as material parameters add to this challenge. The issues of choosing appropriate material models and comparison of results with multiple software tools will be discussed. This discussion forms the basis for a coherent approach to technical-safety assessment of blast effects on structures in its broader sense.
The presence of polycarboxylate ether (PCE) based superplasticizers (SPs) has an enormous influence on the early hydration of cement. Therefore, the talk presents first experimental results about the influence of a delayed addition time of PCE SPs on the hydration of cement and tricalcium aluminate (C3A) pastes, investigated by isothermal heat flow calorimetry and in-situ XRD.
The presence of polycarboxylate ether (PCE) based superplasticizers (SPs) has enormous influence on the early hydration of cement. C3A as the most reactive phase of Portland cement plays a significant role in early hydration reactions and affects the rheological performance. Therefore, this talk presents experimental results about the influence of delayed addition of PCEs on the Hydration of alite and C3A-gypsum pastes investigated by isothermal heat flow calorimetry. Complementary in-situ XRD was carried out on C3S and C3A-gypsum pastes to analyze hydration and phase changes related to the addition of PCE. Cement pastes with a delayed addition of PCE showed less retardation compared to simultaneous addition. The alteration caused by PCE is much more pronounced for C3A-gypsum mixes. With a delayed addition of SP, the hydration of C3A is less retarded or even accelerated. It is obvious that there is less retardation the later the addition of SP. Furthermore, the PCE alter the hydration of C3A when added delayed and exhibit changes in kinetics and Hydration rates. XRD results showed that more C3A is dissolved in the presence of PCE. Also, the gypsum depletion occurs earlier in the presence of PCE and even faster with delayed addition. Without PCE AFm starts to form just after the gypsum depletion. However, in the presence of PCE AFm already starts to form at the beginning of the hydration. Due to the faster gypsum depletion in the presence of PCE, also the transformation from ettringite into AFm begins earlier, but takes longer as without SP.
The state of fresh concrete is predominantly determined by the rheological properties of the cement paste. In order to control performance spectra and requirements of novel concretes and to better understand macroscopic phenomena, comprehensive knowledge of the material behavior of fresh cement suspensions as well as of the complex relationships of mechanisms at the nano and micro scale are necessary. This work focuses on micro and nano rheology of suspensions of cementitious model systems and the influence of polycarboxylate-based admixtures on the rheology. The phenomena are driven by multiple parameters such as adsorption and particle interactions. Hence, the first part examines the interaction between polycarboxylate ether (PCE) and synthesized clinker phases and hydration products as model systems with regard to early hydration products.
This presentation deals with the phenomenology and design of pile foundations for offshore wind turbines, and is divided into two lectures.
The first lecture presents a brief introduction to the context and peculiarities of such foundations, and then focuses on the particular case of axially loaded piles. This part is most relevant for the relatively slender piles of the multi-pile substructures (i.e. jackets and tripods). A clear distinction between physical phenomenology and practical design is drawn here.
Design challenges for offshore wind-farms. From foundation mechanics to wind-farm aerodynamics
(2018)
This talk provides a brief introduction on general engineering aspects of offshore wind energy production. Then some geomechanical issues for the foundation of OWTs into the seabed are introduced, while the results from experimental investigations and coupled computational analysis are discussed.
In the second part of the seminar, the hydromechanical Wave–Tower interaction is firstly discussed. Then, some general aspects of the windfarm aerodynamics are introduced. On the one hand, some modelling possibilities for the wake analysis of single turbines and turbine groups are discussed. And on the other hand the relevance of such analyses for a proper windfarm layout optimization is pointed out.
Concerning the geomechanical issues the talk shows that: i) The pile’s bearing capacity can degrade under cyclic loading (waves, wind, …). ii) The time effects can be relevant: Capacity improvement can be substantial, but also fragile. iii) There are cyclic PWP effects: Cyclic interaction with pore water may lead to soil softening and an uncoupled analysis (current design practice) is potentially unsafe.
And concerning the hydromechanical and aerodynamical design considerations, this seminar shows that: i) Numerical analysis of turbine’s interaction with wind/waves is useful and affordable. ii) Simplified models can provide insight into windfarm aerodynamics. iii) Turbulent wake analysis is very relevant for the windfarm layout.
This presentation deals with the phenomenology and design of pile foundations for offshore wind turbines, and is divided in two lectures.
The first lecture presents a brief introduction to the context and peculiarities of such foundations, and then focuses on the particular case of axially loaded piles. This part is most relevant for the relatively slender piles of the multi-pile substructures (i.e. jackets and tripods). A clear distinction between physical phenomenology and practical design is drawn here.
The second lecture continues with the case of lateraly loaded offshore piles, which bears most relevance for the case of the monopile foundations. Here again, a clear separation between physical reality and design methods is intended.
Finally, the last part of the second lecture introduces several advanced topics which lie outside the classical design approaches, namely the cyclic pile fatigue and the so-called pile setup (i.e. the time effects on the axial pile capacity). The relevance of these two topics is illustrated with experimental results from a field testing campaign on real large-scale piles.
This presentation deals with the phenomenology and design of pile foundations for offshore wind turbines, and is divided into two lectures.
The first lecture presents a brief introduction to the context and peculiarities of such foundations, and then focuses on the particular case of axially loaded piles. This part is most relevant for the relatively slender piles of the multi-pile substructures (i.e. jackets and tripods). A clear distinction between physical phenomenology and practical design is drawn here.
Deep foundations for offshore wind turbines. Lecture 2: lateral behaviour and advanced topics
(2020)
This presentation deals with the phenomenology and design of pile foundations for offshore wind turbines, and is divided into two lectures. The second lecture continues with the case of lateraly loaded offshore piles, which bears most relevance for the case of the monopile foundations. Here again, a clear separation between physical reality and design methods is intended.
Finally, the last part of the second lecture introduces several advanced topics which lie outside the classical design approaches, namely the hydromechanical coupling effects (i.e. the excess pore-pressure generation around the monopiles), the cyclic pile fatigue and the so-called pile setup (i.e. the time effects on the axial pile capacity). The relevance of the latter two topics is illustrated with experimental results from a field testing campaign on real large-scale piles.
This presentation provides an overview on general issues related to erosive failures in civil constructions like hydraulic infrastructures and offshore foundations. A brief introduction to the related research activities of BAM in the field of offshore wind energy is first provided, and the general possibilities for micromechanical modelling approaches are outlined. Finally, the ongoing DFG-ANR research project COMET is introduced.