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Organisationseinheit der BAM
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- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (5)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (2)
- 1.4 Prozessanalytik (2)
- 6 Materialchemie (2)
- 6.3 Strukturanalytik (2)
- 6.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 7 Bauwerkssicherheit (1)
- 7.4 Baustofftechnologie (1)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (1)
Untersuchung der Mikrostruktur asbesthaltiger Bremsbeläge und Möglichkeiten der Asbestsubstitution
(2002)
Die klassische Metallographie basiert auf Abbildungen einzelner Schliffebenen und kann auf räumliche Formen und Anordnungen des Gefüges nur bedingt schließen. Die Idee, aus metallographischen Serienschliffen dreidimensionale Gefügestrukturen zu rekonstruieren, ist daher naheliegend und nicht neu. Allerdings ist der Aufwand, in Handarbeit viele Einzel-Schliffe zu präparieren und zu Bildstapeln zusammenzusetzen, sehr hoch und steht einer häufigen Anwendung entgegen.
Deshalb wird an der BAM ein Roboter-gestütztes 3D-Metallographie-System entwickelt, das an einer Schliffprobe die Schritte Präparation und Bildeinzug vollautomatisch mit vielen Wiederholungen ausführt. Die Präparation umfasst Schleifen, Polieren und optional Ätzen der Schlifffläche, der Bildeinzug autofokussierte lichtmikroskopische Aufnahmen bei mehreren Vergrößerungsstufen. Der erhaltene Bildstapel wird anschließend vorverarbeitet, segmentiert und in ein 3D-Modell umgesetzt, das einer mikrotomographischen Aufnahme ähnelt, allerdings mit besserer lateraler Auflösung bei großem Volumen. Im Gegensatz zu tomographischen Verfahren besteht die Möglichkeit der Kontrastierung durch klassische chemische Ätzung. Die Integration eines REMs ist geplant. Bislang durchgeführte Arbeiten verdeutlichen die Möglichkeiten der Darstellung von Heißgas-Korrosionsschichten, Grauguss-Werkstoffen und Keramik-basierten mikroelektronischen Strukturen (Vias).
Laboratories tend to be central hubs for chemical, biotechnological, pharmaceutical or foodstuff production. They play a key role in research and development, chemical analysis, quality assurance, maintenance and process control. For process development and optimization, process analytical technology (PAT) has proven to be a powerful tool to improve our understanding of processes, increase productivity, reduce waste and costs and shorten processing times.
In this paper results of the experimental testing performed on brick masonry and earth block masonry are presented. The paper outlines the development of the testing procedures for two different types of anchors. For this purpose, two experimental campaigns of pull-out tests on masonry corner connections strengthened by metallic rod grouted were carried out. Experimental results proved that the implemented testing procedures are suitable to determine the most recurring failure modes of the anchor pins. Moreover, a procedure is proposed to estimate the capacity of grouted anchor pins based on experimental studies.
Das Wissen über die Materialeigenschaften und die Versagensmechanismen bei Lehmbaustoffen ist begrenzt und lückenhaft. Im Rahmen des EU-Projekts NIKER (www.niker.eu) wurden deshalb die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen aus Lehm unter statischer Druck- und Schubbeanspruchung bestimmt. Ziel der Untersuchungen war es, grundlegende Daten zum Verformungs- und Versagensverhalten von Lehmbauteilen zu erhalten und dieses mit einem numerischen Modell zu beschreiben. Die Versuchsergebnisse belegten das spröde Verhalten von Lehmsteinmauerwerk bei uniaxialer Druckbelastung und zeigten, dass das Versagen von Lehmsteinmauerwerk infolge Schubbelastung nach Erstrissbildung in Mörtelfugen und Lehmsteinen durch Gleiten der Lehmsteine entlang der Mörtelfugen erfolgt. Die numerische Makromodellierung erbrachte zwar befriedigende Resultate hinsichtlich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens, jedoch konnte bei der simulierten Rissbildung keine Übereinstimmung mit den in den Versuchen beobachteten Rissbildern erzielt werden. Bei Lehmsteinmauerwerk ist also eine wesentlich aufwendigere Mikromodellierung notwendig, um das Versagensverhalten korrekt beschreiben zu können.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Knowledge of the material properties and failure mechanisms of earthen materials is limited and scattered. Within the framework of the NIKER project (www.niker.eu) funded by EC, the mechanical properties of earthen material elements were therefore determined under static compression and shear loads. The aim was to obtain fundamental data on deformation behaviour and failure mechanisms of earthen material structural elements and to describe them by means of a numerical model. The test results confirmed the brittle behaviour of earth block masonry under monoaxial compressive load and showed that the failure of earth block masonry under shear load occurs by sliding of the earth blocks along the mortar joints after initial cracking in mortar joints and earth block. Numerical macro modelling showed satisfying results with regard to stress-strain behaviour, but the simulated crack pattern was not consistent with experimental observations. In the case of earth block masonry, it is thus necessary to use micro modelling approaches in order to correctly predict the failure process at local level.
Investigations on hydrogen-induced embrittlement of quenched and tempered prestressing steels
(2000)
In Germany in recent years failures of more than 30-year-old prestressed concrete structures have been observed. In all these cases a quenched and tempered steel type, strength class St. 1420/1570 was used. In order to assess the corrosion risk, i.e. crack initiation and propagation, under depassivating conditions lifetime tests in environments relevant for building practice were carried out using different prestressing steels of this quenched and tempered type of material.
From the results it can be concluded that the specific susceptibility of certain prestressing steels is the determining factor with respect to the occurrence of cracks rather than environmental factors.
Translated Abstract
Untersuchungen zum wasserstoffinduzierten Sprödbruch vergüteter Spannstähle
In den letzten Jahren ist es verschiedentlich zu Schadensfällen von Spannbetonbauteilen gekommen, bei denen vergüteter Spannstahl der Festigkeitsklasse St 1420/1570 eingesetzt war. Durch systematische Untersuchungen an verschiedenen Typen dieser Stahlsorte sollte geklärt werden, ob unter depassivierenden Bedingungen Rißeinleitung und -ausbreitung unter praxisnahen Verhältnissen zu erwarten ist.
Die durchgeführten Untersuchungen lassen folgern, daß die spezifische Anfälligkeit des Spannstahls für das Auftreten von Rissen einen wesentlich höheren Einfluß besitzt als die elektrolytseitigen Parameter, da sich die verschiedenen Stähle auch bei vergleichbaren Korrosionsangriffen unterschiedlich verhalten.
Neue bauaufsichtliche Zulassung für Bauteile und Verbindungsmittel aus nichtrostenden Stählen
(1999)
Im Rahmen der Erarbeitung einer neuen bauaufsichtlichen Zulassung für nichtrostende Stähle ergab sich die Fragestellung, ob durch eine Kaltverfestigung die Beständigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion negativ beeinflußt wird. Durch experimentelle Versuche an verschiedenen nichtrostenden Stählen sollte geklärt werden, ob kaltverformtes Material bei hoher Chloridbelastung, wie sie z. B. in Schwimmhallenatmosphäre vorkommen kann, eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion aufweist. Die Untersuchungen wurden mit den hochlegierten Stählen 1.4462 sowie 1.4529 durchgeführt. Als Vergleichswerkstoff mit bekannter Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion bei hoher Chloridbelastung wurde der Stahl 1.4301 eingesetzt. Die Versuche erfolgten mittels Bügel- und Zugproben, auf die Tropfen aus gesättigter Magnesiumchloridlösung aufgebracht waren. Hinweise auf eine höhere Spannungsrißkorrosionsempfindlichkeit des kaltverformten Materials wurden aber sowohl bei den Versuchen mit Bügelproben als auch bei den Versuchen mit Zugproben nicht festgestellt.
Translated Abstract
Investigations on stress corrosion cracking resistivity of stainless steels with different degree of cold straining
Within the context of the elaboration of a new approval for stainless steels for civil engineering applications the question arised whether cold straining could adversely affect the resistance against stress corrosion cracking. By means of experimental tests with different stainless steels it should be clarified whether cold straining increase the stress corrosion cracking susceptibility under high chloride loads like e.g. in swimming hall atmospheres.
The investigations were carried out using the high-alloyed steels 1.4462 and 1.4529. As reference material with known susceptibility against stress corrosion cracking the steel 1.4301 was used. The tests were performed using U-bent and tension specimens with saturated MgCl2 salt spots. Indications for an increase in stress corrosion cracking susceptibility of the cold drawn steel were not found.
Recycling materials from building construction can currently not be adequately recycled. Reasons for this are their considerable heterogeneity in terms of materials composition and high fine partide content. Recycling as filling material and in the construction of waste disposal facilities, or as landfill, will in future no longer be possible in view of the stringent application of the German law of lifecyde management and/or the steady decrease of waste-disposal capacities. In this context, the joint research project “lightweight aggregates,” supported by the German Federal Ministry for Education and Research, a technology for manufacturing lightweight aggregates was developed.
Infraleichtbeton zeichnet sich durch eine äußerst geringe Trockenrohdichte von maximal 800 kg/m³ aus, bei gleichzeitig ausreichender Festigkeit. Daraus resultieren geringe Wärme- und Schallleitfähigkeiten. Dies ermöglicht den Einsatz als Sichtbeton in Wandelementen ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Dämmschicht.
Vielversprechend erscheint der Einsatz von Leichtgranulaten in Infraleichtbeton, um seinen ökologischen Fußabdruck zu reduzieren und somit ein energieeffizientes und zugleich nachhaltiges Bauen zu ermöglichen. Die Leichtgranulate werden in einem thermo-chemischen Prozess aus gemischtem Mauerwerkbruch hergestellt. Ihre Verwendung bietet neben der Alternative zu herkömmlichen leichten Gesteinskörnungen auch die Möglichkeit, Abfallprodukte sinnvoll zu nutzen. In diesem Artikel werden die Leichtgranulate vorgestellt, ihre Anwendung in Infraleichtbeton geprüft und mit konventionellem Blähton verglichen.
Los contaminantes atmosféricos son con frecuencia responsables
de la aceleración de la degradación de la piedra
en los edificios y monumentos históricos de las zonas
urbanas. Son muchos los factores que influyen de manera
decisiva en el comportamiento de las piedras naturales
ante los contaminantes gaseosos. Dos de esos factores
son la composición de la atmósfera y el tipo de piedra.
Las areniscas en particular son propensas al ataque de
los contaminantes atmosféricos debido a su naturaleza
porosa, pero muchas de las reacciones de las areniscas
no carbonatadas con estos gases no se conocen bien. El
estudio presentado tiene por objeto comprender los procesos
y factores que controlan el distinto comportamiento
de las areniscas respecto al dióxido de azufre. Para el
estudio se investigaron siete areniscas distintas procedentes
del sur y del este de Alemania. Las areniscas mostraban
una diferencia significativa en la composición de
su aglomerado. Por lo que respecta a la absorción de
SO2, las distintas variedades de arenisca mostraron un
comportamiento completamente diferente. Curiosamente,
la cantidad de SO2 depositada no estaba relacionada con
la superficie específica de las areniscas, este parámetro
está relacionado con el contenido en óxidos de hierro.
Air pollutants often accelerate stone deterioration in historical
buildings and monuments in urban areas. Many factors
condition natural stone behaviour with respect to
gaseous pollutants. Two of the more prominent of such
factors are the composition of the atmosphere and the
type of stone. Due to their porosity, sandstones are particularly
vulnerable to air pollutant attack. Many of the reactions
between noncarbonaceous sandstones and these
gases are not well understood, however. The present
study aimed to acquire an understanding of the processes
and factors governing sandstone behaviour when exposed
to sulphur dioxide. Seven different sandstones from southern
and eastern Germany were analyzed for the study.
The binder composition of the stones varied significantly.
They also exhibited completely different behaviour in connection
with SO2 deposition. Interestingly, while the
amount of SO2 deposited was unrelated to the specific surface
area of the sandstones, this parameter was closely
correlated to the iron oxide content.
Preparation of new bimetallic compounds, including double complex salts (DCSs), containing both a platinumgroup metal and a transition metal of the fourth period is of great interest since these compounds can act as precursors of bimetallic materials. One example of using such compounds is the preparation of ultrafine particles of solid solutions of metals or intermetallic compounds on various supports to fabricate highly efficient catalysts with a low content of noble
metals.
Compounds containing coordinated oxalate anions are important objects of synthetic chemistry and interesting precursors. For example, a lot of attention is given to salts with [M(C2O4)2]2– anions, where M = Co, Ni, Cu, Pt, Pd. On the one hand, the uniqueness of oxalate coordinated anions is due to the fact that they are easily obtained and are stable both in aqueous solutions and in the solid phase; on the other hand, they are thermally decomposed at relatively low temperatures, which makes them promising precursors for the fabrication of metallic and oxide materials.
Die UN-Konferenz für Umwelt und Entwicklung (UNCED) im Juni 1992 in Rio de Janeiro hat mit Kapitel 19 der Agenda 21 zur weltweiten Verwirklichung eines umweltverträglichen Umgangs mit toxischen (gefährlichen) Chemikalien unter anderem die globale Harmonisierung der Einstufung und Kennzeichnung gefährlicher Stoffe und Güter bis zum Jahr 2000 beschlossen. Dieses Ziel scheint unter dem Stichwort »globale Harmonisierung« in greifbare Nähe gerückt zu sein, ohne dass - bis auf den vergleichsweise kleinen Kreis der unmittelbar Beteiligten - bekannt ist, was im einzelnen geschehen ist bzw. noch geschieht, was unter Harmonisierung in diesem Kontext zu verstehen ist und welche Konsequenzen zu erwarten sind, wenn das ehrgeizige Ziel schließlich erreicht ist. Mit dem vorliegenden Beitrag wird versucht, einem offensichtlichen Informationsdefizit zumindest teilweise abzuhelfen.
The Current Status and Effects of Global Harmonization of the Classification and Labelling of Dangerous Goods and Materials
In Chapter 19 of Agenda 21 regarding the worldwide environmentally sound management of toxic (dangerous) chemicals the UN Conference on Environment and Development (UNCED) in June 1992 in Rio de Janeiro agreed to adopt - amongst others - the global harmonization of classification and labelling of chemicals by the year 2000. Under the name of »global harmonization« this programme has made considerable progress, but it is not generally known in detail - except by those directly involved - what has happened, and what will still happen, what harmonization in this context means, and what the consequences will be when this ambitious goal is finally reached. The submitted contribution attempts as far as possible to overcome this information deficit.
Der vorliegende Beitrag beschreibt typische Bruchmuster, die an SSiC Proben nach Thermoschockexperimenten beobachtet wurden und korreliert diese qualitativ mit der aufgebrachten Belastung. Der Thermoschock wird durch eine schnelle, in der Probenmitte beginnende spiralförmige Aufheizung dünner Scheiben mit Laserstrahlung realisiert. Durch diese Versuchsführung wandert ein zunehmender Temperaturgradient von der Mitte beginnend in radialer Richtung durch die Probe. Dieser Temperaturgradient ist für die Ausbildung von Druckspannungen im Probeninneren und Zugspannungen im kalten Randbereich der Probe verantwortlich. Beim Erreichen einer kritischen, versagensrelevanten Spannung tritt Probenbruch auf. Dabei wird die bis zu diesem Zeitpunkt in der Probe gespeicherte elastische Energie teilweise in die Schaffung von Rissoberflächen umgewandelt. Der Zusammenhang zwischen gespeicherter elastischer Energie und Bruchmuster wird dargestellt.
Cement proficiency testing scheme for Africa / Programm zur Eignungsprüfung von Zement in Afrika
(2014)
Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts Microcon wurden wirtschaftliche und ökologische Ansätze zur Verwendung von Feinstfüllstoffen so genannten Microfillern in Bauprodukten, die auf zementgebundenen Systemen basieren, untersucht. Hauptzielsetzung war die Entwicklung von modifizierten Bindemitteln und Zusätzen für die Transportbeton- und Fertigteilindustrie bis hin zur Marktreife. Eine der Neuentwicklungen war eine leicht handhabbare Werktrockenmischung für selbstverdichtenden Beton (SVB), die alle Schlüsselkomponenten bis auf das Bindemittel und die grobe Gesteinskörnung enthält und eine hohe Robustheit in der Anwendung gewährleistet.
In Produktionspausen können in Betonwerken nennenswerte Lagerungsintervalle entstehen. Auf Baustellen und in den Instandsetzungen werden Zement- und Trockenmörtelsäcke teilweise über längere Zeiträume gelagert. Auch im Zusammenhang mit Zementimporten und zunehmend filigran abgestimmten Betonrezepturen die bereits bei kleinen Änderungen der Ausgangsstoffe sensibel reagieren, nimmt die Relevanz der Zementlagerung zu. Aus diesem Grund wurde der Einfluss der Zementlagerung auf die Eigenschaften von Betonen in einer Versuchsreihe an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ermittelt.
In failure analysis, micro-fractographic analysis of fracture surfaces is usually performed based on practical knowledge which is gained from available studies, own comparative tests, from the literature, as well as online databases. Based on comparisons with already existing images, fracture mechanisms are determined qualitatively. These images are mostly two-dimensional and obtained by light optical and scanning electron imaging techniques. So far, quantitative assessments have been limited to macrocopically determined percentages of fracture types or to the manual measurement of fatigue striations, for example. Recently, more and more approaches relying on computer algorithms have been taken, with algorithms capable of finding and classifying differently structured fracture characteristics. For the Industrial Collective Research (Industrielle Gemeinschaftsforschung, IGF) project “iFrakto” presented in this paper, electron-optical images are obtained, from which topographic information is calculated. This topographic information is analyzed together with the conventional 2D images. Analytical algorithms and deep learning are used to analyze and evaluate fracture characteristics and are linked to information from a fractography database. The most important aim is to provide software aiding in the application of fractography for failure analysis. This paper will present some first results of the project.
Impiego di un dispositivo per il vuoto locale di tipo mobile nell'applicazione del processo laser.
(2016)
Lo sviluppo del pennacchio di vapore durante la saldatura laser
di metalli con direzioni di propagazione lungo l'asse del
fascio laser comporta una riduzione della potenza del laser
assorbita nel keyhole. Questi effetti negativi possono essere
notevolmente attenuati mediante l'applicazione di una ridotta
pressione ambientale, diminuendo così l'interazione
tra il fascio laser ed i prodotti dell'evaporazione, condizione
che favorisce la stabilità del processo di saldatura e si traduce
in una maggiore profondità di penetrazione. Una tecnica
convenzionale utilizza il principio della camera a vuoto, simile
a quello utilizzato per la saldatura a fascio elettronico.
L'applicazione di questa tecnica è limitata dalle dimensioni
della camera e riduce quindi i vantaggi di questo approccio,
particolarmente per componenti di grandi dimensioni. Abbiamo
dimostrato la possibilità di applicazione del vuoto in
forma localizzata con apparecchiature mobili, che consentono
di generare una pressione ridotta solo in una piccola zona
attorno al keyhole. Utilizzando un dispositivo di chiusura
appositamente progettato per la pressione, di tipo mobile,
che può essere spostato lungo l'asse del giunto è possibile ottenere
una pressione assoluta di circa 200 mbar. Questo è
sufficiente per aumentare la profondità di penetrazione di
circa il 50%. I campioni di acciaio grado S355 sono stati
saldati con una potenza laser incrementale da 5 kW a 12
kW a pressione atmosferica e confrontati con quelli saldati
a pressione ambiente di 200 mbar. La valutazione della sezione
longitudinale ha rivelato un aumento della profondità
di penetrazione dei giunti di circa il 35%. Inoltre, sono stati
eseguiti test di saldatura in configurazione di giunti testa a
testa con lamiere di 15 mm di spessore con diverse potenze
associate al fascio laser eseguiti a pressione atmosferica ed
a pressione ambiente ridotta di circa 200 mbar. L'aumento
nella profondità di penetrazione fino al 40% è relativo alla
pressione ridotta. In particolare, basse velocità di saldatura
con pressione ridotta si sono rivelate particolarmente vantaggiose
in termini di aumento della penetrazione.
The round robin test investigated the reliability users can expect for AlSi10Mg additive manufactured specimens by laser powder bed fusion through examining powder quality, process parameter, microstructure defects, strength and fatigue. Besides for one outlier, expected static material properties could be found. Optical microstructure inspection was beneficial to determine true porosity and porosity types to explain the occurring scatter in properties. Fractographic analyses reveal that the fatigue crack propagation starts at the rough as-built surface for all specimens. Statistical analysis of the scatter in fatigue using statistical derived safety factors concludes that at a stress of 36.87 MPa the fatigue limit of 107 cycles could be reached for all specimen with a survival probability of 99.999 %.
The study introduces the porous medium model for the simulation of concrete flow through highly-reinforced sections. It shows that numerical simulations can predict concrete behavior during casting and help to avoid expensive mistakes.
In the field of animal species differentiation, work on standardizing methods has been intensified in Germany in recent years, not least due to the horsemeat scandal in 2013. Even though there are now hardly ever any positive findings anymore in examinations to detect horse adulterations in foods such as lasagne, animal species differentiation altogether ranks high in detecting adulteration of foods. This article, therefore, summarises the current status of analytical techniques used in Germany with standardization at German level. It has been established by the working group "Biochemical and Molecular Biological Analytics" of the Lebensmittelchemische Gesellschaft (Food Chemistry Society within the German Chemical Society) with support of experts in the working group “Molecular biology techniques for differentiating plant and animal species" (§64 of the German Food and Feed Code - LFGB) and the "Immunology and molecular biology" task force of the food hygiene and food of animal origin working group (ALTS), both from Germany.