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Straßenverkehr stellt in Deutschland die stärkste Quelle für Lärmbelastungen dar. In 2014 wurde durch den Forschungsverbund Leiser Verkehr ein Bericht zur Situation der Lärmwirkungsforschung in Deutschland veröffentlicht, der den aktuellen Wissensstand zum Einfluss des Verkehrslärms auf die Lebensqualität und die Gesundheit der Bevölkerung dokumentiert. Verschiedene Studien belegen, dass Dauerbelastungen über 65 dB(A) die Betroffenen stark beeinträchtigen. So mindern die hohen Lärmbelastungen nicht nur die Lebensqualität, sondern sie können auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Schlafstörungen, kognitive Leistungseinschränkungen und Tinnitus verursachen. Gerade wegen des stetig wachsenden Verkehrsaufkommens sind deshalb Strategien zu entwickeln, die die Bevölkerung noch wirksamer vor Straßenverkehrslärm schützen.
Aus dem Verkehrsforschungsprogramm der Bundesregierung wurden seit 2001 die Verbundprojekte Leiser Straßenverkehr gefördert. In 2014 wurde das dritte und letzte Verbundprojekt erfolgreich abgeschlossen.
Das Verbundprojekt Leiser Straßenverkehr 3 (LeiStra3) hatte sich als zentrales Ziel gesetzt, Maßnahmen zur Minderung des Straßenverkehrslärms in Ballungsräumen zu entwickeln, die dort aufgrund der hohen Bevölkerungsdichte besonders wirkungsvoll sind. Es wurden verschiedene Forschungsansätze verfolgt, die die Geräuschemission an der Lärmquelle nachhaltig reduzieren. Da die Geräuschemission des fließenden Verkehrs maßgeblich durch Wechselwirkungen an der Kontaktstelle von rollendem Reifen und Fahrbahn bestimmt wird, standen die Reifen-Fahrbahn-Geräusche im Fokus der Untersuchungen.
Ein Schlüsselelement in LeiStra3 war die Erweiterung des Simulationsmodells SPERoN zur quantitativen Analyse und Vorhersage der Reifen-Fahrbahn-Geräusche. Systematische Analysen von experimentell aufgenommenen Geräuschspektren mit dem Modell zeigten in LeiStra3, dass neben der Anregung von Reifenschwingungen aerodynamische Effekte im Reifen-Fahrbahn-Kontakt maßgeblich an der Geräuschentstehung beteiligt sein müssen. Um diese aerodynamischen Effekte eingehend charakterisieren und kritische Größen identifizieren zu können, mussten auf einem angemieteten Testgelände Modelloberflächen mit speziellen Texturmustern hergestellt werden, die die Entstehungsmechanismen des Rollgeräusches weitgehend getrennt und unabhängig voneinander anregen. Diese Projektstudien bildeten die Grundlage für die Entwicklung eines tragfähigen physikalischen Modells zur Beschreibung der aerodynamischen Effekte.
Im Ergebnis von LeiStra3 lassen sich mit SPERoN 2020 nun reale Fahrbahnoberflächen hinsichtlich ihres Einflusses auf die Reifen-Fahrbahn-Geräusche quantitativ analysieren und Designs für neuartige geräuschmindernde Fahrbahnbeläge zuverlässig synthetisieren. Darüber hinaus stellt das Modell ein leistungsfähiges Modul zur Reifenoptimierung zur Verfügung, mit dem der Einfluss der Profilierung und des Reifenaufbaus auf die Schallabstrahlung und den Rollwiderstand untersucht werden kann. Im Fokus stand dabei die Auswahl und Anwendung geeigneter numerischer Verfahren zur Verkürzung der Rechenzeiten, um ein praxistaugliches Optimierungstool bereit zu stellen. Dies ermöglicht eine effiziente Bestimmung von Schallabstrahlung und Rollwiderstand ohne aufwendigen Prototypenbau.
Im Regionalverkehr treten vielfach Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge auf, zudem werden häufig enge Kurven durchfahren. Um die nötige Traktion zu gewährleisten, müssen die Antriebsachsreifen Profile mit einem hohen Anteil an Querrillen aufweisen. Diese Blockprofile neigen zu einer starken Schwingungsanregung auf der Fahrbahn und damit zu einer höheren Geräuschemission. In LeiStra3 wurden technologische Ansätze erarbeitet, um Rollgeräusche blockprofilierter Lkw-Reifen über die gesetzlichen Grenzwerte hinaus zu reduzieren. Im Straßenversuch hat eine Entwicklungsvariante einen Schalldruckpegel von 74,4 dB(A) erreicht. Gegenüber den aktuellen Produkten wurde damit eine Geräuschreduzierung von etwa 4 bis 5 dB(A) erzielt. Diese Variante wurde etwa ein Jahr nach Projektabschluss auf dem Markt eingeführt.
Darüber hinaus wurden in LeiStra3 schallabsorbierende Unterbodenverkleidungen realisiert, die das Rollgeräusch effizient absorbieren und damit den Vorbeifahrtpegel um bis zu 3 dB(A) mindern können. Mit Blick auf Elektrofahrzeuge wurden grundlegende Untersuchungen zur Reifen-Fahrbahn-Wechselwirkung unter Antriebsmoment und zur psychoakustischen Charakterisierung durchgeführt.
Einen weiteren Schwerpunkt in LeiStra3 stellte die Entwicklung leiserer Fahrbahnoberflächen dar. Modellrechnungen belegen, dass die Oberflächengestalt einen starken Einfluss auf die Schwingungsanregung des Reifens und die aerodynamischen Vorgänge in der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn hat. Aus akustischer Sicht ist es günstig, wenn alle Profilspitzen auf einer Ebene liegen und sich plateauartige Texturen mit schluchtenförmigen Vertiefungen ausbilden.
Die lärmtechnisch optimierte Asphaltdeckschicht AC D LOA stellte zu Projektbeginn eine neue Entwicklung in der Straßenbautechnik dar und greift diesen Ansatz auf. Die Deckschicht wurde auf Basis einer dichten Asphaltzusammensetzung konzipiert und zeichnet sich durch eine Korngrößenverteilung aus, die auf eine lärmtechnisch wirksame Oberflächentextur abgestimmt ist. Der erste Einbau von AC D LOA erfolgte 2007 in Düsseldorf im Bereich der kommunalen Straßen. In LeiStra3 wurde daran gearbeitet, die Verdichtungswilligkeit des Asphaltmischgutes zu verbessern. Auf diese Weise lassen sich die Dauerhaftigkeit der Deckschicht und damit ihr lärmtechnischer Nutzen erhöhen. Die Erkenntnisse flossen in die neuen „Empfehlungen für die Planung und Ausführung von lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten“ ein, die in 2015 von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen herausgegeben wurden.
Der Gussasphalt mit offenporiger Oberfläche (engl.: Porous Mastic Asphalt, PMA) zeigt ebenfalls lärmmindernde Effekte. Im Vergleich zum herkömmlichen Gussasphalt enthält der PMA einen wesentlich höheren Anteil grober Gesteinskörnung. Es entsteht eine Deckschicht, die im unteren Bereich dicht und im oberen Bereich offenporig strukturiert ist. Die akustische Wirksamkeit ergibt sich aus der günstigen Oberflächentextur und einem hohen Hohlraumgehalt. In 2009 wurden erste Erprobungsstrecken gebaut, bei denen Schallpegelmessungen nach der Statistischen Vorbeifahrtmethode eine Lärmminderungen von bis zu 3 dB(A) gegenüber dem Referenzwert zeigten.
Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurden in LeiStra3 weiterführende Untersuchungen durchgeführt, um die Ausführungssicherheit des PMA zu erhöhen. Zu diesem Zweck wurde die Mischgutzusammensetzung optimiert und Laborverfahren zur Herstellung von praxisnahen Probekörpern für die Mischgutkonzeption entwickelt. Auf den Bundesautobahnen A 553 bei Brühl, A 3 bei Lohmar und A 5 bei Friedberg konnten Erprobungsstrecken mit verschiedenen PMA-Varianten hergestellt werden. Diese wurden hinsichtlich der Mischgut- und Einbauparameter untersucht.
Außerdem wurde in LeiStra3 untersucht, inwieweit der Herstellungsprozess von Elektroofenschlacke (EOS) verbessert werden kann, um bestimmte Kornformen und Korngrößen gezielt zu erzeugen und damit einen hochwertigen Ausgangswerkstoff für den Asphaltstraßenbau zu gewinnen. Im ersten Schritt wurden dazu EOS-Körnungen hinsichtlich ihrer bautechnischen Eignung geprüft und darauf aufbauend das Potenzial verschiedener Prozessrouten bewertet. Mit einer ausgewählten EOSKörnung (EloMinit®) konnten zwei Asphaltdeckschichtvarianten konzipiert und im Mai 2014 auf einem Testfeld eingebaut werden.
Die Nachgiebigkeit bestimmt neben der Oberflächentextur und der Offenporigkeit die akustischen Eigenschaften eines Fahrbahnbelags. Ein Ziel in LeiStra3 war es, Asphaltkonstruktionen durch die Nutzung der schwingungsdämpfenden Eigenschaften des Straßenoberbaus geräuschmindernd zu gestalten. Dabei wurden verschiedene Ansätze wie die Integration einer elastischen Dämpfungsschicht oder die Konzeption eines Asphaltmischgutes mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften verfolgt.
Im Bereich Betonbauweisen stand die Herstellung einer Betondecke mit offenporiger Oberfläche (COPS) im Vordergrund. Die Grundidee des Systems COPS greift die im Asphaltstraßenbau bereits erfolgreich eingesetzte Mischgutkonzipierung mit hohem Grobkornanteil und einer feinkörnigen standfesten Bindemittel-/Mörtelphase auf. Während des Einbauvorganges sinkt der feinkörnige Mörtel nach unten ab, so dass innerhalb der oberen 10 mm der Deckschicht eine offenporige Oberfläche entsteht. In Laborversuchen wurde die Betonrezeptur so eingestellt, dass ein kontrolliertes Absetzverhalten des Zementleimes erreicht wird. Die Betonrezeptur muss möglichst stabil gegenüber Einflüssen von Witterung und Einbau sein, um die vorteilhaften akustischen Eigenschaften der fertigen Betondeckschicht sicherzustellen.
Im Verbundprojekt LeiStra3 haben Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft in einer interdisziplinär angelegten Forschungsarbeit gemeinsam Lösungen erarbeitet, mit denen das Lärmminderungspotenzial von Reifen, Fahrzeug und Fahrbahn weiter ausgeschöpft werden kann. In allen Arbeitspaketen wurden zahlreiche Ergebnisse und Erkenntnisse gewonnen, die dazu beigetragen haben, die bestehende Technik zu verbessern, die Impulse zur Entwicklung neuer Technologien gesetzt haben und auf deren Basis das Technische Regelwerk fortgeschrieben wurde.
ln den letzten Jahren wurden diverse Prüfverfahren und Methoden entwickelt, um die Leistungsfähigkeit von Beton bzw. Bindemittel hinsichtlich des Widerstands gegenüber betonaggressiven Einwirkungen beurteilen zu können. Ein wesentliches Ziel von Prüfverfahren zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit von Baustoffen ist, die im Laufe der Nutzungsdauer zu erwartenden Einwirkungen auf den Baustoff realitätsnah abzubilden. Dazu sind die Prüfparameter auf die im jeweiligen Anwendungsbereich vorherrschenden Umgebungs- und Randbedingungen anzupassen. Daneben sind auch die Bewertungskriterien individuell unter Berücksichtigung der im Einzelfall geforderten Nutzungsdauer eines Bauwerks festzulegen. Eine systematische Zuordnung von adäquaten Prüfverfahren bzw. Prüfparametem und Bewertungskriterien für die verschiedenen Anwendungsbereiche im Betonbau, in denen betonaggressive Einwirkungen auftreten, ist mit Ausnahme von Einzelfällen bislang nicht vorhanden. Daneben stellt sich in der Praxis immer wieder das Problem, das Angriffspotenzial der Umgebung eines Bauwerks (prüftechnisch) zu erfassen und zu bewerten.
Der Hauptausschuss Baustofftechnik des DBV hat daher den Arbeitskreis „Chemischer Angriff auf Beton“ beauftragt, dieses Merkblatt zu erarbeiten, das auf Basis von einschlägigen Erfahrungen der Baupraxis und wissenschaftlichen Erkenntnissen Grundsätze und bewährte Methoden zur Beurteilung der Einwirkungs- und Widerstandsseite beim chemischen Angriff auf Beton aufzeigt und diesbezüglich Hinweise für verschiedene Anwendungsbereiche im Betonbau liefert.
Das Projektziel bestand in der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von leichter Gesteinskörnung für Beton und Mörtel aus ziegelhaltigen Bau- und Abbruchabfällen durch thermische Porosierung. Hierzu erfolgte nach einem mehrstufigen mechanischen Prozess eine thermische Stabilisierung der RC-Granulate (RCG). Nach Laborversuchen wurden RCG im halbtechnischen Maßstab hergestellt. Als Ausgangsmaterial dienten Mauerwerkbruch bzw. Gemische aus Mauerwerkbruch und Ton. Dabei wurde die gesamte Prozesskette vom Granulieren der Ausgangsmehle bis zur thermischen Behandlung im Drehrohrofen in einem Produktionsschritt dargestellt. Die erzeugten RCG sind mit Rohdichten zwischen 780 und 1800 kg/m³ leichte Gesteinskörnungen. In den Applikationsuntersuchungen erfolgte eine vollständige Verwertung des gesamten beim Brennprozess entstehenden Materials, von den Körnungen kleiner 2 mm für leichte Steinergänzungsmörtel (Leichtmörtel) bis zu den Körnungen 2-8 mm für Leichtbeton. Die RCG und die damit erzeugten Betone wurden umfangreich charakterisiert. Die Leichtbetone mit RCG wurden abschließend in Applikationsversuchen eingesetzt.
Drop testing of a container for the storage. transport and disposal of intermediate level waste
(2017)
Impact tests were performed, as part of a corresponding container’s substantiation, during design development of a shielded container. The container will be used for storage, transport, and disposal of intermediate level waste in the UK.
The mechanical test program comprised a 9m free drop test onto an unyielding target in a container long lid edge down orientation at ambient conditions. Further, a 0,5m free drop test onto a punch target was performed. Here, the container was orientated with the lid downwards in a way that the punch, a mild steel bar, impacts a filter lid.
The test specimen was instrumented with strain gauges and accelerometers for the drop tests. Transient strains at selected points of the inner and outer container walls, at the shielding lid, as well as at the lid bolts were measured during the container’s impact. Furthermore, decelerations of the container body, container lid, and the skip were measured. The complex geometrical changes of the container due to impact were determined by optical 3d- deformation measures using the projected fringes method in combination with multi-image photogrammetry.
This paper summarizes the performance of the drop tests and various drop test results in context with the design development as well as aspects regarding the associated Finite Element (FE) analyses and post-test evaluation.
Our current projects focus on the material analysis of the writing materials
kept in the Taylor-Schechter Collection at Cambridge University Library,
which houses the largest collection of Cairo Geniza fragments, about 190,000.
Although Geniza manuscripts have attracted a great deal of scholarly attention,
the material aspects of these documents seem to have been largely neglected.
The current study aims to obtain information on the composition of the writing
supports and the inks that were used, the production of the original manuscripts
and the history of their degradation. The collected data should supplement the
description based on Hebrew palaeography and codicology. Moreover, a characterisation
of the writing materials would provide insights on trade, local production
techniques and social structures. The tabulated results have the potential to
be used as geo-chronological markers if sufficient data is collected.
For our study, we chose Hebrew legal documents and letters from three communities
that co-existed in Fustat (today Cairo) in the 11th century: the Jerusalemite
(or ‘Palestinian’) community, the Babylonian community and the Karaites, three
different communities with different scribal traditions. In addition to this, we
studied non-biblical scrolls attributed to the Palestinian and Babylonian communities.
The question we addressed was whether we can correlate the use of a
specific type of ink to an objective criterion.
For our analysis at Cambridge University Library, we used a number of protocols
developed at BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) in
Berlin and at the Centre for Study of Manuscript Cultures, University of Hamburg
(CSMC). These include reflectographic examination followed by non-destructive
X-ray fluorescence (XRF) analysis using transportable instruments so that the
analysis can be carried out in situ.
We have illustrated our approach here by providing two examples. The first one
describes our investigation of the leather fragment containing a portion of the
Babylonian Talmud on its hair side (TS Misc.26.53.17). The second example illustrates
our ability to compare iron-gall inks using the XRF method. In this case,
we explored the question of the codicological attribution of three fragments (TS
F17.4, TS 12.755 and TS 12.756) to the same Talmud manuscript.
As part of the Qumran project conducted at the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) in Berlin between 2007 and 2010, my colleagues and I developed a new, integrated methodology for determining the original and acquired properties of highly heterogeneous Dead Sea Scrolls. The purpose of this methodology is to help scholars determine the provenance of fragments of the scrolls and sort and compare them more easily than in the past. Since our measurements allowed us to differentiate between the minerals originating from the production processes and the sediments accrued during storage in the caves in Qumran, we were able to reconstruct the treatment of hides and discovered that at least two distinct parchmentproduction techniques co-existed at the beginning of the common era.
The reconstruction of workmanship on animal hides in Antiquity raised doubts about the validity of the current definition of parchment, which is based on a production technique known from the Middle Ages. We hope that our current work will also help researchers understand the characteristic properties of gewil, qelaf and dukhsustos better.¹
The evolution and socio-geographic distribution of writing inks in late Antiquity and the early Middle Ages are the second focus of our investigative work at BAM.
We use X-ray fluorescence analysis (XRF) to determine the chemical composition of inks and NIR reflectography for their typology. We are amply assisted in our ambitious enterprise by codicologists and palaeographers who have adopted our methodology and conduct field studies of their own.
Health monitoring von größeren Strukturen erfordert die Betrachtung der gesamten Struktur, indem sowohl jener Bereich, der experimentell behandelt wird, als auch derjenige, der einer analytischen mechanischen Untersuchung unterzogen wird, in einem Gesamtzusammenhang erfasst wird. Die umfassende Behandlung des Problems gelingt dann in einer Gesamtmatrix, die im Beitrag vorgestellt wird. Auf eine Erweiterung der Methode zur Detektierung anwachsender Schädigungen wird hingewiesen.
In 2011, the Association of German Engineers (VDI) started working on a set of guidelines
towards increased resource efficiency. These guidelines represent a framework that defines resource efficiency and outlines considerations for the producing industry. A special guideline for SMEs is included as well as guidelines on methodologies for evaluating resource use
indicators, such as the cumulative raw material demand of products and production systems.
Resource efficiency, defined here as the relationship between a specific benefit or use and the natural resources that need to be spent or consumed to attain this benefit or use. It can be
evaluated by defining a function which expresses the specific benefit and quantifies the resource requirements through a set of indicators (use of raw materials, energy, water, land
and ecosystem services including sinks). The results from this also depend on the system boundary parameters and the allocation rules for by-products and waste treatment options. Optimising resource use is possible at all stages of a product’s or production system’s life cycle chain (raw material extraction, production and manufacturing, use and consumption, and the
end-of-life stage).
VDI guidelines are widely accepted across Germany’s industrial sector and therefore represent an important means of mainstreaming resource efficiency in this target area. As well as providing a methodological framework, the guidelines describe strategies and measures towards increasing resource efficiency, and they enable industrial producers and service providers to identify potential areas of improvement. The full article presents an overview of
the methodology and contents of these guidelines and discusses their impact in achieving absolute reductions in the industrial use of natural resources.
Die Zusammensetzung der Malfarben Heinrich Campendonks in ihrer Kombination aus Farbpigmenten, Bindemitteln und Metallpulvern ist bislang nahezu unerforscht. Lediglich
für wenige Leinwandgemälde des Künstlers liegen publizierte Untersuchungen zu den Farbmitteln vor. Materialanalysen zu den Hinterglasarbeiten des Malers fehlten bisher. Im Rahmen eines Forschungs- und Restaurierungsprojektes im Zeitraum von 2014 bis 2016 wurden naturwissenschaftliche Untersuchungen an ausgewählten Hinterglasbildern durchgeführt, deren Ergebnisse in diesem Aufsatz vorgestellten werden. Die Untersuchungen erfolgten zunächst nicht-invasiv mit VIS-Spektroskopie, Röntgenfluoreszenzanalyse sowie Ramanspektroskopie, weiterhin mit Licht- und Fluoreszenzmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersiver Röntgenmikroanalyse, Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie, Raman-Mikroskopie und Gas-Chromatografie/Massenspektrometrie.
Materialanalytische Verfahren gewinnen zunehmend an Bedeutung bei der Beantwortung kulturhistorischer Fragestellungen, etwa nach Werkstatt, Alter, Künstler oder Provenienz eines Artefakts. Auch die Entwicklung geeigneter Restaurierungs- und Konservierungskonzepte bedarf dieser Grundlage ebenso wie die Beurteilung hinsichtlich der Frage nach Fälschung oder Kopie. Dem kunsttechnologisch orientierten Analytiker steht heute eine eindrucksvolle Bandbreite instrumenteller Methoden zur Verfügung, um die beiden Hauptkomponenten verwendeter Malfarben zu identifizieren, d.h. Farb- und Bindemittel. Der nachfolgende Aufsatz enthält eine kurze Zusammenstellung geeigneter Analyseverfahren, die üblicherweise bei der Untersuchung von Gemälden Verwendung finden.
Eine maltechnische Eigenart der Hinterglasbilder Heinrich Campendonks liegt in der Verwendung von fein gemahlenen unedlen Metallen wie Kupfer, Zinn, Zink, Aluminium sowie Metalllegierungen wie Messing. Sie waren seinerzeit entweder in Pulverform oder als gebrauchsfertige Malfarben im Handel erhältlich und wurden meist Bronzen, vereinzelt auch Brokatbronzen, Metall- oder Brokatfarben genannt. Der Aufsatz stellt die wesentlichen Aspekte der Metalleffektpigmente in Campendonks Werk vor.