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Schadensfälle in den letzten zehn Jahren mit teilweise katastrophalen Folgen belegen, dass der Vermeidung von Rissen beim Schweißen von Rohrleitungen besondere Aufmerksamkeit zu schenken ist. In der Analyse solcher Schäden ist zu unterscheiden, ob die Risse bereits während oder kurz nach der schweißtechnischen Fertigung der Rohrkomponenten oder während des anschließenden Betriebes entstanden sind. Im vorliegenden Beitrag wird sich vor allem auf die Vermeidung einer Heiß- und Kaltrissbildung beim Schweißen von Rohrleitungen konzentriert und es werden weitere Forschungsperspektiven abgeleitet.
Polystyrene sulfonate - porphyrin assemblies: influence of polyelectrolyte and porphyrin structure
(2011)
In this study, electrostatic self-assembly of different polystyrene sulfonates and a set of tetravalent cationic porphyrins is investigated. It is shown that association of linear polystyrene sulfonates of different molar masses yields finite size nanoscale assemblies that are stable in aqueous solution. Aggregates are compared to the ones of cylindrical brushes, revealing that both form assemblies in the 100 nm range with the charge ratio (molar ratio of porphyrin charges to polyelectrolyte charges) being determining, while the morphology of the resulting network-like assemblies is different for both polyelectrolyte architectures. For the smallest 8k polystyrene sulfonate, in addition, stoichiometric conditions differ. The influence of the molecular porphyrin structure was investigated by comparing meso-tetrakis(4-(trimethyl-ammonium)phenyl)porphyrin (TAPP) with its Cu(II) and Zn(II) loaded analogues and meso-tetrakis(4-N-methylpyridinium)porphyrin (TMPyP), revealing differences in stacking tendency and geometry. Additionally, the TMPyP accumulates more in the inside of the brush than the other porphyrins, likely due to the different position of its charged groups. The supramolecular nanostructures formed were characterized by UV–vis spectroscopy, light scattering, atomic force microscopy, cryo transmission electron microscopy, and small-angle neutron scattering. Results may build a valuable basis for the use of polyelectrolyte–porphyrin assemblies in medicine, catalysis, or energy conversion.
Biomimetic synthesis of chiral erbium-doped silver/peptide/silica core-shell nanoparticles (ESPN)
(2011)
Peptide-modified silver nanoparticles have been coated with an erbium-doped silica layer using a method inspired by silica biomineralization. Electron microscopy and small-angle X-ray scattering confirm the presence of an Ag/peptide core and silica shell. The erbium is present as small Er2O3 particles in and on the silica shell. Raman, IR, UV-Vis, and circular dichroism spectroscopies show that the peptide is still present after shell formation and the nanoparticles conserve a chiral plasmon resonance. Magnetic measurements find a paramagnetic behavior. In vitro tests using a macrophage cell line model show that the resulting multicomponent nanoparticles have a low toxicity for macrophages, even on partial dissolution of the silica shell.
Eine gleich bleibend effektive Nutzung von Anlagen, Rohstoffen und Energie in Verbindung mit der optimalen Prozessführung sind die wichtigsten Voraussetzungen für globale Wettbewerbsvorteile der Prozessindustrie.
Unternehmen aus den Bereichen Chemie, Pharmazie, Petrochemie, Gasverarbeitung, Lebensmittel-, Zellstoff-, Papier-, Glas-, Stahl- und Zementherstellung sowie ihren Zulieferern haben den Einsatz zuverlässiger Prozessautomation für eine gute Prozessführung erkannt. Überlegene Verfahren stützen sich zunehmend auf prozessanalytische Messtechnik zur Kontrolle und präventiven Sicherstellung der geforderten Produktqualität. Gleichzeitig ermöglicht sie eine ständige Verbesserung des Wissens über den Prozess und erhöhen die Prozess- und Anlagensicherheit.
Mit der Veröffentlichung der DIN EN ISO 6892-1:2009 wurde für den Zugversuch bei Raumtemperatur eine Harmonisierung der in Europa verbindlichen EN 10002-1:2001 mit der ISO 6892:1998 erreicht. Wesentliche Änderungen sind die Einführung der Dehngeschwindigkeit und der Dehngeschwindigkeitsregelung als maßgebliche Prüfgeschwindigkeit bzw. Regelungsart, als Verfahren A bezeichnet. Mit der korrekten Anwendung dieses Verfahrens wird gewährleistet, dass im Moment der Kennwerteermittlung bei enger spezifizierten zulässigen Dehngeschwindigkeitsbereichen vergleichbare resultierende Dehngeschwindigkeiten an der Probe auch bei unterschiedlichen Steifigkeiten der Prüfaufbauten vorliegen. Dieses führt besonders bei dehngeschwindigkeitssensitiven Werkstoffen zu deutlich vergleichbareren Ergebnissen. In diesem Beitrag wird auf die Notwendigkeit der Einführung des Verfahrens A, der möglichen Umsetzungen auch bei Verwendung von älteren Prüfsystemen sowie exemplarisch auf vergleichende Ergebnisse der Verfahren an einem dehngeschwindigkeitssensitivem Stahlwerkstoff eingegangen.
Elementanalyse mit Röntgenfluoreszenzspektrometrie direkt am Materialstrom in Produktionsprozessen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die Röntgenfluoreszenzspektrometrie kann aufgrund der technischen Entwicklung mittlerweile ohne aufwändige Probenvorbereitung als aussagekräftige Informationsquelle für Stoffparameter im industriellen Prozess eingesetzt werden. Der Einsatz von online Röntgenfluoreszenzanalyse zahlt sich sowohl finanziell als auch zeitlich schnell aus, da sie sowohl für den ökonomischen Einsatz von Rohmaterialien, als auch z. B. im Materialrecycling zu gebrauchen ist. In diesem Beitrag werden vier unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten beschrieben.
Die zuverlässige Überwachung geltender Mykotoxin-Grenzwerte ist elementarer Bestandteil von Lebensmittelsicherheit und Verbraucherschutz. Durch die zunehmende Bedeutung der Qualitätssicherung ist auch die Nachfrage an zertifizierten Referenzmaterialien (ZRM) in den letzten Jahren deutlich gestiegen. Dem steht derzeit jedoch nur eine sehr begrenzte Auswahl geeigneter ZRM gegenüber.
Es wird eine Methode zur sicherheitstechnischen Untersuchung von Mikroreaktoren und mikrostrukturierten Komponenten, die im Explosionsbereich betrieben werden sollen, vorgestellt. Mikrostrukturierte Reaktoren sind nicht inhärent sicher, wenngleich der Bereich der sicheren Betriebsbedingungen gegenüber konventionellen Reaktoren erweitert ist. Der Explosionsbereich kann durch die Mikrostrukturen eingeengt werden. Am Beispiel von Ethylen/Sauerstoff-Gemischen und Ethylen/N2O-Gemischen wird hinsichtlich der Ausbreitung von Detonationen durch Kapillarrohre gezeigt, dass die sogenannte λ/3-Regel angewandt werden kann. Darüber hinaus werden erste Ergebnisse der Untersuchung der Ausbreitung von Explosionen durch einen Mikroreaktor mit rechteckigem Strömungskanal vorgestellt.
Der Beitrag thematisiert das Kontaktproblem und damit den kritischen Punkt der historischen gusseisernen und stählernen Lagertechnik. Nach einem Rückblick auf die historische Entwicklung der Bemessung der Lagerwalzen und allgemeinen Ausführungen zur Kontaktproblematik wird anhand analytischer und numerischer Untersuchungen der Zusammenhang zwischen der Kontaktspannung nach Hertz und der Mises-Vergleichsspannung als Grundlage für ein realistisches Bewertungskonzept aufgezeigt.
Ingenieurbauten des Bundesfernstraßenbereichs sind aufgrund ihrer Exposition an vielen Stellen besonders betroffen von Graffiti. Graffitischmierer nehmen hierbei keine Rücksicht auf die Art der Substratmaterialien, und besonders poröse Untergründe bereiten Schwierigkeiten bei der Reinigung. Um Baustoffoberflächen besser zu schützen und von Graffiti leichter reinigen zu können, wurden in den vergangen Jahren spezielle Prophylaxesysteme (Anti-Graffiti-Systeme, AGS) entwickelten. Für die Beurteilung der Funktionalität und Verwendbarkeit dieser Anti-Graffiti-Systeme wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) eine neue Technische Prüfvorschrift und Technische Lieferbedingungen (TP/TL AGS-Beton) erarbeitet. Die TP/TL AGS-Beton gilt hierbei nur für die Beurteilung von AGS auf Betonuntergründen. In einer Forschungsstudie wurde untersucht, inwieweit die vorhandene Prüfvorschrift für Betonsubstrate auch auf andere Untergründe, z. B. Naturstein oder Klinker, angewendet werden kann. Weiterhin wurde untersucht, welche Faktoren eine Rolle bei der Reinigung von mit AGS behandelten verschiedenen Substraten spielen.
Derzeit erfolgt in mehreren Arbeitsgruppen unter Einbindung interessierter Kreise die Überarbeitung der 2001 erschienenen Richtlinie 'Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen' (Instandsetzungsrichtlinie) des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton e.V. (DAfStb). Hierüber wird in dem nachfolgenden Beitrag berichtet, um der Fachwelt frühzeitig darzustellen, in welche Richtung die Fortschreibung des Regelwerkes geplant ist.
Die geplante neue Richtlinie wird nach derzeitigem Beratungsstand eine deutliche inhaltliche Erweiterung erfahren. Daher wird sie in 'Richtlinie für die Instandhaltung von Betonbauteilen' (Instandhaltungsrichtlinie) umbenannt und wird Festlegungen zu der grundsätzlichen Vorgehensweise bei der Instandhaltung unter Berücksichtigung der Komponenten Wartung, Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung in Anlehnung an DIN 31051 enthalten. Da diese umfassenderen Aufgaben deutlich präziser beschrieben werden, konkretisieren sich auch die Anforderungen an die erforderliche Qualifikation des sachkundigen Planers, der zukünftig verstärkt die 'Restnutzungsdauer' bei seiner Planung beachten und in entsprechende Maßnahmen umsetzen muss.
Mit den Ergänzungen und Änderungen wird die Richtlinie an die aktuellen Entwicklungen und Regelungen im Betonbau angepasst. Gleichzeitig gewinnt die Planungsleistung erheblich an Bedeutung. Für Instandsetzungsprodukte gemäß DIN EN 1504 werden, die Beseitigung derzeit noch enthaltener Unklarheiten und technischer Defizite auf europäischer Ebene vorausgesetzt, Verwendbarkeitsmöglichkeiten aufgezeigt. Die Ausführung von Instandhaltungsmaßnahmen wird durch die Einführung von Überwachungsklassen mit zugehörigen Anforderungen an die durchzuführenden Prüfungen spezifiziert und damit konkretisiert.
In Kooperation zwischen dem Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) und der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wurde das mechanische Verhalten unter Druck- und Zugbelastung unterschiedlicher morphologischer Strukturen teilkristalliner Thermoplaste (PP und POM) untersucht. Im Ergebnis steigt der E-Modul sowohl der druck- wie auch zugbelasteten Prüfkörper aus spritzgegossenem PP und POM mit gröberem Gefüge an. Probekörper mit scherinduziertem Gefüge zeigen einen hohen Einfluss des Kristallisationsgrads auf den E-Modul.
Unterschiedliche Befeuchtungssysteme für Vitrinen, die die Ausstellungsobjekte bei definierter Luftfeuchtigkeit vor externen Einflüssen wie Staub bewahren sollen, wurden im Hinblick auf die Möglichkeit der potenziellen mikrobiologischen Kontamination untersucht. Ergänzend hierzu wurden Parameter wie pH-Wert und Leitfähigkeit des Wassers im Befeuchter untersucht und die mikrobiellen flüchtigen organischen Verbindungen (MVOC, microbial volatile organic compounds) in der Modellvitrine bestimmt. Die Leitfähigkeitsmessung kann als Indikator für den Verunreinigungsgrad des Wassers dienen, weil sie mit der mikrobiologischen Belastung korreliert. Weiterhin war eine mikrobiologische Belastung der Luft in der Modellvitrine auch bei relativ hoher Verunreinigung des Befeuchtungswassers nicht nachzuweisen.
Korrosions- und Verbundverhalten verzinkter Betonstähle in Betonen mit chromatreduzierten Zementen
(2011)
Durch die Absenkung des Chromatgehalts der Zemente verändern sich die elektrochemischen Reaktionen von verzinkten Betonstählen in der Frischbetonphase. Mit Hilfe von elektrochemischen Messungen sowie Stabauszugsversuchen wurde an chromathaltigen und chromatreduzierten Zementen die Auswirkung des Chromats auf die Deckschichtbildung am Zink und auf das Verbundverhalten untersucht.
Mit den Ergebnissen konnte eine Beeinträchtigung der Verbundzone als Folge der Chromatreduzierung für die Zementarten CEM I und CEM II nachgewiesen werden. Die Störung der Verbundzone ist in Bezug auf die sich ausbildende Porenstruktur als dauerhaft anzusehen. Die Auswirkungen auf das Verbundverhalten werden mit zunehmendem Betonalter weitgehend kompensiert. Die Ergebnisse der bezogenen Verbundspannung bei Verschiebewegen von 0,1 mm und 0,5 mm liegen trotz der Gefügestörung noch im Bereich der Erwartungswerte für den unverzinkten Betonstahl. Unter baupraktischen Gesichtspunkten muss die auftretende Gefügestörung hinsichtlich der Verbundspannung daher keine Berücksichtigung finden.
Die Potentialfeldmessung ist ein Standardverfahren zur Zustandserfassung von Stahlbetonbauwerken. Sie dient der zerstörungsfreien Detektion von aktiv korrodierenden Bereichen. Die Aussagegenauigkeit der Potentialfeldmessung ist von großer wirtschaftlicher Bedeutung, da deren Messergebnisse eine wichtige Entscheidungsgrundlage für die Erarbeitung von Instandsetzungsmaßnahmen bilden. Zur Ermittlung der Aussagegenauigkeit der Potentialfeldmessung wird ein numerisches Verfahren vorgestellt. Die wichtigsten Einflussgrößen auf die Potentialfeldmessung wie Anodengröße, Elektrolytwiderstand und Messraster wurden im Hinblick auf die Aussagegenauigkeit ausgewertet.
Bewehrungsgitter aus Kunststoff, die zum Schutz vor hangparallelem Gleiten auf langen und steilen Böschungen eingebaut werden, müssen sicher verankert werden. Für den Entwurf und die Berechnung der Verankerung sind bestimmte Regeln gebräuchlich. An Hand von Modellen für die Wechselwirkung zwischen Füllboden und Bewehrungsgitter wird diskutiert, welche physikalischen Annahmen und Vereinfachungen in diese Bemessungsregeln eingehen. Dabei wird gezeigt, dass das bisher benutzte Bemessungskonzept ohne Einschränkung nur auf eine spezielle Klasse von Bewehrungsgittern anwendbar ist, deren Herausziehwiderstand überwiegend von Effekten der 'Oberflächenreibung' zwischen Bodenpartikeln und Längselementen des Gitters bedingt ist ('Reibungsgitter'). Für die Bemessung muss hier der Verbundbeiwert dieser reinen Oberflächenreibung verwendet werden. Bei Bewehrungsgittern, wo ein Erddruck, der sich vor den Querelementen des Gitters aufbaut, maßgeblich zum Herausziehwiderstand beiträgt, ist die Festigkeit der Verbindungsstellen zwischen Längs- und Querelementen von entscheidender Bedeutung für eine sichere Verankerung ('Erddruckgitter'). Die Zusammenhänge zwischen mechanischem Verhalten der Verbindungsstellen, Dehnbarkeit der Längselemente, Oberflächenreibung und maximaler Herausziehkraft werden beispielhaft aufgezeigt. Die Festlegung eines Bemessungswiderstands der Verbindungsstellen, der grundsätzlich nicht überschritten werden darf, erfordert eine Modifikation des Bemessungskonzepts. Zwei Fälle können unterschieden werden: Bei Böden mit hinreichend geringer innerer Reibung und geringer Auflast, wo der maximal mobilisierbare Erdwiderstand die zulässige Festigkeit der Verbindungsstelle nicht übersteigen kann, können die Bemessungsregeln noch angewendet werden. In allen anderen Fällen nicht mehr: Der Bemessungswiderstand der Verbindungsstelle setzt nämlich der möglichen aktivierbaren Verankerungslänge eine obere Grenze. Es können dann auch nur Zugkräfte bis zu einer bestimmten Stärke verankert werden, völlig unabhängig davon, wie groß die Zugfestigkeit des Bewehrungsgitters ist. Nur bei Beachtung dieser Grenzen ist eine langfristig sichere Verankerung möglich.
Dargestellt wird eine Gegenüberstellung der Ergebnisse von Messungen zur Ozonkonzentrationsbestimmung nach zwei Verfahren. International wird in der Kautschukindustrie ein UV-spektroskopisches Verfahren angewandt. Die deutsche Kautschukindustrie verwendet ein nasschemisches Verfahren. Die beiden Verfahren ergeben nicht die gleichen Ergebnisse. Daher wird der Unterschied genauer ermittelt.
Die Auswirkungen der unterschiedlichen Ozonkonzentrationsbestimmungen auf die Prüfung der Ozonbeständigkeit an Elastomeren werden gezeigt.
Der Chloridgehalt, ab dem bei der Bewehrung im Beton mit Korrosion gerechnet werden muss, wird als kritischer Chloridgehalt bezeichnet. Die Höhe dieses kritischen Chloridgehaltes bestimmt in hohem Maße den Instandsetzungsumfang und damit die Instandsetzungskosten. Zahlreiche Labor- und Bauwerksuntersuchungen belegen, dass dieser kritische Chloridgehalt von einer Vielzahl von Parametern abhängt und deswegen kein fester Wert sein kann. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, über Betrachtung von Korrosions- bzw. Depassivierungswahrscheinlichkeiten einen unteren kritischen Chloridgehalt zu bestimmen, bei dem bei gegebenen Randbedingungen nur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit (z. B. 5%-Fraktilwert) Korrosion von Stahl in Beton zu erwarten ist. Die Auswertung von zahlreichen Untersuchungen zeigt, dass der Ansatz eines kritischen Chloridgehaltes von 0, 5 M.-% bezogen auf den Zementgehalt bei Einhaltung bestimmter Randbedingungen mit einer hinreichend geringen Korrosionswahrscheinlichkeit korreliert und somit auch in Übereinstimmung mit der Richtlinie 'Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen' des DAfStb als unterer kritischer Chloridgehalt unter Praxisbedingungen anzusetzen ist.
Bereits seit vielen Jahren stehen Anwendern der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) zuverlässige Geräte zur Untersuchung von Betonbauteilen zur Verfügung. Viele dieser Geräte zeichnen eine Messgröße in Bezug zum Messort auf und sind je nach Ausstattung in der Lage, die Ergebnisse in einem Koordinatensystem darzustellen. Doch erst die Kombination verschiedener ZfPBau-Verfahren an einer Messfläche erlaubt den maximalen Informationsgewinn über die innere Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen. In dem Beitrag wird ein Bauwerkscanner zur automatisierten und kombinierten Datenaufnahme beschrieben, der erstmals die Kombination von Radar, Ultraschall und Wirbelstrom mit Datenausgabe in einem einheitlichen Koordinatensystem ermöglicht. Dieser Scanner ist im Gegensatz zu früheren Systemen technikerbasiert und erlaubt im Bedarfsfall eine spätere detaillierte Auswertung durch ZfP-Spezialisten. Die Ergebnisse werden bildgebend in frei wählbaren Schnitten dargestellt, was bereits kurze Zeit nach der Messung auf der Baustelle möglich ist. Am Beispiel eines Brückenträgers wird gezeigt, wie der tatsächliche Spanngliedverlauf aus Messdaten ermittelt wird und dem angenommenen Verlauf gemäß Bestandsplan gegenübergestellt wird. Damit kann künftig eine Überprüfung von Bestandsplänen durchgeführt werden. Darüber hinaus könnten nicht vorhandene Bestandspläne rekonstruiert werden. Des Weiteren wird am gleichen Brückenträger gezeigt, wie sich ein echter Verpressfehler und im Unterschied dazu ein Luftspalt in einem Hüllrohr in Messdaten abbilden. An dem Beispiel wird deutlich, wie Ultraschallergebnisse in Kombination mit Phasenauswertung zur Formulierung von Verdachtsstellen für Verpressfehler eingesetzt werden können und welche Maßnahmen zur Verifizierung getroffen werden müssen.