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Bei Geräten und Maschinen zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen gemäß 2014/34/EU muss in der europäischen Union eine Zündgefahrenbewertung durchgeführt werden. Dabei müssen unter anderem die Gefahren von nichtelektrischen Zündquellen betrachtet werden, zu denen auch die mechanischen Schlagvorgänge gehören.
Bei mechanisch erzeugten Schlag-, Schleif- und Reibvorgängen kommt es infolge des Zusammenstoßes bzw. des Reibens zweier Werkstücke bzw. Bauteile zu einer Umwandlung der kinetischen Energie. Dabei erhöht sich die Temperatur der Werkstoffe an der Kontaktstelle und es kommt unter Umständen zu einem Abtrennvorgang kleiner Partikel erhöhter Temperatur. Sowohl die heißen Kontaktstellen (Zündquelle "heiße Oberflächen") als auch die abgetrennten Partikel (Zündquelle "mechanisch erzeugte Funken") können eine wirksame Zündquelle für ein explosionsfähiges Gasgemisch darstellen.
Zur Festlegung von Grenzwerten wurden in der Norm DIN EN ISO 80079-36:2016 die Gasgemische anhand ihrer Explosionsgruppe klassifiziert und zu jeder Gruppe die maximale Energie des Schlagvorgangs festgelegt, unter derer die Entstehung einer wirksamen Zündquelle als unwahrscheinlich angenommen werden kann.
Ferner finden sich in der TRGS 723 Hinweise zum Umgang mit funkenarmen Werkzeugen im explosionsgefährdeten Bereich.
Aus wirtschaftlichen, konstruktiven sowie ästhetischen Aspekten werden moderne Stahlbaukonstruktionen immer schlanker und leichter ausgeführt. Dazu werden zunehmend hochfeste Feinkornbaustähle mit Dehngrenzen ≥ 690 MPa eingesetzt, wodurch eine Gewichtsreduzierung von 30 % bis 50 % und eine Kostenersparnis von 5 % bis 15 % erreicht werden kann.
Das Potential hochfester Feinkornbaustähle ist unter Beachtung der heutigen Richtlinien und Regelwerke jedoch nicht ohne weiteres nutzbar. Durch das Forschungsvorhaben wurde der Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenspannungsausbildung und Kaltrissbildung unter Berücksichtigung realitätsnaher Steifigkeitsbedingungen untersucht. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wurde ein Beitrag zur Verbesserung der Verarbeitungsrichtlinien erarbeitet, welche dem Verarbeiter eine sichere schweißtechnische Verarbeitung bei verbesserter Ausnutzung der Materialeigenschaften ermöglicht. Vor allem die Tragfähigkeit und die Sicherheit der Schweißverbindung bestimmen die Bemessung der Konstruktion und somit den nachhaltigen und ökonomischen Einsatz dieser Güten. Der Zusammenhang zwischen der Höhe der entstehenden Eigenspannungen und der Wärmeführung in realen Konstruktionen ist zurzeit nur qualitativ überschaubar und führt zu einer eher konservativen Auslegung heutiger Schweißkonstruktionen. Die wirtschaftliche Verarbeitung hochfester Stähle wird neben dem Erreichen anforderungsgerechter mechanischer Eigenschaften im Schweißnahtbereich vor allem durch die Vermeidung von Kaltrissen bestimmt. Die diesbezüglichen Empfehlungen in den geltenden Regelwerken beruhen jedoch vornehmlich auf Erkenntnissen aus Laborschweißungen an Kleinproben unter freier äußerer Schrumpfung. Die Hauptursachen für die Entstehung von Eigenspannungen wie inhomogene, lokale Erwärmung und Abkühlung der schweißnahtnahen Bereiche und insbesondere die konstruktive Schrumpfbehinderung infolge umgebender Montagegruppen werden damit jedoch nicht abgebildet. Der Einfluss der Wärmeführung, insbesondere der lokalen Vorwärmung, auf die Eigenbeanspruchung einer Konstruktion ist derzeit weitgehend unbekannt.
Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenspannungsausbildung in geschweißten Konstruktionen zu quantifizieren sowie Aussagen zur Beeinflussung und Absenkung der Eigenspannungen und somit der Gesamteigenbeanspruchung von Schweißkonstruktionen zu erarbeiten. Dazu wurden durch die sukzessive Steigerung des Einspanngrades der Zusammenhang zwischen Wärmeführung und resultierender Eigenspannung unter zusätzlicher Schrumpfbehinderung geklärt. Ferner wurde die Übertragbarkeit der den Regelwerken zugrundeliegenden Kleinprobenergebnisse auf reale Konstruktionen untersucht. Mithilfe systematischer Klein- und Großlastschweißversuche an definiert schrumpfbehinderten Proben konnte der Einfluss der Wärmeführung sowohl auf die lokalen nahtnahen Eigenspannungen als auch globale Eigenbeanspruchungen durch Reaktionsspannungen analysiert werden. Es zeigte sich, dass eine Reduktion der lokalen Eigenspannungen und der Eigenbeanspruchung von geschweißten Konstruktionen durch eine geringere Wärmeeinbringung möglich ist. Eine Absenkung der Zwischenlagentemperatur erwies sich dabei unter anderem als besonders günstig. Damit ist es möglich vorhandene Wärmeführungskonzepte für hochfeste Stähle zu optimieren und dadurch die Kaltrissbildung zu vermeiden.
Aus der Möglichkeit mittels Zentrifugentechnologie bis zu 8 Proben gleichzeitig einer Zugprüfung unter wirklich identischen Bedingungen, schnell über einfaches Einstecken der Proben und unter Ausschluss jeglicher Querkräfte, zu unterziehen , ergab sich für Klebverbindungen erstmals die Möglichkeit einer statistisch abgesicherten Prüfung identischer bzw. einer vergleichend bewertenden Prüfung unterschiedlicher Verbundsysteme. Es war deshalb naheliegend, auch das Aufkleben der Prüfstempel unter möglichst identischen Bedingungen und ebenfalls frei von Querkräften im OKTETT durchzuführen. Außerdem sind beim durchgehenden Handling im OKTETT die identische Vorbehandlung vor dem Kleben, identische Transferzeiten und -bedingungen zwischen den verschiedenen Prozessschritten, eine weitgehend gleichartige Klebstoffaufbereitung und -applikation sowie die bessere Einhaltung von gleichen Verarbeitungs- und Aushärtezeiten der Klebstoffe vor der Prüfung der Verbundfestigkeit für jeweils 8 Proben sichergestellt. Im Ergebnis dieser Überlegungen stellte sich schnell heraus, dass das Mehr-Proben-Kleben unter identischen Bedingungen für in Grenzen unterschiedliche Verbundsysteme eine ungelöste Aufgabenstellung ist.
Today’s light weight design trends lead to a growing application of high-strength structural steels (yield strength ≥ 690 MPa). The mechanical properties of the weld and the component safety have to meet the increased requirements of these steel grades. However, high residual stresses in welded components are detrimental to their safety and integrity. Analyses concerning weld stresses in high-strength steels welded under component related restraint conditions revealed that heat control significantly affects global and local stresses. This occurs especially in highly restrained joints due to superimposing local and global stresses and may cause crack-critical stress-levels. In this study weld tests were performed with plates of high-strength steel in a special test facility. The experimental setup allowed transferring defined restraint conditions to the test welds similarly to real components. Temperature and reaction forces due to restraint were observed online while welding and cooling of multilayer-component MAG-welds. Mobile X-ray diffraction was used for local stress determination in the weld seam areas of the restrained specimens. It was found that interpass temperature has a major influence on the local and global welding forces and stresses. Thus, among the analysed results especially transverse residual stresses of the heat affected zone were strongly affected.
The writing materials of the Silk Road book cultures in Turfan – Analysis of inks and pigments
(2014)
Manuscript fragments discovered in the oasis of Turfan and in other sites of present-day China in the beginning of the 20th century by A. Grünwedel and A. von Le Coq, represent one of the most fascinating cultural testimonies of people who both lived there and travelled along the trade routes between East and West. To determine the different materials used for writing and painting the Chinese, Sanskrit, Manichaean, Syrian, Sogdian, Tocharian and Uighur fragments of the Berlin collection, analysis of inks and pigments were conducted using non-destructive methods. The research was funded by the German Research Foundation DFG for a period of three years. The identification of specific techniques of preparation allows manuscript groups and sub-groups to be specified, aiding their cultural assignment. This is important for further cultural studies, for the development of conservation strategies and the identification of forgeries.
In the majority of cases, the red color of cinnabar on objects of cultural heritage is well preserved, though turning black is often claimed and has been the subject of investigations. To evaluate conditions for the stability of the pigment and understand the reactions, in this paper the problem is approached from various viewpoints. First of all the natural form cinnabarite is compared with the artificially prepared pigment vermilion. This establishes a differentiation of types in terms of quality, depending on structural impurities. With regard to the pigment’s reactions influencing the discoloration, the most commonly mentioned environmental factors, such as radiation or halogens, are evaluated. In relation to various usages, the pigment’s structural stability is then viewed in connection with adjacent pigments, glues, and the substrate, which may lead to a brown or black coloration or even the release of mercury, whereas the color is preserved in most cases when used on lime or in ink and lacquer. Due to the materials’ properties, attention is drawn to the fact that discoloration to a brownish-black is not necessarily a sign of damage and harmful reaction products, but may indicate good preservation of the painted material, provided that the mercury can be bound in the substrate.
The paintings and manuscripts discovered in the sealed ‘library cave’ in Dunhuang, Western China, contain the earliest surviving examples of Tibetan artistic and scribal practice (9the10th centuries AD). Despite their importance, their material characteristics have not previously been studied. The present paper discusses the results of the analysis of paper and pigments in a selection of items across a variety of forms and functions: (i) Buddhist manuscripts, (ii) official letters, (iii) hung paintings, (iv) ritual items, (v) banners, and (vi) stencils and preliminary sketches. The material analysis of these items is presented in historical context, to address three research questions. First, whether there is a correspondence between the materials used in the creation of these objects and their geographical origin. Second, in terms of the choices made in the available materials and techniques, whether there is a detectable correlation between materials chosen and the intended function of the objects. Third, whether the characteristics of the objects analysed here be considered to be part of a broader Central Asian artistic and scribal culture. The authors conclude that a local culture of paper and pigment production can be detected in these results, though further research is needed especially on the geographical origin of raw materials for pigments. The results show that artists and scribes made technological choices in paper and pigments depending on the function of the objects they were creating. Finally, understanding of the broader Central Asian context of these results will depend on future analysis of material from other archaeological sites, and comparison with the results of this study.
Chemischer Angriff auf Betonbauwerke - Bewertung des Angriffsgrads und geeignete Schutzprinzipien
(2014)
In verschiedenen Bereichen des Betonbaus ist Beton einem chemischen Angriff von außen ausgesetzt, der die Dauerhaftigkeit des betreffenden Bauteils bzw. des gesamten Bauwerks beeinträchtigen kann. Für einen chemischen Angriff in natürlichen Böden und Grundwässern bestehen normative Vorgaben in DIN 4030-1 [R10] bzw. DIN 1045-2 [R19], um den Angriffsgrad anhand der Art und Konzentration der angreifenden Stoffe in Expositionsklassen XA1 (schwach angreifend) bis XA3 (stark angreifend) einzustufen. Hinsichtlich weiterer maßgeblicher Einflussfaktoren wird an dieser Stelle nicht näher differenziert, ob und inwieweit die Regelungen für Böden und Grundwässer auch auf andere Bereiche mit chemischem Angriff auf Beton zu übertragen sind, ist stets im Einzelfall zu überprüfen. Ebenfalls sind die zu treffenden Maßnahmen über die Vorgaben der DIN EN 206-1/DIN 1045-2 [R19] hinaus anwendungsspezifisch festzulegen. Der Hauptausschuss Baustofftechnik (HABT) des DBV hat daher den Arbeitskreis "Chemischer Angriff auf Beton" beauftragt, dieses Merkblatt zu erarbeiten, das Hilfestellung bei der Bewertung einer projektspezifischen chemischen Angriffssituation auf Beton sowie bei der Planung und Ausführung von Schutzprinzipien leisten soll.
Electrochemical half-cell potential measurements for the detection of reinforcement corrosion
(2014)
This specification describes the application of electrochemical half‐cell potential measurements (frequently also called potential mapping) for the detection of reinforcement corrosion in reinforced concrete structures. Areas of corroding reinforcement steel can be located in a nondestructive manner by means of this procedure. Half‐cell potential measurements are used in order to detect chloride‐induced corrosion. However, it is not recommended in order to assess the risk of carbonation‐induced corrosion. For this purpose the determination of the carbonation depth and the concrete cover appear to be more appropriate.
The content of this specification exclusively refers to the application of mobile, local variable reference electrodes, which are only placed on the concrete surface while measuring. The technique distinguishes itself thereby from the range of corrosion monitoring systems with stationary installed reference electrodes and sensor systems, respectively, whereby it is possible to continuously track measurements within the area of the installed electrodes. However, these methods are not dealt with in this specification.
Emergency response units increasingly use pressure cylinders made from fibre composites for breathing air as elements of personal protective equipment (PPE). Such applications expose the composite cylinders to harsh temperature and handling conditions. At least in Europe, standards have been used for certifying PPE, which are designed and mandatory for the approval of pressure receptacles for the transport of dangerous goods. Therefore, service conditions specific to PPEs are not accounted for in these standards. In this paper, BAM (Federal Institute for Materials Research and Testing) investigates the residual safety of a composite cylinder design at the end of their designated service life of 15 years. The cylinders (test pressure PH 450 bars; 6.8 Litres) are of one design type with aluminium liner and fully wrapped with carbon fibres, which is commonly considered a “Type III” cylinder. All cylinders were used as PPE by the Berlin fire department and randomly picked in three samples of 25 cylinders each before tested.
At BAM, the cylinder samples underwent hydraulic load cycle tests (LCT), conventional burst tests (BT) and so called slow burst tests (SBT). A concept for quantification of strength degradation already introduced by BAM was applied. This concept is based on a probabilistic assessment of the average strength and scatter of each sample of cylinders. The strength distributions of the used PPEcylinders is shown and analysed. Some unexpected effects are shown and a refinement of the statistical assessment is introduced.
Design of a cementitious coating system for corrosion protection: Phase 1 binder materials selection
(2014)
This paper presents the first results of an ongoing research project on the development of a cementitious thin layer coating system with high resistance against chloride penetration and carbonation. It is intended to display the decision process used for selecting raw materials as well as the conclusions based on test results and theoretical deliberations. In this phase, only the influence of the binder materials was analyzed concerning mechanical properties. The system should enhance the durability of new and old concrete structures exposed to aggressive environments, be based on market available materials and fulfill the requirements of the German guideline for concrete repair (Rili-SIB).
Design of a cementitious coating system for corrosion protection: Phase 1 binder materials selection
(2014)
This paper presents the first results of an ongoing research project on the development of a cementitious thin layer coating system with high resistance against chloride penetration and carbonation. It is intended to display the decision process used for selecting raw materials as well as the conclusions based on test results and theoretical deliberations. In this phase, only the influence of the binder materials was analyzed concerning mechanical properties. The system should enhance the durability of new and old concrete structures exposed to aggressive environments, be based on market available materials and fulfill the requirements of the German guideline for concrete repair (Rili-SIB).
Schlaffe und vorgespannte Bewehrungen in Stahlbetonbauwerken lassen sich in einer Tiefe von etwa 30 – 35 cm gut mit dem Radarverfahren orten. In der Praxis zeigt sich aber häufig, daß der zeitliche Aufwand für eine Radarmessung stark variieren kann. Gründe dafür sind zum einen die Komplexität der Bewehrung im Betonbauteil, zum anderen aber auch die Unsicherheit des Anwenders bei der Durchführung der Radarmessung. Die Frage, ob die Bewehrung schon mit der Messung entlang einer einzelnen Messlinie gefunden werden kann, oder ob eine flächige Messung notwendig ist, kann häufig nicht schnell und einfach beantwortet werden.
Bei flächigen Radarmessungen ist ein wesentlicher Punkt dabei die Frage, wie dicht das Messraster sein soll. In der Praxis stellt sich häufig im Nachhinein heraus, daß ein weniger dichtes Raster mit einem Messlinienabstand von 10 cm oder 20 cm statt eines dichteren Rasters von z. B. 5 cm Messlinienabstand keine merkliche Verschlechterung des Ergebnisses beim Orten der Bewehrung liefert. Der zeitliche Aufwand für eine Radarmessung kann sich deshalb bei einer aufgabenbezogenen Wahl des Messrasters im Vergleich zur ursprünglichen Messung um deutlich mehr als die Hälfte verringern. Seltener tritt in der Praxis der Fall auf, daß ein Messraster zu groß gewählt wurde.
Anhand von Praxisbeispielen werden die Unterschiede von Radarergebnissen bei einer Variation von Messrastern gezeigt. Die Wahl eines aufgabenbezogenen Messrasters wird ebenso wie die Wahl einer geschickten Antennenpolarisation bei der Ortung vorgespannter Bewehrung betrachtet und der Einfluss der Antennenpolarisation auf den Aufwand der Radarmessung diskutiert. Abschließend wird ein kurzer Ausblick gegeben, was für ein Potential dichte Messraster trotzdem in der Forschung haben können.
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Herstellung von programmierbaren, supramolekularen Multischichten und Komposit-Multischichten auf Gold- und Siliziumoberflächen durch Anwendung eines koordinationschemischen Schicht-auf-Schicht-Selbstorganisationsverfahrens und den damit verbundenen Synthesen, Beschichtungen und Analysen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde zunächst eine Vielzahl von pyridin- und terpyridinterminierten selbstorganisierten Monoschichten (SAM) hergestellt und auf Gold- und Siliziumoberflächen abgeschieden. Die Abscheideprozedur wurde optimiert wobei zur Analytik der Oberflächen Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), winkelabhängiger kantennaher Röntgenabsorptionsfeinstrukturspektroskopie (NEXAFS-Spektroskopie), Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (ToF-SIMS), Transmissions-UV/Vis-Spektroskopie sowie Rasterkraftmikroskopie (AFM) eingesetzt wurde. Es konnte gezeigt werden, dass sich hochgeordnete monomolekulare und gemischte Monoschichten erzeugen lassen. Die terminalen funktionellen Gruppen dieser SAMs konnten als Ligand zur Komplexbildung mit Übergangsmetallionen verwendet werden.
Diese koordinative Haftschicht wurde zur Verknüpfung zunächst von Testliganden und später von terpyridin-terminierten Tetralactam-Makrozyklen (TLM) und darauf basierenden Etherrotaxanen verwendet. Hierbei wurden ebenfalls die Beschichtungsbedingungen optimiert, um einen vollständigen Bedeckungsgrad zu erreichen. Unter Verwendung dieser Bedingungen wurden anschließend Multischichten aus TLMs und Fe(II)-Ionen sowie alternierend Fe(II) und Ni(II) abgeschieden. Die Analyse der hergestellten Multischichten zeigte reproduzierbar ein regelmäßiges, kontrollierbares Wachstum und eine Vorzugsorientierung. Durch den Einsatz von pyridin- und terpyridin-terminierten TLMs mit variierenden Metallionen konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, die Abfolge verschiedener Schichten der Multischicht gezielt festzulegen.
Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden pyridin-terminierte Goldnanopartikel hergestellt und in die Multischichten integriert, um so Komposit-Multischichten herzustellen. Letztlich konnte gezeigt werden, dass die erzeugten Multischichten genutzt werden können, um über nicht-kovalente Wechselwirkungen reversibel Gastmoleküle zu binden und freizusetzten.
We report on calibration standards of nanoparticles meeting the definition of a nanomaterial given by the European Commission (EU 2011) which are relevant for the characterisation methods applied in the NanoDefine project. We found that the Impact of nanoparticles is outstanding in the scientific literature. A number of 270.000 paper titles on nanoparticles are listed in the Web of Science data base. But surprisingly, the availability of suitable certified standard reference materials is scarce. Only a few sources were found. For example, BAM provides the database Nanoscaled Reference Materials at http://www.nano-refmat.bam.de/en/ in cooperation with the ISO/TC 229 Nanotechnologies. In addition, two publications from 2013 on nanoscale reference materials are available. Candidates of nano-(certified) reference materials from other ongoing or just finished FP6 and FP7 nano-metrology projects have been extracted from the Compendium of Projects in the European NanoSafety Cluster (Compendium NSC, 2013). Recommendations for selection of representative test materials and calibration standards for NanoDefine internal tasks, respectively, are also given.
The EU FP7 NanoDefine project was launched in November 2013 and will run until October 2017. The Project is dedicated to support the implementation of the EU Recommendation on the Definition of Nanomaterial
by the provision of the required analytical tools and respective guidance. Main goal is to develop a novel
tiered approach consisting of (i) rapid and cost-efficient screening methods and (ii) confirmatory measurement
methods. The "NanoDefiner" eTool will guide potential end-users, such as concerned industries and regulatory bodies as well as enforcement and contract laboratories, to reliably classify if a material is nano or not. To achieve this objective, a comprehensive inter-laboratory evaluation of the performance of current
characterisation techniques, instruments and software is performed. Instruments, software and methods are
further developed. Their capacity to reliably measure the size of particulates in the size range 1-100 nm and
above (according to the EU definition) is validated. Technical reports on project results are published to
reach out to relevant stakeholders, such as policy makers, regulators, industries and the wider scientific community, to present and discuss our goals and results, to ensure a continuous exchange of views,
needs and experiences obtained from different fields of expertise and application, and to finally integrate the resulting feedback into our ongoing work on the size-related classification of nanomaterials.
The need to improve the sustainability and the need for innovation in the cement industry has brought to light the practice of using additives to the cement in order to decrease CO2 emissions in industrial plants and increase the quality of cement in terms of durability and performance. Currently some additives have been employed as granulated blast furnace slag, limestone and pozzolan. The additives give mortar and concrete larger energy efficiency, gain in durability and resistance, contributing to buildings with slender structures and cheaper and durable maintenance. Besides natural pozzolan can be used artificial ones, as calcined clays, and over a range of amorphous aluminates and silicates waste, with highly reactive function as a binder material in the presence of water and calcium hydroxide. Calcined kaolinite clays were characterized using various techniques such as XRD, thermal analysis, and NMR observing 27Al and 29Si nuclei. The results showed that there is a structural modification of the samples, from crystalline to amorphous phases with the increasing of temperature in the calcination process. There is an improving in the reactivity of calcined clays by the range of 600ºC to 750ºC temperature in the reaction with calcium oxide, according to data from Chapelle test, indicating the possibility of using them as additives for cement and confirming their pozzolanic potential.