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Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) führt im Rahmen einer Verwaltungsvereinbarung mit dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) Bauartprüfungen für Behältertypen durch, die für die Endlagerung von nicht wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen in das Endlager Konrad vorgesehen sind.
Zur Erlangung einer Eignungsbestätigung einer Behälterbauart für das Endlager Konrad müssen die Antragssteller die Einhaltung der vom BfS festgelegten behälterspezifischen Anforderungen nachweisen. Zentrale Bestandteile der Bauartprüfung sind die Sicherheitsnachweise zur Behälterauslegung gegen mechanische Betriebs- und Störfallbelastungen sowie gegen thermische Störfallszenarien. Die Prüfanforderungen umfassen hierbei Stapeldruckprüfung, Hebeprüfung, Fallprüfung, thermische Prüfung (Brand), ggf. einschließlich Dichtheitsprüfung zum Nachweis der Einhaltung von Dichtheitsanforderungen.
Neben der Nachweisführung mittels sogenannter Baumusterprüfungen oder Obertragbarkeitsbetrachtungen können die Nachweise alternativ mittels numerischer Sicherheitsnachweise erbracht werden, sofern deren hinreichende Verifikation nachgewiesen wird, Dies kann u. a. durch den Vergleich mit hinreichend gesicherten experimentellen Ergebnissen geschehen, Die hier vorgestellten Untersuchungen sind Teil des internen Forschungsprojektes ConDrop der BAM, das zum Ziel hat, erweiterte Prüfmethoden zur Fallprüfung an Stahlblechcontainern für das Endlager Konrad mittels numerischer Beanspruchungsanalyse zu entwickeln. Dazu soll ein Finite-Elemente-(FE)-Modell entwickelt und mit experimentellen Daten, die in Fallversuchen ermittelt werden, verifiziert werden.
Although identified on the basis of so-called instationaiy creep-tests the constifrvtive model of Eurocode 3 (EN 1993-1-2, 2010) - hereinafter refened to as EC3 - represents a non-linear rateindependent relationship between stress and meclianical strain. I.e. the experimentally observed phenomenou of creep at constant stress but linear time varying temperature is described only through the temperature dependence of the material parameters characterizing the EC3 constitutive model. As a consequence some important phenomena cannot properly be described: E.g. creep or relaxation at constant temperature, creep or relaxation at non-monotonic temperature rates or sensitivity of the instationary creep process on the temperatme rate.
The concept and technical details of the implementation of the developed integrated monitoring system within the IMO-WIND project are presented. The tasks of the components of the system and its requirements are described. Selected results from the continuous monitoring during operation of the plant M5000_2 regarding the task design verification and dynamic structural analysis are given.
Main topics of the research project BEGLARES are the restoration of "dalle de verre" concrete Windows and the development of repair techniques and mortars. This project is executed in Cooperation between Glasmalerei Peters GmbH, the University of York and the BAM Federal Institute for Materials Research and Testing. It is funded by the Federal Ministry of Economics and Technology. The main mechanism of damages, the development of repair mortar and special test specimens are presented.
Paper is one of the most important materials representing and witnessing human culture particularly as a carrier medium for text and image. As soiling hampers the reception of information, paper cleaning techniques are needed. Traditional mechanical and chemical cleaning methods are used by conservator-restorers. In some cases, a classical cleaning procedure of paper objects yields unsatisfactory results or a conventional treatment is even impossible. Especially, fragile paper objects cause problems due to mechanical instabilities. Laser cleaning as a non-contact method might be a way to overcome some of the limitations of classical cleaning techniques. Laser parameters have to be chosen to achieve removal of the soiling without influencing the artwork. Any immediate as well as long-term effects causing an irreversible change of the artwork have to be avoided. At present, most laser applications are found in stone and metal conservation, while laser treatment of complex organic materials like paper is still not fully developed for application in conservators' workshops. This contribution describes recent work of pulsed laser cleaning of soiled model samples. Pure cellulose, rag paper and wood-pulp paper were mechanically soiled with pulverized charcoal in a standardized procedure to make model samples representing essential characteristics of contaminated real-world artworks. Afterwards, model samples were cleaned using short and ultrashort laser pulses in the nanosecond and femtosecond time domain, respectively. An extensive analysis of the model samples after laser treatment using an optical microscope and a multi-spectral imaging system allows a comparison of the cleaning results obtained with both laser sources.
The 9 meter drop onto an unyielding target is one of the important mechanical tests within the safety assessment of transport casks for radioactive material. In general, the cask is equipped with impact limiters to reduce the dynamic load on the cask body by absorbing a major part of the kinetic energy. The impact limiters are often made of wood or aluminium. In this study an elastic-plastic material model with volume change was used to describe the stress-strain behaviour of wood found in crush tests. For aluminium, an elastic-incremental plastic material model with Cowper-Symonds parameters for strain rate depending material hardening was used to model the adiabatic stress-strain relations measured at specimens at constant ambient temperature. Hereafter simulations with a sophisticated finite element model were carried out and compared with different drop tests. Four drop tests of a half-scale cask model equipped with wood and aluminium impact limiters with different drop positions were selected to investigate the impact limiter behaviour during a 9 meter drop test. All drop tests were simulated with the same FE mesh but under different boundary and initial conditions.
This paper describes a structural reliability analysis utilizing monitoring data in the ultimate limit state with consideration of the uncertainties of the monitoring procedure. For this purpose the uncertainties of the monitoring data are modeled utilizing a new framework for the determination of measurement uncertainties. The approach is based on a process equation and Statistical models of observations for the derivation of a posterior measurement uncertainty by Bayesian updating. This facilitates the quantification of a measurement uncertainty using all available data of the measurement process. For the reliability analysis in the ultimate limit state, monitoring data can be utilized as a loading model Information and as proof loading, i.e. resistance model Information. Both approaches are discussed with generic examples and it is shown that the modeling of monitoring data in a reliability analysis can result in a reduction of uncertainties and as a consequence in the reduction of the probability of failure. Furthermore, the proof loading concept is developed further to account for the uncertain characteristic of proof loading due to the measurement uncertainties which is consistent with the framework for the determination of measurement uncertainties. These approaches and findings can be utilized for the assessment of structures for life cycle extension and the design of monitoring Systems.
To ensure a high operational reliability of offshore wind turbines (OWEC) with economically acceptable repair and maintenance efforts, comprehensive diagnosis and supervision concepts are required. Automatic monitoring Systems will be an essential part of such concepts. Because of the fact, that during Operation there will be static and dynamic interaction between the components ‘structure’, ‘machinery’ and ‘blades’ it is necessary to develop the monitoring techniques in an overall concept. These monitoring Systems are supposed to be applied for the design and testing as well as for the Operation and maintenance phases. The knowledge of the dynamic behavior of wind turbines is important both for the design and for a safe Operation. The available monitoring data from a period of three years, allow first conclusions on the long-term Operation of such Systems in terms of quality requirements to the instrumentation to the structure and the rotor blades
Standardized test methods by which the efficacies of conventional Chemical wood preservatives against insects determine their toxic effects against larvae of wood boring beetles or their feeding prevention by termites. Although alternative control strategies to the application of biocides exist, such as interference with insect behavior during mating or when searching for suitable breeding and feeding sites, their acceptance, too, depends on efficacy evaluation. This is why new test set ups are needed which take behavior modifying control strategies into account. This paper will demonstrate how new laboratory tests must be designed or how existing Standards can be altered to reliably interpret insect behavior including its successful manipulation in a standardized format.
The geological storage of carbon dioxide (Carbon Capture and Storage, CCS) in depleted gas reservoirs or in saline aquifers is a widely discussed issue. Carbon dioxide may induce corrosion on the piping steels during compression, transportation and injection. Therefore,
selection of appropriate piping steels is a key factor in order to increase the safety and reliability of the CCS technology, and to keep the processes cost-effective.
The here described subproject of the COORAL project (German acronym for “C02 purity for capture and storage”) deals with the levels of impurities in the C02 stream that will be acceptable when using specific steels. Material exposure to carbon dioxide (C02) containing
specific amounts of water vapor, oxygen (02) sulfur dioxide (S02), nitrogen dioxide (N02), carbon monoxide (CO) can be a challenge to steels. Within this subproject 13 different Steels are tested for suitability as materials used for compression, transportation and injection Units within the CCS chain.
Fibre-optic sensors for early damage detection in plastic insulations of high-voltage facilities
(2011)
Fibre-optic sensors (FOS) have great potential as online damage detectors when integrated in HV accessories. Among their well-known use as temperature and strain sensors, there are some more opportunities of use, e. g. they can intimately be embedded in polymeric insulations of HV cable terminations and joints to detect and monitor partial discharges right at the location of their origin. Two FOS types for early PD detection were investigated: an embeddable fibre-optic acoustic sensor to measure acoustlc waves in polymeric insulations generated by PDs, and a fluorescent optical fibre to detect first optical effects during ionization processes in the insulation material. The paper descrlbes these methods, related monitoring Problems and shows first test results.
Fiber optic sensors are increasingly used because of their outstanding performance or if special requirements avoid the application of conventional electrical sensors. The scientific background for optical fiber sensors is well developed; however, the characteristic of sensors applied in rather harsh environment are almost always different from characteristics determined in laboratory or before its installation. In order to achieve long-term stable function and reliable measurement data after application and under harsh environmental conditions, guidelines for characterization and specification of sensor components are needed as well as methodologies for testing the sensor performance must be developed. Performance tests carried out revealed that there are still some restrictions with respect to long-term reliable use: first, some sensor products available on the market are not very often appropriately characterized, described and validated; second, application procedures are not always defined due to a lack of understanding the micromechanical issues in the interface zone between sensor and measuring object. Application procedures and profound knowledge of materials behaviour are necessary to get results from the sensor that can be reliably used. The paper describes first guidelines to prove the quality of fiber optic strain sensors, a testing facility developed for unbiased tests and certification of surface-applied sensors as well as result from comparison of commercially available strain sensors.
Residual stresses arising during welding, especially in high energy beam welding, can reach levels up to the material specific yield strength causing service life mitigating consequences through stress relaxation or stress corrosion cracking. A number of processes were developed like stress relief annealing or the low-stress-no-distortion-technique to reduce these stresses.
But such methods are only applicable for wider welds and simple component geometries or they are cost-intensive. The method presented in this paper uses the welding beam after welding in a defocused mode for heating the material regions in a certain distance from the weld on both sides. With this process it is possible to decrease the stresses in small welds with high stress gradients without any contact surfaces or additional equipment. Dependent on the component geometry and on the laser power it is possible to use different parameters for this process. The adjustable process parameters are the radius and the power of the defocused beam and the transversal and longitudinal distances between the welding and the defocused beam. In this work the mechanism and the influence of the process parameters are investigated by FEM-simulation and a number of experiments on the ferritic steel S355J2+N with 5 mm thickness. The best experimental result presented in this paper shows a stress reduction of about 73 %.
Die ZfP versucht mit Hilfe von Messdaten, die sie aus z. B. einer Impuls-Echo-Messung gewinnt, Rückschlüsse auf die innere Struktur eines Objektes zu ziehen. Bei Betonbauteilen sollen im Besonderen Verpressfehler, die dann zur Korrosion und damit zur einer Beeinträchtigung der Standsicherheit und Dauerhaftigkeit des Konstruktion (z. B. einer Spannbetonbrücke) führen können, schnell und mit einer hohen Sicherheit aus den Messdaten lokalisiert werden. Das konventionellen SAFT oder FT-SAFT-Verfahren liefern in Verbindung mit einer Phasenauswertung einen schnellen und sicheren Hinweis darauf, dass ein Lufteinschluss/Defekt vorliegt. Darüber hinaus können jedoch Rückausbreitungs-Verfahren, wenn ein gutes Geschwindigkeitsprofil vorliegt, eine wesentlich bessere Lokalisierung des Defekts bieten als SAFT-Verfahren, jedoch mit dem Nachteil, dass sie sehr zeit- und rechenintensiv sind, vor allem im Dreidimensionalen. Als Mittelweg kann hierzu die "One-Way"-Methode dienen. Diese Methode verwendet Pseudo-Differential-Operatoren und ist sehr robust auch bei relativ groben Geschwindigkeitsprofilen. Sie wird an Beispielen aus der Bauwerkdiagnose mit den konventionellen Verfahren verglichen.
Three new offset Delta11B isotope reference materials for environmental boron isotope studies
(2011)
The isotopic composition of boron is a well established tool in various areas of Science and industry. Boron isotope compositions are typically reported as 5nB values which indicate the isotopic difference of a sample relative to the isotope reference material NIST SRM 951.
A significant drawback of all of the available boron isotope reference materials is that none of them covers a natural boron isotope composition apart from NIST SRM 951. To fill this gap of required 5UB reference materials three new solution boric acid reference materials were produced, which cover 6096o of the natural boron isotope Variation (-20 to 40%oo B) of about 100%o. The new reference materials are certified for their B values and are commercially available through European Reference Materials® (http://wwrv.enn-cmi.org). The newly produced and certified boron isotope reference materials will allow straightforward method Validation and quality control of boron isotope data.
Eine stets optimale Nutzung von Anlagen, Rohstoffen und Energie in Verbindung mit einer guten Prozessführung sind die wichtigsten Voraussetzungen für globale Wettbewerbsvorteile der Chemisch Pharmazeutischen Industrie und für die Branchen Energieerzeugung, Petrochemie, Nahrungsmittel, Papier- und Zellstoff oder Wasserversorgung. Überlegene Verfahren erfordern die fortwährende Kontrolle der geforderten Produktqualität, ihre präventive Sicherstellung und eine ständige Verbesserung des Wissens über den Prozess. Sensoren helfen dabei, alle wichtigen Messgrößen an kritischen Stellen transparent zu machen.
Sie sind die 'Sinnesorgane der Prozessleittechnik' für automatisierte Verfahren. Allein aufgrund stetig wachsender Anforderungen an Sensoren ergibt sich für viele Messaufgaben die Notwendigkeit einer ständigen Verbesserung der Sensoren. Für völlig neue Aufgaben müssen jedoch neue Messprinzipien gefunden werden, weil heute noch keine Sensor-Technologie existiert oder die wachsenden Anforderungen nicht mehr allein durch Weiterentwicklung bestehender Technologien erfüllt werden können.
Ende 2009 wurden Anforderungen und Wege für die konsequente Weiterentwicklung und Verbesserung von Prozess-Sensoren aus Anwendersicht aufgeschrieben. Das Projekt wurde von NAMUR und GMA initiiert und gemeinsam mit Industrieanwendern und Geräteherstellern als Technologie-Roadmap 'Prozess-Sensoren 2015+' veröffentlicht.
Was ist aus den Wünschen seither geworden? Wie kann die Umsetzung dieser Entwicklungsziele von den Geräteherstellern wirtschaftlich und marktgängig erfolgen? Wie werden neuartige Forschungsziele mit der angemessenen Forschungsförderung am besten vorangebracht?
The traceabiiity requirements for certification analyses of reference materials are much more stringent than for routine analysis, where certified matrix reference materials (CRM) can be used for calibration and to establish traceabiiity. Although the ISO-Guides related to CRM production and certification are not fully clear concerning calibration, many established CRM-producers do not accept matrix-CRMs for calibration in case of certification analyses, e.g. to avoid circular reasoning. These requirements limit the methods used for certification to those that can be calibrated using Standards of known high purity and stoichiometry or mixtures of such Standards. Powerful solid sampling techniques such as glow discharge mass spectrometry (GD-MS) or spark-optical emission spectrometry (SOES), where usually compact CRMs are used for calibration, seem not be applicable for certification analyses. Especially GD-MS is a powerful tool for trace element determination of solid samples. Beside metallic impurities the use of specific gas mixtures enables also the determination of interesting nonmetallic impurities such as sulfur and phosphorus. Within BAM a calibration approach, was developed which enables to use mixtures of Standards of known high purity and stoichiometry also for GD-MS. Analogue to matrix adaption in solution based techniques, the calibration approach is based on doped pressed powder pellets.
Approach and application on the certification analyses of copper and Steel CRMs are presented.
Im Zuge des Forschungsvorhabens ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) führt die BAM systematische Untersuchungen an stoßdämpfenden Werkstoffen, unter anderem an Fichtenholz, durch. Zweck der mit diesen Untersuchungen erzeugten Datenbasis ist die Erstellung und Parametrierung eines Finite-Elemente- (FE-) Materialmodells, das die Modellierung holzgefüllter stoßdämpfender Bauteile von Transportbehältern für radioaktive Stoffe in der FE-Simulation ermöglichen soll.
Anhand von Ergebnissen aus der ersten Versuchsphase werden der Einfluss der Dehnrate und der Faserorientierung auf das Kraft-Verformungs-Verhalten von Fichtenholz diskutiert. Anschließend wird die rechnerische Modellierung von Fichtenholz diskutiert und die Anforderungen an ein Materialmodell werden erläutert.
Während des Transportes sind Behälter für hoch radioaktive Abfälle durch stoßdämpfende Bauteile vor Einwirkungen, die aus Unfallszenarien gemäß den IAEA Regularien resultieren können, weitestgehend geschützt. Nach dem Entfernen dieser Komponenten im Rahmen der Einlagerung ins Zwischenlager müssen Vorkehrungen getroffen sein, um Beanspruchungen der Behälter aus möglichen Handhabungsunfällen im Empfangsbereich zu reduzieren. Die Maßnahmen müssen vor allem darauf abzielen, die stoßdämpfenden Eigenschaften der potentiellen Aufprallflächen zu optimieren. Da Standardmaterialien für Fundamente nur ein geringes Energieabsorptionsvermögen aufweisen, wurde durch die Firma HOCHTIEF eine neuartige Betonmixtur entwickelt, bei der ein spezieller Leichtzuschlag zum Einsatz kommen. Zur Charakterisierung dieses sogenannten Dämpferbetons liegen Standardkennwerte vor sowie Messwerte aus Eindringversuchen, die zur Qualitätssicherung für jede Produktcharge durchgeführt werden. Das stoßdämpfende Potential des neuen Werkstoffs kann jedoch nur dann vollkommen ausgeschöpft werden, wenn die Energieabsorption in numerischen Simulationen der Behälterabstürze über die gesamte Belastungsdauer zuverlässig wiedergegeben wird. Für die Implementierung und Anpassung eines entsprechenden Materialmodelis in einem Finite Elemente (FE) Programm
sind Daten aus systematischen Druckversuchen mit Variation der relevanten Einflussgrößen erforderlich. An der BAM werden daher im Rahmen eines werkstoffübergreifenden Forschungsvorhabens zur Untersuchung von stoßdämpfenden Strukturen auch die Eigenschaften von Dämpferbeton experimentell untersucht und zugehörige numerische Methoden entwickelt. Der aktuelle Beitrag behandelt die Ergebnisse der ersten Projektphase, in der kubische Probekörper mit der Kantenlänge 100mm bei unterschiedlichen Lagerungsbedingungen statisch und dynamisch gestaucht wurden. In nachfolgenden Versuchen wird der Einfluß der Probengröße ermittelt sowie die Eignung der verwendeten Materialmodelle anhand realistischer Belastungssituationen validiert.
Versuchsprogramm.
Metal seals are in common use as an essential component for the leak tight closure of transport and storage casks for spent fuel and vitrified high active waste from reprocessing. They are placed between the massive monolithic cask body made of ductile cast iron or forged steel and the primary and secondary lids, which are fixed with screws around the lid circumference, in order to ensure long term safe enclosure of the radioactive cask inventory. Hereby, long term reliable pressure forces in combination with a tight surface contact are as important as well maintained seal and surface qualities and dry and clean conditions during seal assembly and operation. A few years ago BAM started systematic investigation on the long term seal behavior with re-spect to longer storage periods and seal behavior in accidental cask scenarios with dynamic de-formations of the seal groove geometry or short term drop in pressure force up to lid lifting. BAM has developed test flanges for seals with full scale cross section diameter but much small-er outer diameter to gain representative data for metal-sealed lid systems. They are placed in appropriate testing machines for relevant mechanical loading under static and dynamic condi-tions with the ability to measure the standard helium leakage rate continuously during each test phase. This paper focuses on BAM long term tests of different seal types with aluminum and silver jackets at three different temperatures of +20°C, +100°C and +150°C under static conditions over longer periods of time. Due to creeping effects, a reduction of the pressure force does ap-pear during loading and unloading depending on prior holding times. So far, test results of up to 2 years indicate a clear correlation between seal pressure forces and holding time, temperature and seal type allowing for extrapolating to much longer periods of time. The paper presents basic correlations, test and evaluation procedures as well as important provisional results and gives an outlook on further investigations.
In Germany the concept of dry interim storage of spent fuel and vitrified high active waste in dual purpose metal casks is implemented (currently for periods of up to 40 years). The casks being used have an approved package design in accordance with the international transport regulations. The license for dry storage is granted on the German Atomic Energy Act with respect to the guidelines of the German Reactor Safety Commission for dry interim storage of spent fuel. Currently part of the assessment process of the cask design for transport on public routes is to evaluate the suitability of the used materials with respect to their properties and their compatibility for possible transport periods. For transport on public routes during or after long term interim storage periods, it has to be ensured that the transport and storage casks fulfill the specifications of the transport approval or other sufficient properties which satisfy the proofs for the compliance of the safety objectives at that time. This paper describes the state-of-the-art technology in Germany and points out arising prospective challenges and which related questions have to be answered in future. Present research and knowledge concerning the long term behavior of transport and storage cask components (such as gaskets and shielding components) have to be consulted as well as experiences from interim cask storage operations. Challenges in the safety assessment are therefore i.e. the behavior of aged metal and elastomeric gaskets under IAEA test conditions to ensure that the results of drop tests can be transferred to the compliance of the safety objectives at the time of transport after the interim storage period (aged package). Assessment methods for the material compatibility, the behavior of fuel assemblies and the aging behavior of shielding parts (e. g. influence of radiation) are further issues as well.
In Deutschland werden zwei Arten von radioaktiven Abfällen unterschieden: Wärme entwickelnde Abfälle und Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung. Im Endlager Konrad werden ausschließlich radioaktive Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung endgelagert (im internationalen Sprachgebrauch: schwach- und mittelradioaktive Abfälle). Solche Abfälle stammen zum Beispiel aus dem laufenden Betrieb, der Stilllegung und dem Rückbau von Kernkraftwerken, aus der Forschung, der Medizin oder von der Bundeswehr und beinhalten unter anderem kontaminierte Baustoffe, Schrott, Werkzeuge, Schutzkleidung, Schlämme und Suspensionen. Vor dem Endlagern dieser Abfälle werden sie konditioniert, d. h. die festen Abfälle werden teilweise zerkleinert, verpresst oder zementiert, flüssige eingedampft oder zementiert und häufig anschließend in Fässer verpackt. Im nächsten Schritt werden die konditionierten Abfälle in Abfallbehälter verpackt. Geeignete Behältertypen sind (gemäß IM, 121) kubische Container oder Rundbehälter mit definierten Abmaßen aus Stahlblech, Beton oder Gusseisen. Diese Abfallbehälter sind für die Endlagerung, für eine vorausgehende längerfristige Zwischenlagerung sowie ggf. für den Transport über öffentliche Verkehrswege zu qualifizieren.
Within the framework of the G8 partnership, the German Ministry of Economics and Technology has been realizing a 300 EUR million project of the storage of decommissioned Russian nuclear submarines based on a German-Russian agreement. The main parts of the project are the construction of the long-term storage facility as well as a radioactive waste storage facility at Sayda Bay. Long-term interim storage facility for this particular case has a period of about 70 years. The Energiewerke Nord GmbH (EWN) under the technical controlling of BAM carried out the project management. Foremost in this presentation is the finalization of the long-term storage facility for nuclear submarine compartments and the planning and realization of the radioactive waste storage building with special emphases of the parts carried out by BAM. Because BAM staff cannot stay permanently on site, a random inspection of different topics was the bases for the activities of BAM. The key aspects of activities are the long-term storage of the nuclear compartments, maintenance building, the decommissioning of the compartments and the transportation of the very heavy weight compartments (1600 metric tons). Details relating of the progress of the construction work as well as information about technical recommendations will also be briefly illustrated. Within this scope, problems and difficulties during the construction of the storage facility as well as logistical challenges including transportation of the reactor compartments will also be discussed.
Die mechanische Beanspruchung von Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe gemäß den durch die IAEA vorgegebenen Prüfszenarien oder bei Unfällen, die während der Handhabung in einer kerntechnischen Anlage auftreten können, wird maßgeblich durch das Design der Stoßdämpfer und die Eigenschaften des jeweiligen Untergrundes beeinflusst. Da der Nachweis der Behälterintegrität und -dichtheit häufig an numerische Simulationen gekoppelt ist, sind für die sicherheitstechnische Auslegung der Konstruktion zuverlässige Informationen über das Energieabsorptionsvermögen der Werkstoffe und eine geeignete Umsetzung dieser Daten in FEM - Programme erforderlich. Die im Rahmen von Falluntersuchungen bei der BAM festgestellten, teilweise erheblichen Abweichungen zwischen experimentellen und berechneten Größen sind entsprechend darauf zurückzuführen, dass die zur Verfügung stehenden numerischen Verfahren das komplexe Verhalten der stoßdämpfenden Strukturen
nicht ausreichend präzise wiedergeben. Hiervon besonders betroffen sind Bauteile aus Holz und Polyurethan-Schaum (PU-Schaum), die zur Konstruktion von Behälterstoßdämpfern für die Transportkonfiguration eingesetzt werden, sowie Dämpferbeton, der in ausgewählten Bereichen im Fundament von Standort-Zwischenlagern eingebaut wird. Um die zugehörigen Materialmodelle weiter zu entwickeln und die dafür erforderliche Datenbasis zu schaffen, hat die BAM vor knapp zwei Jahren das vom BMBF geförderte Forschungsvorhaben ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) gestartet. Wesentlicher Bestandteil ist ein systematisches Versuchsprogramm, bei dem die drei genannten Werkstoffe statisch und dynamisch hohen Druckbelastungen ausgesetzt werden. Relevante Versuchsparameter sind, neben der Dehnrate, die Temperatur und Lagerungsbedingungen sowie die Orientierung des Werkstoffes hinsichtlich der Belastungsrichtung. Dieser Beitrag präsentiert die wichtigsten Ergebnisse aus der ersten Versuchsphase, die durch weggesteuerte Versuche mit konstanten Prüfgeschwindigkeiten von 0,02 mm/s und 3000 mm/s gekennzeichnet ist. Darüber hinaus wird die Verwertung dieser Daten zur Anpassung von Materialmodellen auf der Grundlage von Nachrechnungen gezeigt, wobei die Möglichkeiten und Grenzen der verwendeten Konzepte Umrissen werden. Aufgrund des Umfangs, den die Versuche mit Holzwerkstoffen einnehmen, und des erforderlichen Aufwandes für die numerische Modellierung werden die entsprechenden Maßnahmen und Ergebnisse in einem eigenständigen Beitrag auf der KONTEC vorgestellt.
Laser thermal shock experiments - performance and evaluation on the basis of advanced ceramics
(2011)
The thermal shock behaviour in air and vacuum of three different advanced ceramics is investigated by introducing a new testing method. This thermal shock testing system permits the reproducible setting of defined temperature profiles in thin disks. In order to perform heating - up thermal shock experiments under reproducible conditions and to measure the transient temperature fields, a laser beam is directed spirally across the surface of the specimen. In this process, the specimen is heated up faster than the temperature gradient is compensated by thermal conductivity. Resulting temperature fields were recorded space and time resolved. Based on the knowledge of the local temperature distribution at the moment of failure, the critical fracture stress can be calculated. The scatter of thermal shock strength is quantitatively determined for the tested ceramics by using a improved statistical method.
Die steigenden Anforderungen im Schienenverkehr haben u. a. wachsende Betriebsbeanspruchungen für das Führungselement Schiene zur Folge. Auf Strecken mit hohen Belastungen wird dadurch die Entstehung von Rollkontaktermüdungsrissen, den sog. Head Checks, begünstigt. Für die Quantifizierung von Schäden im Hinblick auf eine optimierte Instandhaltung, setzt die DB AG daher seit einigen Jahren die Wirbelstromprüfung an Schienen ein. Es wurde ein Wirbelstromprüfsystem speziell für die Detektion und Bewertung von Head Checks auf der Schienenstahlsorte R260 entwickelt. Um den Instandhaltungsaufwand möglichst gering zu halten, unterliegen Eisenbahnschienen einer ständigen technologischen Weiterentwicklung durch die Hersteller. Durch Verbesserung der Schienenstahlsorten soll ein größerer Widerstand gegen die Bildung von Rollkontaktermüdungsrissen erreicht werden. Anhand von Streckenversuchen der DB AG in den letzten Jahren konnte festgestellt werden, dass tatsächlich eine Verminderung der Risswachstumsgeschwindigkeit erzielt wurde. Dafür zeigten sich im Vergleich zur Stahlsorte R260 abweichende Rissgeometrien, geringere Abstände zwischen den Ermüdungsrissen und somit eine größere Dichte des Rissfeldes. Die daraus resultierenden Folgen für die Ergebnisse der Wirbelstromprüfung werden hier erläutert. Praktische Prüferfahrungen an Schienenstahlsorten mit höherer Festigkeit werden vorgestellt.
Das Schienennetz der DB und anderer Bahngesellschaften wird regelmäßig mit Schienenprüfzügen inspiziert. Die mit den Prüfzügen aufgenommenen Messdaten werden offline zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet. Um Prüfbefunde manuell nachprüfen und ggf. Reparaturmaßnahmen einleiten zu können, ist eine möglichst exakte Zuordnung der Befunde zum Prüfort notwendig. Theoretisch ist jeder Ort des Schienennetzes durch Streckennummer, Richtungskennzahl und Kilometrierung exakt beschrieben. In der Praxis treten jedoch bei der Zuordnung diverse Probleme auf: Die Kilometrierung wird während der Prüfung manuell erfasst, indem die Beschriftung der Kilometer- bzw. Hektometertafeln in das Prüfsystem eingegeben und deren Position beim Vorbeifahren per Tastendruck in die Messdaten 'eingeblitzt' wird. Die Hektometertafeln stehen jedoch nicht an der aufgedruckten Position, sondern sind am nächstgelegenen Mast montiert. Dagegen ist die Ungenauigkeit des manuellen 'Einblitzens' vernachlässigbar. Außerdem ist die Kilometrierung nicht immer eindeutig, da nach Umbaumaßnahmen Kilometersprünge (sowohl fehlende als auch doppelte Kilometer) auftreten können. Abhilfe verspricht der Einsatz des satellitengestützten GPS, vorausgesetzt, die Strecken sind exakt vermessen. Um eine ausreichende Positionsgenauigkeit auch bei schlechten Empfangsbedingungen zu erreichen, ist jedoch ein erheblicher Aufwand notwendig. Die Positionsgenauigkeit eines Standard-GPS-Empfängers genügt hier nicht. Es wird ein Verortungssystem hoher Positionsgenauigkeit auf der Basis des GPS vorgestellt, das sich derzeit in der Erprobung befindet.
Formic and acetic acids are often responsible for damage of cultural objects, e. g. glass and metal corrosion or changing and fading of colours. Museums all around the world are equipped with different show cases. Display cases should protect cultural objects from dust as well as from mechanical damage. Several construction materials which are used for display cases, including wood, glue and coatings, are possible sources of very volatile organic compounds (VVOCs), volatile organic compounds (VOCs) and semi volatile organic compounds (SVOCs). These construction products can emit formic and acetic acids into the indoor or display case air. Modern display cases with small air change rates can cause higher concentrations of formic and acetic acids if any source is installed in the display case (Salthammer and Uhde, 2009). To minimize the risk of damage emissions from building products must be quantified. There is a need for a method for identification and quantification of acetic and formic acid. Some possibilities for the identification of acetic acid exist. The quantification of acetic acid for example after sampling on TENAX® or CARBOTRAP and thermal desorption-GC in accordance with ISO 16000-6 and ISO 16017-1 results in very low recovery rates. A new method should be stabile, robust, reproducible and comparable, with an easy local sampling and determination in laboratories. Miniaturised emission test chambers and model display cases were used to study the recovery rates.
VOC emissions from building materials accompanying sensory tests for different evaluation schemes
(2011)
Within a follow up project of a former study (Horn et al. 2005) emissions and odor from different types of construction products were investigated (financed by the German Federal Environmental Agency - FKZ 37 07 62 300).
The tested materials were mainly those used for construction of floors indoors. For this type of materials in Germany several labeling procedures exist which are based on Emission chamber testing. Two important labeling procedures in Germany are based on the AgBBevaluation scheme (Däumling et al. 2005). For some applications (flooring material) it is the mandatory Ü-mark of DIBt (German Institute for Construction Technology). Furthermore for carpets, adhesives and many other products, like sealants, mattresses, furniture and so on the voluntary blue angel mark exist. Within this scheme the volatile organic compounds (VOC) compounds are measured with well established procedures and are evaluated with LCI-values which were derived from health information.
Beyond that many complaints according to building products are caused by odors. Therefore an evaluation procedure for the odor is very important and should be implemented into all of the mentioned labeling schemes.
Quality and trueness of results received from measurements are very important for all involved parties, producers and consumers as well; for instance, if the results were used for acceptance of a product within a labeling procedure. Based on an inter-laboratory study with many German, European and US-American laboratories an extemal quality assurance System for the analysis of VOC emitting from products or the measurement in indoor air should be implemented (financed by the German Federal Environmental Agency).
A focus was set on the emission test chamber experiments and the connected analytical procedure. VOC have a dominating influence when applying the German AgBB scheme for health evaluation of building products.
Therefore it is necessary to ensure that the results between the testing laboratories are comparable. The successful participation to such round robin tests is offen essential for the acceptance of results given by an analytical laboratory.
The labelling of construction products or building materials as “low-emitting” is based on measurements using third-party emission test chambers. Unfortunately there is no method to validate the performance of such test chamber measurements. This might give a Variation of results when testing one material at different laboratories. Therefore it is necessary to hold round robin tests as part of the quality management System to ensure comparable results.
A research project financed by the Federal Environmental Agency focused on the development of an external quality management System for the detection of relevant Chemical compounds from products and in ambient air. The project was structured in four phases (Horn et al., 2009 and 2011; Wilke et al., 2009a) This paper shows results of the fourth phase of the project, which was an inter-laboratory study for VOC-emission testing by means of emission test chambers.
Wood and wood products are often used as construction material for buildings and even more for furniture and indoor decoration. Therefore Chemical emissions from wood have an influence on the indoor air quality. A research project financed by the Federal Environmental Agency focused on VOC emissions from oriented Strand boards (OSB) and also from plywood made from pine and spruce (Wilke et al., 2011a). This paper shows results of the plywood testing because only little information is available about plywood emission behaviour and its impact on indoor air quality.
The fire behaviour of composites clearly differs in comparison to polymers. Even though fibres and inorganic particles may be inert with respect to pyrolysis, they are clearly not with respect to fire behaviour. They change heat absorption and transfer within the Condensed phase, the melt flow/dripping behaviour of pyrolysing melts, the amount and properties of the fire residue and so on. Flame retardancy concepts tailored to composites are needed. Furthermore tasks that are specific for composites such as the structural integrity in fire get into the focus. Thus understanding of fire behaviour and flame retardancy mechanisms in composites is a key for target-oriented future development. The field is illuminated by Spotlights on different length scales. The examples are taken from different projects carried out in the group of the authors in the recent years. Flame retardancy mechanisms in nanocomposites are discussed, advanced halogen-free flame retardants for carbon and glass fibre composites presented as well as an approach to mechanical intermediate scale testing of carbon fibre composites under fire.
Wann ist es sinnvoll ein Biozid in ein synthetisches Material einzubringen? Wenn dadurch ein Problem gelöst wird. Deshalb sollte bei jeder Versuchsplanung die Frage stehen: Was ist das Problem, das man durch Biozieinsatz lösen will? Wie kann es im Laborversuch dargestellt werden? Konnte der Laborversuch zeigen, dass bei Biozideinsatz das Problem kleiner wird, beziehungsweise nicht mehr existiert? Je höher die Teststufe ist, umso mehr muss der Prüfablauf auf die Praxisbedingungen in der Gebrauchsphase des biozidhaltigen Erzeugnisses abgestimmt werden. Auf Stufe 1 werden in der Regel einzelne Wirkstoffe getestet. Ziel ist, die prinzipielle Wirksamkeit nachzuweisen, um die Ergebnisse für die Zulassung auf die Positivliste biozider Wirkstoffe der Biozidrichtlinie einzureichen. Während auf Stufe 1 bereits Normmethoden unter Einbeziehung einer relevanten Materialmatrix angewendet oder für die Fragestellung adaptiert werden können, ist dies für Stufe 2 oftmals nicht gegeben. Stufe 2 zeichnet sich durch Prüfmethodik mit praxisrelevanten Belastungen zur zeitraffenden Alterung des Biozids in seiner Materialmatrix aus. Hier stellt sich auch die Frage zur Langzeitwirksamkeit. Anstelle eines einzelnen Wirkstoffs wird oftmals ein Gemisch verschiedener Wirkstoffe und zusätzlichen Additiven, die wiederum Einfluss auf beispielsweise die Verteilbarkeit, Stabilität und Bioverfügbarkeit haben können. Es wird also kein Wirkstoff, sondern ein Biozidprodukt geprüft. In dem Biozidprodukt dürfen aber nur Wirkstoffe eingesetzt werden, die im Rahmen der Biozidrichtlinie bereits zugelassen sind und auf der Positivliste zu finden sind. Stufe 3 wird diskutiert im Zusammenhang mit Biozidprodukten mit Außeneffekt. Sie beschäftigt sich mit dem Nachweis von Vorteilen durch die Biozidnutzung. Hier gilt es den Verbraucher- und Umweltschutz gegen den Nutzen der möglichen Wertschöpfung oder auch den Gesundheitsschutz durch Biozideinsatz abzuwägen.
The cement and concrete market in East, Central and Southern Africa is highly fragmented. The concrete industry in this area consists of multiple parties, including producers and suppliers of construction materials, formal and informal contractors, engineers and architects, unions of trades persons and workmen, governmental bodies and formal institutions of research and education. All these institutions mostly do not interact adequately, which makes building with cementitious materials susceptible to damage and failures. Completely opposed to the situation in Europe or North America, cement in Africa is often unaffordable, while manpower is cheap, which results in a questionable economisation of cement. Typically, there is not sufficient awareness of methods to sensibly reducing the cement content in concrete or replace Ordinary Portland Cement by adequate alternative materials. Research activities in this field of technology are often missing completely. Only few countries in the area, such as South Africa, are exempted from these issues.
This paper presents the SPIN project, which is a joint project of a consortium of 8 African and 3 European partners within the ACP Science and Technology Programme. The project is funded by the EC and ACP Secretariat is the project body. The main objective of the current project is to strengthen the cement and concrete industry in the East and Central African regions. The project shall generate reasonable solution strategies to implement clean, safe and sustainable cement and concrete technology on the African continent, including general and specific guidelines for sensible application. Furthermore it shall be the kick-off for future projects, research activities and the world-wide expansion of a European-African network.
The paper addresses special problems the cement and concrete market in Eastern, Central and Southern African countries has to face. Several options are presented in detail, which shall help overcoming the current situation. Customized solutions for the African market include rational methods for reducing the amount of cement used and the replacement of Ordinary Portland Cement with cheaper alternatives. The use of recycled concrete through a new and economically effective method, as well as the opportunity of using locally available resources is also discussed.
Concrete technology was exposed to a rapid development during the last three decades. For the longest time in its history, concrete was considered as a three component System consisting of aggregates, which are bound by the hardened cement paste consisting of hydrated cement. Traditionally, the only way of adjusting the consistency of concrete was using well adjusted aggregates and grading curves and adding excess water to the concrete, accepting that the latter in return reduces strength and durability. During the last three decades, however, concrete has developed further from a three component System towards an (at least) five component system, since the use of mineral additions and Chemical admixtures has become state of the art. Both components are able to enhance the workability, the compactability, and the density of the microstructure with effects on strength, ductility and durability, while cement can be saved in parallel. Due to reasonable use of admixtures and additions, concrete can be designed to match mechanically high performance specifications. Traditionally, cement paste was considered the weakest component in concrete. Flowever, in modern concrete a good paste composition can yield highest performance, passing the role of the mechanical bottleneck towards the aggregates.
Today polycarboxylate ether based superplasticizer (PCE) is commonly used in concrete technology when high flow properties and water reduction are specified. The ionic strength of the polymers’ backbones determines the adsorption behaviour of polymers on clinker and early hydration products. The amount of required polymers for specified flow properties and the performance over the time of casting is thus determined by the molecular structure of the superplasticizer. The time depending consumption of polycarboxylate ether polymers strongly affects the reaction of aluminates and sulphate ions as well as the hydration process in general. Hence, the choice of polymers for particular flow properties greatly affects the very early properties of cementitious materials such as setting, heat evolution and autogenous deformations.
In order to better understand how PCEs influence the early properties, mixes from cement, limestone filler, viscosity modifying agent and water were varied with a high and a low charge density superplasticizer in differing amounts. Results are presented from measurements with an automatic Vicat device, an isothermal heat flow calorimeter, and shrinkage cones. Tests were conducted at 5, 20, and 30 °C.
It is shown that in presence of PCE the final set correlates well with the inflexion point of the heat flow curve, which emphasises the interrelation between C-S-H formation and setting. No such clear correlation can be found for the initial set, which is attributed to the fact that the initial set is rather a rheological than a structural phenomenon, so that other effects overlap with C-S-H formation. The results demonstrate that for a given polymer concentration low charge density polymers yield earlier setting than high charge polymers. However, this influence is overridden by the influence of the total amount of polymers in a cementitious system. Since PCE is typically added according to rheological specifications, and low charge PCE typically requires higher amounts of polymers than high charge PCE for comparable flow performance, low charge PCE retards setting more than high charge PCE.
The paper furthermore points out that there is no significant influence of the polymer type or amount on the early deformations. Since type and amount strongly affect the hydration, it is demonstrated that early setting causes higher strain after the final set. It is hence concluded that higher PCE solid contents reduce the risk of early cracks that occur at time of setting, when a solid structure has already been formed but without resistance against cracks yet.
The SPIN project
(2011)
Globally, cement and concrete experts are at the cutting-edge to sustainable, green, healthy but nonetheless high-performance concrete. In the present age, concrete is not yet well established in Africa, which öfters the unique opportunity to build up a cement and concrete market based on the highest available state of technology. As this industry needs high level expertise, a central issue in implementation of skilled technology is cross-linking research institutions and laboratories. It should not be neglected that concrete is a product with comparably low transport ranges, which means that an improved concrete market will mainly support the local economy without exceeding financial drains to the international market, thus fostering the fight against poverty, which is an urgent need in most African countries.
The SPIN project highlights recent developments in the field of cement and concrete research with impact on the local and global economy. Challenges, future developments and opportunities for the African construction industry are in the focus.
The SPIN project is funded by the European Commission (EC) and supported by the African, Caribbean and Pacific (ACP) Group of States under the project body of the ACP Science and Technology Programme. SPIN is acronym for “Spearhead network for Innovative, Clean and Safe Cement and Concrete Technologies”. The project aims to cross-link experts with industry and policy making bodies, aiming to establish sustainable cement and concrete construction in Africa.
Busbrände treten relativ häufig auf, auch wenn sich das im öffentlichen Bewusstsein nicht unbedingt widerspiegelt. Nach einer eigenen Internetrecherche brennt etwa an jedem zweiten Tag ein Bus in Deutschland.
Die grundlegenden Brandschutzvorschriften für Busse gehen auf die amerikanische
Norm FMVSS 302 zurück, die in den 60er Jahren entwickelt wurde und ist quasi weltweit noch immer in sämtlichen nationalen und internationalen Brandschutzvorschiften wiederzufinden. Ziel der FMVSS 302 ist es vor allem, Fahrzeugbrände durch das Rauchen zu verhindern. Verschiedene Untersuchungen zeigen jedoch, dass die meisten Busbrände andere Ursachen haben und zu ca. 80 % im Motorraum entstehen. Auch das Versagen von elektrischen Komponenten ist häufiger die Brandursache. Dies geschah z.B. im Jahr 2008 bei einem schweren Busbrand in der Nähe von Hannover, bei dem sich gerade einmal 13 Passagiere selber retten konnten und 20 Menschen ihr Leben verloren. Einige Brandleichen wurden sogar noch am Sicherheitsgurt angeschnallt aufgefunden.
Durch die enorme Zunahme brennbarer Kunststoffteile in Bussen entstand ein bisher unberücksichtigtes Risiko, das bei der Normentwicklung in den 1960er Jahren nicht berücksichtigt wurde. So hat sich die Brandlast seitdem etwa verzehnfacht und das toxische Potential erheblich gesteigert. Nach wenigen Minuten muss bei den Brandopfern bereits mit einem schnellen Tod durch Rauchgasvergiftungen gerechnet werden. Aufgrund der schnellen Brandentwicklung in Bussen können Passagiere in den allermeisten Fällen nicht bis zum Eintreffen der Feuerwehr warten und müssen sich selber retten. Die Zeit für die Selbstrettung muss signifikant verlängert werden, so dass auch mobilitätseingeschränkte Passagiere eine Chance zum Verlassen des Busses haben. Der Vergleich mit Brandschutzanforderungen anderer Transportsektoren (Bahn, Schiff, Flugzeug) zeigt, dass die Anforderungen dort sehr viel höher sind. Sowohl die Entflammbarkeit als auch die Wärmefreisetzung sowie die Rauchfreisetzung werden in diesen Normen begrenzt. Zudem werden Materialanforderungen hinsichtlich der Rauchgastoxizität gestellt.
Im Ergebnis dieser Arbeit sollen einerseits Brandschutzempfehlungen für die zweckmäßige und zugleich wirtschaftlich vertretbare Ausstattung von Bussen im Innenbereich unterbreitet werden. Andererseits sollen auch Überarbeitungsvorschläge für Prüftests vorgestellt werden, die den Brandschutz von Kraftomnibussen sicherstellen und erstmals auch Grenzwerte für die Rauchgastoxizität beinhalten. Dazu werden neben den Brandversuchen auch numerische Simulationen mit dem Fire Dynamics Simulator (FDS, Version 5, NIST) durchgeführt, in denen verschiedene Brandszenarien mit unterschiedlichen Buskategorien simuliert werden.
Die aktive Thermografie wird in der Industrie zunehmend in verschiedenen Bereichen zur Qualitätssicherung, Zustandsdiagnose und Zustandsüberwachung eingesetzt. Bestehende Normen zur Thermografie beschreiben die Grundlagen, Geräte und Begriffe. In diesem Beitrag wird über ein Projekt berichtet, dessen Ziel die Erarbeitung einer Prüfnorm zur Blitzthermografie ist. Diese sollte neben der Auswahl geeigneter Gerätekomponenten, der Auswertungsverfahren und der Vorgehensweise bei der Prüfung auch die Beschreibung geeigneter Referenzprobekörper enthalten, die eine Bewertung der Messapparatur und eine Qualitätssicherung der Prüfung ermöglichen.
In dieser Arbeit wird ein kameragestütztes Verfahren zur Flying-
Spot-Thermografie vorgestellt. Die Anregung wird über einen Diodenlaser mit einem optischen Scanner realisiert. Bei der Auswertung kommt ein effizienter und robuster Algorithmus zum Einsatz, der direkt auf die mit der Kamera aufgenommene Thermografiesequenz angewendet werden kann, ohne auf eine
Synchronisation zwischen Kamera und Lasersystem angewiesen zu sein. Daher eignet sich diese Herangehensweise besonders zur Nachrüstung bestehender Thermografiesysteme.
Die prinzipielle Eignung dieser Methode wird anhand einer Messung an einem Schienenstück mit Rollkontaktermüdungsrissen gezeigt. Als Referenzverfahren werden die Magnetpulverprüfung und eine auf GMR (Giant Magnetoresistance)- Sensoren basierende Streufeldmessung herangezogen. Mit dem thermografischen Verfahren konnten sämtliche enthaltenen Fehler erkannt werden. Dabei wurden Risse im mm-Abstand getrennt nachgewiesen, was etwa der geometrischen Auflösung der eingesetzten Kamera entspricht.