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Organisationseinheit der BAM
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Paper des Monats
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For several years, optical measuring techniques play an ever increasing role in various areas of construction. Applications ränge from simple laser-based distance measurements up to the use of advanced camera Systems to assess shape changes of components. The advantages of such Systems lie in the ränge of non-contact respectively in non-destructive measurement and in the high required accuracy and reproducibility. The continuous improvement and development of sensors and laser sources also opens constantly new applications and areas of applications. Already established measurement methods and technologies can be further developed and adapted to modern requirements. At BAM it is a laser-based measurement System has been developed that is capable to measure the roughness of component surfaces in equal to already established methods.
Die Oberflächenrauheit eines Bauteils ist eine wichtige Kenngröße für zahlreiche seiner Eigenschaften. Der im Bauwesen übliche Rauheitsparameter ist die Rautiefe Rt bzw. MTD, die durch volumetrische Verfahren (Sandflächenverfahren) ermittelt wird und in zahlreichen Normen Verwendung findet. Laserbasierte Verfahren müssen deshalb eine Umrechnung der aus Oberflächenprofilen gewonnenen Informationen in Rt bzw. MTD ermöglichen. Hierzu wird i.A. ein empirischer Zusammenhang zwischen Parametern zur Beschreibung des Profils und der Rautiefe der entsprechenden Oberfläche verwendet. Der Aufsatz stellt verschiedene Rauheitsdefinitionen vor und vergleicht sie miteinander. Es wird ferner gezeigt, dass die nach verschiedenen Prüfvorschriften ermittelten Rautiefen voneinander abweichen. Das Vorgehen bei der Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Profilparametern und Rautiefen nach einem volumetrischen Verfahren wird demonstriert und der Stand der laufenden Entwicklung eines Prüfgeräts auf Basis eines Linienlasers vorgestellt.
Die Charakterisierung von Oberflächen mittels optischer Technologien wird dank des ständigen Fortschritts bei der Entwicklung von Sensoren und Lichtquellen immer attraktiver. Die kommerziell erhältlichen Systeme werden dabei immer leistungsstarker, empfindlicher und genauer. Mit diesen Systemen ist es möglich, viele hundert Messpunkte innerhalb weniger Sekunden zu erfassen und auszuwerten. Dieser Fortschritt führt auch im Baubereich zu einer ständigen Weiterentwicklung und Verbesserung von Messmethoden und Systemen. So werden bereits standardisierte und angewandte Messprinzipien weiterentwickelt, den neuen Möglichkeiten angepasst und deren Anwendung auf neue Bereiche ausgeweitet. An der BAM ist es gelungen ein Messsystem zu entwickeln, mit dem Rautiefen von Bauteiloberflächen in Anlehnung an bereits standardisierte Verfahren bestimmt werden können. Mit dem Mer vorgestellten System können sowohl horizontale als auch vertikale, gewölbte und geneigte Oberflächen untersucht werden. Dank der Implementierung geeigneter Algorithmen entsprechen die vom System ausgegebenen Ergebnisse denen der seit Jahrzehnten mit den volumetrischen Messverfahren erzielten Ergebnisse. Vor allem bei der Instandsetzung von Bauwerken bringt das an der BAM entwickelte System erhebliche Vorteile, da es zukünftig auch möglich sein wird Wände und Decken genauer zu untersuchen.
Die Funktionalität und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs- und Verstärkungssystemen an Bauwerken hängt in einem hohen Maß von der Beschaffenheit der Bauteiloberfläche ab. Als aussagekräftiger Parameter bei der Instandsetzung dient hierbei die Rauigkeit oder Rautiefe. Die Bestimmung der Rautiefe wird im Baubereich seit vielen Jahrzehnten unter Verwendung des Sandflächenverfahrens durchgeführt. Dieses volumetrische Messverfahren hat sich als robust und sehr praktikabel erwiesen. Es ist vergleichsweise einfach und ohne größeren Kostenaufwand umsetzbar. Dennoch weist es einige Schwächen in der Anwendung auf. Der größte Mangel ist die Beschränkung auf horizontale, trockene Oberflächen. Sowohl auf vertikalen, geneigten oder gekrümmten Oberflächen als auch „über Kopf1 lässt sich dieses Verfahren nicht anwenden. Bedingt durch verschiedene nationale Normen und unterschiedliche Anwendungsbereiche, weichen sowohl die zu verwendenden Prüfmittel als auch die zu ermittelnden Kenngrößen stark voneinander ab. Dies macht eine genaue Kenntnis über die verschiedenen Vorschriften und deren Inhalte notwendig. Ein weiterer Nachteil ist die, durch das Verfahren bedingte, starke Streuung über den „Prüfereinfluss“ in den zu erzielenden Ergebnissen. Untersuchungen zur Wiederholgenauigkeit ergaben Schwankungen von bis zu 20 Prozent in Abhängigkeit von Prüfer und Prüfvorschrift. An der BAM wurde deshalb ein automatisiertes Messsystem entwickelt,
While calcined clays in general have been credited with a great potential to mitigate CO2 emissions related to cement production and consumption, calcined brick clays are currently understudied in this regard. In the present work, two brick clays, a low-grade kaolinitic clay, and a mixed clay composed of 50% brick clay and 50% low-grade kaolinitic clay were studied regarding transformations on calcination, and strength and durability performance as well as pore structure of mortars made with the blended cements. All calcined clays exhibited pozzolanic reactivity, with the performance of the brick clays inferior to the low-grade kaolinitic clay. However, the mixed clay performed very similar to the low-grade kaolinitic clay, which points to a viable option for optimal use of brick clays in cementitious systems. The carbonation resistance of the blended cement mortars was generally worse than that of the plain Portland cement mortar, as expected, but the former exhibited a significantly improved chloride penetration resistance. The latter improvement was due to pore structure refinement in the blended cement mortars, compared to the Portland cement mortar.
The use of calcined clays as supplementary cementitious materials (SCMs) has been identified as a viable option to decrease the CO2 emissions related to cement production. However, while extensive data is available about kaolinitic clays in this context, other clays such as illitic clays appear to be under-studied. Therefore, in the present study, two illitic clays were compared to two low-grade kaolinitic clays in terms of transformations in the calcination temperature range 650–900 °C, and performance of the calcined clays in blended cement pastes as measured by strength evolution, heat release, hydrated phase formation and portlandite consumption. The illitic clays required a higher calcination temperature for complete dehydroxylation of their illite than what is necessary for dehydroxylation of kaolinite. These higher calcination temperatures also led to particle sintering, significantly decreasing the specific surface area of the illitic clays, particularly for the clay with the higher Fe2O3 content. Nevertheless, while the kaolinitic clays generally exhibited the best performance as SCM, the illitic clay with lower Fe2O3 content performed similar to the kaolinitic clays when calcined at optimum temperature and applied at a moderate substitution rate. These findings demonstrate that several different clays have the potential to be used as SCM and indicate possible routes to identify suitable deposits for this purpose.
Properties of alkali-activated mortars with salt aggregate for sealing structures in evaporite rock
(2021)
Concrete structures for sealing of tunnels in the host rock are an essential part of systems for nuclear waste storage. However, concretes based on blended cements or magnesium oxychloride cements, which are commonly considered for this application, can deteriorate severely due to a significant heat of hydration and associated deformation and cracking. Alkali-activated materials (AAMs) offer a potential solution to this problem because of their low heat release during hardening. To explore their suitability for the construction of sealing structures in evaporite rock, various AAMs with salt aggregate were studied regarding fresh properties, heat release, mechanical properties and microstructure. The heat of reaction of the AAMs was up to 55% lower than that of a blended cement designed for sealing structures, indicating significant benefits for the intended application. Other relevant properties such as mechanical strength and permeability depended strongly on the mix-design of the AAMs and curing conditions.
Die Bestimmung der Rauheit von Bauteiloberflächen stellt eine wichtige Messaufgabe im Bauwesen dar. Vor allem bei der Betoninstandsetzung, im Straßenbau und bei der Herstellung von Stahlbeton-Halbfertigteilen ist die Rauheit – gemessen als Rautiefe – eine wichtige Kenngröße. Zurzeit werden Messungen der Rautiefe mittels volumetrischer Verfahren (Sandflächenverfahren) durchgeführt. Diese bereits seit mehreren Jahrzehnten angewandten Verfahren sind jedoch auf horizontale bzw. wenig geneigte und trockene Oberflächen beschränkt. Darüber hinaus hängen die erzielten Ergebnisse sehr stark von der angewandten Prüfvorschrift, den darin vorgeschriebenen Prüfmitteln und Geräten und dem jeweiligen Anwender ab.
Als Alternative zu den volumetrischen Verfahren wurde an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ein automatisiertes, laserbasiertes Messverfahren entwickelt, mit dem Rautiefen von Bauteiloberflächen in Anlehnung an bereits standardisierte Verfahren bestimmt werden können. Der vorliegende Beitrag befasst sich zunächst mit den konventionellen Prüfverfahren, beschreibt die wichtigsten Zusammenhänge und zeigt die Grenzen dieser Methoden auf. Im zweiten Teil wird das an der BAM entwickeltes Messsystem, als zielführendes Alternativverfahren für die konventionellen Methoden, vorgestellt und dessen Leistungsfähigkeit näher beschrieben.
The production of Portland cement causes a substantial environmental impact, since the calcination of limestone results in high emissions of carbon dioxide. The use of supplementary cementitious materials such as calcined clays as partial replacement for Portland cement offers a solution to limit this environmental impact. This paper investigates four clays from deposits in central Germany with the aim of obtaining pozzolans for the production of Portland-pozzolana cement. The results obtained show that the calcined clays possess pozzolanic properties, which differ depending on calcination temperature and the relative amounts of Kaolinite and 2:1 clay minerals.