Filtern
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (4)
- Beitrag zu einem Tagungsband (4)
- Vortrag (1)
Schlagworte
- Carbon emission (2)
- Clinker reduction (2)
- Heat flow calorimetry (2)
- 1H NMR relaxometry (1)
- Bauwesen (1)
- Beton-Datenmanagement (1)
- Betonherstellung (1)
- Cement (1)
- Cement hydration (1)
- Cement, hydration (1)
Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag (wissenschaftliche Konferenzen)
- nein (1)
Diese Arbeit untersucht den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Materialentwicklung für Beton, mit einem Fokus auf Karbonatisierungswiderstand, CO₂-Reduktion und Kostenoptimierung. Das KI-Tool SLAMD, das auf inverses Materialdesign setzt, konnte in Studien die Entwicklungszeit für Betonmischungen um bis zu 80 % verkürzen. Durch die Integration zusätzlicher 1H-Kernspinresonanz-Daten wurde der Prozess um weitere 40 % beschleunigt. Insgesamt zeigt sich, dass der Einsatz von KI die Effizienz und Nachhaltigkeit in der Materialentwicklung signifikant steigern kann.
Im Rahmen der Entwicklung von Betonrezepturen, bei der Betonherstellung und während der Nutzungsphase im Bauwerk, wird eine Vielzahl von Materialdaten generiert. LeBeDigital (Lebenszyklus von Beton - Ontologie- Entwicklung für die Prozesskette der Betonherstellung) ist ein Verbundprojekt innerhalb der Initiative Plattform Material Digital. Das Projekt zielt darauf ab, eine Struktur für Betonmaterialdatenbanken zu entwickeln, die dem FAIR-Prinzip folgt und sowohl praxisnah als auch flexibel genug ist, um zukünftige Entwicklungen in der Betonforschung und -produktion zu unterstützen. Ontologien stellen ein geeignetes Werkzeug zur Generierung von Wissensgraphen dar, um Workflows zur automatisierten Datenerfassung und zur semantischen Datenabfrage zu gestalten. Daher ist die Erarbeitung betonspezifischer Ontologien zentraler Bestandteil des Verbundprojektes, das dazu beitragen will, die Vorrausetzungen für eine Teilhabe der Betonbranche am digitalen Wandel im Bereich der Materialforschung zu sichern.
This study explores the acceleration of material design in the concrete
industry, focusing on improving carbonation resistance, a key factor in the durability of concrete structures. Traditional tests for carbonation resistance are lengthy, but with the construction industry aiming for sustainable production, finding a balance between carbonation resistance and CO2 footprint is crucial. Our research
employs two innovative methods:
1. Applying the Sequential Learning App for Materials Discovery (SLAMD), an
AI materials design framework, to an extensive dataset of real-world concrete
compositions to selectively test materials that meet market demands: maximum
durability, optimal eco-durability, and the best cost-durability trade-off.
2. Investigating 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) relaxometry as a quick
alternative for characterizing carbonation behavior, as it saves time compared
to traditional tests and assesses the complete material’s pore space. Specific
NMR features are then integrated into the material design model, with the
model’s performance compared against traditional approaches.
The results of our study are compelling, demonstrating that materials can
be precisely tailored to meet specific requirements with minimal data points. This marks a significant stride in the concrete industry, indicating thatNMR-based, lowfidelity surrogate characterizations, combined with a focused, data-driven design approach, can substantially accelerate the development of durable, sustainable concrete mixtures.
Im Rahmen der Entwicklung von Betonrezepturen,bei der Betonherstellung und während derNutzungsphase im Bauwerk, wird eine Vielzahl vonMaterialdaten generiert. LeBeDigital (Lebenszyklusvon Beton - Ontologie-Entwicklung für dieProzesskette der Betonherstellung) ist einVerbundprojekt innerhalb der Initiative PlattformMaterial Digital. Das Projekt zielt darauf ab, eineStruktur für Betonmaterialdatenbanken zuentwickeln, die dem FAIR-Prinzip folgt und sowohlpraxisnah als auch flexibel genug ist, um zukünftigeEntwicklungen in der Betonforschung und -produktion zu unterstützen. Ontologien stellen eingeeignetes Werkzeug zur Generie-rung vonWissensgraphen dar, um Workflows zur automatisierten Datenerfassung und zursemantischen Da-tenabfrage zu gestalten. Daher istdie Erarbeitung betonspezifischer Ontologienzentraler Bestandteil des Ver-bundprojektes, dasdazu beitragen will, die Vorrausetzungen für eineTeilhabe der Betonbranche am digitalen Wandel imBereich der Materialforschung zu sichern.
In this paper, we demonstrate the value of 1 H NMR relaxometry for studying the hydration of clinker-reduced, climate-friendly cementitious binders. Our study includes white cement (WC), ordinary Portland cement (OPC), and samples incorporating reactive agro-waste based ashes and non-reactive biochars as supplementary cementitous materials (SCM). NMR measurements were performed over a period of up to 120 h during hydration with an echo time of 50 μ s and a relatively large sample size of 20 mL. The results were compared to heat flow calorimetry (HFC) data, and a detailed comparison with literature data was performed for pure OPC and WC. The results show that time-resolved NMR measurements, especially the analysis of individual NMR signal components assigned to defined 1 H reservoirs, are effective for studying hydration processes. They offer insights into the evolution of the microstrucure and specific chemical phases. NMR provides valuable information and serves as a good complement to HFC. The comparison with data obtained with shorter echo times (40 μs or around 15–45 μs with solid echo sequence) on much smaller samples showed almost identical developments with respect to the T2 distributions. For the SCM samples, NMR results indicated partially accelerated hydration processes compared to classical OPC hydration. One SCM sample acted as a highly reactive pozzolan, showing a similar hydration process to OPC with the strongest effect observed when superplasticizer was added.
Adding biochar delayed C-S-H gel pore formation but significantly increased capillary pores and even free water, likely due to the sponge-like structure.
NMR is becoming increasingly popular for the investigation of building materials as it is a non-invasive technology that does not require any sample preparation nor causes damage to the material. Depending on the specific application it can offer insights into properties like porosity and spatial saturation degree as well as pore structure. Moreover it enables the determination of moisture transport properties and the (re-)distribution of internal moisture into different reservoirs or chemical phases upon damage and curing. However, as yet most investigations were carried out using devices originally either designed for geophysical applications or the analysis of rather homogeneous small scale (< 10 mL) samples. This paper describes the capabilities of an NMR tomograph, which has been specifically optimized for the investigation of larger, heterogeneous building material samples (diameters of up to 72 mm, length of up to 700 mm) with a high flexibility due to interchangeable coils allowing for a high SNR and short echo times (50 - 80 m s).
In this paper, we demonstrate the value of 1H NMR relaxometry for studying the hydration of clinker-reduced, more climate-friendly cementitious binders. The results were obtained on typical CEM I cements and sister samples containing two different reactive agricultural ashes as well as non-reactive biochars as supplementary cementitious materials. The findings prove that time-resolved NMR measurements provide valuable additional information when combined with classical heat flow calorimetry.
Die Digitalisierung hat sich in vielen Bereichen des Bauwesens durchgesetzt. So sind Planung und Entwurf selbst kleinerer Bauvorhaben heute vollständig digitalisiert. Auch das Monitoring von Bestandsbauwerken ist ohne digitale Datenerfassung, -verarbeitung und -speicherung nicht denkbar. Trotzdem sind Fragen hinsichtlich der strukturierten Speicherung und künftigen Nutzung von Daten noch offen. Einige Aspekte der Digitalisierung wurden im Rahmen des 63. DAfStb-Forschungskolloquiums (Tagungsband: DOI 10.26272/opus4-61338) in Vorträgen und Veröffentlichungen aufgegriffen und werden im Folgenden zusammengefasst.
This article describes advancements in the ongoing digital transformation in materials science and engineering. It is driven by domain‐specific successes and the development of specialized digital data spaces. There is an evident and increasing need for standardization across various subdomains to support science data exchange across entities. The MaterialDigital Initiative, funded by the German Federal Ministry of Education and Research, takes on a key role in this context, fostering collaborative efforts to establish a unified materials data space. The implementation of digital workflows and Semantic Web technologies, such as ontologies and knowledge graphs, facilitates the semantic integration of heterogeneous data and tools at multiple scales. Central to this effort is the prototyping of a knowledge graph that employs application ontologies tailored to specific data domains, thereby enhancing semantic interoperability. The collaborative approach of the Initiative's community provides significant support infrastructure for understanding and implementing standardized data structures, enhancing the efficiency of data‐driven processes in materials development and discovery. Insights and methodologies developed via the MaterialDigital Initiative emphasize the transformative potential of ontology‐based approaches in materials science, paving the way toward simplified integration into a unified, consolidated data space of high value.