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The paper addresses beech wood as well as vulcanized fiber and discusses the results obtained when using acoustic emission and thermography as non-destructive testing techniques along tensile and load increase fatigue tests to characterize the wooden material’s behavior under increasing fatigue loads to get enhanced information regarding the fatigue behavior of both materials. Reference is mainly made to the materials’ anisotropic and microstructural behavior and what implications this has with respect to the materials’ strength. The influence of moisture is discussed, as well as parameters that may deserve monitoring in the sense of structural health monitoring to be applied in timber structures in general.
We report a high-resolution dielectric study on a pyrene-based discotic liquid crystal (DLC) in the bulk state and confined in parallel tubular nanopores of monolithic silica and alumina membranes. The positive dielectric anisotropy of the DLC molecule at low frequencies (in the quasistatic case) allows us to explore the thermotropic collective orientational order. A face-on arrangement of the molecular discs on the pore walls and a corresponding radial arrangement of the molecules is found. In contrast to the bulk, the isotropic-to-columnar transition of the confined DLC is continuous, shifts with decreasing pore diameter to lower temperatures, and exhibits a pronounced hysteresis between cooling and heating. These findings corroborate conclusions from previous neutron and x-ray-scattering experiments as well as optical birefringence measurements. Our study also indicates that the relative simple dielectric technique presented here is a quite efficient method in order to study the thermotropic orientational order of DLC-based nanocomposites.
A Large Aperture UltraSonic system (LAUS) has been designed and built for testing thick concrete structures. The scalable system consists of twelve ultrasonic units, each hosting 32 individual shear wave transducers with mechanical dry point contact (DPC) to the concrete surface. The twelve units are attached to the concrete surface using a vacuum case which holds them in place during operation. Each LAUS unit can be placed individually on the surface to achieve optimal ultrasonic condition, e.g. to avoid rebars. For the generation of vacuum, air pressure is supplied to each unit through an air hose. The twelve units define an aperture which is necessary for fast reconstruction of the subsurface structure. The well-known SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique) algorithm has been adopted to this situation, where the individual LAUS units form a linear aperture with not necessarily equidistant spacing between the units. The exact geometrical position of the units, which are individually marked with retroreflective labels, is determined using photographs and image processing. All transducers are synchronized and work either as transmitter or receiver. A full scan consists of 12 * 11 recordings, where each unit acts as transmitter once and all others as receivers. An electronic sub-unit on the back of the ultrasonic device holds the battery and handles data acquisition, synchronization and data communication. A computer is used as base unit which communicates with each LAUS unit for control and data acquisition, the synchronization is performed by a radio modem that uses a special algorithm similar to a digital PLL (phase locked loop). No wire connections are necessary between the units and the base system.
The LAUS system is designed to investigate concrete structures with thicknesses in excess of 2 m, depending on the acoustic condition of the object under investigation. Highly reinforced concrete may have less penetration depth. The LAUS provides quasi real time imaging, once the transducers are put in place and the data has been acquired. First measurements on a foundation slab confirm, that the system can register ultrasonic echoes from the back wall at 4 m distance.
Gegenstand des Aufsatzes ist die experimentelle Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Zündquellen sowie der Systembeschaffenheit auf das Brandverhalten EPS-basierter Wärmedämm-Verbundsysteme (WDVS). Dazu wurden Brände ausgewertet, die mit EPS-basierten WDVS in Verbindung stehen. Ergebnis dieser Auswertung war, dass nicht wie bisher angenommen der Brand in dem Gebäude (z. B. der Wohnungsbrand), sondern vielmehr der Brand außerhalb des Gebäudes, insbesondere der des Abfallbehälters, das häufigste und kritischste Brandszenario für EPS-basierte WDVS darstellt. Daraufhin wurden an der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Brandversuche in der Single Burning Item-Prüfeinrichtung (SBI) an nicht intakten EPS-basierten WDVS-Ausschnitten durchgeführt. Mit zunehmender Beschädigungsgröße und -tiefe stieg die vom System freigesetzte Wärmefreisetzungsrate an. Zusätzlich werden Brandversuche eines Sockelbrandszenarios mit einer abfallbehälteräquivalenten Brandlast vorgestellt. Aus den Brandversuchen werden Empfehlungen zur Verbesserung der Systemsicherheit abgeleitet.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
The influence of different ignition sources and conditions of the systems on the fire behaviour of external thermal insulating systems (ETICS) have been investigated experimentally. As a basis of the investigations real cases with EPS based ETICS have been analysed. The analysis showed that the fire in front of the building is the most common and critical fire scenario for these systems. These fires are often caused by waste containers. This result contradicts the former common assumption that the fire inside the building is the most critical fire scenario for ETICS. Intermediate scale experiments in the Single Burning Item (SBI) test apparatus have been performed at BAM with ETICS specimens. The render of the systems was partially damaged. The measured heat release rate of the specimens increased significantly with size and depths of the damages. Additionally results of large scale experiments with a waste container equivalent ignition source are presented and recommendations to enhance fire safety of these systems are given.
A broad range of inorganic nanoparticles (NPs) and their dissolved ions possess a possible toxicological risk for human health and the environment. Reliable and robust measurements of dissolution effects may be influenced by the sample matrix, which challenges the analytical method of choice. In this study, CuO NPs were investigated in several dissolution experiments. Two analytical techniques (dynamic light scattering (DLS) and inductively-coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)) were used to characterize NPs (size distribution curves) time-dependently in different complex matrices (e.g., artificial lung lining fluids and cell culture media). The advantages and challenges of each analytical approach are evaluated and discussed. Additionally, a direct-injection single particle (DI sp)ICP-MS technique for assessing the size distribution curve of the dissolved particles was developed and evaluated. The DI technique provides a sensitive response even at low concentrations without any dilution of the complex sample matrix. These experiments were further enhanced with an automated data evaluation procedure to objectively distinguish between ionic and NP events.
With this approach, a fast and reproducible determination of inorganic NPs and ionic backgrounds can be achieved. This study can serve as guidance when choosing the optimal analytical method for NP characterization and for the determination of the origin of an adverse effect in NP toxicity.
In this study, 19 experiments were conducted with 25 pouch cells of NMC cathode to investigate thermal runaway and the release of gases from lithium-ion batteries (LIBs). Single cells, double cells, and a four-cell battery stack were forced to undergo thermal runaway inside an air-tight reactor vessel with a volume of 100 dm3 . The study involved two series of tests with two types of ignition sources. In the Series 1 tests, a heating plug was used to initiate thermal runaway in LIBs in the ranges of 80–89% and 90–100% SOC. In the Series 2 tests, a heating plate was used to trigger thermal runaway in LIBs in the ranges of 30–50%, 80–89%, and 90–100% SOC. Thermal runaway started at an onset temperature of 344 ± 5 K and 345 K for the Series 1 tests and from 393 ± 36 K to 487 ± 10 K for the Series 2 tests. Peak reaction temperatures ranged between 642 K and 1184 K, while the maximum pressures observed were between 1.2 bar and 7.28 bar. Thermal runaway induced explosion of the cells and lead to a rate of temperature increase greater than 10 K/s. The amounts of gases released from the LIBs were calculated from pressures and temperatures measured in the reactor.
Then, the gas composition was analyzed using a Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer. The highest gaseous production was achieved at a range of 90–100% SOC and higher battery capacities 72 L, 1.8 L/Ah (Series 1, battery stack) and 103 L, 3.2 L/Ah (Series 2, 32 Ah cell)). Among the gases analyzed, the concentration of gaseous emissions such as C2H4 , CH4 , and C2H6 increased at a higher cell capacity in both series of tests. The study results revealed characteristic variations of thermal behavior with respect to the type of ignition source used.
In diesem Verbundvorhaben werden standardisierte Messverfahren für hybride Gemische erarbeitet, die der Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen des Explosionsschutzes dienen. Unter einem hybriden Gemisch wird dabei ein mehrphasiges System aus Brenngas oder brennbarem Dampf, sowie Luft und brennbarem Staub verstanden. Die Veröffentlichung der Ergebnisse erfolgt in einem Abschlussbericht und als DIN-Spezifikation (DIN SPEC). Diese DIN SPEC versetzt Prüfinstitute und Industrie in die Lage, Explosionsgefahren beim Betrieb technischer Anlagen mit hybriden Gemischen einzuschätzen und damit Prozesse sowohl sicherer als auch effizienter zu steuern. Dieses Projekt wird im Rahmen des WIPANOProgramms (Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen) vom BMWi gefördert.
Uptake and molecular impact of aluminum-containing nanomaterials on human intestinal caco-2 cells
(2018)
Aluminum (Al) is one of the most common elements in the earth crust and increasingly used in food, consumer products and packaging. Its hazard potential for humans is still not completely understood. Besides the metallic form, Al also exists as mineral, including the insoluble oxide, and in soluble ionic forms. Representatives of these three species, namely a metallic and an oxidic species of Al-containing nanoparticles and soluble aluminum chloride, were applied to human intestinal cell lines as models for the intestinal barrier. We characterized physicochemical particle parameters, protein corona composition, ion release and cellular uptake. Different in vitro assays were performed to determine potential effects and molecular modes of Action related to the individual chemical species. For a deeper insight into signaling processes, microarray transcriptome analyses followed by bioinformatic data analysis were employed. The particulate Al species showed different solubility in biological media. Metallic Al nanoparticles released more ions than Al2O3 nanoparticles, while AlCl3 showed a mixture of dissolved and agglomerated particulate entities in biological media. The protein corona composition differed between both nanoparticle species. Cellular uptake, investigated in transwell experiments, occurred predominantly in particulate form, whereas ionic Al was not taken up by intestinal cell lines. Transcellular transport was not observed. None of the Al species showed cytotoxic effects up to 200 mg Al/mL. The transcriptome analysis indicated mainly effects on oxidative stress pathways, xenobiotic metabolism and metal homeostasis. We have shown for the first time that intestinal cellular uptake of Al occurs preferably in the particle form, while toxicological effects appear to be ion-related.
Das Ziel des Forschungsvorhabens „Zerstörungsfreie Ortung von Gefügestörungen in Betonbodenplatten“ bestand in der Entwicklung eines Untersuchungskonzepts zur sicheren Ortung und Erfassung von Gefügestörungen in einseitig zugänglichen Betonplatten durch den kombinierten Einsatz verschiedener zerstörungsfreier Prüfverfahren. Hierfür wurde die Leistungsfähigkeit der folgenden Messverfahren hinsichtlich ihrer Aussageschärfe, Anwendungsgrenzen und Messgeschwindigkeit bei praxisnahen Randbedingungen untersucht:
- Impakt-Echo, manuelle Impaktauslösung
- Impakt-Echo, automatisierte Impaktauslösung
- Ultraschall-Echo mit multistatischem Array
- Impuls-Thermografie
- Radar
Als Versuchskörper dienten sechs liegend hergestellte Betonplatten der Abmessungen 200/200/30 cm aus zwei verschiedenen Betongüten und mit unterschiedlichem Bewehrungsgehalt (Bewehrungsgrade 0 %, 0 ,9 %, 2 ,6 %), von denen vier Platten auf trockenem und zwei Platten auf ständig nass gehaltenem Sand gelagert waren. Alle sechs Platten enthielten jeweils dieselben künstlich eingebrachten Fehlstellen: vier quadratische Kiesnester in unterschiedlicher Tiefe mit Kantenlängen zwischen 10 und 15 cm sowie drei oberflächennahe Hohlstellen (Ø 4/6/8 cm). Zur Erfassung eines möglichen Einflusses des Betonalters wurden die Messungen 4 Tage, 28 Tage sowie 180 Tage nach Herstellung der Platten durchgeführt.
Um aus den Untersuchungen einen breiten Nutzen für die Praxis zu erzielen, basierten die eingesetzten Messverfahren auf handelsüblichen Geräten, welche jedoch bezüglich ihres Messprinzips und insbesondere der Datenerfassung und -auswertung weiterentwickelt wurden. Die Fehlstellengröße wurde bewusst klein gewählt.
Mit Ausnahme des manuellen Impakt-Echo-Verfahrens, mit welchem unter Verwendung der Originalsoftware des Herstellers keine Fehlstellen nachweisbar waren, zeigten sich alle Messverfahren geeignet, unter verschiedenen Randbedingungen Gefügestörungen zu lokalisieren. Insgesamt wurde jeder Fehlstellentyp von zumindest einem Verfahren bei mindestens zwei Versuchskörpern detektiert. Es konnten jedoch an keiner Betonplatte mit einem einzelnen Messverfahren alle vorhandenen Fehlstellen an allen Messterminen geortet werden.
Am häufigsten wurden die beiden großen oberflächennahen Fehlstellen (Hohlstelle Ø 8 cm, Kiesnest 10 cm) erkannt. Am schwersten zu lokalisieren waren die kleine Hohlstelle mit 4 cm Durchmesser sowie die beiden auf der Unterseite gelegenen Kiesnester.
Die Untersuchungen zeigen, dass für eine erfolgreiche Anwendung zerstörungsfreier Messverfahren in der Praxis die Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens bzw. einer Kombination verschiedener Verfahren jeweils auf die vorliegende Problemstellung abgestimmt sein muss.
Für Betonbodenplatten mit hohem Feuchtegehalt (junger Beton) oder starker Bewehrung ist entweder das Ultraschall- oder das Impakt-Echo-Verfahren geeignet. Das Ultraschall-Verfahren wird von hohen Bewehrungsgehalten zwar stärker beeinflusst als das Impakt-Echo-Verfahren, besitzt aber eine bessere Auflösung und ermöglicht auch im oberflächennahen Bereich eine quantitative Bestimmung der Fehlstellentiefe. Das Impakt-Echo-Verfahren kann wegen der niederfrequenten Impulsanregung Fehlstellen erst in größeren Tiefen und mit schlechterer Auflösung nachweisen, ist aber ideal geeignet zur Bestimmung der Plattendicke aufgrund seines signifikanten Rückwandechos. Sowohl das Radar-Verfahren als auch die Impuls-Thermografie können bei hohen Feuchte- und Bewehrungsgehalten nur sehr oberflächennah eingesetzt werden.
Bei trockenem Beton und geringen bis mittleren Bewehrungsgehalten liefert das Radar-Verfahren sehr gute Ergebnisse. In kurzer Zeit ermöglicht es eine flächendeckende Ortung der Tiefenlage und Größe von Inhomogenitäten bei guter Auflösungsgenauigkeit. Vorhandene Bewehrung wird deutlich abgebildet, kann aber darunterliegende Fehlstellen verschatten. Alternativ kann die Impuls-Thermografie für die Ortung oberflächennaher Gefügestörungen eingesetzt werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere bei Oberflächen, die nicht direkt zugänglich sind, da zwischen Infrarotkamera und Messobjekt nur Sichtkontakt bestehen muss.
Die Betongüte hatte bei keinem eingesetzten Verfahren einen erkennbaren Einfluss auf die Messergebnisse. Streng genommen ist dies jedoch nur für den Einfluss des Wasserzementwertes, der Zementart und des Zementgehalts bei gleichbleibender Sieblinie und gleicher Kornart gültig. Bei Verwendung von Leichtzuschlag sind abweichende Ergebnisse denkbar.