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Voraussetzung zur Aufklärung von Fugenbewegungen in hochbeanspruchten Verkehrsflächen aus Beton ist ein neues, innovatives und sensitives Sensorsystem, welches unter den Bedingungen der Autobahnpraxis schnell und sicher in entsprechend beanspruchte Bereiche installiert werden kann und in der Lage ist, stabile und hochaufgelöste Bewegungen in mehrere Raumrichtungen zu erfassen. Das durch die BAM neu entwickelte Sensorsystem ist geeignet, um direkt in die Betonfahrbahndecke integriert zu werden und sowohl über saisonale Messbereiche als auch in hoher Auflösung entsprechende Messwerte online zu erfassen und bereit zu stellen. Das für diesen Zweck entwickelte innovative Sensorsystem kann direkt in die Rollspur auf beiden Seiten der Fuge eingebaut werden und ist dafür ausgelegt, Lkw-Überfahrungen zu widerstehen. Es ist schnell und präzise genug, um die realen Bewegungen in allen drei Raumachsen in Echtzeit erfassen zu können. Dieser Forschungsbericht beschreibt das Funktions- und Wirkschema des Sensorsystems und seine Validierung im Labor- und Feldmaßstab. Dabei wird insbesondere auch die praxisgerechte Einbau- und Nutzungsmethodik vorgestellt. Auflösungsvermögen, Robustheit und Nutzerfreundlichkeit werden am Beispiel einer Konzeptstudie auf dem Testgelände DuraBASt erprobt. Es werden grundlegende Hinweise auf den dringlichen Bedarf einer gebrauchsgerechten Beschreibung des realen Verhaltens des Bauwerks Betonstraße identifiziert.
Die mit dem Sensorsystem gewonnenen Daten können eine Grundlage für die Konzeption einer performance-basierten Bewertung von Fugenfüllsystemen in Betondecken von Bundesautobahnen bieten. Sie sind geeignet, die Funktionsmechanismen der verschiedenen Betonfahrbahnkonstruktionen besser zu verstehen und zielgerichtet konstruktive und materialtechnische Optimierungen und Fortentwicklungen von Fugenkonstruktionen und Fugenfüllsystemen in gebrauchsbezogener Weise zu entwickeln. Durch weitere Datenerhebung, -fusion und -analyse können Instandsetzungsintervalle und Lebensdauerzyklen besser abgeschätzt und geplant werden.
Die zielgerichtete Weiterentwicklung von Bauteilen und Konstruktionselementen im Straßenbau hochbeanspruchter Verkehrswege unserer Infrastruktur (Bundesfernstraßen) erfordert spezielle, bauteiladaptierte technische Möglichkeiten/Sensorik zur Quantifizierung des Gebrauchsverhaltens. Bei Fugen in Verkehrsflächen stellen insbesondere langsam und schnell ablaufende Plattendeformationen infolge jahreszeitlicher und verkehrlicher Beanspruchungen maßgebende Beanspruchungszustände dar. Eine Quantifizierung dieser Einwirkungen hilft bei der Weiterentwicklung sowie auch bei der Bewertung optimierter technischer Lösungen. In Forschung kompakt 17/21 „Innovative Sensorik für Fugensysteme“ wird eine neuartige, robuste Lösung der BAM zur Datenerfassung und Bauwerksmonitoring von hochbeanspruchten Verkehrsflächen aus Beton vorgestellt.
Influence of pre-ignition pressure rise on safety characteristics of dusts and hybrid mixtures
(2021)
For the determination of the safety characteristics of dusts it is necessary to disperse the dust in the oxidating atmosphere (usually air). In the standard procedures for dusts this is realized by a partially evacuated explosion vessel (20L-sphere) in which the dust gets injected from a dust chamber pressurized with air. Shortly after that injection (60 ms) the dust cloud gets ignited under turbulent conditions, that are otherwise seen as almost ambient with 20 ◦C and about 1 bar (abs). While there has been a lot of research about the influence of the ignition delay time and the level of turbulence in the recent years little attention was paid to the pre–ignition pressure rise and the allowed variations in the standards. In the following work we showed that the allowed ranges for the pressures in the different dust standards influence the safety characteristics of dust alone severely.
Even though hybrid mixtures are an emerging risk problem in an interconnected industry there is no standard for the determination of their safety characteristics. In this work it is shown that especially for the preparation of hybrid mixtures of flammable dust and gas the pressures after injection of the dust and the mixing procedure have a large influence on the composition of the tested mixtures and therefore on the safety characteristics.
Considering both effects, wrong concentration of gas and wrong initial pressure, the discrepancy of safety characteristics from different facilities will be too big to applicable. The methods to overcome these weaknesses are also presented.
For the determination of safety characteristics of gases, vapors and dusts different types of ignition sources are used in international standards and guidelines. The paper presents test results of a comparative calorimetric and visual study between four different types of ignition sources. The ignition procedures were analyzed visually with a high-speed camera and electric recordings. In addition to that, the influence of the electrode-orientation, -distance as well as ignition energy on the reproducibility of the exploding wire igniter was tested.
The exploding wire is already in use for standardized determination of safety characteristics of gases, first tests on the suitability of the exploding wire igniter for dust testing have been carried out but are not standardized yet. Using the exploding wire, the ignition energy can be varied from 2 J to 10 000 J (2 x 5000 J) and thus it could be used for gases, vapors, dusts and hybrid mixtures. Moreover it can be used at high initial pressures and it is the only ignition source with an easily measurable ignition energy release. Furthermore, it does not introduce another chemical reaction into the system.
Finally, a proposal for a standard ignition source for explosion tests on hybrid mixtures is derived from the test results.
In the standards for the determination of safety characteristics of dusts an initial pressure difference of 400 mbar (all: abs) is applied, that increases to 1013 mbar to achieve a homogeneous dust-air mixture. Since the measuring equipment accuracy is given with ± 0,1 bar the initial pressure could range somewhere between 300 and 500 mbar and the pressure increase between 500 and 700 mbar, leading to a testing pressure of 800 to 1200 mbar.
This variation does not only affect the testing pressure but also the concentration of dust and the level of turbulence, leading to wrong values of Pmax, Kst and assigning them to wrong concentrations. When tests for hybrid mixtures are conducted there are more degrees of freedom leading to even higher variations. To overcome these variations a higher accuracy is demanded for hybrid mixture testing. Further, in this presentation four standardized ignition sources are presented.