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Die Brücke am Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel stand bei ihrer Eröffnung im Jahr 1969 für die höchste Ingenieurskunst der damaligen Zeit und für einen in die Zukunft gerichteten Blick. Sie trug den Namen "Brücke des 20. Jahrestag", denn am 20. Jahrestag der DDR wurde die Brücke für den Verkehr freigegeben. Sie verbindet die westlichen Stadtbezirke mit dem Zentrum der Stadt Brandenburg an der Havel und wurde so von vielen Einwohner:innen genutzt. Zu Fuß, mit dem Rad, dem Auto oder mit der Straßenbahn.
50 Jahre später, im Dezember 2019, wurde bei einer Bauwerksprüfung eine starke Schadenszunahme festgestellt. Eine sofortige Sperrung für den Verkehr war unumgänglich. Das hatte es im Land Brandenburg bislang nicht gegeben und stellt einen einzigartigen Sonderfall bei der Bewertung von Bauwerken dar. Die Sperrung führte zu starken Einschränkungen für den Verkehr, für den Landesbetrieb Straßenwesen aber hatte die Sicherheit oberste Priorität.
Um die Belastung für die Stadt so gering wie möglich zu halten, hat der Landesbetrieb Straßenwesen sofort mit der Planung für Abriss und Neubau der Brücke begonnen. So gelang es innerhalb von kurzer Zeit den Rückbau umzusetzen und die Pläne für den Ersatzneubau vorzustellen.
Gleichzeitig bot sich die einmalige Gelegenheit, kurz vor dem Rückbau noch umfangreiche Untersuchungen zur Verifizierung des Schadensbilds durchzuführen und verschiedene Monitoringverfahren zum Einsatz zu bringen. Damit wurden wertvolle Erfahrungen gesammelt, die der Landesbetrieb Straßenwesen anderen Baulastträgern zur Verfügung stellen möchte. Sie ermöglichen es, bei baugleichen Bauwerken zielgerichteter handeln zu können. Die Fülle der untersuchten Aspekte ist in diesem Bericht dokumentiert.
Diese umfangreichen Untersuchungen wurden vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur finanziert. Dafür möchten wir uns herzlich bedanken. Mit großem Engagement digitabeteiligt haben sich auch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, die Technische Universität Dresden, die Hochschule für Wirtschaft und Technik Dresden sowie das Unternehmen Bilfinger Noell und die Ingenieursozietät Zech, Ruth, Blasius. Auch bei Ihnen bedankt sich der Landesbetrieb Straßenwesen.
Im Dezember 2019 wurden bei einer turnusmäßigen Inspektion der B 1-Brücke am Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel massive und schnell voranschreitende Schäden festgestellt. Als Ursache für die Risse entlang der Längsträger wurde das Versagen eines signifikanten Anteils der Spanndrähte der konzentrierten Spannglieder vermutet. Die Brücke wurde umgehend für den Verkehr gesperrt und im Mai 2021 gesprengt. Im Vorfeld der Sprengung wurden durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) weiterführende Untersuchungen zum Schadensbild veranlasst, welche vom Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg koordiniert und in den Bauablauf integriert wurden. Das von der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Dresden erstellte Versuchskonzept ist Bestandteil des vorangestellten ersten Teils des Beitrags [1]. Hier im zweiten Teil werden ausgewählte Ergebnisse der umfangreichen versuchsbegleitenden Mess- und Monitoringmaßnahmen beschrieben, welche in Kooperation der HTW Dresden, der Bilfinger Noell GmbH sowie der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) durchgeführt wurden.
Bei einer turnusmäßigen Inspektion der B1 Brücke am Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel wurden im Dezember 2019 Risse und Hohlstellen entlang der Längsträger festgestellt. Als Ursache wurde das Versagen eines signifikanten Anteils der Spanndrähte der konzentrierten Spannglieder vermutet. Die Brücke wurde umgehend für den Verkehr gesperrt und nach weiteren, umfassenden Untersuchungen im Mai 2021 abgebrochen.
Um die Sicherheit des unter der Brücke geführten Verkehrs zu gewährleisten, wurde die Brücke unter anderem mit einem Schallemissionsmesssystem überwacht. Mit diesem Verfahren ist es möglich, Spanndrahtbrüche zuverlässig zu detektieren und zu lokalisieren. In dem gut einjährigen Überwachungszeitraum wurden mehr als einhundert Spanndrahtbrüche detektiert, die in einigen Bereichen der Brücke besonders konzentriert auftraten.
Vor dem Abbruch der Brücke war es möglich, den Nachweis der Detektion von Spanndrahtbrüchen mit der Schallemissionsanalyse und ihre Ortungsgenauigkeit anhand von künstlich erzeugten Drahtbrüchen zu validieren. Weiterhin konnte das sichtbare Schadensbild, Längsrisse und Hohlstellen über den Spannkanälen, auf die lokale Schädigung der Spanndrähte zurückgeführt werden. Derzeit wird ein Merkblatt erarbeitet, in dem die Erfahrungen in der bisherigen Anwendung der Schallemissionsanalyse zum Monitoring von Spanndrahtbrüchen zusammengefasst werden.
In diesem Beitrag werden die Grundlagen der Schallemissionsanalyse und die Ergebnisse der Validierungsversuche an der Brücke in Brandenburg dargestellt. Weiterhin werden die Vorteile und Grenzen der Brückenüberwachung mittels Schallemissionsanalyse sowie Maßnahmen zur Sicherstellung der Qualität und der Zuverlässigkeit diskutiert.
Diclofenac is a widely used drug against fever, inflammation, pain, and rheumatic diseases. An average of 70 % of the ingested diclofenac is excreted in the urine. Thus, 63 tons are introduced into the water cycle in Germany. Due to insufficient removal of diclofenac in wastewater treatment plants, residues of diclofenac can be found in surface water and sometimes in drinking water It exist a polyclonal against diclofenac and monoclonal antibodies against diclofenac and it`s metabolites. There all based on direct couling of diclofenac on proteins via carboxylic functions. However it was imagined advantageous to introduce a heterobifunctional spacer between the analyte and the carrier protein.
Aceclofeac is commercial available. All other spacers can only be introduced with solid phase synthesis.
Diclofenac (DCF) wird als nicht-steroidales-antientzündliches Arzneimittel gegen Fieber, Entzündungen, rheumatische Erkrankungen und Schmerzen eingesetzt. 70 % werden nach Einnahme wieder ausgeschieden. Aufgrund unvollständiger Elimination in den Kläranlagen lassen sich Rückstände im Trinkwasser und im Oberflächengewässer nachweisen. Diclofenac wird in der Umweltanalytik v.a. mittels GC-MS oder LC-MS nachgewiesen. Bioanalytische Methoden machen sich die spezifische Antigen-Antikörper-Wechselwirkung zunutze, so z.B. Immunoassays. Die hierfür erforderlichen Antikörper werden durch Immunisierung mit einem Konjugat aus dem Analyten und einem Trägerprotein gewonnen. Die Kopplung kann direkt über die Carboxylfunktion von Diclofenac erfolgen. Um Abschirmungseffekte zu vermeiden, kann zwischen Protein und Analyt ein Spacer sinnvoll sein.
Self-compacting concrete typically contains a higher content of powder materials than normal concrete. Furthermore it is assumed that the use of superplasticizers yields a more homogenous microstructure in the hardened paste. Both aspects generate a very dense microstructure, which can be assumed to cause material behaviour that differs from than normal concrete when it is exposed to elevated temperatures. However, the paste volumes in SCC can vary significantly based on the mixture composition. At a low paste volumes SCC can be very similar to normal concrete at hardened state while it can vary greatly at higher paste volumes. Since the high temperature behaviour of concrete is strongly affected by the different physical behaviour of the paste and the aggregates, it is likely that the high temperature behaviour is consequently strongly affected by the ratio of these mixture components. In the present study different SCC mixtures were observed with similar mechanical properties, but with significantly differing paste to aggregate ratios. Based on observations of the heat evolution at the fire exposed surface and at different depths inside the specimens as well as based on photogrammetric observations of the spalled dimensions, the results indicate that with increasing paste volumes the heat conductivity is reduced and as a result concrete with higher paste to aggregate ratios shows less spalling.
Die Schallemissionsanalyse (SEA) ist ein passives zerstörungsfreies Prüfverfahren. mit dem Rissbildung, Risswachstum und andere Gefügeveränderungen delektiert und lokalisiert werden können. Anhand von zwei Beispielen aus der Forschung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wird gezeigt welche Möglichkeiten die SEA beim Bauwerksmonitoring und bei der Untersuchung von Baustoffen bietet. Im ersten Beispiel wird die Ortung von Schallemissionen zur Verfolgung des Risswachstums in Beton eingesetzt. Weiterhin wird mit Zugversuchen an Faserbeton illustriert, dass mit der SEA Versagensmechanismen identifiziert werden können.
Gefahrgutverpackungen, die von der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung zugelassen werden sollen, müssen nach einem von ihr anerkannten Qualitätssicherungsprogramm (QSP) hergestellt und überwacht werden. Diese QSP-Anerkennung ist neben einer bestandenen Bauartprüfung eine Voraussetzung für das Erlangen und die Gültigkeit der Bauartzulassung.
Hochduktiler Beton eröffnet neue Möglichkeiten bei der Instandsetzung von Bauwerken, der Herstellung dünnwandiger Bauelemente oder dem Einsatz von Dämpfungselementen in stoßartig beanspruchten Bauwerken (z.B. in Erdbebengebieten).
Die Steigerung der Duktilität kann durch die Zugabe von Kurzfasern erreicht werden. Im Falle einer Rissbildung in der Zementsteinmatrix überbrücken die Fasern den Riss, nehmen die Spannung vollständig auf und stoppen lokal das Risswachstum. Bei weiterer Steigerung der Last reißt die Matrix an anderer Stelle. Auf diese Weise wird die Rissbildung fein verteilt und es werden große Dehnungen erreicht, bevor das Bauteil versagt. Zur Optimierung der Festbetoneigenschaften müssen die Matrixfestigkeit und die Faserart sowie deren Gehalt aufeinander abgestimmt werden. Dabei sind auch die Verarbeitungseigenschaften des Frischbetons zu berücksichtigen.
Anhand der Schallemissionen kann die Rissbildung in der Matrix und die Interaktion mit den Fasern analysiert werden. So konnte in ersten Zugversuchen gezeigt werden, dass sich Schallereignisse dem Versagen der Zementsteinmatrix bzw. dem Auszug der Fasern aus der Matrix zuordnen lassen. Damit steht zur Beurteilung des mechanischen Verhaltens von hochduktilem Beton neben der Spannungs-Dehnungs-Linie ein weiteres Verfahren zur Verfügung.
This paper presents the analysis of crack propagation in strain-hardening cement-based composite (SHCC) under tensile and flexural load by using acoustic emission (AE). AE is a non-destructive technique to monitor the development of structural damage due to external forces. The main objective of this research was to characterise the cracking behaviour in SHCC in direct tensile and flexural tests by using AE. A better understanding of the development of microcracks in SHCC will lead to a better understanding of pseudo strain-hardening behaviour of SHCC and its general performance. ARAMIS optical deformation analysis was also used in direct tensile tests to observe crack propagation in SHCC materials. For the direct tensile tests, SHCC specimens were prepared with polyvinyl alcohol (PVA) fibre with three different volume percentages (1%, 1.85% and 2.5%). For the flexural test beam specimens, only a fibre dosage of 1.85% was applied. It was found that the application of AE in SHCC can be a good option to analyse the crack growth in the specimens under increasing load, the location of the cracks and most importantly the identification of matrix cracking and fibre rupture or slippage.
Over the last decades concrete has evolved from a simple mass construction material towards a sophisticated multi-component system. The design parameters for the mixture composition of concrete have significantly increased from strength based towards overall or specific performance based. As a result the variety of concrete has increased yielding a number of special concrete technologies such as Self-Compacting Concrete (SCC), High-Performance Concrete (HPC), Strain Hardening Cement Based Composites (SHCC), and many others. Due to their complex mixture compositions and a multitude of possible interactions between constituents, these concrete types are preferably composed of special components like well-defined powders and sophisticated chemical admixtures. This makes such concrete technology expensive and limits their application to regions with the required material supply chains. The paper puts focus on materials, which are less well studied in conjunction with high performance concrete, but which are available in many developing countries, and in particular sub-Saharan Africa. The paper shows how sec can be designed without polycarboxylate ether superplasticizer and well defined fillers, but with lignosulphonate, cassava starch and rice husk ash. The positive effect of well processed rice husk ashes is demonstrated. Furthermore results are presented of SHCC where typical components like polyvinyl alcohol fibres and fluy ash are replaced by sisal fibres and limestone filler, respectively. The results point out that high performance concrete applications do not have to be limited to a boundary framework with availability of well-defined raw material supply structures and sophisticated admixtures or fibres. Concepts are presented how innovative concrete technologies can be developed based on indigenous materials.
A frequently studied environmental contaminant is the active substance diclofenac, which is removed insufficiently in sewage treatment plants. Since its inclusion in the watch list of the EU Water Framework Directive, the concentrations in surface waters will be determined throughout Europe. For this, still, more precise analytical methods are needed. As a reference, HPLC-MS is frequently employed. One of the major metabolites is 4’-hydroxydiclofenac (4’-OH-DCF). Also, diclofenac lactam is important for assessing degradation and transformation. Aceclofenac (ACF), the glycolic acid ester of diclofenac is used as a drug, too, and could potentially be cleaved to yield diclofenac again. In various sewage treatment plant influent samples, diclofenac, 4’-OH-DCF, DCF lactam and ACF could be determined with detection limits of 3 µg/L, 0.2 µg/L, 0.17 µg/L and 10 ng/L, respectively.
Diclofenac (DCF) is a widely used drug against fever, inflammation, pain, and rheumatic diseases. An average of 70 % of the ingested diclofenac is excreted in the urine. Thus, 63 tons per year are introduced into the water cycle in Germany. Due to insufficient removal of diclofenac in wastewater treatment plants, residues of diclofenac can be found in surface water and sometimes in drinking water. In order to establish an immunoassay, an anti-DCF antibody was required. Some antibody developments have been reported, based on an immunogen resulting from direct coupling of diclofenac to proteins via the carboxylic function. Finally, we used a monoclonal antibody, clone F01G21.
This paper presents the results of an interlaboratory study of the rheological properties of cement paste and ultrasound gel as reference substance. The goal was to quantify the comparability and reproducibility of measurements of the Bingham parameters yield stress and plastic viscosity when measured on one specific paste composition and one particular ultrasound gel in different laboratories using different rheometers and measurement geometries.
The procedures for both in preparing the cement paste and carrying out the rheological measurements on cement paste and ultrasound gel were carefully defined for all of the study’s participants. Different conversion schemes for comparing the results obtained with the different measurement setups are presented here and critically discussed. The procedure proposed in this paper ensured a reasonable comparability of the results with a coefficient of variation for the yield stress of 27% and for the plastic viscosity of 24%, despite the individual measurement series’ having been performed in different labs with different rheometers and measurement geometries.
Diclofenac (DCF) wird als nicht-steroidales, antientzündliches Arzneimittel gegen Fieber, Entzündungen, rheumatische Erkrankungen und Schmerzen eingesetzt. 70 % werden nach Einnahme wieder ausgeschieden. Aufgrund unvollständiger Elimination in den Kläranlagen lassen sich Rückstände im Trinkwasser und im Oberflächengewässer nachweisen. Diclofenac wird in der Umweltanalytik v.a. mittels GC-MS oder LCMS nachgewiesen. Bioanalytische Methoden machen sich die spezifische Antigen-Antikörper-Wechselwirkung zunutze, so z.B. Immunoassays. Die hierfür erforderlichen Antikörper werden durch Immunisierung mit einem Konjugat aus dem Analyten und einem Trägerprotein gewonnen. Die Kopplung kann direkt über die Carboxylfunktion von Diclofenac erfolgen. Um Abschirmungseffekte zu vermeiden, kann zwischen Protein und Analy1 ein Spacer sinnvoll sein.
The interaction of different charged polymers, namely anionic polycarboxylate
superplasticizer (PCE) and neutral polyethylene glycol (PEG) with potassium ions, and their effect on the yield stress of highly concentrated glass bead suspension (GBS), were studied under different concentrations of potassium ions ([K+]). It was found that, compared to the neutral PEG, the negatively charged PCE can be adsorbed on glass beads (GB), and then decreases the yield stress of GBS. The increasing concentration of free polymer in the interstitial liquid phase with the increased polymer dosage leads to the higher yield stress of GBS, which may be caused by the higher Depletion force. In addition, this effect is also related to the charge density of the polymer and the [K+] in the solution. Along with the increase in [K+], the yield stress of GBS increases significantly with the addition of PCE, but this cannot be observed with PEG, which indicates that potassium ions can interact with negatively charged PCE instead of the neutral PEG. At last, the interparticle Forces between two single GB with adsorbed PCE in solutions containing [K+] and PCE were measured by colloidal probe atomic force microscopy to better understand the interaction of the charged polymer with counterions.
Fraktographischen Daten aus Schadensanalysen, Vergleichsversuchen und Vorhaben könnten der Fachöffentlichkeit im Bereich Fraktographie zur Verfügung gestellt werden, sofern das Urheberrecht es zulässt und außerdem ein geeignetes Medium existiert. Ein solches Medium könnte eine offene fraktographische online-Datenbank sein. Eine solche wird im Rahmen der AG Fraktographie im DVM-DGM Gemeinschaftsausschuss "Rasterelektronenmikroskopie in der Materialprüfung" zurzeit erarbeitet.
The flowability of cement paste is of great importance in today’s construction industry and is influenced by additives such as superplasticizers (SP). One type of SPs are polycarboxylate ether type SPs. These additives electrostatically bind with the negatively charged carboxylic groups at the backbone to the positively charged clinker phases.
To model positively charged clinker phases with adsorbed SP, silicon Wafers are pre-coated with cationic polyethylenimine (PEI) and SP is adsorbed onto the coated surface (Si/PEI/SP). Two different polycarboxylate ether type (PCE) SP are compared – one for ready-mix concrete and one for precast concrete. In this preliminary study the interaction forces between Si/PEI/SP surface and a silica microsphere (colloidal probe) are investigated under mild physico-chemical conditions (pH *6, ion concentration <10−5 M) using Colloidal Probe Atomic Force Microscopy (CP-AFM).
The interaction force between the model surfaces is attractive for low concentration of SP. The force changes from attractive to repulsive by increasing amount of SP. The force upon approach reveals a biexponential behavior. The exponential decay at large and short surface separations are attributed to electrostatic and steric interactions, respectively. The steric forces of the SP for ready-mix concrete show a steeper onset than the SP for precast concrete.
The quantification of these interaction forces will be compared to rheological measurements of similar systems. Furthermore, the parameters will be changed to better approach the conditions in real systems, i.e. higher pH and ionic strength. This helps to understand how the forces on the nanoscale influence the macroscopic rheology.
Properties of interstitial liquid phase in cement paste, including the species and concentrations of polymers and ion etc., play an important role for the rheological properties of cementitious materials. In order to better understand their effect, an inert model substance, spherical silica beads (SBs) with defined surface and granulometry were used in the presence of electrolytes (CaCl2) and/or different polymers, including polycarboxylate superplasticizer (PCE) and polyethylene glycol (PEG). It was found the presence of Ca2+ greatly increases the viscosity and yield stress of silica beads paste (SBP), which is proportional to the [Ca2+]. For the effect of PCE, the addition of PCE is beneficial to the flowability of SBP, but a high dosage of PCE leads to a reversal effect. Furthermore, the yield stress firstly increases and then decreases with increasing [Ca2+] under the same dosage of PCE. The addition of PEG always increases the yield stress of SBP, regardless of the ion concentration and the presence or not of PCE.
Special applications like pumping, spraying or printing of concrete require the precise adjustment of very specific rheological properties at different time steps during the casting process. Superplasticizers such as polycarboxylate ethers (PCE) can be used to obtain the required flowability, which, possibly in combination with additional rheology modifying admixtures, generate the required specified consistency. However, after the application, the concrete should change the rheological properties immediately in order to avoid deformations at rest. Therefore, the use of accelerators can be effective. Accelerators influence the hydration of cementitious materials, and thus the rheological properties over the course of time and the setting.
In this paper, the influence of different accelerators on the rheology and early hydration of cement paste as well as the interaction of accelerator and PCE are presented. Methods like rheometry, needle penetration tests and practical Tests like spread flow were applied. The used accelerators showed accelerating behavior on the cement pastes without and in the presence of PCE. At the same time an influence on the rheology could be observed. This effect was less in the mixes with PCE, especially at the highest water/cement ratio (w/c).
A thorough characterization of starting materials is the precondition for further research, especially for cement, which contains various phases and presents quite a complex material for fundamental scientific investigation. In the paper at hand, the characterization data of the reference cement CEM I 42.5 R used within the priority program 2005 of the German Research Foundation (DFG SPP 2005) are presented from the aspects of chemical and mineralogical compositions as well as physical and chemical properties. The data were collected based on tests conducted by nine research groups involved in this cooperative program. For all data received, the mean values and the corresponding errors were calculated. The results shall be used for the ongoing research within the priority program.
A thorough characterization of base materials is the prereq- uisite for further research. In this paper, the characterization data of the reference materials (CEM I 42.5 R, limestone pow- der, calcined clay and a mixture of these three components) used in the second funding phase of the priority program 2005 of the German Research Foundation (DFG SPP 2005) are presented under the aspects of chemical and min- eralogical composition as well as physical and chemical properties. The data were collected based on tests performed by up to eleven research groups involved in this cooperative program.
Two types of cements were selected as the reference cement in the priority program 2005 of the German Research Foundation (DFG SPP 2005). A thorough characterization of CEM I 42.5 R has been made in a recent publication. In this paper, the characterization data of the other reference cement CEM III/A 42.5 N are presented from the aspects of chemical and mineralogical compositions as well as physical and chemical properties. The characterization data of the slag, which is the second main constituent of this specific cement besides the clinker, are presented independently. For all data received, the mean values and the corresponding errors were calculated. The data shall be used for the ongoing research within the priority program. Also, researchers from outside this priority program can benefit from these data if the same materials are used.
The effect of resting time on the rheological properties of cement suspensions is generally explained by early formed structure and overconsumption of polycarboxylate superplasticizers (PCEs). In this paper, we propose that the influence of resting time on the rheological properties is closely related to size variation of non-absorbed PCE. To identify this, glass bead suspensions were prepared with various amounts of PCE and ionic solution, and their rheological properties were evaluated at various times. We found that the yield stress increases with time at higher PCE concentrations and higher ionic strength solutions. Adsorbed PCE during resting tends to bridge the particles rather than disperse them. In addition, it was found that hydrodynamic radius of PCE increased with resting time, and depletion forces resulting from non-absorbed PCE size changes correlate well with the increased yield stress.
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The present article is part of the topic collection "Environmental Protection and Industrial Safety". It covers plant and process safety, focusing on hazardous materials and process conditions.
problem. One reason is the sensitivity to stress corrosion cracking of the prestressing steel. Failure of prestressing wires can result in collapse of the entire structure without premature indication by transverse bending cracks or considerable deformation. The response of a structure to significant number of prestressing wire breaks was studied on a bridge in Brandenburg, Germany. Two thirds of the prestressing wires in concentrated tendons of two girders were cut before the bridge was demolished. Acoustic Emission Analysis was used to detect the wire breaks. Thus, the number of wire breaks was correlated with results of other measurement techniques, in particular strain measurements on the girders. In preparation of the measurements, the acoustic properties of the bridge were determined and the suitability of Schmidt hammer impacts as an acoustic reference source was validated.