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- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (1)
- 2.2 Prozesssimulation (1)
In this paper, the evaluation and testing of a fibre optic relative humidity sensor specifically designed for structural health monitoring is discussed in detail. The sensor is based on a polymer coated Fibre Bragg Grating (FBG) where with the increase of the moisture level, the polymer coating swells and thus applies strain to the FBG, causing a Bragg wavelength shift. The device is designed so that the temperature effect on the humidity sensor can be compensated by the inclusion of a second un-coated FBG packaged inside the same sensor probe. The sensor thus produced has been tested extensively and calibrated using both a humidity chamber and standard salt solutions. The probe has demonstrated a very good performance for relative humidity measurements.
Der Frequenzbereich der Terahertzwellen liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und dem infraroten Licht – also etwa im Bereich von 0,1 bis 10 Terahertz (THz). Der VDI-Statusreport „Terahertzsysteme und Anwendungen“ stellt die unterschiedlichen Konzepte für Terahertzsysteme vor und zeigt Anwendungsbeispiele, bei denen die Terahertztechnik erfolgreich eingesetzt wird. Umfangreiche Literaturangaben ermöglichen eine intensivere Beschäftigung mit allen Themen des VDI-Statusreports.
Die nicht ionisierende elektromagnetische Strahlung im Bereich von Terahertz-Frequenzen ermöglicht berührungslose und zerstörungsfreie Mess- und Prüftechnik in zahlreichen Bereichen. Nach ersten Anwendungen in der Astronomie und der Atmosphärenforschung wurden in letzter Zeit Anwendungsfelder in der Sicherheitstechnik, der Medizintechnik, der Nachrichtentechnik und der zerstörungsfreien Prozess- und Qualitätskontrolle erschlossen. Dielektrische Materialien wie Kunststoffe und Keramiken können von Terahertz-Wellen durchdrungen werden. Das ermöglicht Untersuchungen des Objektinneren ohne spezielle Schutzmaßnahmen, wie sie z.B. beim Röntgen notwendig sind. Die Richtlinie erleichtert die Verständigung zwischen Nutzern, Herstellern und dem Vertrieb von Terahertz-Systemen. In der Richtlinie werden bekannte Einsatzgebiete sowie die eingesetzten Verfahren und Funktionsprinzipien aufgeführt, um den Leser bei der Auswahlentscheidung zu unterstützen. Nach einer kurzen Einführung in die physikalischen Grundlagen und Hinweisen zur elektromagnetischen Verträglichkeit, zum Strahlenschutz und zur regulierten Frequenzvergabe werden die verschiedenen Geräteklassen von Terahertz-Systemen ausführlich vorgestellt. Die Richtlinie gibt Hinweise zur messtechnischen Charakterisierung von Terahertz-Wellen. Einsatzgebiete von Terahertz-Systemen, wie die zerstörungsfreie Prüfung, die Dicken- und Abstandsmessung, die Tomografie und die chemische Analytik, werden mit ihren spezifischen Eigenschaften im Detail beschrieben. Umfangreiche Literaturverweise vereinfachen eine vertiefte Beschäftigung mit den Themen der Richtlinie. Eine tabellarische Übersicht mit einer Zusammenfassung, welche Terahertz-Systeme für welche Anwendungsfelder eingesetzt werden können, vervollständigt die Richtlinie.
Diese Richtlinie definiert Kenngrößen und Messverfahren, um Terahertzsysteme für die Zeitbereichsspektroskopie (TDS)zu spezifizieren. So können Hersteller ihre Systeme übereinstimmend beschreiben und Anwender einfach Systeme vergleichen. Systeme für die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie sind aktive Systeme und nutzen verschiedene Techniken sowohl zur Erzeugung als auch zur zeitaufgelösten Messung von breitbandigen Terahertzimpulsen. Die dazugehörigen Terahertzspektren und -Phasen werden nach einer zeitlichen Abtastung über eine Fourier-Transformation berechnet. In dieser Richtlinie wird ein Überblick über die Funktionsweisen von Zeitbereichsspektrometern gegeben, die eingesetzten Messverfahren näher erläutert sowie die benötigten Begriffe und Kenngrößen definiert. Die Richtlinie konzentriert sich dabei auf Systeme, die auf sogenannten Abtastmessverfahren (Sampling-Messverfahren) basieren.
Natural zeolite clinoptilolite CLIN with a framework ratio of Si/Al ≥ 4 containing mainly potassium and calcium ions in its internal channel system was used as a starting material. The acidic HCLIN catalysts were prepared under soft conditions avoiding the use of environmental less benign mineral acids. The starting material was ion exchanged using a 0.2 M aqueous ammonium nitrate solution at a temperature 80 ◦C for 2 h. The obtained NH4CLIN was converted into the acid HCLIN catalyst by calcination at 300–600 ◦C. The obtained samples were characterized by XRD, FTIR, SEM/TEM, AAS, and EDX element mapping. The state of aluminium and silicon was studied by 27Al- and 29SiMAS NMR spectroscopy. The textural properties of the catalysts were investigated by nitrogen adsorption and desorption measurements. The Brønsted acidity of the HCLIN catalysts was studied by temperature-programmed decomposition of the exchanged ammonium ions releasing ammonia as well as 1H MAS NMR, {1H–27Al} Trapdor, and {1H–27Al}
Redor experiments. The strongly agglomerated samples were crystalline and thermally stable up to >500 ◦C. Although a part of the clinoptilolite framework is maintained up to 600 ◦C, a loss of crystallinity is already observed starting from 450 ◦C. The specific surface areas of the starting CLIN and ammonium exchanged NH4CLIN are low with ca. 26 m2/g. The pores are nearly blocked by the exchangeable cations located in the zeolite pores. The thermal decomposition of the ammonium ions by calcination at 400 ◦C causes an opening of the pore entrances and a markable increase in the specific micropore area and micropore volume to ca. 163 m2/g and 0.07 cm3/g, respectively. It decreases with further rising calcination temperature indicating some structural loss. The catalysts show a broad distribution of Brønsted acid sites (BS) ranging from weak to strong sites as indicated the
thermal decomposition of exchanged ammonium ions (TPDA). The ammonium ion decomposition leaving BS, i.e., H+ located at Al–O–Si framework bridges, starts at ≥250 ◦C. A part of the Brønsted sites is lost after calcination specifically at 500 ◦C. It is related to the formation of penta-coordinated aluminium at the expense of tetrahedral framework aluminium. The Brønsted sites are partially recreated after repeated ammonium ion exchange. The catalytic performance of the acidic HCLIN
catalysts was tested in the etherification of glycerol as a green renewable resource with different C1 -C4 alcohols. The catalysts are highly active in the etherification of glycerol, especially with alcohols containing the branched, tertiary alkyl groups. Highest activity is observed with the soft activated catalyst HCLIN300 (300 ◦C, temperature holding time: 1 min). A total of 78% conversion of glycerol to mono and di ether were achieved with tert-butanol at 140 ◦C after 4 h of reaction.
The mono- and di-ether selectivity were 75% and 25%, respectively. The catalyst can be reused.
3-Aminovinylquinoxalines are readily accessible from (hetero)aryl glyoxylic acids or heterocyclic π-nucleophiles by consecutive four- and fivecomponent syntheses in the sense of an activation-alkynylation-cyclocondensation-addition sequence or glyoxylation-alkynylation-cyclocondensation-addition sequence in good yields. The title compounds are highly fluorescent with pronounced emission solvatochromicity and protochromic fluorescence quenching. Time-resolved fluorescence spectroscopy furnishes radiative and nonradiative fluorescence decay rates in various solvent polarities. The electronic structure is corroborated by DFT and TD-DFT calculations rationalizing the observed spectroscopic effects.
Die Berechnung von Wärmebrücken unter stationären und instationären Randbedingungen, die Optimierung von Wärmespeichern, die Beurteilung sowohl wärmeschutz- als auch brandschutztechnischer Maßnahmen und Energiebedarfsrechnungen setzen die Kenntnis thermischer Eigenschaften, u.a. der Wärmeleitfähigkeit Lambda und der spezifischen Wärmekapazität c, in Abhängigkeit der Temperatur voraus. Im Rahmen einer Zusammenarbeit der EMPA-Dübendorf und der BAM-Berlin wurde ein Kurzzeit-Prüfverfahren mit anschließender numerischer Auswertung entwickelt, das eine simultane Bestimmung dieser beiden Größen ermöglicht. In dem Band wird über das Kurzzeit-Prüfverfahren, das numerische Auswerteverfahren und die Resultate der Messungen an einigen ausgewählten Baustoffen berichtet.
Analyse des gefügeabhängigen Löslichkeitsverhaltens potenziell AKR-empfindlicher Gesteinskörnungen
(2021)
Das gefügeabhängige Löslichkeitsverhalten wurde an folgenden vier Gesteinskörnungen unterschiedlicher Alkaliempfindlichkeitsklassen
untersucht:
• GK1 (EIII-S): quarzreicher Kies
• GK2 (EIII-S): Grauwacke (Splitt)
• GK3 (EI-S): Quarz-Feldspat-Porphyr (Splitt)
• GK4 (EI-S): sandsteinreicher Kies
DiePorenstrukturanalyse erfolgte sowohl an Einzelkörnern mittels vergleichender 3D-CT und BET- Untersuchungen als auch an Korngemengen der einzelnen Kornfraktionen (außer Fraktion 16/22 mm) über die Wasseraufnahme und mit BET. Für die Visualisierung und Quantifizierung der von außen zugänglichen Oberflächenanteile der Einzelkörner wurde ein Softwaretool entwickelt, erprobt und erfolgreich angewandt. Es gelang so u.a. den Nachweis zu erbringen, dass die gebrochenen Einzelkörner der Grauwacke und des Rhyoliths einen deutlich geringeren von außen zugänglichen Oberflächenanteil als die gleichartigen Gesteinskörner aus dem Kies besitzen. Aufgrund der limitierten Ortsauflösung der 3D-CT von 11 bis 16,5 μm wurde mit BET eine um drei Zehnerpotenzen höhere spezifische Oberfläche ermittelt.
Zu den Porositätsuntersuchungen an den Korngemengen sei angemerkt, dass zum Teil gegenläufige Trends zwischen offener Porosität und spezifischer Oberfläche festgestellt wurden. Dieses ist beim Bezug des bei den Löseversuchen in 0,1 M KOH mit definierter NaCl-Zugabe aus der Gesteinskörnung gelösten SiO2 und Al2O3 von zentraler Bedeutung. Bei den Löseversuchen an den fraktionsspezifischen Korngemengen selbst zeigte sich, dass die stufenweise Erhöhung des NaCl-Gehalts von 0 auf 10 M.-% im Eluat eine erhöhte SiO2-Löslichkeit und eine verminderte Auslaugung von Al2O3 zur Folge hat. Auffallend war hierbei, dass die Al2O3-Löslichkeit bei GK4 ohne und mit geringer NaCl-Zugabe die mit Abstand höchsten Werte annimmt. Bei den zusätzlich durchgeführten Löseversuchen an den tomografierten Einzelkörnern in 1 M KOH-Lösung mit Zugabe von 1 M.-% NaCl zeigte sich, dass nur vereinzelt bei den untersuchten Gesteinsarten eine Korrelation zwischen dem SiO2- bzw. Al2O3-Gehalt im Eluat und der absoluten BET-Oberfläche nachweisbar ist. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass neben der Oberfläche weitere Parameter (z.B. die mineralogische Zusammensetzung der Einzelkörner) das Löseverhalten maßgebend beeinflussen. Bei den parallel zu den Löseversuchen durchgeführten Betonversuchen nach dem ARS 04/2013 zeigte sich, dass die Alkaliempfindlichkeit der GK4 bei beiden Betonversuchen mit Alkalizufuhr unterschiedlich zu bewerten ist. So ist unabhängig von der vorgegebenen pessimalen Betonrezeptur des Fahrbahndeckenbetons ausschließlich bei der Klimawechsellagerung die GK4 als alkaliempfindlich einzustufen. Allerdings konnte der Befund der stark ausgeprägten AKR bei der GK4 mit der Dünnschliffmikroskopie nicht bestätigt werden. Analoges gilt für die Bewertung der Alkaliempfindlichkeit von GK2 mit den Betonversuchen nach der Alkalirichtlichtlinie des DAfStb. So ist auch hier die GK2 nicht im 60 °C-Betonversuch sondern ausschließlich im 40 °C-Betonversuch als alkaliempfindlich einzustufen.
Dienach den verschiedenartigen Betonversuchen durchgeführten LIBS-Analysen am Vertikalschnitt der Prüfkörper zeigen, dass im Kernbereich nach dem 60 °C-Betonversuch mit 10 %iger NaCl-Lösung und nach der Klimawechsellagerung mit NaCl-Beaufschlagung annähernd gleich hohe Natrium- und Chloridgehalte vorgefunden werden. Wider Erwarten treten an den beaufschlagten Prüfflächen Abreicherungen von Natrium und Anreicherungen von Chlorid auf. Im 40°C- und 60 °C-Betonversuch wurde das Natrium bis in eine maximale Tiefe von ca. 30 mm bzw. 20 mm ausgelaugt. Die aufbauenden korrelativen Betrachtungen zwischen den Ergebnissen des 60°C Betonversuchs mit Alkalizufuhr und der Löseversuche an den fraktionsspezifischen Korngemengen in 1 M KOH-Lösung mit definierter NaCl-Zugabe sind durchaus vielversprechend. So zeigt sich beispielsweise beim Waschbeton, dass der fraktionsspezifisch gewichtete SiO2-Überschuss im Eluat nach 56 Tagen mit Zugabe von 0,5 M.-% NaCl ohne Bezug auf die BET-Oberfläche zur gleichen Einstufung der vier betrachteten Gesteinskörnungen wie bei den Dehnungen im 60 °C-Betonversuch mit 3 %-iger NaCl-Lösung führt. Außerdem korrelieren die im 60 °C-Betonversuch mit 10 %-iger NaCl-Lösung ermittelten Dehnungen mit dem gewichteten SiO2-Überschuss im Eluat bei Zugabe von 2 M.-% NaCl ohne Bezug auf die BET-Oberfläche.
Ausschließlich bei den Betonversuchen nach der Alkali-Richtlinie erwies sich der Bezug des im Eluat ermittelten SiO2-Überschusses auf die BET-Oberfläche als zielführend. Aufgrund des Potenzials der Löseversuche mit NaCl-Zugabe für die Bewertung der Alkaliempfindlichkeit der Gesteinskörnung im Fahrbahndeckenbeton wird empfohlen, die vergleichenden Untersuchungen zwischen den Löseversuchen an Korngemischen der einzelnen Fraktionen und den Betonversuchen nach dem ARS 04/2013 mit einer möglichst hohen Anzahl an Gesteinskörnungen und einem präzisierten Untersuchungsumfang fortzuführen.
Kunststoff- und Kunststoffrasenflächen kommt bei intensiv genutzten Flächen als Allwetterbeläge eine große Bedeutung zu. Sie leisten einen wichtigen Beitrag zur Absicherung eines ganzjähriger Sportangebote.
Gerade Kunststoffrasen ist aber in den letzten Jahren häufig in die Kritik geraten, insbesondere durch gefährliche Inhaltsstoffe und andere negative Einflüsse auf die Umwelt. Dies hat bei Bauherren zu einer Verunsicherung geführt und Fragen aufgeworfen, die erst teilweise beantwortet sind. Die Diskussionen rund um diesen Allwetterbelag haben bereits dazu geführt, dass von Seiten der Industrie viel verändert wurde und neue innovative Lösungen gefunden werden.
Der Fachbericht stellt eine Handreichung für Fachleute und interessierte Laien dar, um mehr Klarheit besonders hinsichtlich der Umweltanforderungen zu erzielen.
Integration of fiber reinforcement in high-performance cementitious materials has become widely applied in many fields of construction. One of the most investigated advantages of steel Fiber reinforced concrete (SFRC) is the deceleration of crack growth and hence its improved sustainability.
Additional benefits are associated with its structural properties, as fibers can significantly increase the ductility and the tensile strength of concrete. In some applications it is even possible to entirely replace the conventional reinforcement, leading to significant logistical and environmental benefits.
Fiber reinforcement can, however, have critical disadvantages and even hinder the Performance of concrete, since it can induce an anisotropic material behavior of the mixture if the fibers are not appropriately oriented. For a safe use of SFRC in the future, reliable non-destructive testing (NDT) methods need to be identified to assess the fibers’ orientation in hardened concrete. In this study,
ultrasonic material testing, electrical impedance testing, and X-ray computed tomography have been investigated for this purpose using specially produced samples with biased or random Fiber orientations. We demonstrate the capabilities of each of these NDT techniques for fiber orientation measurements and draw conclusions based on these results about the most promising areas for future research and development.
Flexible, niedrigdichte Schäume aus Biokunststoffen im Extrusionsverfahren herzustellen war bisher industriell noch nicht möglich. Im Verarbeitungstechnikum Biopolymere des Fraunhofer IAP wurde in einem Projekt die Eignung von PBS-basierten Biokunststofftypen für Schaumanwendungen erforscht und weiterentwickelt.
The β-secretase or β-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1 (BACE1) is the enzyme responsible for the formation of amyloid-β peptides, which have a major role in Alzheimer pathogenesis. BACE1 has a transmembrane sequence (TMS), which makes it unique among related proteases. We noticed that the BACE1 TMS contains an uncommon sulfur-rich motif. The sequence MxxxCxxxMxxxCxMxC spans the entire TMS, resembles metal ion binding motifs, and is highly conserved among homologues. We used a synthetic 31-mer model peptide comprising the TMS to study metal ion binding and oligomerization. Applying diverse biochemical and biophysical techniques, we detected dimer and trimer formation of the TMS peptide with copper ions. Replacement of the central Cys466 by Ala essentially abolished these effects. We show that the peptide undergoes a redox reaction with copper ions resulting in a disulfide bridge involving Cys466. Further, we find peptide trimerization that depends on the presence of monovalent copper ions and the sulfhydryl group of Cys466. We identified Cys466 as a key residue for metal ion chelation and to be the core of an oligomerization motif of the BACE1-TMS peptide. Our results demonstrate a novel metal ion controlled oligomerization of the BACE1 TMS, which could have an enormous therapeutic importance against Alzheimer disease.
This paper describes an innovation of a phased array using dry contact probes to test concrete components. Based on preceding work on pressure waves, a low-frequency ultrasonic phased array consisting of shear wave probes is used in the experiments. This configuration allows the variation and control of the sound field directivity during the measurement. The measurements are carried out on a concrete test block using a scanning laservibrometer and a scanner system in transmission mode. The laboratory measurements are compared to theoretical calculations to investigate the influence of the probes shape and dimension on the resulting sound field patterns. The comparison of the modelling and the measurements demonstrates the suitability of the point source synthesis as a tool for the optimization of probe array designs. Methods of coded are used to improve the signal to noise ratio.
Es wurden Untersuchungen hinsichtlich der Eignung und der praktischen Relevanz von codierten Sendesignalen als Anregungsimpulse für die Ultraschallprüfung von Betonbauteilen durchgeführt. Anhand von synthetischen Daten werden die theoretischen Vorteile der codierten Impulssequenzen gezeigt. Im Anschluss werden Barker- und Golay-codierte Sendesignale an einer Betonstufenplatte mit einem Größtkorn von 16 mm getestet.
Es zeigt sich das große Potenzial dieses Verfahrens, insbesondere bei Verwendung von Golay-Sequenzen als Anregung für die Ultraschallprüfköpfe. Es ergibt sich ein deutlich verbessertes Signal-Stör-Verhältnis im Vergleich zu den herkömmlichen bipolaren Rechteckimpulsen.