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Die Nachfrage nach zerstörungsfreien Prüfungen an Bäumen steigt stetig. Dank neuer Methoden und Messgeräte, entwickelten sich die Möglichkeiten zur Baumdiagnostik in den letzten Jahren immer weiter. Seit kurzem werden auch tomographische elektrische Widerstandsverfahren eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen der Messung des komplexen elektrischen Widerstands an stehenden Bäumen aufzuzeigen und weiterzuentwickeln. Die zusätzliche Erfassung der Phasenverschiebung bietet dabei neue Möglichkeiten zur Detektion von Materialarten und -zustand. Nach vorbereitenden, systematischen Untersuchungen an einem künstlichen, zylindrischen Probekörper wurden spektrale Labormessungen durchgeführt. An Eichenholzproben wurde gezeigt, dass sich die Anisotropie des Holzes stark auf die elektrischen Messungen auswirkt, ebenso wie die Holzfeuchte. Auch Pilzbefall, der in zwei Langzeitversuchen an Eichenkernholz untersucht wurde, zeigte gravierende Auswirkungen auf das elektrische Verhalten, insbesondere auf die Phasenverschiebung. Dadurch war es im Labor möglich, Pilzbefall durch Messungen des komplexen elektrischen Widerstands an Holz nachzuweisen. Bei der tomographischen Anwendung des Verfahrens an stehenden Eichen konnte zunächst gezeigt werden, wie sich der Aufbau gesunder Eichen in den Tomogrammen des spezifischen Widerstands und der Phasenverschiebung widerspiegelt. Dabei wurde eine Abhängigkeit von der Messfrequenz, der Jahreszeit und des Baumalters festgestellt. Bei den anschliessenden Messungen an pilzbefallenen Eichen konnte dann nachgewiesen werden, dass die Detektion von Fäuleschäden an Bäumen mit dem komplexen elektrischen Widerstandsverfahren möglich ist. Allerdings ist die zusätzliche Information der Phasenverschiebung nur bei sehr niedrigen Frequenzen < 1 Hz nutzbar, da dort die im Labor nachgewiesenen Phasenkontraste am größten sind. Die Messungen bei niedrigen Frequenzen haben jedoch eine Erhöhung der Messdauer zur Folge. Das Nutzen-Zeit-Verhältnis für diese zusätzliche spektrale Erfassung der Phase ist gegenüber dem spezifischen Widerstand derzeit jedoch noch gering. Um das Verfahren als alleinstehende Untersuchungsmethode zur Baumdiagnostik zu nutzen, sind weitgehende Untersuchungen für andere Baumarten nötig. In Kombination mit weiteren Verfahren, wie die in dieser Arbeit ebenfalls genutzten Schalltomographie, kann es jedoch bereits jetzt sinnvoll eingesetzt werden.
Anhand von 5 verschiedenen Zimmerbrandversuchen wurde der Einfluss von Brandbeschleunigern auf den Brandverlauf experimentell untersucht. Es wurden verschiedene brandtechnologische Kennwerte, wie der Massenverlust des gesamten Brandraums, Brandraumtemperaturen, die Wärmefreisetzungen sowie die Rauchgasemissionen ermittelt und beurteilt. Die Rauchgasanalyse erfolgte im Schlot, im Brandraum sowie in der Brandraumöffnung mittels Fourier Transformierte Infrarot-FTIR-Spektroskopie. Neben diesen brandtechnologischen Untersuchungen erfolgten auch chemisch-analytische Untersuchungen nach dem Brand, mit dem Ziel, den eingesetzten Brandbeschleuniger nachzuweisen. Im Anschluss an die jeweiligen Zimmerbrandversuche wurden verschiedene Brandrückstandsproben aus dem Brandschutt, Wischproben von den Wänden und den übriggebliebenen Gegenständen sowie Proben in Form von Adsorbensmaterialien und Tenax-Röhrchen genommen und mit Hilfe der HSSPME-GC-MS-Methode (Headspace-Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatographie-Massenspekrometrie) in Hinblick eines möglichen Brandbeschleunigernachweis analysiert.
Welche stofflichen und energetischen Gefahren während und nach einem Wohnzimmerbrand auftreten können, werden im Rahmen dieses Vortrages vorgestellt. Im Mittelpunkt stehen dabei die Rauchgasentwicklung, die Wärmefreisetzung, die entstehenden Rauchgastemperaturen sowie die Rauchgaszusammensetzung. In den Einrichtungen der Gesellschaft für Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mbH (MFPA) wurden dazu fünf verschiedene Wohnzimmerbrandversuche durchgeführt. Die Modell-Zimmer wurden jeweils mit dem gleichen Mobiliar ausgestattet. Als Brandbeschleuniger kamen Benzin und Diesel als Gemisch zum Einsatz. Bei den Versuchen zeigte sich unter anderem, dass der Brandbeschleuniger deutlich die Zeit bis zum Flashover verkürzt. Aus den ermittelten Kennwerten zur Wärmefreisetzung und den Rauchgastemperaturen können Rückschlüsse auf die energetischen Gefahren abgeleitet werden. Die quantitative Erfassung toxischer Rauchgaskomponenten erfolgte mit Hilfe der Fourier-Transformations-
Infrarot-(FTIR)-Spektroskopie. Die qualitative und quantitative Rauchgaszusammensetzung wurde dabei in der Brandraummitte, an der Brandraumöffnung, unter der Brandraumdecke und im Schlot ermittelt.
Aus der Massenverlustrate und der quantitativen Rauchgasanalyse können Aussagen zur Rauchgastoxizität getroffen werden und die stofflichen Gefahren beurteilt werden. Das Wissen über die Bildung von energetischen und stofflichen Brandprodukten ermöglicht somit eine risikogerechte Beurteilung der Brandgefahren bei Raumbränden, auch in Hinblick auf die unterschiedlichen Brandphasen.
In this paper complex electrical resistivity measurements
on oak samples are described. They were performed
to study the effect of anisotropy, moisture content
and fungi-infection. The laboratory results indicate that anisotropy
of wood affects not only the electrical resistivity
but also the phase shift. The results can be explained by the
macro- and microstructure of wood. The moisture experiment
showed that resistivity and phase behave differently.
As expected, resistivity decreases with increasing moisture.
In contrast, phase and the imaginary part of conductivity
first increase with rising moisture content but then start to
decrease again at higher moisture level.
The experiment involving fungi-infected wood proved
particularly important. Its results suggest that phase can be
used as an indicator for the structural damage of wood cells.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------In diesem Artikel werden die Ergebnisse
von Messungen des komplexen elektrischen Widerstands
an Eichenholz gezeigt. Mit dem Verfahren der Spektral
Induzierten Polarisation (SIP) wurden Untersuchungen
zur Anisotropie, zum Wassersättigungsverhalten und zum
Pilzbefall an Eichenkernholzproben durchgeführt. Diese Laborergebnisse
zeigen, dass die Anisotropie des Holzes nicht
nur Einfluss auf den elektrischen spezifischen Widerstand
hat, sondern auch auf die Phasenverschiebung zwischen
Strom- und Spannungssignal. Beim hier gezeigten Sättigungsversuch
zeigte sich auch, dass sich Phase und spezifischer
Widerstand verschieden verhalten. Während der Widerstand mit zunehmender Holzfeuchte kontinuierlich
abnimmt, steigt die Phase bis zu einem bestimmten Holzfeuchtegehalt
an und nimmt danach erst ab. Weitreichende
Konsequenzen hatten die Experimente, bei denen gesundes
Eichenkernholz mit dem braunfäuleerregenden Pilz Daedalea
Quercina infiziert wurde. Aus diesen Ergebnissen lässt
sich schließen, dass sich der komplexe elektrische Widerstand
als Diagnosemethode für Pilzbefall eignen kann.
The influence of fire accelerants on the fire behavior during living room fires was experimentally investigated by performing 5 different room fire scenarios. During the tests flre-technological quantities were determined as well as chemical-analytical studies were carried out. The focus was on the detection of smoke gases and the proof of used fire accelerants. The evaluation of traceable fire accelerants and the reconstruction of the fire development are based on a precise Chemical analysis of the combustion products.
In this work an innovative methodology was developed to combine available analyticai techniques to draw conclusions from solid, liquid and gaseous fire residues about the fire process. Each ofthe fire rooms was equipped with the same living room inventory. The location and amount of fire accelerant (a mixture of diesel/gasoline) differed in 4 of 5 tests. Orte room fire experiment was carried out without fire accelerant.
The following fire technological characteristics were determined during the room fire experiments: mass loss (of the complete room), temperatures (at several locations in the room), heat release and smoke gas emission (measured at three different locations: in the chimney, in the fire room and at the door opening).
While the smoke gases were analysed by using Fourier Transform Infrared spectroscopy, the fire residues and swipe samples (particles) were examined by Headspace-Solid Phase Microextraction-
Gaschromatography-Mass spectrometry. These procedures make it possible to detect low concentrations of volatile components of the fire accelerants. The Chemical analyticai results of the fire accelerant detection are presented.
Complex resistivity (CR) has been used to investigate the properties and the extent of damage in wood and standing trees. Our laboratory experiments have proved that wood´s anisotropy influences its electrical behaviour. It is a well-established fact that wood exhibits the lowest resistivity amplitudes in the axial direction compared to that in tangential and radial directions. It has been shown that anisotropy affects not only the amplitude but also the phase. Phase values are the highest in the axial direction, particularly in the lower frequency range. The changes in resistivity due to fungi-induced damage were investigated in a long-term laboratory test. With progressing damage, both resistivity and phase decrease. The phase also shows sensitivity to the changes in the structure of wood cell. CR Tomography (CRT) has been employed in the field to detect fungi-infected zones in fallen trees. A number of factors such as the type and age of the tree, and the season seem to influence the CRT results. Among those, the effect of seasonal changes has been demonstrated here. Furthermore CRT can be used to characterise fungi-infected zones in the tree.
The chemical analysis of fire debris represents a crucial part in fire investigations to determine the cause of a fire. A headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) procedure for the detection of ignitable liquids in fire debris using a fiber coated with a mixture of three different sorbent materials (Divinylbenzene/Carboxen/Polydimethylsiloxane, DVB/CAR/PDMS) is described. Gasoline and diesel fuel were spiked upon a preburnt matrix (wood charcoal), extracted and concentrated with HS-SPME and then analyzed with gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS). The experimental conditions—extraction temperature, incubation and exposure time—were optimized. To assess the applicability of the method, fire debris samples were prepared in the smoke density chamber (SDC) and a controlled-atmosphere cone calorimeter. The developed methods were successfully applied to burnt particleboard and carpet samples. The results demonstrate that the procedure that has been developed here is suitable for detecting these ignitable liquids in highly burnt debris.
Dieser Bericht behandelt die Durchführung, Auswertung und Ergebnisse einer Versuchsserie zu Raumbränden. Diese wurde zur Untersuchung von Fragestellungen zum Einfluss von Brandbeschleuniger auf den Brandverlauf sowie zu den Möglichkeiten des Nachweises des Brandbeschleunigers in kriminaltechnischen Ermittlungen durchgeführt.
Die Versuche haben im Rahmen des Forschungsprojekts Brandspurenanalytik der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung im Jahr 2012 an der Brandprüfstelle Laue der Gesellschaft für Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mbH stattgefunden. Im Forschungsprojekt wurden verschiedene Materialien und ihr Brandverhalten in Kombination mit flüssigen Brandbeschleunigern in der Rauchdichtekammer (DIN EN ISO 5659-2), dem Cone Calorimeter (ISO 5660-1) und dem Single Burning Item Test (DIN EN 13823) untersucht. Die Untersuchungen hatten zwei Schwerpunkte.
Einerseits wurde im Anschluss an die Versuche der Brandrückstand mit analytischen Methoden mit dem Ziel des Nachweises des Brandbeschleunigers untersucht. Andererseits dienen die gemessenen Größen wie Massenverlustrate, Wärmefreisetzungsrate und Temperaturen innerhalb der Proben als Vergleichsgrößen bei der Validierung numerischer Simulationen und der genutzten Materialmodelle. Ergänzend zu den kleinskaligen
Versuchen wurden die selben Materialien in den in diesem Bericht vorgestellten Raumbränden verwendet, um das Brandverhalten im Originalmaßstab zu untersuchen.
Der gesamte Bericht gliedert sich in drei Teile. Der hier vorliegende Teil 1 thematisiert den Aufbau, die Durchführung und die brandtechnologische Auswertung der Versuche und diskutiert Untersuchungsergebnisse zum Brandverlauf. In Teil 2 werden die analytischen
Methoden zum Nachweis des Brandbeschleunigers in den Brandrückständen vorgestellt und ausgewertet und in Teil 3 werden Empfehlungen zur Probenahme von Proben zum Brandbeschleunigernachweis auf Basis der gewonnen Erkenntnisse im Forschungsprojekt gegeben sowie die Ergebnisse der in diesem Bericht vorgestellten Versuche
vorgestellt.
Die hier beschriebenen Versuche bildeten einen typischen Wohnzimmerbrand ab. In einem Brandraum mit einer Fläche von 20m² wurden verschiedene Einrichtungsgegenstände, wie Sofas, Regale, ein Esstisch, vier Stühle und ein Couchtisch, als Brandlast angeordnet. Insgesamt wurden fünf Versuche bei identischer Brandlast durchgeführt.
Beim ersten Versuch erfolgte die Zündung mit einem Feuerzeug an einem der Sofas.
Bei den vier weiteren Versuchen wurde mit einem Benzin-Diesel-Gemisch als Brandbeschleuniger an jew. unterschiedlichen Positionen im Brandraum gezündet. Während dem Versuch wurden die Temperaturen im Brandraum mit Mantelthermoelementen, Wärmeströme auf Oberflächen mit Plattenthermometern, die Konzentration verschiedener
Gasspezies, der globale Massenverlust, der Fluidmassenstrom durch die Zuluftöffnung und die Wärmefreisetzungsrate gemessen.
Im Anschluss an den Versuch wurden Brandschutt- und Rußwischproben genommen.
Diese wurden mit dem Ziel des Nachweises der verwendeten Brandbeschleuniger analysiert.
Die Zündung mit Brandbeschleuniger führte primär zu einer erhöhten Brandentwicklungsgeschwindigkeit.
Der Flashover trat bei allen Versuchen, die mit Brandbeschleuniger gezündet wurden, wesentlich früher auf, als bei dem ersten Versuch, der mit einem Feuerzeug gezündet wurde. Die erreichten Maximalwerte der brandtechnologischen Kenngrößen, wie beispielsweise die Temperaturen im Brandraum oder die Wärmefreisetzungsrate,
waren jedoch bei allen fünf Versuchen in der gleichen Größenordnung. Die gewonnen Daten zum Brandverlauf können als Vergleichswerte für numerische Simulationen verwendet werden.
Complex Resistivity on Wood
(2009)
SIP - Tomografie an Bäumen
(2009)