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- 4 Material und Umwelt (1)
Aufbereitungsuntersuchungen an schwermetallbelastetem Baggergut aus dem ältesten Kanal Deutschlands
(2000)
Das Basisanliegen - Einleitung
Mit der zunehmenden Zahl akkreditierter ZfP-Firmen und zunehmender Anwendung risikobasierender Konzepte ergibt sich die Notwendigkeit, internationale Standards wie die DIN EN ISO 17025 und darüber hinausgehende Richtlinien bei der Verfahrensauswahl in der ZfP zu berücksichtigen. Dieser Aufsatz soll aufzeigen, welche internationalen Aktivitäten gegenwärtig für die Zuverlässigkeitsbetrachtungen von Bedeutung sind (siehe auch [1]). In Übereinstimmung mit den Vereinbarungen und Definitionen der European-American Workshops zur Zuverlässigkeit [2, 3] gilt: Das Basisanliegen der Zuverlässigkeitsuntersuchungen beliebiger diagnostischer Systeme besteht darin, den Grad festzustellen mit dem das Prüfsystem in der Lage ist, seinen vorgesehenen Zweck zu erfüllen. Im Falle der ZfP besteht dieser Zweck zumeist in der Aufgabe, Bauteildefekte aufzufinden und zu beschreiben bzw. die Defektfreiheit von Bauteilen zu bestätigen, sowie Wanddicken zu messen oder Material zu charakterisieren.
Das Basisanliegen der Zuverlässigkeitsuntersuchungen findet seinen Niederschlag bei folgenden international relevanten Aktivitäten:
neue ISO 17025 als Notwendigkeit mit variablen Möglichkeiten der Verfahrensvalidierung
als Kettenglied in RBLM (Risk Based Life Time Management) (r) EPERC-Initiative
CEN/TC138/WG9 "Qualifizierung von ZfP-Verfahren"
Six-Sigma Strategie: als notwendiger Bestandteil
ASNT-Initiative: Standing Committee on NDE Reliability: als Arbeitspaket
Produkthaftung: als notwendige Voraussetzung für die Handhabung
Turbine components from conventionally cast nickel-base alloy René 80 show different hot cracking susceptibilities depending on their heat treatment conditions leading to slightly different microstructures. Electron probe micro-analysis, focused ion beam technique and analytical transmission electron microscopy were applied to reveal and identify grain boundary precipitates and the γγ'-microstructure. The distribution of borides along grain boundaries was evaluated statistically by quantitative metallography. The following features could be correlated with an increase of cracking susceptibility: i) Increasing grain size, ii) increasing fraction of grain boundaries with densely spaced borides, iii) lack of secondary γ'-particles in matrix channels between the coarse cuboidal γ'-precipitates. The latter feature seems to be responsible for linking-up of cracked grain boundary precipitates which occurred as an additional cracking mechanism after one heat treatment, whereas decohesion at the boride-matrix-interface in the heat affected zone of laser-drilled holes was observed for both heat treatments.
In a joint project of partners from industry and research, the automated recycling of construction and demolition waste (CDW) is investigated and tested by combing laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and near-infrared (NIR) spectroscopy. Joint processing of information (data fusion) is expected to significantly improve the sorting quality of various materials like concrete, main masonry building materials, organic components, etc., and may enable the detection and separation of impurities such as SO3-cotaining building materials (gypsum, aerated concrete, etc.). The project focuses primarily on the Berlin site to analyze the entire value chain, minimize economic/technological barriers and obstacles at the cluster level, and sustainably increase recovery and recycling rates. First measurements with LIBS and NIR spectroscopy show promising results in distinguishing various material types and indicate the potential for a successful combination. In addition, X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy is being performed to obtain more information about the quantitative elemental composition of the different building materials. Future work will apply the developed sorting methodology in a fully automated measurement setup with CDW on a conveyor belt.
Concrete structures experience severe damage during service, for example due to pitting corrosion of rebars caused by the ingress of chlorine (Cl) into the porous concrete structure. The ingress can be monitored using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), a recently introduced civil engineering technique used to detect Cl in concrete structures in addition to conventional wet chemistry methods. The key advantages of LIBS are high spatial resolution, which is important when analyzing heterogeneous concrete samples, as well as the almost complete absence of sample preparation. To assess LIBS as a reliable analytical method, its accuracy and robustness must be carefully tested. This paper presents the results of an interlaboratory comparison on the analysis of Cl in cement paste samples conducted by 12 laboratories in 10 countries. Two sets of samples were prepared with Cl content ranging from 0.06 to 1.95 wt% in the training set and 0.23–1.51 wt% in the test set, with additional variations in the type of cement and Cl source (salt type). The overall result shows that LIBS is suitable for the quantification of the studied samples: the average relative error was generally below 15%. The results demonstrate the true status quo of the LIBS method for this type of analysis, given that the laboratories were not instructed on how to perform the analysis or how to process the data.
Mit einer langfristigen Forschungsstrategie begleiten die für die Sicherheit von Mensch und Umwelt zuständigen Bundesoberbehörden (Umweltbundesamt, Bundesinstitut für Risikobe-wertung, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, Bundesanstalt für Materialfor-schung und -prüfung und Physikalisch-Technische Bundesanstalt) die rasch voranschreiten-de Entwicklung neuer Materialien unter den Gesichtspunkten des Arbeits-, Verbraucher- und Umweltschutzes. Die Strategie steht daher in enger Verbindung zu den öffentlichen Förder-programmen für Nanomaterialien und andere innovative Werkstoffe, z. B. des BMBF („Vom Material zur Innovation“) und der EU („Horizon 2020“).
Die Forschungsstrategie baut auf den bisherigen Ergebnissen der 2008 begonnenen und 2013 erstmals bilanzierten gemeinsamen Forschungsstrategie der Bundesoberbehörden „Nanotechnologie - Gesundheits- und Umweltrisiken von Nanomaterialien"1 auf und erweitert den Blickwinkel auch auf andere Materialinnovationen, bei denen vergleichbare Risiken für Mensch und Umwelt bestehen oder abgeklärt werden müssen. Darüber hinaus greift sie die Idee „anwendungssichere chemische Produkte“2 aus der Initiative „Neue Qualität der Arbeit“ (INQA) des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales (BMAS) und das Konzept der nach-haltigen Chemie3 auf, das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reak-torsicherheit (BMUB) unterstützt wird. Durch eine anwendungssichere und umweltverträgli-che Gestaltung innovativer Materialien und ihrer Folgeprodukte sollen nicht akzeptable Risi-ken für Mensch und Umwelt von Anfang an weitgehend ausgeschlossen werden. Dies kann erreicht werden durch
1.
die Verwendung sicherer Materialien ohne Gefahreneigenschaften für Mensch und Umwelt (direkte Anwendungssicherheit) oder
2.
eine Produktgestaltung, die über den gesamten Lebenszyklus emissionsarm und umweltverträglich ist (integrierte Anwendungssicherheit) oder
3.
eine Unterstützung des Anwenders (product stewardship) durch den Hersteller bei technischen, organisatorischen und persönlichen Schutzmaßnahmen zur sicheren Verwendung und Entsorgung des Produktes (unterstützte Anwendungssicherheit).
Die Fortschreibung der Forschungsstrategie soll als Bestandteil des Nanoaktionsplans 2020 der Bundesregierung Beiträge der Ressortforschung zu folgenden Schwerpunkten leisten:
•
Charakterisierung und Bewertung der Risiken von Materialinnovationen
•
Unterstützung von Forschungseinrichtungen und Unternehmen
•
Fortschreiben von Rechtsvorschriften und Praxisempfehlungen
1
http://www.baua.de/nn_47716/de/Themen-von-A-Z/Gefahrstoffe/Nanotechnologie/pdf/Forschungsstrategie.pdf
2 http://www.baua.de/de/Themen-von-A-Z/Gefahrstoffe/Nachhaltige-Chemie/Nachhaltige-Chemie.html
3
http://www.umweltbundesamt.de/themen/chemikalien/chemikalien-management/nachhaltige-chemie
2
•
Gesellschaftliche Akzeptanz
Die Forschungsstrategie soll mit Projekten und anderen forschungsnahen Aktivitäten umge-setzt werden. Dies umfasst die eigene Forschung der Häuser, die extramurale Ausschrei-bung und Vergabe von Forschungsdienstleistungen sowie die Beteiligung an vorwiegend öffentlich geförderten Drittmittelprojekten. Hinzu kommen Aktivitäten im Rahmen der Politik-beratung und der hoheitlichen Aufgaben. Mit inter- und transdisziplinären Ansätzen soll die Risiko- und Sicherheitsforschung enger mit der Innovationsforschung und Materialentwick-lung verknüpft werden. Die Forschungsstrategie ist aufgrund der raschen Entwicklungen auf diesem Gebiet für den Zeitraum bis 2020 angelegt. Die Forschungsziele adressieren die in diesem Zeitraum voraussichtlich umsetzbaren Forschungsansätze. Die Forschungsstrategie wird durch einen Arbeitskreis begleitet und spätestens mit Ablauf des Nanoaktionsplans 2020 evaluiert und angepasst.
Fire stability of glass-fibre sandwich panels: The influence of core materials and flame retardants
(2017)
Fire resistance has become a key property for structural lightweight sandwich components in aviation, shipping, railway vehicles, and construction. The development of future composite materials and components demands adequate test procedures for simultaneous application of compression and fully developed fire. Therefore an intermediate-scale approach (specimen size = 500 mm x 500 mm) is applied with compressive loads (up to 1 MN) and direct application of a burner to one side of the specimens, as established in aviation for severe burn-through tests. The influence of different core structures (polyvinylchloride foam, polyisocyanorate foam reinforced by stitched glass bridges, and balsa wood) was investigated for glass-fibre-reinforced sandwich specimens with and without flame retardants applied on the fabrics, in the matrix, and on surface for each specimen at the same time. Times to failure were increased up to a factor of 4. The intumescent coating prolongs the time to failure significantly.
What is more, using the intrinsic potential of the front skin together with the core to protect a load bearing back skin in sandwich panels, the design of the core – here using the wood core – is the most promising approach.