4 Material und Umwelt
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Organisationseinheit der BAM
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Drei grundlegend verschiedene Ansätze für Umweltsimulation werden an Beispielen illustriert:
(i) Ganzheitlicher Ansatz - Nachstellen von Umweltmilieus im Labor
Ziel ist hier das Nachstellen von (kombinierten) Umweltbedingungen im Labor; die Umweltparameter werden mit all ihren Wechselwirkungen aufgebracht.
Hauptnutzen ist eine gegenüber der natürlichen Beanspruchung erhöhte Reproduzierbarkeit der Umweltbedingungen. Hat man sein Laborsetup entwickelt, ist es auf verschiedene Materialien anwendbar.
Unter solchen Laborbedingungen ermittelte Lebensdauern sind dabei nicht auf die typischerweise sehr variablen Real-Umweltbedingungen übertragbar.
(ii) Parametrisierter Ansatz - Ermittlung einzelner Materialempfindlichkeiten
Hierbei werden im Labor die Wirkungen separater Umweltparameter auf Materialien nachgestellt. Für eine solche Separation der Einflussfaktoren ist insbesondere die Aufschlüsselung möglicher Wechselwirkungen der Umwelt-parameter (z.B. Mikroklima an bestrahlten Oberflächen) erforderlich. Einzelne (meist Alterungs-) Empfindlichkeiten können qualitativ nachgewiesen werden oder sogar – als Beanspruchungs-Wirkungs-Funktionen – quantifiziert werden, was einen wesentlichen Schritt in Richtung der Digitalisierung der Material¬prüfung darstellt. Insbesondere ist dann auch eine Lebensdauer-vorhersage für vorgegebene Zeitreihen der Beanspruchungs¬parameter umsetzbar.
(iii) Rückwirkungen auf die Umwelt
Umweltbeanspruchungen können zur Freisetzung von Schadstoffen in die Umwelt führen. Durch die Nachstellung kritischer, aber realitätsnaher Einsatzszenarien kann die Menge an freigesetzten Substanzen abgeschätzt werden.
Egal, welcher Ansatz verfolgt wird – ein Vergleich mit der oder einer Real-beanspruchung ist unerlässlich, ebenso wie die Messdatenaufzeichnung (data logging) aller potenziell relevanten Beanspruchungsparameter während dieser Realbeanspruchung.
Obwohl die naturnahe Umwelt – sowohl in der BAM als auch bei der GUS – gegenüber der technischen Umwelt eher untergeordnet auftritt, werden zur Illustration Beispiele aus der naturnahen Umwelt verwendet.
Improved Durability of Wood Treated with Nano Metal Fluorides against Brown-Rot and White-Rot Fungi
(2022)
Low-water soluble metal fluorides such as magnesium fluoride (MgF2) and calcium Fluoride (CaF2) were evaluated for decay protection of wood. Initially, the biocidal efficacy of nano metal fluorides (NMFs) against wood destroying fungi was assessed with an in-vitro agar test. The results from the test showed that agar medium containing MgF2 and CaF2 was more efficient in preventing fungal decay than stand-alone MgF2 or CaF2. These metal fluorides, in their nanoscopic form synthesized using fluorolytic sol-gel synthesis, were introduced into the sapwood of Scots pine and beech wood and then subjected to accelerated ageing by leaching (EN 84). MAS 19F NMR and X-ray micro CT images showed that metal fluorides were present in treated wood, unleached and leached. Decay resistance of Scots pine and beech wood treated with NMFs was tested against Wood destroying fungi Rhodonia placenta and Trametes versicolor in accordance with EN 113. Results revealed that mass losses were reduced to below 3% in wood treated with the combination of MgF2 and CaF2.
It is concluded that NMFs provide full protection to wood even after it has been leached and can be used as wood preservatives in outdoor environments.
Numerous non-native tree species are given attention with respect to the reforestation of calamity areas in Europe. Among them, several species may form durable wood which can be used for outdoor applications, but differences in wood durability are expected between original and European growth sites. This study aimed at examining the biological durability against wooddestroying fungi and water permeability of German-grown Dawn redwood (Metasequoia glyptostroboides) and Port Orford cedar (Chamaecyparis lawsoniana). The heartwood of both wood species was assigned to durability class 4 (DC 4, less durable) in soil contact and DC 1–4 (very to less durable) against wood-destroying basidiomycetes. However, according to the Meyer-Veltrup model, their material resistance dose was notably higher compared to the reference species Norway spruce (Picea abies), and the resulting service life of above ground structures should be a multiple of the reference.