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- Tausalzeintrag (1)
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- Temperature Correction (1)
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- Ultrasonic Velocity (1)
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- Verteilte akustische Sensorik (1)
- Verteilte faseroptische Sensorik (1)
- Vibration measurement (1)
- Vibration modes (1)
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- Vitrimer (1)
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- Wiedernutzung (1)
- Windenergieanlagen (1)
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- X-ray diffraction (1)
- XANES (1)
- Zement (1)
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- Zivile Sicherheitsforschung (1)
- Zulassung (1)
- Zuverlässigkeitsbewertung (1)
- Zündgefahrenbewertung (1)
- layered soil (1)
- melamine (1)
- pH Indicator (1)
- phosphorous flame retardant (1)
- technische und technologische Anforderungen (1)
- zerstörungsfreie Prüfung ZfP (1)
- Überwachung (1)
Organisationseinheit der BAM
- 7 Bauwerkssicherheit (180)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (84)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (54)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (45)
- 7.2 Ingenieurbau (39)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (36)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (25)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (24)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (24)
- 7.1 Baustoffe (23)
Paper des Monats
- ja (7)
Eingeladener Vortrag
- nein (138)
There is no applicable existing standard for the determination of safety characteristics for hybrid mixtures. While developing a new standard in a joint research project in Germany first results from parameter studies led to a standard procedure that can be adopted by laboratories that are already testing dusts in the so called 20L-sphere with as little additional effort as necessary. In fact, one of the main objectives of this research project was to keep modifications and adjustments from the generally accepted dust testing procedures as easy and minimal as possible so as to limit potential deviations from one laboratory to another.
In this first round robin test on hybrid mixtures ever, with methane as gas component and a specific corn starch as dust sample, the practicality of the whole procedure, the scattering of the results and the deviation between the testing apparatuses is investigated. This paper summarizes the experimental procedure adopted and objectives of the first round-robin phase involving three of the four original German companies, plus volunteering laboratories from Australia, Belgium, Czech Republic, France, Poland and P.R. China. The results will have an impact on the new standard and may lead to robust data for later simulation purposes.
The fire-induced spalling behaviour of concretes has a huge effect on the fire resistance of concrete components. Therefore, fire performance must be taken into account in the design and dimensioning of concrete structures. The use of new types of concrete and different types of cement or binder must also be considered. Despite decades of research, the mechanisms underlying the spalling phenomenon are not yet fully understood. However, knowledge about these mechanisms is the prerequisite for predicting the spalling behaviour as accurately as possible.
Experimental research from material characterisation on the micro scale up to full-sized fire tests as well as the simulation and modelling of fire-induced damage processes offer the opportunity to investigate the spalling behaviour of concrete. Thereby, a variety of influencing parameters must be regarded. Against this background, the effect of avoidance strategies can be evaluated.
Since 2009, the International Workshop on Concrete Spalling due to Fire Exposure (IWCS) offers a platform to get in touch with researchers and practitioners, exchange the latest research results and newly acquired data from real fire scenarios, and discuss current developments in the field of concrete spalling. After the successful workshops in Leipzig (Germany), Delft (Netherlands), Paris (France), Borås (Sweden) and Sheffield (United Kingdom), the 7th International Workshop IWCS took place in Berlin at BAM. It provided insights into the work of two RILEM Technical Committees. Based on this, various results of screening tests and large-scale tests for the assessment of the fire-induced spalling behaviour of concretes were presented, taking into account a large number of influencing parameters. Further topics of the workshop were the analysis of the mechanisms for the spalling phenomenon as well as the modelling and simulation of the spalling processes. A large part of the workshop was devoted to the high-temperature behaviour of various types of concrete.
The workshop was dedicated to Prof. Diederichs, who passed away on 20 January 2022. With his death, the spalling community lost an internationally renowned expert in the field of fire behaviour of concrete and reinforced concrete components. He played a decisive role in the design of all previous RILEM TCs on the high temperature and fire behaviour of concretes and reinforced concrete components.
The screening of coatings shows that the modification by adding individual pigment was not sufficient to protect carbon steel even during a short-term exposure, indicated by the discoloration after only seven days of exposure.
Electrochemical tests indicated that the coating cathodically protects carbon steel or slows down the corrosion reaction.
A long-term exposure test confirmed that the PANI/SiO2 modified coating successfully protects the carbon steel in the Sibayak artificial geothermal water at 150 °C for 6 months.
Corrosive geothermal brines are a major challenge to geothermal power-plants. For cost reasons, plant designers favorize low alloyed steels, e.g., carbon steel, which are susceptible to uniform and localized corrosion when exposed to geothermal brines having acidic and saline properties. To solve such problem, coatings or inhibitors would be a protective solution as an alternative to the use of high alloyed materials.
This study investigated a coating system consisting of polyaniline/silicon dioxide basing on locally available resources. Protection against corrosion of carbon steel is shown by long-term exposure and electrochemical tests of coated carbon steels, performed in an artificial acidic and saline geothermal brine, comparable to real conditions at a site in Indonesia.
Therefore, an integrated coating system is presented for corrosion protection, combining the electro-chemical functionality of polyaniline and the physical advantages of silica.
The critical chloride content C(crit) is an indicator for the corrosion resistance of reinforcing steels in concrete. In this article, several experimental methods for determining the critical chloride content C(crit) of mild and an alloyed (12% Cr) steel in cementitious materials are compared. The methods used include accelerated polarization tests and tests using more natural (unpolarized) conditions in which chloride ingress occurs by diffusion and capillary uptake. The advantages and disadvantages of the methods are discussed, in particular, with the objective of reaching a compromise between applicability to practice and feasibility in laboratory testing.
A systematic series of flexible polyurethane foams (FPUF) with different concentrations of flame retardants, bis([dimethoxyphosphoryl]methyl) phenyl phosphate (BDMPP), and melamine (MA) or expandable graphite (EG) was prepared. The mechanical properties of the FPUFs were evaluated by a universal testing machine. The pyrolysis behaviors and the evolved gas analysis were done by thermogravimetric analysis (TGA) and TGA coupled with Fourier-transform infrared (TG-FTIR), respectively. The fire behaviors were studied by limiting oxygen index (LOI), UL 94 test for horizontal burning of cellular materials (UL 94 HBF), and cone calorimeter measurement. Scanning electronic microscopy (SEM) was used to examine the cellular structure's morphology and the postfire char residue of the FPUFs. LOI and UL 94 HBF tests of all the flame retarded samples show improved flame retardancy. BDMPP plays an essential role in the gas phase because it significantly reduces the effective heat of combustion (EHC). This study highlights the synergistic effect caused by the combination of BDMPP and EG. The measured char yield from TGA is greater than the sum of individual effects. No dripping phenomenon occurs during burning for FPUF-BDMPP-EGs, as demonstrated by the result of the UL 94 HBF test. EG performs excellently on smoke suppression during burning, as evident in the result of the cone calorimeter test. MA reduces the peak heat release rate (pHRR) significantly. The synergistic effect of the combination of BDMPP and EG as well as MA offers an approach to enhance flame retardancy and smoke suppression.
Alkali-silica reaction (ASR) is a chemical reaction within concrete which can lead over time to cracking and spalling. Due to the complexity of the problem, it still causes damage to concrete constructions worldwide.
The publication aims to illustrate the interdisciplinary research of the German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) within the last 20 years, considering all aspects of ASR topics from the macro to the micro level. First, methods for characterization and assessment of ASR risks and reaction products used at BAM are explained and classified in the international context. Subsequently the added value of the research approach by combining different, preferably nondestructive, methods across all scales is explained using specific examples from a variety of research projects. Aspects covered range from the development of new test-setups to assess aggregate reactivity, to analysis of microstructure and reaction products using microscopical, spectroscopical and X-ray methods, to the development of a testing methodology for existing concrete pavements including in-depth analysis of the visual damage indicator and the de-icing salt input using innovative testing techniques. Finally, research regarding a novel avoidance strategy that makes use of internal hydrophobization of the concrete mix is presented.
In dem Vortrag werden die Highlights und Ergebnisse des abgeschlossenen Wipano Forschungsprojekts "Spannstahlsicherheit" berichtet. In dem Vorhaben wurde das Projektziel ein neues Prüfverfahren für die Prüfung von Spannstählen auf Spannungsrisskorrosionsempfindlichkeit zu entwickeln erfolgreich abgeschossen. Weiterhin wurden neue Erkenntnisse zu den Ursachen der Ergebnisstreuung der bisherigen Prüfung gemäß ISO 15630-3 gewonnen. Das neue Prüfverfahren soll bei der nächsten Überarbeitungsrunde der ISO 15630-3 als Verfahren zunächst in den informativen Anhang aufgenommen werden.
Monitoring of construction projects plays increasingly important role in the implementation of growing needs and requirements, especially in geologically difficult areas. This particularly concerns tunnelling and special civil engineering projects. The use of fiber optic sensors for structural health monitoring provides significant economic advantages regarding lower life-cycle costs of the civil infrastructure. We present our achievements in the development of distributed polymer optical fiber sensors based on Rayleigh and Brillouin scattering for early damage detection.
Cementitious materials are frequently applied in environments in which they are exposed to acid attack, e.g., in sewer systems, biogas plants, and agricultural/food-related industries. Alkali-activated materials (AAMs) have repeatedly been shown to exhibit a remarkably high resistance against attack by organic and inorganic acids and, thus, are promising candidates for the construction and the repair of acid-exposed structures. However, the reaction mechanisms and processes affecting the acid resistance of AAMs have just recently begun to be understood in more detail. The present contribution synthesises these advances and outlines potentially fruitful avenues of research. The interaction between AAMs and acids proceeds in a multistep process wherein different aspects of deterioration extend to different depths, complicating the overall determination of acid resistance. Partly due to this indistinct definition of the ‘depth of corrosion’, the effects of the composition of AAMs on their acid resistance cannot be unambiguously identified to date. Important parallels exist between the deterioration of low-Ca AAMs and the weathering/corrosion of minerals and glasses (dissolution-reprecipitation mechanism). Additional research requirements relate to the deterioration mechanism of high-Ca AAMs; how the character of the corroded layer influences the rate of deterioration; the effects of shrinkage and the bond between AAMs and substrates.
In the recent years, more and more products in construction and automotive industry are bonded by adhesive tapes instead of mechanical fasteners but there is no sufficient understanding of how these bonded, layered materials behave in fires. Our research project gives an insight of how adhesives and substrates interact with each other in different fire scenarios and how flame retardants function in pressure sensitive adhesive (PSA) tapes. A systematic investigation on the burning behavior of PSA tapes as free-standing films, as top layers on different substrates and as sandwich-like adhesive joints was performed. The burning behavior of free-standing PSA tapes and those used as a coating was significantly improved by using phosphorus-based flame retardants. Furthermore, it was shown that, depending on tape structure and substrate, the PSA tape can lower the fire risk by acting as an intermediate protection layer in bonded materials.
minimum explosion concentration (MEC) and limiting oxygen concentration (LOC) in our recent works. This work further studies the reasonability and reliability of the alternative method experimentally and theoretically. Six different dust samples were tested via a 20-L spherical explosion chamber. The experimental results showed that the data of MEC and LOC determined by using the alternative and the standardized methods are in good agreement. The minimum flame propagation velocity (Sf) and the corresponding maximum combustion duration time (tc) were found at its MEC and LOC, suggesting that the theoretical analysis can well explain all the experimental data. It is the first time to study the theoretical basis of the explosion criterion, thus helping to improve our understandings of dust explosion characteristics, and to amend the explosion criterion in future test standards.
Das Ultraschall-Echo-Verfahren ist eine klassische zerstörungsfreie Prüftechnik zur Geometriebestimmung sowie Schadensanalyse von Betonkonstruktionen. Um die Abbildung der Ultraschalldaten von komplexen Betonstrukturen zu verbessern, haben wir die Reverse-Time Migration (RTM) aus der Seismik auf die zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen übertragen. In einer Vorstudie haben wir einen 2D akustischen RTM Code verwendet und an realen Ultraschalldaten, die an einer Betonfundamentplatte aufgenommen wurden, getestet. Im Vergleich mit dem herkömmlichen Rekonstruktionsalgorithmus für Ultraschalldaten, der Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT), zeigten die akustischen RTM-Ergebnisse eine deutliche Verbesserung in der Abbildung der inneren Struktur der Betonfundamentplatte. Vertikale Reflektoren konnten rekonstruiert werden, was mit dem herkömmlichen Abbildungsverfahren nicht möglich war. RTM ist, im Gegensatz zu SAFT, eine wellengleichungsbasierte Migrationsmethode und beruht auf der numerischen Lösung der vollständigen Wellengleichung. Die Vorteile sind, dass der Algorithmus sämtliche Informationen des Wellenfeldes verwendet und daher verschiedene Welleneffekte wie z.B. Multipathing berücksichtigt werden können. Die RTM bietet damit die Möglichkeit auch stark geneigte Reflektoren sowie Streukörper mit komplexen Geometrien darzustellen. Ein Nachteil ist jedoch die lange Rechenzeit und der hohe Bedarf an Speicherkapazität. Ein RTM-Algorithmus, der die elastische Wellengleichung anstatt der akustischen verwendet (wie in unserer Vorstudie angewandt), hat das Potenzial, die Abbildungsergebnisse noch weiter zu optimieren. Das liegt daran, dass unsere Ultraschallmessdaten durch Anregung elastischer Wellen generiert werden. In einem ersten Schritt haben wir zwei elastische 2D-RTM-Algorithmen an synthetischen Ultraschalldaten getestet. Diese wurden mit einem Betonmodell, bestehend aus mehreren Stufen und kreisförmigen Lufteinschlüssen, erzeugt. In einem zweiten Schritt wurden reale Ultraschalldaten mit Scherwellenprüfköpfen an einer Betonstufenplatte mit integrierten Hüllrohren aufgenommen. Die Auswertung der realen Daten mit unserem elastischen RTM-Code war ebenfalls erfolgreich. Wir konnten die Abbildungsqualität der Stufen und Hüllrohre im Vergleich zur akustischen RTM und SAFT verbessern.
To improve ultrasonic imaging of concrete structures, we transferred a seismic migration technique, the Reverse Time Migration (RTM), to non-destructive testing. A 2D elastic RTM algorithm was tested on synthetic ultrasonic echo data. Compared to the typically used synthetic aperture focusing technique (SAFT) as well as our acoustic RTM algorithm, the presented elastic RTM results show an enhancement in imaging vertical reflectors and complex features inside the 2D numerical concrete model.
The ultrasonic echo technique is widely used in non-destructive testing for investigation and damage analysis of concrete constructions. Important applications include thickness measurements, geometry determination, the localization and characterization of built-in components as well as the detection of quality issues (cracks, honeycombing, low concrete strength).
To improve ultrasonic data imaging of complicated structures in concrete, we transferred a seismic migration technique, the Reverse Time Migration (RTM), to non-destructive testing in civil engineering. In a preliminary study, we tested a 2D acoustic RTM algorithm on measured ultrasonic echo data acquired at a concrete foundation slab. Compared to the conventional used synthetic aperture focusing technique algorithms (SAFT) for ultrasonic data reconstruction, our acoustic RTM results showed a significant improvement in imaging the interior structure of the concrete slab. Vertical reflectors were reconstructed which was not possible by traditional imaging.
In contrast to SAFT, RTM is a wavefield-continuation method in time and uses the full wave equation. RTM is, thus, able to include multiple reflections and to handle multi-pathing as well as many other complex situations. As a drawback RTM requires extensive computing power and memory capacity. Nevertheless, due to progresses in parallel processing and other computational technologies RTM has become appealing for the application in the field of non-destructive testing.
An RTM algorithm, which uses the full elastic wave equation instead of the full acoustic one (as applied in our preliminary work) has the potential to optimize the imaging results even further. This is due to the fact, that our ultrasonic measurement data are generated by exciting elastic waves. Thus, in a first step, two 2D elastic RTM algorithms were tested on synthetic ultrasonic echo data generated with a concrete model consisting of several steps and circular shaped air inclusions. In addition, two imaging conditions were evaluated to reduce migration artifacts. Our synthetic elastic RTM results showed an enhancement in imaging the features inside the test model compared to acoustic RTM and SAFT. In a second step, we acquired ultrasonic measurement data at a concrete test specimen consisting of three steps and four air filled tendon ducts. The evaluation of the real data with our elastic RTM code was also successful and the reconstruction of the geometries of the steps and tendon ducts could be improved. With our study we have shown that elastic RTM is a step forward for ultrasonic testing in civil engineering.
Application of Intensity-Based Coherent Optical Time Domain Reflectometry to Bridge Monitoring
(2022)
Although distributed fiber sensing techniques have been widely used in structural health monitoring, the measurement results of bridge monitoring, particularly under destructive testing, have rarely been reported. To the best of our knowledge, this paper is the first report of distributed vibration measurement results, which we obtained during a three-day destructive test on an abolished bridge. A coherent optical time domain reflectometry (COTDR) was used to acquire the vibration information while the bridge was being sawed. The obtained signal was analyzed in time and frequency domain. Some characteristics of the sawing-induced vibration were retrieved by the short-time Fourier transform; the vibration exhibited several high frequency components within the measured range up to 20 kHz and all the components appeared in the same time slot. Some unexpected signals were also detected. Thorough analysis showed that they are quite different from the sawing-induced vibration and are believed to originate from internal damage to the bridge (probably the occurrence of cracks).
Each engineering decision is based on a number of more or less accurate information. In assessment of existing structures, additional relevant information collected with on-site inspections facilitate better decisions. However, observed data basically represents the physical characteristic of interest with an uncertainty. This uncertainty is a measure of the inspection quality and can be quantified by expressing the measurement uncertainty. The internationally accepted rules for calculating measurement uncertainty are well established and can be applied straightforwardly in many practical cases. Nevertheless, the calculations require the occasionally time-consuming development of an individually suitable measurement model. This contribution attempts to emphasize proposals for modelling the non-destructive depth measurement of tendons in concrete using the ultrasonic echo technique. The proposed model can serve as guideline for the determination of the quality of the measured information in future comparable inspection scenarios.
The general requirement, that nonmetallic materials for oxygen service must be tested and found suitable for their intended use in plants and components is the current state of technical safety. However, numerous requests of manufacturers, sales offices, and users show, that there is still a strong need for information on how these materials are tested and evaluated. Based on more than 60 years of expertise, this paper provides background information on BAM’s test approach. It explains why BAM applies additional assessment criteria on nonmetallic materials for certain use conditions. Hence, the test schedule as well as the final evaluation shall reflect the practical application in a more customer-related way in combination with a higher safety level. That is the demand of BAM’s safety philosophy.
Der diesjährige Beitrag zeigt den Einfluss ausgewählter Versuchsrandbedingungen auf das Abplatzverhalten von Normalbeton im kleinskaligen Brandversuch. Im Rahmen der Untersuchungen wurde die Abplatzneigung von acht zylindrischen Betonprüfkörpern der Maße Ø47 cm x 29 cm aus Normalbeton analysiert. Vier Prüfkörper wurden aus Normalbeton mit quarzitischer Gesteinskörnung hergestellt, wohingegen die grobe Gesteinskörnung (>2 mm) der anderen vier Prüfkörper durch Basaltsplitt ersetzt wurde. Neben der Art der groben Gesteinskörnung wurden zusätzlich ausgewählte Versuchsrandbedingungen variiert. Dies umfasste zum einen die Vorlagerung der Prüfkörper bei verschiedenen Umgebungsfeuchten und zum anderen die Ummantelung der Prüfkörper mit zwei Ringen aus Stahl bzw. einem durchgehenden Stahlblech. Die Ummantelung der Prüfkörper mit Stahlringen im Brandversuch führt zu einer Behinderung der thermischen Ausdehnung der Prüfkörper und zum Aufbau thermomechanischer Zwangsdruckspannungen. Diese Zwangsdruckspannungen werden maßgeblich von der thermischen Ausdehnung der verwendeten Gesteinskörnung beeinflusst. Zusätzlich wird die Feuchteabgabe über die Mantelfläche behindert. Der Einsatz des Stahlblechs reduziert lediglich die Abgabe der Feuchtigkeit über die Mantelfläche und induziert vernachlässigbare Zwangsdruckspannungen im Beton. Die Brandbeanspruchung der Prüfkörper erfolgte einseitig nach der Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) über einen Zeitraum von 60 Minuten. Mit Hilfe eines Laser Scanners wurden vergleichende 3D-Messungen der brandbeanspruchten Oberfläche vor und nach dem Brandversuch durchgeführt. Aus diesen Messungen konnten das Abplatzvolumen, die Abplatztiefenverteilung und die maximale Abplatztiefe ermittelt werden. Während des Brandversuchs wurde die Temperaturverteilung im Prüfkörper mittels fünf eingebetteter Mantelthermoelemente in verschiedenen Tiefen bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Abplatzungen an der brandbeanspruchten Oberfläche infolge der Prüfkörperummantelung mit Stahlringen bzw. Stahlblech zunehmen. Bei einer Ummantelung mit Stahlringen mit gleichzeitiger Vortrocknung der Betonrandzone platzt der Prüfkörper mit quarzitischer Gesteinskörnung ab, wohingegen der Prüfkörper mit basaltischer Gesteinskörnung keine Abplatzungen aufweist. Dies wird auf die unterschiedliche Ausprägung der thermomechanischen Schädigung infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Quarzkies und Basalt zurückgeführt.
Die Ergebnisse der Brandprüfserie zeigen, dass die Variation der Prüfrandbedingungen bei Beibehaltung der Prüfkörpergröße einen maßgeblichen Einfluss auf das Abplatzverhalten haben. Die Randbedingungen sind daher bei kleinskaligen Brandversuchen, die zukünftig als „Screening-Tests“ ersatzweise für kostenintensive Bauteilversuche verwendet werden sollen, zu berücksichtigen.
Um den Klimawandel wirksam zu bekämpfen, ist es entscheidend, fossile Brennstoffe durch erneuerbare Energiequellen wie Wind-, Solar- und Wasserkraft sowie alternative Energieträger, beispielsweise grünen Wasserstoff, zu ersetzen. Offshore-Windenergie spielt hierbei eine zentrale Rolle, da sie dank der Kombination aus globaler Verfügbarkeit, relativ geringen Betriebskosten und fortgeschrittenem technischen Entwicklungsstand besonders geeignet ist, zur regenerativen Stromerzeugung beizutragen. Sie ist zudem ein Schlüsselelement für die Umsetzung des Europäischen Green Deals, der das Ziel verfolgt, bis 2050 Klimaneutralität in der EU zu erreichen. Expertenschätzungen zufolge ist eine Steigerung der aktuellen Kapazität von 25 GW im Jahr 2020 auf etwa 450 GW notwendig, um diese ambitionierten Ziele zu erfüllen.
Bei der Entwicklung zukünftiger Offshore-Windparks, insbesondere in tieferen Gewässern, gewinnen Jacket-Gründungsstrukturen an Bedeutung. Diese Strukturen, die eine höhere Steifigkeit bei geringerem Materialeinsatz im Vergleich zu den bisher vorherrschenden Monopile-Gründungen bieten, basieren auf komplexen, räumlich aufgelösten Konstruktionen, die ähnlich den Öl- und Gasplattformen entwickelt werden. Die Herstellung der Jacketknoten, die bislang überwiegend manuell geschweißt wurden, birgt erhebliches Optimierungspotential. Durch Automatisierung und Digitalisierung der Fertigungsprozesse könnten nicht nur die Effizienz gesteigert, sondern auch die Qualität der Endprodukte durch präzise Überwachung und Kontrolle der Produktionsparameter verbessert werden. Diese technologischen Fortschritte sind für die Skalierung der Offshore-Windenergie und die Erreichung der Klimaziele von entscheidender Bedeutung.
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.
Die Präsentation zeigt in Bild und Video die Möglichkeiten auf dem BAM TTS zur Durchführung von Versuchen unterschiedlicher Gefährlichkeitsstufen auf. Sie wendet sich an potentielle künftige Kooperationspartner aus dem Bereich der zivilen Sicherheitsforschung (Polizeibehörden, Feuerwehr, THW, andere Forschungseinrichtungen), um deren Forschungsbedarf mit den an der BAM vorhandenen Testmöglichkeiten abzugleichen und so ebenfalls dem Aufbau von überflüssigen konkurrierenden Parallelstrukturen an anderen Forschungseinrichtungen vorzubeugen.
Numerical models built as virtual-twins of a real structure (digital-twins) are considered the future ofmonitoring systems. Their setup requires the estimation of unknown parameters, which are not directly measurable. Stochastic model identification is then essential, which can be computationally costly and even unfeasible when it comes to real applications. Efficient surrogate models, such as reduced-order method, can be used to overcome this limitation and provide real time model identification. Since their numerical accuracy influences the identification process, the optimal surrogate not only has to be computationally efficient, but also accurate with respect to the identified parameters. This work aims at automatically controlling the Proper Generalized Decomposition (PGD) surrogate’s numerical accuracy for parameter identification. For this purpose, a sequence of Bayesian model identification problems, in which the surrogate’s accuracy is iteratively increased, is solved with a variational Bayesian inference procedure. The effect of the numerical accuracy on the resulting posteriors probability density functions is analyzed through two metrics, the Bayes Factor (BF) and a criterion based on the Kullback-Leibler (KL) divergence. The approach is demonstrated by a simple test example and by two structural problems. The latter aims to identify spatially distributed damage, modeled with a PGD surrogate extended for log-normal random fields, in two different structures: a truss with synthetic data and a small, reinforced bridge with real measurement data. For all examples, the evolution of the KL-based and BF criteria for increased accuracy is shown and their convergence indicates when model refinement no longer affects the identification results.
Beton ist weltweit einer der wichtigsten Konstruktionswerkstoffe und zeichnet sich durch eine enorme Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Anforderungen aus. Damit verbunden ist eine hohe und kontinuierlich zunehmende Komplexität hinsichtlich der Ausgangsstoffe, Rezepturen und des Herstellungsprozesses. Folglich setzt eine Ausschöpfung des technischen und umweltbezogenen Potenzials der Betonbauweise höchste Expertise bei den Einzelakteuren der Bauindustrie voraus.
Bewertung der Innenhydrophobierung von Fahrbahndeckenbetonen als neuartige AKR-Vermeidungsstrategie
(2022)
Zur Nutzbarmachung grenzwertig alkaliempfindlicher Gesteinskörnungen für Betonfahrbahndecken wurde basierend auf einer Literaturrecherche die Eignung von je einem Innenhydrophobierungsmittel auf der Basis eines Kalziumstearats (HM-A), eines Silan-Siloxan-Gemisches (HM-B) sowie eines der Vertraulichkeit unterliegenden Wirkstoffs (HM-C) für die neuartige AKR-Vermeidungsstrategie untersucht. Die Basis für die Eignungsuntersuchungen bildeten die Rezepturen im ARS 04/2013 für den OB (D>8)/UB sowie für den OB 0/8. Zur Herausarbeitung des Einflusses des Hydrophobierungsmittels auf die schädigende AKR fand in der groben Kornfraktionen ein alkaliempfindlicher Grauwackesplitt Anwendung. Aufgrund der unterschiedlichen Wechselwirkung zwischen dem LP-Bildner und dem Hydrophobierungsmittel wurde seine Dosierung beim HM-A reduziert sowie beim HM-B geringfügig und beim HM-C um ein Vielfaches erhöht.
Ausgehend von den ausgewählten Rezepturen mit den unterschiedlichen Hydrophobierungsmitteln wurden bei den Untersuchungen u.a. folgende Erkenntnisse gewonnen:
• Nachweis der Funktionalität aller drei Hydrophobierungsmittel im Festbeton durch signifikant reduzierte kapillare Aufnahme der Prüflösung.
• Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und des Frost-Tausalzwiderstands des OB (D>8)/UB bei Zugabe aller Hydrophobierungsmittel.
• Verzicht auf den Einsatz des HM-A im OB (D>8)/UB aufgrund drastischer Verschlechterung der Verarbeitbarkeit des Frischbetons und hohem Festigkeitsverlust.
• Verzicht auf den Einsatz des HM-B im OB (D>8)/UB aufgrund der Überschreitung des Dehnungsgrenzwerts nach dem 9. bzw. 10. Zyklus (mit bzw. ohne zyklischer Vorschädigung) und der einhergehenden starken Abwitterung bei der KWL mit NaCl-Lösung.
• Nachweis nachhaltiger Verminderung schädigender AKR in beiden Betonarten mit HM-C in Klimawechsellagerung und 60°C-Betonversuch mit externer Alkalizufuhr, allerdings zu Lasten der mechanischen Eigenschaften und des Frost-Tausalz-Widerstands.
Fazit: Bei geeigneter Wirkstoffauswahl hat die Innenhydrophobierung das Potenzial für die Nutzbarmachung grenzwertiger Gesteinskörnung. Ihre Überführung in die Praxis erfordert jedoch eine weitere ganzheitliche Optimierung der Baustoffperformance. Das schließt auch die Verifizierung gezielter betontechnologischer Maßnahmen zur Verminderung der Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und des Frost-Tausalz-Widerstandes ein.
Im Rahmen des Forschungsprojektes IGF 20470N wurden Untersuchungen zum Alterungsverhalten von reaktiven Brandschutzsystemen (RBS) auf Stahlbauteilen durchgeführt. Mithilfe der Ergebnisse einer umfangreichen Literaturrecherche sowie experimentellen und numerischen Untersuchungen sollte ein Vorschlag für ein Prüfkonzept zum Nachweis einer Nutzungsdauer von RBS von mehr als 10 Jahren auf Basis von Kurzzeitversuchen abgeleitet werden. Dabei setzt die Bewertung des Alterungsverhaltens von RBS voraus, dass die Mechanismen der Alterung hinreichend bekannt sind.
Dafür wurden zunächst systematisch Daten von Kurz- und Langzeitversuchen von nationalen Zulassungsprüfungen der letzten Jahrzehnte ausgewertet. Anschließend wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an einer wasserbasierten sowie einer epoxidharzbasierten Richtrezeptur durchgeführt. Da aus der Literatur bekannt ist, dass die Einflüsse der Bewitterung zu einer Veränderung der Konzentration der Bestandteile innerhalb der Beschichtung führen können, wurden Untersuchungen mit Mangelrezepturen durchgeführt, wobei systematisch einzelne Bestandteile reduziert wurden. Neben optischen Untersuchungen wurden thermoanalytische Verfahren (DSC-TG-, ATR-FTIR-, Elementar-, Farbanalyse) angewandt sowie Brandversuche an beschichteten Stahlplatten durchgeführt. Des Weiteren wurden die Richtrezepturen den beschleunigten Kurzzeitversuchen gemäß EAD 350402-00-1106 (2017) unterzogen, welche die Zulassung von Produkten auf europäischer Ebene regelt. Für die wasserbasierte Richtrezeptur wurden die Bewitterung für den feuchten Innenraum (Typ Z1) mehrfach wiederholt (1x, 3x, 6x). Für die epoxidharzbasierte Richtrezeptur entsprach die Bewitterung dem Zyklus für die Außenanwendung (Typ X). In Brandversuchen sowie thermoanalytischen und optischen Untersuchungen wurde das Alterungsverhalten sowie die thermische Schutzwirkung analysiert.
Anschließend wurden numerische Simulationen von Stahlbauteilen mit gealterten RBS durchgeführt und anhand der experimentellen Untersuchungen validiert. Mithilfe der numerischen Modelle kann eine Bewertung der thermischen Schutzwirkung von Stahlbauteilen mit gealterten RBS vorgenommen werden.
Mithilfe der gesammelten Erkenntnisse wurde ein Vorschlag für ein Prüfkonzept für den Nachweis einer Nutzungsdauer von mehr als 10 Jahren abgeleitet. Das Prüfkonzept besteht dabei aus einem Katalog von Möglichkeiten, die aktuellen Zulassungsprüfungen auf europäischer Ebene für eine Nutzungsdauer von 10 Jahren auf einen längeren Zeitraum zu erweitern.
Overview of the state of the art and current trends with the main topics:
- renewable sources in flame retardant polymers (flame retarded bio-polymers and biocomposites; bio-flame retardants, renewable adjuvants from industrial waste)
- flame retardancy meets sustainability
- concepts between analogy and out-of-the-box.
Renewable alternatives for common thermoset resins are demanded to go for sustainability. The objective is to create a flame retarded epoxy resin from a commercial bio epoxy resin with halogen free inorganic and organic flame retardants, respectively. Alumina trihydrate, aluminum diethyl phosphinate, a DOPO-based phosphonamidate and ammonium polyphosphate seem to have promising performances. Properties are enhanced with different bio fillers: pyrolyzed cocoa shells and plant waste (provided by Otto A. Müller Recycling GmbH, thanks!), short fibers and nonwovens of the natural fiber kenaf, hydroxypropyl-ß-cyclodextrin and sulfobutylether-ß-cyclodextrin.
Fire performance is investigated by cone calorimeter examinations, LOI and UL-94 ratings. Thermal analysis is given by TG-FTIR and DSC measurements.
Combinations of flame retardants and bio-fillers lead to reduced PHRR and THR, reach V0 in UL-94 and have a significant increase in LOI of up to 37 vol.-%. 10 % ammonium polyphosphate with 10 % pyrolyzed cocoa shell performs best, builds a magnificent protective layer, and shows good intumescence.
Brandschutz
(2022)
Brände zerstören immer wieder wichtige Kulturgüter und gefährden nationales Kulturerbe. Das Projekt BRAWA erarbeitet neue Strategien und innovative Technologien, um die Brandsicherheit historischer Gebäude zu erhöhen. Dabei basiert das Konzept auf der Vernetzung von Sensoren, die bereits beim Auftreten bestimmter Gase in der Frühphase der Brandentstehung Alarm auslösen. Durch ein neuartiges Helferkonzept soll eine frühe Branderkennung und -bekämpfung ermöglicht werden.
Der Beitrag stellt experimentelle Untersuchungen zum Feuerwiderstand von Carbonzuggliedern vor. Die Anwendung von Zuggliedern aus Carbon ist durch die außergewöhnlich gute Ermüdungs- sowie hohe Zugfestigkeit des Werkstoffs motiviert. Ferner ergibt sich gegenüber Stahl eine deutliche Reduzierung des Querschnitts. Perspektivisch sollen damit Stahlzugglieder im Netzwerkbogenbrückenbau ersetzt werden. Durch die Materialsubstitution werden Ressourcen nicht nur beim Zugglied selbst, sondern auch am Gesamttragwerk der Brücke eingespart. Da zum Tragverhalten von Carbonzuggliedern im Brandfall bislang keine Erkenntnisse vorliegen, sollen mit Hilfe von Bauteilbrandversuchen die Versagensmechanismen sowie die grundsätzliche Gleichwertigkeit gegenüber konventionellen Stahlhängern untersucht werden.
Der Beitrag beschreibt die Durchführung und die Ergebnisse von Brandversuchen an mechanisch belasteten Carbonzuggliedern. Die realmaßstäblichen Versuche werden am unikalen Zugbauteil-prüfofen der BAM im Mai 2022 durchgeführt. Das Versuchsprogramm umfasst vier Carbonzugglieder mit kreisrunden Querschnitten in zwei verschiedenen Durchmessern, ⌀36 mm und ⌀51 mm. Aus Gründen der Vergleichbarkeit erfolgt die Brandbeanspruchung nach Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK). Während des Brandversuches wird die axiale Prüfkraft von 750 kN bzw. 1500 kN bis zum Eintreten des Probenversagens konstant gehalten. Zusätzlich werden die Längsverformung sowie die Bauteil- und Brandraumtemperaturen aufgezeichnet.
In einem Vorversuch an einem unbelasteten Bauteilabschnitt eines Carbonzuggliedes konnte das Brand- und Erwärmungsverhalten des Verbundmaterials untersucht werden. Dabei zeigten sich Makrorisse und eine Zersetzung der Kunststoffmatrix sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit der Kohlenstofffasern. Durch das Fehlen der schützenden Matrix reagierten die Carbonfasern sensibel auf Querbeanspruchung. Dies führte zu einem Bruch und Ablösen der oberflächennahen Fasern.
Within a DFG-funded research group, we investigate the possibility of concrete damage assessment with coda waves. Coda wave interferometry (CWI) can be a valuable asset to structural health monitoring (SHM) as we can detect small signal changes and quantify them with the calculation of relative velocity changes. By equipping an in-service road bridge with more than 24 embedded ultrasonic transducers, we want to analyze how methods developed within the research group perform in an uncontrollable environment. We evaluate individual source-receiver combinations for detection of temporal changes as well as the entire installed sensor array to create maps of material change comparing two distinct states of the bridge.
We present our achievements in the development of distributed fiber optic sensing systems based on Brillouin optical frequency-domain analysis for structural health monitoring. The focus of the applications is on the gapless monitoring of geotechnical structures, large area infrastructures and electrical grids. The work includes the latest use of machine learning algorithms to reduce measurement time by coexistent increasing the measurement accuracy.
The current understanding of the carbonation and the prediction of the carbonation rate of alkali-activated concretes is complicated inter alia by the wide range of binder chemistries used and testing conditions adopted. To overcome some of the limitations of individual studies and to identify general correlations between mix design parameters and carbonation resistance, the RILEM TC 281-CCC ‘Carbonation of Concrete with Supplementary Cementitious Materials’ Working Group 6 compiled and analysed carbonation data for alkali-activated concretes and mortars from the literature. For comparison purposes, data for blended Portland cement-based concretes with a high percentage of SCMs (≥ 66% of the binder) were also included in the database. The analysis indicates that water/CaO ratio and water/binder ratio exert an influence on the carbonation resistance of alkali-activated concretes; however, these parameters are not good indicators of the carbonation resistance when considered individually. A better indicator of the carbonation resistance of alkali-activated concretes under conditions approximating natural carbonation appears to be their water/(CaO + MgOeq + Na2Oeq + K2Oeq) ratio, where the subscript ‘eq’ indicates an equivalent amount based on molar masses. Nevertheless, this ratio can serve as approximate indicator at best, as other parameters also affect the carbonation resistance of alkali-activated concretes. In addition, the analysis of the database points to peculiarities of accelerated tests using elevated CO2 concentrations for low-Ca alkali-activated concretes, indicating that even at the relatively modest concentration of 1% CO2, accelerated testing may lead to inaccurate predictions of the carbonation resistance under natural exposure conditions.
A prediction software has been developed by BAM. The following topics have still be solved. A realistic irregularity spectrum can be derived from axle-box measurements. It agrees wel with the spectrum used for the high-speed 2 project in the United Kingdom. In addition, the scattering of axle pulses should be included. This mid-frequency component can also be found in the HS2 procedure. Finally, the reduction in case of a tunnel line compared to a surface line should be included. Some measurement results of BAM, HS2 and other institutes show a certain mid-frequency reduction. This is due to the load distribution of the tunnel which yields softer axle pulses and the scattered axle impulses are reduced.
Nach einer kurzen Einführung in die Schallemissionsprüfung und -Analyse wird ein Versuchsstand vorgestellt, der im Rahmen des Themenfeldprojektes Seal Waste Safe installiert wurde. Schwerpunkt des Vortrages sind die Schallemissionsmessungen an einem 150 l Demonstrator aus Salzbeton und einem weiteren aus alkali-aktiviertem Material. Neben der konventionellen Schallemissionsanaylse mit Aktivitäts- und Intensitätsparametern der Zeitsignale, werden auch frequenzbasierte Parameter zur Analyse andiskutiert.
The structural build-up of fresh cement paste is often considered as a purely thixotropic phenomenon in literature even though cementitious materials undergo a non-reversible hydration process that can have an influence on the structuration process. In the current paper a method is proposed to validate the impact of the non-reversible structural build-up. It is shown that fresh cement paste samples lose their structural gain almost completely due to thixotropy while the structural build-up due to hydration can be observed but occurs in a significantly lower order of magnitude over the course of the first hours of hydration. In addition, it is shown, that the chemical component of the structural build-up accelerates with the onset of the acceleration period of hydration, while its contribution in the entire structural build-up remains constant.
Der Vortrag beleuchtet die Schnittstelle zwischen Chemikalienrecht und Störfallrecht. Der Hintergrund, die Struktur und wichtige Eckpunkte der CLP-Verordnung werden vorgestellt. Instrumente und Beispiele zur Verifizierung von Einstufungen nach CLP im Hinblick auf die Anwendung unter der Seveso-Richtlinie bzw. der Störfallverordnung werden erläutert. Außerdem werden mögliche Konsequenzen für Änderungen im Anwendungsbereich der Seveso-Richtlinie besprochen.
Ultrasonic Coda Wave interferometry has the potential to detect minute changes in scattering materials like concrete. By permanently installing ultrasonic transducers in concrete, DFG Research unit CoDA aims to develop methods for concrete damage assessment in Germany's aging infrastructure. To test the methods developed in simulations and laboratory experiments on a large scale, we have implemented several ultrasonic transducers at the Gänstorbrücke Ulm, one of Germany's most monitored road bridges. Since fall 2020 we are monitoring parts of the center of the Bridge, as well as an abutment, and compare the results to the commercial monitoring system. All data is recorded with a self-made data collection device, the so-called W-Box, and analyzed with different coda wave-based algorithms to detect signal and volumetric velocity changes. The long-term measurements show that the influence of temperature changes on strains and therefore ultrasound velocity changes calculated with coda waves can be monitored. The capabilities and limitations of the coda wave-based monitoring system are tested in a controlled experiment. Static loading using a truck with varying loads at several positions allows the calibration of the system to improve the detectability of possibly damaging loads and changes induced by this loading. A map of velocity change analyzing data from this load experiment shows that the influence of load on the material and strain distribution can be detected with array measurements.
Ultrasonic Coda Wave interferometry has the potential to detect minute changes in scattering materials like concrete. By permanently installing ultrasonic transducers in concrete, DFG Research unit CoDA aims to develop methods for concrete damage assessment in Germany's aging infrastructure. To test the methods developed in simulations and laboratory experiments on a large scale, we have implemented several ultrasonic transducers at the Gänstorbrücke Ulm, one of Germany's most monitored road bridges. Since fall 2020 we are monitoring parts of the center of the Bridge, as well as an abutment, and compare the results to the commercial monitoring system. All data is recorded with a self-made data collection device, the so-called W-Box, and analyzed with different coda wave-based algorithms to detect signal and volumetric velocity changes. The long-term measurements show that the influence of temperature changes on strains and therefore ultrasound velocity changes calculated with coda waves can be monitored. The capabilities and limitations of the coda wave-based monitoring system are tested in a controlled experiment. Static loading using a truck with varying loads at several positions allows the calibration of the system to improve the detectability of possibly damaging loads and changes induced by this loading. A map of velocity change analyzing data from this load experiment shows that the influence of load on the material and strain distribution can be detected with array measurements.
Concrete structures are invaluable assets to a society and managing them efficiently and effectively can be supported by information gathered through structural health monitoring (SHM). In this paper, a combined approach based on passive, i.e., acoustic emission (AE), and active, i.e., ultrasonic stress wave (USW) monitoring techniques for application to concrete structures is proposed and evaluated. While AE and USW are based on the same underlying physics, i.e., wave motion in solids, they differ fundamentally with respect to the nature of the source. For the former, external stimuli such as mechanical loads or temperature cause the rapid release of energy from initially unknown locations. As a result, AE events are unique and cannot be repeated. For the latter, a known source at a known location is employed at a specified time. This approach is thus controlled and repeatable. It is
argued that a combination of these two techniques has the potential to provide a more comprehensive picture of ongoing fracture processes, damage progression, as well as slowly occurring aging and degradation mechanisms.
This combined approach does thus promise new opportunities to support condition assessment of concrete structures. After providing an overview and comparison of the two techniques, results, and observations from a full-scale laboratory experiment and an in-service bridge monitoring study are discussed to demonstrate the promise of the proposed combined monitoring approach. Finally, suggestions for further work are presented.
A conclusion on the WIPANO research project "Safety of Prestressing Steel" was presented in the final committee meeting at the end of the project. The project's exciting findings and recommendations for a new method were discussed with the audience of national and international stakeholders of the prestressing steel industry and representatives of inspection bodies and standardization.
There are several standardized ignition sources in use for the determination of explosion characteristics of gases, vapors and dusts. In the standards the ignition source is stated, but they vary in stating other characteristics like burning duration, energy or burning volume. Since heat is not visible under normal circumstances a Schlieren-Technique was used to make the full heating volume and not just the flames visible.
While an earlier paper of the authors focused on the ignition energy and burning duration of four standardized ignition sources, this paper focuses on the initial igniting volume, the ratio between initial igniting volume and the test-vessel size and other phenomena that were observed with the Schlieren-Technique-.
There are several standardized ignition sources in use for the determination of explosion characteristics of gases, vapors and dusts. In the standards the ignition source is stated, but they vary in stating other characteristics like burning duration, energy or burning volume. Since heat is not visible under normal circumstances a Schlieren-Technique was used to make the full heating volume and not just the flames visible. While an earlier paper of the authors focused on the ignition energy and burning duration of four standardized ignition sources, this paper focuses on the initial igniting volume, the ratio between initial igniting volume and the test-vessel size and other phenomena that were observed with the Schlieren-Technique.
Composites in Fire and Flame
(2022)
Overview over the research results of the BAM in the field fire retardancy of composites. In different applications the flame retardancy of composites targets on different fire protection goals in the fire scenarios ignition, developing fire, and fully developed fire. Efficient solutions are tailored to pass a distinct fire test and to fit to a specific material. Flame inhibition as main flame retardancy mode of action combined with a minor mode of action in the condensed phase is general very efficient approach for composites. Alternatively residue design is demanded to achieve good results with only condensed phase mechanisms. Improving the fire stability asks for protective fire residues.
The integral collection of information such as strains, cracks, or temperatures by ultrasound offers the best prerequisites to monitor structures during their lifetime. In this paper, a novel approach is proposed which uses the collected information in the coda of ultrasonic signals to infer the condition of a structure. This approach is derived from component tests on a reinforced concrete beam subjected to four-point bending in the lab at Ruhr University Bochum. In addition to ultrasonic measurements, strain of the reinforcement is measured with fiber optic sensors. Approached by the methods of moment-curvature relations, the steel strains serve as a reference for velocity changes of the coda waves. In particular, a correlation between the relative velocity change and the average steel strain in the reinforcement is derived that covers 90% of the total bearing capacity. The purely empirical model yields a linear function with a high level of accuracy (R 2 =0.99, R2=0.99, RMSE≈90μ
RMSE≈90μ strain).
A global transition towards more sustainable, affordable and reliable energy systems is being stimulated by the Paris Agreement and the United Nation's 2030 Agenda for Sustainable Development. This poses a challenge for the corrosion industry, as building climate‐resilient energy systems and infrastructures brings with it a long‐term direction, so as a result the long‐term behaviour of structural materials (mainly metals and alloys) becomes a major prospect. With this in mind “Corrosion Challenges Towards a Sustainable Society” presents a series of cases showing the importance of corrosion protection of metals and alloys in the development of energy production to further understand the science of corrosion, and bring the need for research and the consequences of corrosion into public and political focus. This includes emphasis on the limitation of greenhouse gas emissions, on the lifetime of infrastructures, implants, cultural heritage artefacts, and a variety of other topics.
Commercially available carbon steels are suitable for compression and pipelines as long as moisture content and impurities are limited. (water 50 to 100 ppmv, SO2 and NO2 ca. 100 ppmv) Corrosion rates increase with increasing water content. (0.2 – 20 mm/a) Condensation of acids and therefore droplet formation is always possible, even at low water contents. A low SO2 content within the CO2-stream might be more important than a low water content. Cr13-steels showed a general susceptibility to shallow pitting and pitting. So, they seem to be not suitable for CCUS applications. Low alloyed steels showed better corrosion behavior (predictable uniform corrosion). For direct contact with saline aquifer fluids only high alloyed steels shall be used.
In order to obtain a statement on the corrosion resistance of stainless steel against pitting corrosion, a well-tested measuring arrangement is required. For this purpose, the so-called ECISS test can be used to determine the critical chloride content. This makes it possible to assess the corrosion resistance of various stainless steels that have different chromium contents.
Damage Assessment of Civil Structures Using Wave Propagation Analysis and Transmissibility Functions
(2022)
A common damage detection method in civil engineering is to monitor dynamic characteristics such as natural frequencies and modal shapes, which are directly related to the structural stiffness. However, the discrepancy in measured natural frequencies may result from environmental changes, the soil-structure interaction or effects caused by earthquakes. This makes it difficult to decide whether the local change in structural properties is caused by damage or other factors. To address this challenge and thus improve the current damage detection method, the wave propagation analysis method and the transmissibility relationship were considered. In our study, the wave propagation field in structures was reconstructed by applying the Normalized-Input-Output-Minimization (NIOM) method to vibration recordings. Wave velocities and transmissibility functions were considered as reference values for the damage indicators. This paper demonstrates the evaluation of local property changes in two examples of large-scale structures: a 14-story RC building and a 64 m long pedestrian bridge. The proposed damage indicators show a clear correspondence to structural changes.
Due to the high damping mechanical properties of fibreboard materials, corrugated fibreboard boxes are widely used as transport packages of dangerous goods.
Since there is a hazard of vertical impact within the distribution system, drop tests are performed as design type tests to assess the package’s ability to withstand damage. However, there is little information in this context regarding the mechanical response of a filled fibreboard box.
This work aims to propose a concept utilizing experimental drop test results by means of finite-element (FE) analyses in order to predict the damage resistance of complete, filled corrugated fibreboard boxes which are ready for transportation.
Structural health monitoring is a promising technology to automatically detect structural changes based on permanently installed sensors. Vibration-based methods that evaluate the global system response to ambient excitation are suited to diagnose changes in boundary conditions, i.e., changes in member prestress or imposed displacements. In this paper, these changes are evaluated based on sensitivity-based statistical tests, which are capable of detecting and localizing parametric structural changes. The main contribution is the analytical calculation of sensitivity vectors for changes in boundary conditions (i.e., changes in prestress or support conditions) based on stress stiffening, and the combination with a numerically efficient algorithm, i.e., Nelson’s method. One of the main advantages of the employed damage diagnosis algorithm is that, although it uses physical models for damage detection, it considers the uncertainty in the data-driven features, which enables a reliabilitybased approach to determine the probability of detection. Moreover, the algorithm can be trained and the probability of detecting future damages can be predicted based on data and a model from the undamaged structure,
in an unsupervised learning mode, making it particularly relevant for unique structures, where no data from the damaged state is available. For proof of concept, a numerical case study is presented. The study assesses the loss of prestress in a two-span reinforced concrete beam and showcases suitable validation approaches for the sensitivity calculation.
A method to determine the influencing parameters of a structural and damage detection system is proposed based on the value of Information analysis. The value of information analysis utilizes the Bayesian pre-posterior decision theory to quantify the value of damage detection system for the structural integrity management during service life. First, the influencing parameters of the structural system, such as deterioration type and rate are introduced for the performance of the prior probabilistic system model. Then the influencing parameters on the damage detection system performance, including number of sensors, sensor locations, measurement noise, and the Type-I error are investigated. The preposterior probabilistic model is computed utilizing the Bayes’ theorem to update the prior system model with the damage indication information. Finally, the value of damage detection system is quantified as the difference between the maximum utility obtained in pre-posterior and prior analysis based on the decision tree analysis, comprising structural probabilistic models, consequences, as well as benefit and costs analysis associated with and without monitoring. With the developed approach, a case study on a statically determinate Pratt truss bridge girder is carried out to validate the method. The analysis shows that the deterioration rate is the most sensitive parameter on the effect of relative value of information over the whole service life. Furthermore, it shows that more sensors do not necessarily lead to a higher relative value of information; only specific sensor locations near the highest utilized components lead to a high relative value of information; measurement noise and the Type-I error should be controlled and be as small as possible. An optimal sensor employment with highest relative value of information is found. Moreover, it is found that the proposed method can be a powerful tool to develop optimal service life maintenance strategies—before implementation—for similar bridges and to optimize the damage detection system settings and sensor configuration for minimum expected Costs and risks.
The knowledge of the thermal parameters of a particular concrete is essential for thermal design of a building, but also could help to identify and assess the state of a concrete structure. Active thermography has the potential to be applied onsite and to provide a fast investigation of thermal properties. In this work, three different concrete samples were investigated by active thermography in reflection and in transmission setup. It was found that this method yields the same results without direct contact as the Transient Plane Source (TPS) method as an established inspection tool.
The 87Sr/86Sr isotope ratio can, in principle, be used for provenancing of cement. However, while commercial cements consist of multiple components, no detailed investigation into their individual 87Sr/86Sr isotope ratios or their influence on the integral 87Sr/86Sr isotope ratio of the resulting cement was conducted previously. Therefore, the present study aimed at determining and comparing the conventional 87Sr/86Sr isotope ratios of a diverse set of Portland cements and their corresponding Portland clinkers, the major component of these cements. Two approaches to remove the additives from the cements, i.e. to measure the conventional 87Sr/86Sr isotopic fingerprint of the clinker only, were tested, namely, treatment with a potassium hydroxide/sucrose solution and sieving on a 11-µm sieve. Dissolution in concentrated hydrochloric acid/nitric acid and in diluted nitric acid was employed to determine the 87Sr/86Sr isotope ratios of the cements and the individual clinkers. The aim was to find the most appropriate sample preparation procedure for cement provenancing, and the selection was realised by comparing the 87Sr/86Sr isotope ratios of differently treated cements with those of the corresponding clinkers. None of the methods to separate the clinkers from the cements proved to be satisfactory. However, it was found that the 87Sr/86Sr isotope ratios of clinker and cement generally corresponded, meaning that the latter can be used as a proxy for the clinker 87Sr/86Sr isotope ratio. Finally, the concentrated hydrochloric acid/nitric acid dissolution method was found to be the most suitable sample preparation method for the cements; it is thus recommended for 87Sr/86Sr isotope analyses for cement provenancing.
The mechanical and geometrical properties of impact targets greatly influence the outcome of a drop test. The International Agreement concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road (ADR) as well as ISO 2248 describe the characteristics of impact targets for drop tests of dangerous goods packagings.
According to these regulations, the impact target’s surface needs to be unyielding, under testing conditions non-deformable, flat, and integral with a mass at least 50 times that of the heaviest packaging to be tested. The problem is that many production facilities, especially manufacturers of corrugated fibreboard boxes, do not have their own testing device with the required 50 times mass ratio of the impact target for a regulation compliant drop test during series production. Furthermore, at UN level it is considered necessary to revise these requirements.
In the present paper, the impact target requirements are examined in detail and compared with those in other technical areas (e.g., impact target for container for the transport of radioactive materials). A research method is being developed to investigate the dependency between the mass ratio of the packaging and the target as well as the damage resistance of a drop tested package in relation to specific design characteristics. The results are of high relevance for industry purposes and intended to ensure a uniform level of safety assessment for the mechanical testing of dangerous goods packagings.
The mechanical and geometrical properties of impact targets greatly influence the outcome of a drop test. The International Agreement concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road (ADR) as well as ISO 2248 describe the characteristics of impact targets for drop tests of dangerous goods packagings.
According to these regulations, the impact target’s surface needs to be unyielding, under testing conditions non-deformable, flat, and integral with a mass at least 50 times that of the heaviest packaging to be tested. The problem is that many production facilities, especially manufacturers of corrugated fibreboard boxes, do not have their own testing device with the required 50 times mass ratio of the impact target for a regulation compliant drop test during series production. Furthermore, at UN level it is considered necessary to revise these requirements.
In the present paper, the impact target requirements are examined in detail and compared with those in other technical areas (e.g., impact target for container for the transport of radioactive materials). A research method is being developed to investigate the dependency between the mass ratio of the packaging and the target as well as the damage resistance of a drop tested package in relation to specific design characteristics. The results are of high relevance for industry purposes and intended to ensure a uniform level of safety assessment for the mechanical testing of dangerous goods packagings.
Die Definition und Beschreibung der Einfügedämmung im Normentwurf DIN 45673-4 ist noch nicht richtig. Es wird die Beschreibung aus DIN 45673-3 herangezogen, die für Messungen gilt. Für die drei Rechenverfahren gibt es jeweils eine passende Beschreibung. Mit diesen Vorlagen ist eine vernünftige Definition der Einfügungsdämmung zu finden. Es bedarf einer Abgrenzung gegenüber anderen (falschen) Möglichkeiten. Des Weiteren ist der Anhang 2 erweitert und der Parametersatz im Anhang 1 auf das Wesentliche reduziert worden.
Irregularities of the track are a main cause of train-induced ground vibration, and track maintenance is of great importance. Although geometric irregularities at the wheel-rail contact are widely used, other types of irregularities, such as stiffness irregularities, irregularities from different track positions and irregularities in the wave propagation, were analysed in the present study. The track behaviour was investigated by a multi-beam-on-soil model. This track model is coupled with a vehicle model to calculate the vehicle–track interaction. The track model was also used for the track filtering, which transfers a track support error to the equivalent rail irregularity or, conversely, the sharp axle pulse on the rail to a smoother pulse on the soil. In the case in which this filtering varies randomly along the track, the pulses of the moving static load induce a certain ground Vibration component (“the scatter of axle pulses”). This effect was calculated by the superposition of axle pulses in the frequency domain and by a stochastic simulation. Simultaneous vehicle, track and soil measurements at a certain site were used to evaluate the different excitation and ground Vibration components. The agreement between calculations and axle-box and soil measurements is good. The ground vibrations calculated from rail irregularities and corresponding dynamic loads, however, clearly underestimate the measured ground vibration amplitudes. Only the static load that is moving over a varying track support stiffness can produce the important mid-frequency ground Vibration component by the scatter of axle pulses.
Die moderne Gesellschaft in Deutschland und Europa profitiert von der hervorragenden baulichen Infrastruktur, die für uns viele Aspekte aus den Bereichen Mobilität, Energieversorgung, Transport, Umweltschutz, (Nah-)Erholung und Gefahrenabwehr zur Alltäglichkeit werden lassen und uns ein hohes Gefühl der technischen Sicherheit vermitteln. Viele der Annehmlichkeiten, wie beispielweise ein Hochgeschwindigkeitseisenbahnverkehrsnetz, zuverlässige Stromversorgung im europäischen Verbundsystem und ein immenser Personen-, Güter- und Warenverkehr auf der Straße, zu Wasser und in der Luft ist ohne eine leistungsfähige, resiliente und zuverlässige bauliche Infrastruktur undenkbar.
The contribution discusses the processing and analysis of data generated on two different ways of investigations for impact damage in reinforced concrete structures. Damage investigations are essential to determine type and characteristics of damage and thus the residual capacity. Damage describing data is generated using two different types of investigation, a non-destructive tomographic as well as numerical examination. Subsequently, data of both sources was merged and analysed. Within the research project “Behaviour of structural components during impact load conditions caused by aircraft fuel tank collision” reinforces concrete plates were damaged by impact loading, see Hering (2020). Afterwards the damaged specimens were investigated tomographically as well as numerically using several methods and models. Aim of the presented research work was to specify an objective comparability of numerical data with experimentally determined damage patterns and based on this, to establish a quantitative damage evaluation.
The contribution discusses the processing and analysis of data generated on two different ways of investigations for impact damage in reinforced concrete structures. Damage investigations are essential to determine type and characteristics of damage and thus the residual capacity. Damage describing data is generated using two different types of investigation, a non-destructive tomographic as well as numerical examination. Subsequently, data of both sources was merged and analysed. Within the research project “Behaviour of structural components during impact load conditions caused by aircraft fuel tank collision” reinforces concrete plates were damaged by impact loading, see Hering (2020). Afterwards the damaged specimens were investigated tomographically as well as numerically using several methods and models. Aim of the presented research work was to specify an objective comparability of numerical data with experimentally determined damage patterns and based on this, to establish a quantitative damage evaluation.
In this paper, a cost-efficient distributed fiber optic measurement system based on Rayleigh scattering is presented. The distributed digital incoherent optical frequency domain reflectometry (I-OFDR) method is developed for detection of significantly large strain in the range from 3 % up to 10 % as required by end users. For this purpose, a vector network analyzer used in the I-OFDR is replaced by a compact and cost-effective digital data acquisition system. This digital emitting/receiving unit enables the recording of the complex transfer function carrying information about the local deformations along the entire sensing fiber.
In this presentation, a cost-efficient distributed fiber optic measurement system based on Rayleigh scattering is shown. The distributed digital incoherent optical frequency domain reflectometry (I-OFDR) method is devel-oped for detection of significantly large strain in the range from 3 % up to 10 % as required by end users. For this purpose, a vector network analyzer used in the I-OFDR is replaced by a compact and costeffective digital data acquisition system. This digital emitting/receiving unit enables the recording of the complex transfer function carrying information about the local deformations along the entire sensing fiber.
The train passages over intact or damaged slab tracks on different soils have been calculated by two methods. The finite element method (FEM) uses a Winkler soil under the track model by adding a thin “soil layer”. The combined finite element boundary element method has a continuous soil model which is included by the boundary element method. The basic results are the distributions of the track (rail, track plate, and base layer) displacements along the track for a single axle laod. These solutions are superposed to a complete train load and transformed to time histories. The influence of track and soil parameters has been analysed. The main interest is the influence of the track damage. A gap between track plate and base layer of different lengths has been studied for changes in amplitudes and widths of deflection. A best fit to measured track displacements has been found so that the track damage can be identified and quantified. The FEM model with Winkler soil cannot be fitted to the amplitude and width with the same soil parameters. Therefore, the FEBEM model is preferable for these railway track problems.
Falltürme sind Bauwerke, die als Versuchsanlagen sehr speziellen, impulsartigen Belastungen ausgesetzt sind. Am Fallturm auf dem Testgelände Technische Sicherheit (TTS) der BAM wurde bei Routineinspektionen eine Abnahme der strukturellen Integrität in Form von Vorspannungsverlusten in den Bolzen der Stahlverbindungen festgestellt. Um ein Verständnis für die zugrundeliegenden Trag- und Schädigungsmechanismen zu erlangen, wurde ein umfassendes Structural Health Monitoring (SHM) System geplant und am Bauwerk installiert unter Nutzung von digitalen Bauwerksmodellen. Für die Auslegung des Überwachungssystems, insbesondere aber zur Unterstützung der Untersuchung des Schädigungsprozesses, wurden Finite-Elemente-Modelle erstellt. Um sicherzustellen, dass die FE-Modelle das reale Tragwerksverhalten mit ausreichender Genauigkeit abbilden, mussten sie jedoch in Bezug auf die gemessenen Antworten des Tragwerks kalibriert werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt experimentelle und numerische Untersuchungen zur Identifizierung des strukturellen Systems des Stahlrohrgitterturms in Vorbereitung einer Überwachungskampagne. Die Auswertung von gemessenen Schwingungen unter ambienter Anregung ermöglichte die Identifizierung der Eigenfrequenzen mehrerer globaler Schwingungsmoden des Fallturms. Zur Modellvalidierung wurde zunächst eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um die Parameter mit dem größten Einfluss zu ermitteln. Anschließend wurde ein evolutionärer Algorithmus (EA) zur Optimierung nach dem Prinzip der Minimierung der Differenzen zwischen gemessenen und simulierten charakteristischen Antworten eingesetzt. Das aktualisierte Modell wurde schließlich an der dynamischen Reaktion der Turmstruktur infolge einer realen Falltest-induzierten Stoßbelastung validiert. Die Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen.
Falltürme sind Bauwerke, die als Versuchsanlagen sehr speziellen, impulsartigen Belastungen ausgesetzt sind. Am Fallturm auf dem Testgelände Technische Sicherheit (TTS) der BAM wurde bei Routineinspektionen eine Abnahme der strukturellen Integrität in Form von Vorspannungsverlusten in den Bolzen der Stahlverbindungen festgestellt. Um ein Verständnis für die zugrundeliegenden Trag- und Schädigungsmechanismen zu erlangen, wurde ein umfassendes Structural Health Monitoring (SHM) System geplant und am Bauwerk installiert unter Nutzung von digitalen Bauwerksmodellen. Für die Auslegung des Überwachungssystems, insbesondere aber zur Unterstützung der Untersuchung des Schädigungsprozesses, wurden Finite-Elemente-Modelle erstellt. Um sicherzustellen, dass die FE-Modelle das reale Tragwerksverhalten mit ausreichender Genauigkeit abbilden, mussten sie jedoch in Bezug auf die gemessenen Antworten des Tragwerks kalibriert werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt experimentelle und numerische Untersuchungen zur Identifizierung des strukturellen Systems des Stahlrohrgitterturms in Vorbereitung einer Überwachungskampagne. Die Auswertung von gemessenen Schwingungen unter ambienter Anregung ermöglichte die Identifizierung der Eigenfrequenzen mehrerer globaler Schwingungsmoden des Fallturms. Zur Modellvalidierung wurde zunächst eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um die Parameter mit dem größten Einfluss zu ermitteln. Anschließend wurde ein evolutionärer Algorithmus (EA) zur Optimierung nach dem Prinzip der Minimierung der Differenzen zwischen gemessenen und simulierten charakteristischen Antworten eingesetzt. Das aktualisierte Modell wurde schließlich an der dynamischen Reaktion der Turmstruktur infolge einer realen Falltest-induzierten Stoßbelastung validiert. Die Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen.
The low calcination temperature for clays (600° C) and a low CO2 footprint compared to cement make them an interesting material. To find a stabilization method for loam using calcined clays, activation by alkalis was necessary. Therefore (and to keep the mixture environmentally friendly) KOH was used as alkali activator. It could be proven that the alkali activated polymer enhances water resistance of the loam mixture.
Earth buildings and adobe construction have been in use for thousands of years. Loam is locally available, environmentally friendly and has a small CO2 footprint mainly resulting from extraction and transport. Because of these reasons loam is one of the building materials of the future.
Water resistance is an important aspect when using loam as a construction material. If the structural option of building protruding roofs cannot be implemented, the water resistance of clay can be improved by stabilization.
Positive properties of the material should not be diminished by stabilization. For example, the desired regulation of air humidity, which however cannot be fully preserved by cement stabilization.
For an alternative and more appropriate stabilisation, different mixtures with calcined clays with alkali activator were examined. The calcination temperature for clays is usually lower than for cement and starts at 600° C. The calcined clays therefore also have a lower CO2 footprint compared to cement. To keep the mixture environmentally friendly potassium was used as alkali ion. It could be proven that the alkali activated polymer enhances water resistance of the loam mixture. Provided some further optimization the material shows potential to replace cement without compromising on the positive properties of clay.
MIKE III apparatus tests were conducted to investigate the minimum ignition energy (MIE) of coal dusts in air and O2/CO2 atmospheres with and without small amount of CH4/H2. The O2 mole fraction (XO2) in the gas mixtures varied from 21% to 50% with the CH4/H2 mole fraction from 0 to 2%. Experimental result showed that MIE of coal dusts significantly decreases even by three orders of magnitude in mJ with increasing XO2 and the addition of CH4/H2. Compared with CH4, H2 had a relatively strong promotion effect on the spark ignition of coal dusts. The inhibiting effect of CO2 was found to be much stronger than N2, but this inhibiting effect of CO2 could be eliminated by 9% increment of XO2. The effect on MIE of coal dusts thus followed by the order: 9% increment of XO2 > CO2 replacing N2 > 2% CH4 or H2 addition. Moreover, two empirical models were used to estimate the MIE of hybrid dust-gas mixture (HMIE), and the results showed that calculated data can well reflect the promoting effect of elevated XO2 and flammable gas addition, and the inhibiting effect of inert gas
Usually, geometric irregularities are considered as the main cause of ground vibrations from trains. A varying stiffness of the track, the track support and the soil can also generate ground vibrations. The regular stiffness variation of the track on and between the sleepers results in a deterministic dynamic axle load. The random stiffness variation of the track support yields also dynamic axle loads. The dynamic axle loads are generated by the varying wheel displacements under the static axle load by the acceleration of the unsprung mass of the rail vehicle. The random stiffness variation has a second effect. The pulses from the passage of the static axle loads are superposed regularly to the quasi-static response, but also irregularly to yield a “scattered” part of the axle pulses. The same holds for a random variation of the soil stiffness. All these effects of stiffness variations have been calculated by wavenumber-domain multi-beam track models, a random finite-element soil model and the superposition of axle impulses in a stochastic simulation. The results are confronted with many measurements at different sites. It is concluded that the stiffness variation of the track and the soil generate an important ground vibration component near railway lines.
Usually, geometric irregularities are considered as the main cause of ground vibrations from trains. A varying stiffness of the track, the track support and the soil can also generate ground vibrations. The regular stiffness variation of the track on and between the sleepers results in a deterministic dynamic axle load. The random stiffness variation of the track support yields also dynamic axle loads which are generated by the acceleration of the unsprung mass (from the varying wheel displacements under the static axle load). The random stiffness variation has a second effect. The pulses from the passage of the static axle loads are superposed regularly to the quasi-static response, but also irregularly to yield a “scattered” part of the axle pulses. The same holds for a random variation of the soil stiffness. All these effects of stiffness variations have been calculated by wavenumber-domain multi-beam track models, a random finite-element soil model and the superposition of axle impulses in a stochastic simulation. The results are confronted with many measurements at different sites. It is concluded that the stiffness variation of the track and the soil generate an important ground vibration component near railway lines.
There is a rising attention of using numerical models for effcient structural monitoring and ensuring the structure's safety. Setting up virtual models as twin for real structures requires a model identification process calculating the unknown model parameters, which mostly are only indirectly measurable. This is a computationally very costly inverse optimization process, which often makes it unfeasible for real applications. Effcient surrogate models such as reduced order models can be used, to overcome this limitation. But the influence of the model accuracy on the identification process has then to be considered. The aim is to automatically control the influence of the model's accuracy on the identification. Here, a variational Bayesian inference approach[3] is coupled with a reduced forward model using the Proper Generalized Decomposition (PGD) method. The influence of the model accuracy on the inference result is studied and measured. Therefore, besides the commonly used Bayes factor the Kullback-Leibler divergences between the predicted posterior pdfs are proposed. In an adaptive inference procedure, the surrogate's accuracy is iteratively increased, and the convergence of the posterior pdf is analysed. The proposed adaptive identification process is applied to the identification of spatially distributed damage modeled by a random eld for a simple example with synthetic data as well as a small, reinforced bridge with real measurement data. It is shown that the proposed criteria can mirror the influence of the model accuracy and can be used to automatically select a suffciently accurate surrogate model.
Dieser Vortrag präsentiert einige Prinzipien und einige Beispiele zur Minderung von Eisenbahnerschütterungen. Die Prinzipien unterscheiden sich für die Minderungsmaßnahmen im Gleis, im Boden und bei Gebäuden. Kraftübertragungsfunktionen isolierter und nicht isolierter Gleissysteme, reflektierte und durchgelassene Wellenamplituden bei gefüllten Bodenschlitzen und die Übertragung der Freifeldschwingungen ins Gebäude werden analysiert. Bei den einfachen Gleismodellen muss der richtige Anteil der unabgefederte Fahrzeugmasse zum eindimensionalen Gleismodell hinzugefügt werden. Der Minderungseffekt eines gefüllten Bodenschlitzes ist von der Steifigkeit und nicht von der Impedanz des Schichtmaterials bestimmt. Bei einer elastischen Gebäudelagerung muss die Minderungswirkung mit der richtigen Boden- (Fundament-) Steifigkeit berechnet werden, und das abgeminderte Gebäudeverhalten hängt wesentlich von der effektiven Gebäudemasse ab, die mit zunehmender Frequenz deutlich kleiner als die starre Gebäudemasse ist.
To reveal the corrosion resistance of casing steel/mortar interface in CO2 injection condition, sandwich samples were prepared and exposed up to 20 weeks in aquifer fluid under 10 MPa and 60 °C. Cross section analysis revealed the crevice corrosion as main mechanism instead of pitting corrosion, which would be expected to happen in the extremely high Chloride concentration. Detailed analysis using EDS line scan shown the slow diffusion of Chloride, suggesting why pitting did not happen after 20 weeks. To mimic the passivated steel surface, the steel coupon was passivated in simulated pore solution having pH 13.5 for 42 days. The passivated coupon was further exposed to NGB solution for 28 days. Electrochemical characterization was performed along the exposure processes to reveal the change in impedance, indicating the corrosion resistance of steel casing/mortar interface.
To reveal the corrosion resistance of casing steel/mortar interface in CO2 injection condition, sandwich samples were prepared and exposed up to 20 weeks in aquifer fluid under 10 MPa and 60 °C.
Cross section analysis revealed the crevice corrosion as main mechanism instead of pitting corrosion despite very high concentration of Cl in NGB.
EDS element line scan analysis of the 20-week-exposed metal/mortar coupon showed Chloride distribution, which still not reached the metal/mortar interface, explaining no pitting was observed.
It was confirmed that FeCO3 cannot protect the steel surface in CO2 saturated NGB.
To verify the protective possibility of passivation happened on casing steel/mortar interface, simulated pore solution was synthesized and used to passivate the steel for 42 days. OCP and EIS confirmed the formation of passive layer.
The 42 day passivated layer was broken during the first minute of exposure in CO2 saturated NGB.
However, due to high concentration of Ca2+, a new carbonate CaCO3 dense layer was formed, increased the corrosion resistance of steel surface.
Elektrochemische Messungen
(2022)
Elektrochemische Messungen könne, richtig angewandt, dazu dienen ein Korrosionssystem ausreichend gut zu beschreiben. Im Bauwesen, speziell bei Stahl in Beton, ist es jedoch ohne Kenntnis der korrodierenden Flächen oft nur möglich zwischen aktiv korrodierenden Bereichen und passiven, als Kathode wirksamen, Bereichen zu differenzieren.
Es wird ein faseroptisches Messsystem vorgestellt, welches auf Basis der Rayleigh-Rückstreumessung eine ortsauflösende Detektion von signifikant großen Dehnungen bei Bauvorhaben im von Anwendern geforderten Größenordnungsbereich von 3 % bis 10 % ermöglicht. Mit dem Verfahren der digitalen inkohärenten optischen Frequenzbereichsreflek-tometrie (I-OFDR) werden materialspezifische Vorteile robuster perfluorierter polymeroptischer Fasern (PF-POF) erschlossen. Für den angestrebten industriellen Einsatz für die Zustandsüberwachung im Bereich des Tunnel- und Spezialtiefbaus soll die spezifische Rückstreuzunahme in der PF-POF hochauflösend gemessen werden. In diesem
Vortrag wird gezeigt, dass sich in ersten Projektergebnissen das digitale I-OFDR für eine Dehnungsdetektion von bis zu 10% eignet.
Es wird ein faseroptisches Messsystem vorgestellt, welches auf Basis der Rayleigh-Rückstreumessung eine ortsauflösende Detektion von signifikant großen Dehnungen bei Bauvorhaben im von Anwendern geforderten Größenordnungsbereich von 3 % bis 10 % ermöglicht. Mit dem Verfahren der digitalen inkohärenten optischen Frequenzbereichsreflektometrie (I-OFDR) werden materialspezifische Vorteile robuster perfluorierter polymeroptischer Fasern (PF-POF) erschlossen. Für den angestrebten industriellen Einsatz für die Zustandsüberwachung im Bereich des Tunnel- und Spezialtiefbaus soll die spezifische Rückstreuzunahme in der PF-POF hochauflösend gemessen werden. Diese Veröffentlichung zeigt in ersten Projektergebnissen die Eignung des digitalen I-OFDR für eine Dehnungsdetektion von bis zu 10%.
Für die flächige Instandsetzung von Stahlbetonkonstruktionen kommen nahezu ausschließlich zementgebundene Systeme mit hohem Zementgehalt zum Einsatz (1). Bereits 2008 war die Zementproduktion für 5% des weltweiten, anthropogenen CO2-Ausstoßes verantwortlich (2). Um die prozessbedingten CO2-Emissionen zu senken, wird der Zement bereits durch gewisse Mengen an Sekundärrohstoffen wie Flugasche, Silicastaub oder Hüttensandmehl (Hochofenschlacke) substituiert. Das Potenzial für weitere Modifikationen ist inzwischen begrenzt (3). Zudem ist eine hohe Lebensdauer der Konstruktionen in vielen Anwendungsbereichen nur bedingt realisierbar. Spätestens mit Erreichen der geplanten Nutzungsdauer müssen Stahlbetonkonstruktionen mit zementgebundenen Systemen instandgesetzt werden, was im ökonomischen und ökologischen Sinne keine nachhaltige Lösung darstellt. Die Verwendung neuer Baustoffe wie alkalisch aktivierte Mörtel hält sich bisher in Grenzen (4), sodass die Akzeptanz durch praxisnahe Forschung adressiert werden muss.
Vorangegangene Forschungsergebnisse zeigen, dass alkalisch aktivierte Bindemittel vielversprechende technische Eigenschaften besitzen. So zeigen sich im Vergleich zu herkömmlichem Portlandzement ein ausgesprochen wirkungsvoller Verbund zu Stahl und Zementmörtel (5), (6), eine hohe chemische Beständigkeit sowie ein Erfolg versprechendes Abwitterungsverhalten bei Frost-Tau-Wechseln (7). Mit diesen Eigenschaften können alkalisch aktivierte Mörtel einen erheblichen Beitrag zur dauerhaften Betoninstandsetzung leisten und somit durch die verringerten CO2-Emmissionen dem Prinzip des nachhaltigen Bauens gerecht werden. Wichtig für die Produktion im größeren Maßstab ist die Verfügbarkeit der möglichen Reststoffe, um eine CO2-positivere Bilanz abzubilden.
Im Zuge des Forschungsvorhabens sollen Rezepturen für Instandsetzungsprodukte entworfen werden, die auf alkalisch aktivierte industrielle Reststoffe zurückgreifen und die Anforderungen an konventionelle Instandsetzungsprodukte erfüllen. Hierzu wurden potenzielle Ausgangs-stoffe mit Natriumcarbonat aktiviert und die Verarbeitbarkeit der Leime sowie die Druckfestigkeiten nach sieben Tagen verglichen. Hüttensandmehl reagiert ausreichend mit diesem Aktivator, was sich mit Ergebnissen von (8) und (9) deckt. Es werden 〖CO〗_3^(2-)-Ionen in das System eingebaut, was zu einer anfänglichen Erstarrung des Gefüges durch die Bildung von Carbonaten (Calcit und Hydrotalcit) führt. Nach einer längeren dormanten Phase bilden sich zusätzlich Hydratphasen, die die Festigkeit weiter erhöhen. Weiterhin ist die chemische Zusammensetzung der Schlacken für die Erhärtung und die späteren Eigenschaften von großer Bedeutung (10), (11), was mit einer Parameterstudie im laufenden Jahr an natriumcarbonataktivierten Schlacken näher betrachtet werden soll. Erkenntnisse aus vergleichenden Versuchen durch (12) bestätigen die Einflussnahme der chemischen Zusammensetzung. Die übrigen Reststoffe konnten mit anderen Aktivatoren (z. B. Natriumsilicat und -hydroxid) zu einer Reaktion angeregt werden. Im Hinblick auf die Akzeptanz der alkalisch aktivierten Bindemittel stellen diese Aktivatoren jedoch bei der Herstellung höhere technische Anforderungen an das Personal und die verwendeten Geräte im Vergleich zur konventionellen Beton- und Mörteltechnik. Die Aktivierung mittels Alkalicarbonaten ermöglicht die Herstellung von Beton bzw. Mörtel nach dem üblichen „just add water“-Prinzip (13).
Aktuell wird unter Einbindung einer studentischen Abschlussarbeit eine Rezeptur mit Hüttensandmehl hinsichtlich der Frisch- und Festeigenschaften charakterisiert und einer Referenzmischung – basierend auf Portlandzement – gegenübergestellt. Hieraus resultierende Ergebnisse sollen neben den Erkenntnissen aus den Vorversuchen zur Konferenz vorgestellt und ein Ausblick auf die weitere Forschungsarbeit gegeben werden.
Bei der Brücke Altstädter Bahnhof handelte es sich um eine große Spannbetonkonstruktion, die einen elementaren Verkehrsknotenpunkt in der Stadt Brandenburg an der Havel bildete. Entgegen üblichen Spannbetonkonstruktionen mit kleinen Bündelspanngliedern kamen beim Haupttragwerk in Längsrichtung großformatige Spannblockspannglieder zum Einsatz. Im Fall der vorliegenden Brücke setzte sich das Spannglied aus 392 ovalen Einzeldrähten aus Hennigsdorfer Produktion zusammen, welche als spannungsrisskorrosionsgefährdet gelten. Bei Bauwerkserkundungen wurde ein hoher Versprödungsgrad der Spannstähle festgestellt, sodass die Brücke am 19.05.2021 gesprengt werden musste. Zuvor traten im Bereich detektierter Spanndrahtbrüche von außen erkennbare Längsrisse in den Stegen anstatt von üblicherweise quer gerichteten Biegerissen an der gezogenen Randfaser auf. Die abweichende Schadensäußerung im Falle einer Spannstahlschädigung brachte das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) dazu, weitergehende Untersuchungen durchzuführen. In Zusammenarbeit mit dem Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg, der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden sowie der Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung (BAM) wurden experimentelle Untersuchungen insitu konzipiert und durchgeführt. Im Konkreten wurde an zwei Messstellen eine gezielte Schädigung des großformatigen Spannglieds vorgenommen, um das zuvor vorgefundene Schadensbild nachzuvoll ziehen und validieren zu können. Konzept, Ergebnisse aus den Untersuchungen und Erkenntnisse für gleichartig ausgeführte Bauwerke sind Gegenstand des ersten Beitrags (Teil 1). Der zweite Teil [1] wird sich im Schwerpunkt den verwendeten Messverfahren und Monitoringsystemen widmen, welche die Durchführung des Versuchs begleiteten.
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.
Am Beispiel von mehreren Bauvorhaben wird untersucht, mit welchen Unsicherheiten bei der Anwendung von Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Scherwellengeschwindigkeit zur Beschreibung der dynamischen Bodeneigenschaften gerechnet werden muss. Die Auswertung von Korrelationen aus der Literatur zur Abschätzung der Scherwellengeschwindigkeit aus Drucksondierdaten zeigt, dass bei homogenen Sandböden die Verteilung der Scherwellengeschwindigkeit über die Tiefe sehr gut wiedergegeben werden kann. Die Korrelationen haben dabei die Tendenz, den tatsächlichen Wert zu überschätzen. In den vorliegenden Fällen haben sich Überschätzungen zwischen 20 % und 50 % ergeben. Mit zunehmendem Feinkornanteil werden die Unsicherheiten aus den Korrelationen jedoch größer.