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Paper des Monats
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AbstractThe increasing threat of forest fires on a global scale is not only a matter of concern due to the potential harm they may cause to both human and animal life but also due to their significant role in exacerbating climate change. In light of these circumstances, one might inquire as to whether forest soil can self‐ignite and, if so, under what conditions and at what temperatures this phenomenon may occur. This question is being addressed in the German pilot “Fire science of wildfires and safety measures” of the EU project TREEADS, and the first results are presented below. The importance of basic research into the self‐ignition of forest soil cannot be underestimated, as it provides crucial knowledge to prevent forest fires and protect human and animal health. Furthermore, mitigating the occurrence of forest fires can also play a role in reducing greenhouse gas emissions, contributing to global efforts to combat climate change. The procedure of the hot storage test is an effective means of determining whether a material can self‐ignite. During the investigation of six soil samples, it was found that five of them were indeed capable of self‐ignition. In addition to determining whether the material ignites, the modified hot storage test also analyzed the resulting smoke gases and measured their concentration. The research question of whether regional forest soil is capable of self‐ignition can be answered with yes based on these initial tests. Further experiments are needed to determine if self‐ignition causes forest fires.
Pressure-sensitive adhesive tapes are used in several industrial applications such as con-struction, railway vehicles and the automotive sector,where the burning behavior is ofcrucial importance. Flame retarded adhesivetapes are developed and provided, however,often without considering the interaction of adhesive tapes and the bonded materialsduring burning nor the contribution of the tapes to fire protection goal of the bondedcomponents in distinct fire tests. This publication delivers an empirical comprehensiveknowledge how adhesive tapes and their flame retardancy effect the burning behaviorof bonded materials. With a special focus on the interaction between the single compo-nents, one flame retarded tape and one tapewithout flame retardant are examined inscenarios of emerging and developing fires, along with their bonds with the commonmaterials wood, zinc-plated steel, mineral wool, polycarbonate, and polymethylmethacry-late. The flame retardant significantly improved the flame retardancy of the tape as afree-standing object and yielded a V-2 rating in UL 94 vertical test and raised the OxygenIndex by 5 vol.%. In bonds, or rather laminates, the investigations prove that the choiceof carrier and substrates are the factors with the greatest impact on the fire propertiesand can change the peak of heat release rate and the maximum average rate of heatemission up to 25%. This research yielded a good empirical overall understanding of thefire behavior of adhesive tapes and bonded materials. Thus, it serves as a guide for tapemanufacturers and applicants to develop tapes and bonds more substrate specific.
Mikrolegierungselemente wie Nb und Ti sind entscheidend für die erwünschte mechanische Festigkeit von vergüteten Feinkornbaustählen mit einer Nennstreckgrenze von ≥ 690 MPa. Aktuelle Spezifikationen geben lediglich Obergrenzen für die chemische Zusammensetzung vor, allerdings können geringfügige Abweichungen erhebliche Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften haben. Die Vorhersage der Schweißbarkeit und Integrität von Schweißverbindungen stellt aufgrund der variierenden Zusammensetzung und Mikrostrukturen Herausforderungen dar. Unerwünschte Effekte wie Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) oder Verfestigung können auftreten. Um dies zu untersuchen, wurden verschiedene Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten an Laborschmelzen erforscht. Die Basis jeder Route entsprach der üblichen S690QL in Zusammensetzung und Wärmebehandlung. Dreilagenschweißungen wurden mittels Metallaktivgasschweißens (MAG) durchgeführt, um kritische Gefügebereiche zu identifizieren. Die Analyse konzentrierte sich auf Phasenumwandlungen während der Abkühlung und metallurgisches Ausscheidungsverhalten. Die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte wurden durch Zugversuche ermittelt. Die Ergebnisse zeigen einen bedeutenden Einfluss der Mikrolegierungsroute und Schweißwärmezufuhr auf die Ausscheidungskinetik, trotz insgesamt guter Schweißbarkeit der Werkstoffe.
Explosionsverletzungen gehören zu den häufigsten Verletzungen bei militärischen Einsätzen. Während die Auswirkungen von Splittern, die als sekundäre Explosionsverletzungen eingestuft werden, durch die modernen ballistischen Körperschutzsysteme der Polizei und des Militärs minimiert werden konnten, stellen die Auswirkungen der Stoßwellenausbreitung im Körper als Teil des primären Explosionstraumas nach wie vor eine ernsthafte Bedrohung dar. Zusätzlich zu einzelnen einsatzbedingten Lastfällen liegt ein wissenschaftlicher Fokus auf besonders exponiertem Personal, z.B. aus den Einsatzbereichen „Taktische Zugangstechnik“, „Präzisionsschützenwesen“ oder Steilfeuerwaffen (Mörser). Repetitive mild traumatic brain injury (mTBI) können gesundheitliche Langzeitschädigungen wie und chronic traumatic encephalopathy (CTE) erzeugen.
Um einen Beitrag zur Erforschung der primären Explosionswirkungen zu leisten, hat die Bundeswehr in Zusammenarbeit mit dem Bundeswehrkrankenhaus Berlin und der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ein interdisziplinäres wehrmedizinisches Sonderforschungsvorhaben eingerichtet. Ziel der geplanten Untersuchung ist die Entwicklung einer multidisziplinären Methode zur Analyse des Stoßwellenverhaltens in verschiedenen generischen Gewebesimulanzien, sowie Schutzmaterialien unter möglichst realitätsnahen und reproduzierbaren Bedingungen.
Für die Erzeugung reproduzierbarer Stoßwellen wurde ein Autoklav
(Druckbehälter) entwickelt, mit dem durch die detonative Umsetzung eines Acetylen-Sauerstoff-Gemisches gut reproduzierbare Druckwellen unter Freifeldbedingungen erzeugt werden können. Vorteile dieser Methode sind unter anderem die kurzen Rüstzeiten zwischen Versuchsdurchgängen, die Minimierung störender Einflüsse im Vergleich zu Stoßwellenrohren und die geringeren Sicherheitsanforderungen im Vergleich zur Anwendung von konventionellen Sprengstoffen. Das generische Torso-Modell besteht in seiner einfachsten Form aus einem mit Druck- und Beschleunigungssensoren instrumentierten Gelatineblock, welcher eine Simulanz für organisches Gewebe darstellt. Zur Untersuchung des Stoßwellenverhaltens wurden verschiedene Medien, wie Hohlkörper, Festkörper und Gewebesimulanzien differenter Dichte in das generische Torso-Modell eingebracht. Einen besonderer Untersuchungsschwerpunkt bildeten die Grenzbereiche zwischen den unterschiedlichen Medien. Des Weiteren wurde analysiert, wie sich verschiedene Schutzmaterialien auf das Stoßwellenverhalten auswirken und mit welchen veränderten Eigenschaften die Stoßwelle anschließend in die Gewebesimulanz einkoppelt.
Locating and sizing delaminations is a common inspection task in the maintenance and quality control of construction and rehabilitation. Their detection is an important area of application of nondestructive testing in civil engineering (NDT-CE). To improve this application, NDT test systems and test solutions must be compared, for which specimens containing well-defined delaminations are needed to serve as a reference. Currently, there are no widely accepted procedures available for creating such flaws locally and reproducibly. This study presents procedures for creating artificial delaminations repeatably and as close as possible to natural delaminations. To produce the discontinuities only substances were used which can occur in concrete components and do not affect the application of NDT-CE methods. Ultrasonic pulse-echo (UPE) was used to test the flaws in the specimens. The delaminations were created by applying expansive mortar in prepared through holes. Three specimens with two delaminations each were built and tested using UPE.
Ein großer Teil unserer Brücken wurden in den 1950er bis 1970er Jahren als Spannbetonbrücken gebaut. Mit der damals noch relativ jungen Technologie entstanden elegante, teilweise gewagte Bauwerke mit großen Spannweiten, welche die Vorteile der Materialien Stahl und Beton geschickt kombinieren. Die Standsicherheit einiger dieser Brücken ist heute gefährdet. Die Ursachen liegen in der enorm gewachsenen Belastung durch Schwerverkehr, teilweise ungenügender Wartung und in konstruktiven und Materialschwächen, die der mangelnden Erfahrung mit der Technologie in der Bauzeit geschuldet sind. Ein neuralgischer Punkt der Bauwerke sind die in den Beton integrierten Spannglieder. Infolge von Korrosion und Ermüdung können Elemente der Spannglieder reißen, wodurch die für das Tragwerk notwendige Spannung und somit die Tragfähigkeit reduziert werden. Nicht bei allen Brücken kündigen sichtbare Risse im Beton oder auffällige Verformungen den Tragfähigkeitsverlust bzw. das finale Versagen rechtzeitig an.
Die Schallemissionsanalyse ist die derzeit einzige Methode, das Reißen einzelner Spannstähle zuverlässig und mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu detektieren. Trotzdem es schon einige Spannbetonbauwerke gibt, die mit Schallemissionsanalyse überwacht werden, ist das Verfahren noch wenig bekannt. Außerdem fehlen technische Richtlinien, was die Ausschreibung und Vergabe von entsprechenden Aufträgen und die Bewertung der Angebote sehr erschwert. Um sowohl Baulastträger als auch Dienstleistungsanbieter in den Vergabeverfahren und im Betrieb der Monitoringsysteme zu unterstützen, hat sich eine Gruppe von Experten aus den Bereichen Bauingenieurwesen und Schallemission zum Entwurf einer Richtlinie „Detektion von Spanndrahtbrüchen mit Schallemission“ zusammengefunden. Mit diesem Beitrag wird die Richtlinie vorgestellt, die 2024 erscheinen soll.
Understanding the susceptibility to spalling of concrete members in case of fire is important to evaluate the residual load-bearing capacity. The investigations of the spalling phenomenon of a concrete mixture using real scale members are necessary but expensive to carry out. Reducing the specimen size leads to an increase of boundary effects that can result in a reduced spalling or absence of spalling. In this study, fire tests were carried out on unrestrained, single-sided exposed, cuboid shaped specimens (0.6 m x 0.6 m x 0.29 m) as well as unrestrained and steel ring restrained cylindrical specimens (Ø = 0.47 m, h = 0.29 m), which induce different boundary conditions. These fire tests were carried out on two ordinary concrete mixtures. The two mixtures differ only in the type of aggregates (quartz gravel and basalt grit) and were used to investigate the influence of the thermal expansion of the aggregate on the spalling behaviour of the concrete. The results show a significant increase of
the spalling depth due to the restrained thermal expansion achieved by the applied steel rings. Additionally, the type of aggregate has a direct influence on the spalling behaviour of a concrete mixture. The reduction of the boundary effects by the steel rings recreate the test conditions in the centre of a large concrete member. Thus, this type of specimen is suitable to determine the susceptibility to spalling of a material (screening-tests) as preliminary investigations to full scale fire tests.
High-strength steels offer potential for weight optimization due to reduced wall thicknesses in modern constructions. Additive manufacturing processes such as Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) enable the resource-efficient production of structures. In the case of defects occurring in weld seams orWAAM components due to unstable process conditions, the economical solution is local gouging or machining and repair welding. It is important to understand the effects of machining steps on the multiaxial stress state in conjunction with the design-related shrinkage restraints. Research into how welding and slot milling of welds andWAAM structures affects residual stresses is still lacking. For this reason, component-related investigations with high-strength steels with yield strengths ≥790 MPa are carried out in our research. In-situ digital image correlation (DIC) and ex-situ X-ray diffraction (XRD) were used to analyze the stresses and strains induced on specimens during and after milling. The systematic analyses revealed a significant interaction of the stiffness and microstructure of the specimens with the initial residual stresses induced by welding. Subsequent repair welds can result in significantly higher residual stresses.
Combining buffing leather fibers from industrial waste streams with ammonium polyphosphate and bentonite clay is proposed as a flame-retardant additive for polypropylene. The paper addresses how they can be processed into attractive composites with the desired mechanical properties. Buffing leather fibers function as a multifunctional bio-filler and as a synergist for the flame retardant, resulting in fire retardancy successful enough to increase the oxygen index (LOI) by up to 7 vol.-% and to achieve a V0 UL 94 classification. Impressively reduced heat release rates are obtained in the cone calorimeter at 50 kW/m2 irradiation; for instance, the maximum average rate heat evolved (MARHE) drops from 765 to below 200 kW m 2. The synergistic effects are quantified and shown to be very strong for LOI and MARHE. This work opens the door to use waste buffing leather fibers as a promising multifunctional and synergistic bio-filler.