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Während des Transportes sind Behälter für hoch radioaktive Abfälle durch stoßdämpfende Bauteile vor Einwirkungen, die aus Unfallszenarien gemäß den IAEA Regularien resultieren können, weitestgehend geschützt. Nach dem Entfernen dieser Komponenten im Rahmen der Einlagerung ins Zwischenlager müssen Vorkehrungen getroffen sein, um Beanspruchungen der Behälter aus möglichen Handhabungsunfällen im Empfangsbereich zu reduzieren. Die Maßnahmen müssen vor allem darauf abzielen, die stoßdämpfenden Eigenschaften der potentiellen Aufprallflächen zu optimieren. Da Standardmaterialien für Fundamente nur ein geringes Energieabsorptionsvermögen aufweisen, wurde durch die Firma HOCHTIEF eine neuartige Betonmixtur entwickelt, bei der ein spezieller Leichtzuschlag zum Einsatz kommen. Zur Charakterisierung dieses sogenannten Dämpferbetons liegen Standardkennwerte vor sowie Messwerte aus Eindringversuchen, die zur Qualitätssicherung für jede Produktcharge durchgeführt werden. Das stoßdämpfende Potential des neuen Werkstoffs kann jedoch nur dann vollkommen ausgeschöpft werden, wenn die Energieabsorption in numerischen Simulationen der Behälterabstürze über die gesamte Belastungsdauer zuverlässig wiedergegeben wird. Für die Implementierung und Anpassung eines entsprechenden Materialmodelis in einem Finite Elemente (FE) Programm
sind Daten aus systematischen Druckversuchen mit Variation der relevanten Einflussgrößen erforderlich. An der BAM werden daher im Rahmen eines werkstoffübergreifenden Forschungsvorhabens zur Untersuchung von stoßdämpfenden Strukturen auch die Eigenschaften von Dämpferbeton experimentell untersucht und zugehörige numerische Methoden entwickelt. Der aktuelle Beitrag behandelt die Ergebnisse der ersten Projektphase, in der kubische Probekörper mit der Kantenlänge 100mm bei unterschiedlichen Lagerungsbedingungen statisch und dynamisch gestaucht wurden. In nachfolgenden Versuchen wird der Einfluß der Probengröße ermittelt sowie die Eignung der verwendeten Materialmodelle anhand realistischer Belastungssituationen validiert.
Versuchsprogramm.
Resistance to stress cracking by wetting solution is one of the selected properties together with the corresponding test method FNCT and tolerances for a comparison of polyethylene grades of one design type in the procedural rule on suitability proof for alternative plastic resins used for packagings and intermediate bulk Containers (IBCs) for the transport of dangerous goods.
The environmental stress crack resistance determined by Full Notch Creep Test (FNCT) represents the impacts from the stacking tests at 40 °C performed with Standard liquid wetting solution (without pre-storage) and with normal butyl acetate saturated wetting solution (pre-storage with normal butyl acetate). Environmental stress crack resistance determined with FNCT for the polyethylene grades was related to the times to failure of different jerrican samples made of these grades in stacking tests with 5 % wetting solution and a n-butyl acetate saturated wetting solution (pre-storage with n-butyl acetate) at 40 °C. The FNCT is suitable for comparison of polyethylene grades in relation to environmental stress crack resistance independent of their use as drum, IBC or jerrican material. The stiffness of polyethylene grades should be taken into account to the comparison as jerricans are not only chemically but also mechanically stressed.
The traceabiiity requirements for certification analyses of reference materials are much more stringent than for routine analysis, where certified matrix reference materials (CRM) can be used for calibration and to establish traceabiiity. Although the ISO-Guides related to CRM production and certification are not fully clear concerning calibration, many established CRM-producers do not accept matrix-CRMs for calibration in case of certification analyses, e.g. to avoid circular reasoning. These requirements limit the methods used for certification to those that can be calibrated using Standards of known high purity and stoichiometry or mixtures of such Standards. Powerful solid sampling techniques such as glow discharge mass spectrometry (GD-MS) or spark-optical emission spectrometry (SOES), where usually compact CRMs are used for calibration, seem not be applicable for certification analyses. Especially GD-MS is a powerful tool for trace element determination of solid samples. Beside metallic impurities the use of specific gas mixtures enables also the determination of interesting nonmetallic impurities such as sulfur and phosphorus. Within BAM a calibration approach, was developed which enables to use mixtures of Standards of known high purity and stoichiometry also for GD-MS. Analogue to matrix adaption in solution based techniques, the calibration approach is based on doped pressed powder pellets.
Approach and application on the certification analyses of copper and Steel CRMs are presented.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) führt im Rahmen einer Verwaltungsvereinbarung mit dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) Bauartprüfungen für Behältertypen durch, die für die Endlagerung von nicht wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen in das Endlager Konrad vorgesehen sind.
Zur Erlangung einer Eignungsbestätigung einer Behälterbauart für das Endlager Konrad müssen die Antragssteller die Einhaltung der vom BfS festgelegten behälterspezifischen Anforderungen nachweisen. Zentrale Bestandteile der Bauartprüfung sind die Sicherheitsnachweise zur Behälterauslegung gegen mechanische Betriebs- und Störfallbelastungen sowie gegen thermische Störfallszenarien. Die Prüfanforderungen umfassen hierbei Stapeldruckprüfung, Hebeprüfung, Fallprüfung, thermische Prüfung (Brand), ggf. einschließlich Dichtheitsprüfung zum Nachweis der Einhaltung von Dichtheitsanforderungen.
Neben der Nachweisführung mittels sogenannter Baumusterprüfungen oder Obertragbarkeitsbetrachtungen können die Nachweise alternativ mittels numerischer Sicherheitsnachweise erbracht werden, sofern deren hinreichende Verifikation nachgewiesen wird, Dies kann u. a. durch den Vergleich mit hinreichend gesicherten experimentellen Ergebnissen geschehen, Die hier vorgestellten Untersuchungen sind Teil des internen Forschungsprojektes ConDrop der BAM, das zum Ziel hat, erweiterte Prüfmethoden zur Fallprüfung an Stahlblechcontainern für das Endlager Konrad mittels numerischer Beanspruchungsanalyse zu entwickeln. Dazu soll ein Finite-Elemente-(FE)-Modell entwickelt und mit experimentellen Daten, die in Fallversuchen ermittelt werden, verifiziert werden.
Main topics of the research project BEGLARES are the restoration of "dalle de verre" concrete Windows and the development of repair techniques and mortars. This project is executed in Cooperation between Glasmalerei Peters GmbH, the University of York and the BAM Federal Institute for Materials Research and Testing. It is funded by the Federal Ministry of Economics and Technology. The main mechanism of damages, the development of repair mortar and special test specimens are presented.
Risikobasierte Überwachungsverfahren zur Lebensdauerverlängerung von bestehenden und neuen Bauwerken
(2011)
Diese Veröffentlichung enthält Konzepte zur Lebensdauerverlängerung von Bauwerken auf der Grundlage der Tragwerkszuverlässigkeitstheorie. Es werden aktuelle Forschungsergebnisse aus nationalen und europäischen Forschungsvorhaben vorgestellt. Den Schwerpunkt bildet die Verwendung von Bauwerksüberwachungsdaten unter Berücksichtigung von Messunsicherheiten zur Bestimmung der Tragwerkszuverlässigkeit. Dazu wird ein neuer Ansatz zur Bestimmung der A-posteriori Messunsicherheit vorgestellt. Es wird gezeigt, aufgrund welcher Eigenschaften der verwendeten probabilistischen Modelle die Zuverlässigkeit im Grenzzustand der Ermüdung in Bezug auf eine Lebensdauerverlängerung beeinflusst werden kann.
The goal of this study was to find a correlation between cleaning efficacy of substrates protected with anti-graffiti systems (AGS) and their porosity, surface roughness, and composition as well as usability of the Technical Testing Guideline for Anti-Graffiti Systems (TP-AGS, issued by BASt) for natural stone and brick/clinker masonry. The results showed that the cleaning efficacy mainly depends on the porosity of the substrate and the type of AGS. Also, higher surface roughness contributed to a lower cleaning efficacy. The results showed also that concrete panels and cement joints in masonry represented the worst case. The color change of all substrate materials compared to concrete was mostly within acceptable limits. Gloss changes were significant for a number of substrates. In particular, several of the wax-treated low-porosity substrates exceeded the threshold value of 10. The limit of water vapor permeability of the AGS prescribed in the TP-AGS might be too high for natural stone substrates. In general, the TP-AGS is useful for the determination of the efficiency factor of anti-graffiti agents on various substrates.
Although identified on the basis of so-called instationaiy creep-tests the constifrvtive model of Eurocode 3 (EN 1993-1-2, 2010) - hereinafter refened to as EC3 - represents a non-linear rateindependent relationship between stress and meclianical strain. I.e. the experimentally observed phenomenou of creep at constant stress but linear time varying temperature is described only through the temperature dependence of the material parameters characterizing the EC3 constitutive model. As a consequence some important phenomena cannot properly be described: E.g. creep or relaxation at constant temperature, creep or relaxation at non-monotonic temperature rates or sensitivity of the instationary creep process on the temperatme rate.
Die mechanische Beanspruchung von Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe gemäß den durch die IAEA vorgegebenen Prüfszenarien oder bei Unfällen, die während der Handhabung in einer kerntechnischen Anlage auftreten können, wird maßgeblich durch das Design der Stoßdämpfer und die Eigenschaften des jeweiligen Untergrundes beeinflusst. Da der Nachweis der Behälterintegrität und -dichtheit häufig an numerische Simulationen gekoppelt ist, sind für die sicherheitstechnische Auslegung der Konstruktion zuverlässige Informationen über das Energieabsorptionsvermögen der Werkstoffe und eine geeignete Umsetzung dieser Daten in FEM - Programme erforderlich. Die im Rahmen von Falluntersuchungen bei der BAM festgestellten, teilweise erheblichen Abweichungen zwischen experimentellen und berechneten Größen sind entsprechend darauf zurückzuführen, dass die zur Verfügung stehenden numerischen Verfahren das komplexe Verhalten der stoßdämpfenden Strukturen
nicht ausreichend präzise wiedergeben. Hiervon besonders betroffen sind Bauteile aus Holz und Polyurethan-Schaum (PU-Schaum), die zur Konstruktion von Behälterstoßdämpfern für die Transportkonfiguration eingesetzt werden, sowie Dämpferbeton, der in ausgewählten Bereichen im Fundament von Standort-Zwischenlagern eingebaut wird. Um die zugehörigen Materialmodelle weiter zu entwickeln und die dafür erforderliche Datenbasis zu schaffen, hat die BAM vor knapp zwei Jahren das vom BMBF geförderte Forschungsvorhaben ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) gestartet. Wesentlicher Bestandteil ist ein systematisches Versuchsprogramm, bei dem die drei genannten Werkstoffe statisch und dynamisch hohen Druckbelastungen ausgesetzt werden. Relevante Versuchsparameter sind, neben der Dehnrate, die Temperatur und Lagerungsbedingungen sowie die Orientierung des Werkstoffes hinsichtlich der Belastungsrichtung. Dieser Beitrag präsentiert die wichtigsten Ergebnisse aus der ersten Versuchsphase, die durch weggesteuerte Versuche mit konstanten Prüfgeschwindigkeiten von 0,02 mm/s und 3000 mm/s gekennzeichnet ist. Darüber hinaus wird die Verwertung dieser Daten zur Anpassung von Materialmodellen auf der Grundlage von Nachrechnungen gezeigt, wobei die Möglichkeiten und Grenzen der verwendeten Konzepte Umrissen werden. Aufgrund des Umfangs, den die Versuche mit Holzwerkstoffen einnehmen, und des erforderlichen Aufwandes für die numerische Modellierung werden die entsprechenden Maßnahmen und Ergebnisse in einem eigenständigen Beitrag auf der KONTEC vorgestellt.
The 9 meter drop onto an unyielding target is one of the important mechanical tests within the safety assessment of transport casks for radioactive material. In general, the cask is equipped with impact limiters to reduce the dynamic load on the cask body by absorbing a major part of the kinetic energy. The impact limiters are often made of wood or aluminium. In this study an elastic-plastic material model with volume change was used to describe the stress-strain behaviour of wood found in crush tests. For aluminium, an elastic-incremental plastic material model with Cowper-Symonds parameters for strain rate depending material hardening was used to model the adiabatic stress-strain relations measured at specimens at constant ambient temperature. Hereafter simulations with a sophisticated finite element model were carried out and compared with different drop tests. Four drop tests of a half-scale cask model equipped with wood and aluminium impact limiters with different drop positions were selected to investigate the impact limiter behaviour during a 9 meter drop test. All drop tests were simulated with the same FE mesh but under different boundary and initial conditions.
Paper is one of the most important materials representing and witnessing human culture particularly as a carrier medium for text and image. As soiling hampers the reception of information, paper cleaning techniques are needed. Traditional mechanical and chemical cleaning methods are used by conservator-restorers. In some cases, a classical cleaning procedure of paper objects yields unsatisfactory results or a conventional treatment is even impossible. Especially, fragile paper objects cause problems due to mechanical instabilities. Laser cleaning as a non-contact method might be a way to overcome some of the limitations of classical cleaning techniques. Laser parameters have to be chosen to achieve removal of the soiling without influencing the artwork. Any immediate as well as long-term effects causing an irreversible change of the artwork have to be avoided. At present, most laser applications are found in stone and metal conservation, while laser treatment of complex organic materials like paper is still not fully developed for application in conservators' workshops. This contribution describes recent work of pulsed laser cleaning of soiled model samples. Pure cellulose, rag paper and wood-pulp paper were mechanically soiled with pulverized charcoal in a standardized procedure to make model samples representing essential characteristics of contaminated real-world artworks. Afterwards, model samples were cleaned using short and ultrashort laser pulses in the nanosecond and femtosecond time domain, respectively. An extensive analysis of the model samples after laser treatment using an optical microscope and a multi-spectral imaging system allows a comparison of the cleaning results obtained with both laser sources.
Im Zuge des Forschungsvorhabens ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) führt die BAM systematische Untersuchungen an stoßdämpfenden Werkstoffen, unter anderem an Fichtenholz, durch. Zweck der mit diesen Untersuchungen erzeugten Datenbasis ist die Erstellung und Parametrierung eines Finite-Elemente- (FE-) Materialmodells, das die Modellierung holzgefüllter stoßdämpfender Bauteile von Transportbehältern für radioaktive Stoffe in der FE-Simulation ermöglichen soll.
Anhand von Ergebnissen aus der ersten Versuchsphase werden der Einfluss der Dehnrate und der Faserorientierung auf das Kraft-Verformungs-Verhalten von Fichtenholz diskutiert. Anschließend wird die rechnerische Modellierung von Fichtenholz diskutiert und die Anforderungen an ein Materialmodell werden erläutert.
DGZfP - Merkblatt elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion
(2011)
Im DGZfP- Fachausschuss für zerstörungsfreie Prüfling im Bauwesen - Unterausschuss Korrosionsnachweis bei Stahlbeton haben sich die Universitäten München, Aachen, Stuttgart und Braunschweig sowie die BAM Berlin an der Überarbeitung des Merkblatts B 3: „Elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion“ beteiligt. Das Merkblatt wurde komplett überarbeitet und bietet jetzt umfangreichere Hinweise zur Durchführung der Messungen und deren Auswertung. Wesentlich stärker als zuvor geht das Merkblatt auf mögliche Einflüsse und Fehlerquellen sowie die für eine Interpretation der Daten notwendigen begleitenden Bauwerksuntersuchungen ein. Die nachfolgenden Ausführungen greifen einige wesentliche Aspekte in enger Anlehnung an die Ausführungen des Merkblatts B3 auf. Das vollständige Merkblatt ist über die DGZfP e.V. online zu beziehen.
Ingress of moisture and harmful ions (e.g. Chloride, sulfate) into cementitious materials is one of the major factors in defining their durability. Modifications of building materials by targeted deposition of surface functional agents that make the surface hydro- and/or oleophobic aim to minimize moisture and ion ingress, and thus extend Service life of the cement based structures. Water repellent and easy-to-clean coatings for inorganic Substrates have gained strong attention during the last few years and various formulations based on silicones or alkylpolysiloxanes have been developed. Cementitious building materials are highly complex Systems with many components and changing properties in the course of a building’s Service life. The interactions between the Chemical agents and the cement based materials depend on many factors. The Chemical properties of the material Substrate appear to be the most important but in the context of their influence on the functionality of silanes and/or siloxanes these characteristics have not been well understood yet. The aim of this study was to evaluate the effect of different blended cements on water repellent agents’ performance. Two organosilicon compounds
were applied on fresh blended cements containing limestone (L), fly ash (F), slag (S) and trass (T), and investigated in terms of their functionality.
The surface properties of functionalized blended cements were studied based on wettability, i.e. contact angle measurements, before and after exposure to artificial and natural weathering. The first results indicate that slag and trass more distinctly affect the water repellent Surface performance after aging.
The strength of laminates distinctly depends on the transverse strength of the laminas. The transverse failure is dominated by the adhesion between fiber and matrix. Usual strength criteria however do not take into account the adhesive strength explicitly. The determination of the interface strength is performed on the micromechanical scale using single fiber specimens. The fibers are loaded under off-axis loading while the debonding is monitored under a microscope. The stresses acting in the Interface are calculated by finite element analyses. It is found that for off-axial angles up to 35° interfacial debonding is the dominant failure mode while fiber breakage takes place at lower angles. The occurrence of fiber breakage and debonding under off-axis loading shows that the restriction to two potential failure planes - perpendicular or parallel to the fibers - as applied in common failure criteria has to be put in question.
Concrete containing lightweight aggregates has been known since ancient times. To reduce weight, natural aggregates of volcanic origin, such as crushed lava or pumice, were used in construction purposes, for example for the Pyramids during the Mayan period in Mexico or for monumental structures in the Roman Empire. The most famous examples of this first application of lightweight aggregate concrete (LWAC) in Europe are certainly the Colosseum and the Pantheon. The Roman constructors used natural as well as artificial aggregates, such as pumice, crushed lava and crushed brick, to realise lightweight concrete applications in parts of these buildings. Still today, pumice is used in Germany, Italy, Japan and Iceland as aggregate for structural lightweight concrete.
The Konrad repository for not heat generating radioactive wastes was licensed first in 2002. But due to legal actions this license has not been finally confirmed before 2007. Subsequently, the Federal Office for Radiation Protection (BfS) began scheduling backfitting of the former iron ore mine into a repository. The licensed repository volume is 303,000 m3 based on estimations of expected waste volumes to be disposed off although the mine itself would offer a much larger volume. Once the repository is ready for Operation, waste packages can be disposed, but this is not expected before the end of this decade. Nevertheless, there is already today a great interest in qualified and certified waste conditioning and packaging for disposal requiring Containers, tested, evaluated and certified by BAM and BfS.
Key points of the Konrad license concern comprehensive requirements for waste products and Containers. Details are described in BfS reports, which constitute the basic documents for the license. Following the final license confirmation a revision of these documents has been requested in order to include considerations of water poisoning substances. This work is currently done by BfS in Cooperation with the NLWKN of Lower Saxony and the Institute for Safety Technology (ISTec). Concerning the specification for Containers themselves no or only minor changes are expected.
Das Endlager Konrad wurde bereits im Jahr 2002 als Endlager für nicht Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle genehmigt. Jedoch wurde diese Genehmigung anschließend beklagt und konnte erst 2007 in letzter Instanz bestätigt werden. Nachfolgend hat das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) mit der Planung und Realisierung zum Umbau des ehemaligen Eisenerzbergwerkes zum Endlager begonnen. Das genehmigte Endlagervolumen beträgt 303.000 m3 und basiert auf Abschätzungen für die zu erwartende Abfallmenge. Das Bergwerk selbst böte ein deutlich größeres Volumen. Mit der Einlagerung von Behältern kann allerdings erst nach Fertigstellung des Endlagers und nach derzeitigem Stand voraussichtlich nicht vor Ende dieses Jahrzehnts gerechnet werden. Gleichwohl besteht bereits heute ein hohes Interesse an der endlagergerechten Konditionierung und Verpackung der für Konrad vorgesehenen radioaktiven Abfälle, wofür nicht zuletzt von der BAM bauartgeprüfte und vom BfS zugelassene Behälter erforderlich sind.
Kernpunkte der Endlagergenehmigung sind umfassende Anforderungen an Abfallprodukte und Behälter. Einzelheiten sind in den vom BfS der Genehmigung zu Grunde liegenden Berichten und Endlageranforderungen definiert. Diese enthalten vor allem Anforderungen an die Abfallprodukte und an die zu deren Verpackung erforderlichen Behälter. Mit der Genehmigungserteilung wurde auch eine Überarbeitung dieser Endlageranforderungen und hinsichtlich der Berücksichtigung Wasser gefährdender Stoffe gefordert. Diese Arbeiten werden derzeit vom BfS in Zusammenarbeit mit dem Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) und dem Institut für Sicherheitstechnik (ISTec) vorgenommen. Hinsichtlich der Anforderungen an die Endlagerbehälter wird allerdings davon ausgegangen, dass die für die Behälterbauartprüfung wesentlichen abfallprodukt- und behälterspezifischen Anforderungen davon nicht oder nur unwesentlich berührt sein werden.
Dry cask storage of spent fuel and high active waste front reprocessing is licensed and established in Germany for up to 40years so far. About 10years ago, the strategy has been shifted from centralized storage using facilities in Ahaus and Gorleben to cit-site storage facilities in Order to avoid immediate cask shipping from nuclear power plants. At present, several hundred casks are stored safeiy and without any major problem. BAM is highly involved in cask specific safety evaluations within the scope of licensing procedures as well as of quality assurance procedures during cask fabrication, loading and storage.
A major prerequisite for any cask storage license is a valid transport Type B license. Subsequently, cask transportability has to be ensured at any point during the entire storage period. So far, this requirement is met by continuous maintenance of the Type B license. Anyhow, IAEA Type B regulations do not consider permanently loaded storage casks that have the sole purpose of being finally shipped öfter decades of storage inducing ageing effects. No transport safety demonstration has to be performed on aged cask components.
Unter dem Motto „Innovation und Qualitätssicherung in der (Bio)Analytik“ werden in der Arbeitsgruppe Fluoreszenzspektroskopie der BAM, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, funktionelle Chromophor-Systeme, einfache Signalverstärkungs- und Multiplexingstrategien sowie innovative Validierungs- und rückführbare Standardisierungskonzepte für verschiedene fluorometrische Messgrößen und Methoden entwickelt. Im Mittelpunkt stehen dabei molekulare Fluorophore, Nanokristalle mit größenabhängigen optischen Eigenschaften (sogenannte Quantenpunkte, QDs) und fluoreszierende Partikel variabler Größe sowie Sonden und Sensormoleküle für neutrale und ionische Analyte und für die Charakterisierung von funktionellen Gruppen. Dabei erfolgen auch methodische Entwicklungen für die Fluoreszenzspektroskopie, die Fluoreszenzmikroskopie, die Milcrofluorometrie, die Sensorik und die Mikroarraytechnologie. Ziele sind u. a. das Design und die Untersuchung von multiplexfähigen selektiven und sensitiven Sonden für die Biomarkeranalytik, die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung der signalrelevanten Eigenschaften dieser Chromophor-Systeme und zur Charakterisierung von funktionellen Gruppen an Oberflächen und ihre Validierung sowie die Entwicklung und Bereitstellung von formatadaptierbaren, flexibel ersetzbaren
Standards für die fluoreszenzbasierte Multiparameteranalytik.