Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Organisationseinheit der BAM
- 7.1 Baustoffe (139) (entfernen)
Paper des Monats
- ja (1)
Eingeladener Vortrag
- nein (43)
Powder X-ray diffraction is a time-consuming and challenging task, especially for preparation of sensitive phases like ettringite and calcium-silicate-hydrate (C-S-H) phases. Fine-grained ultrahigh-performance concrete (UHPC) with an average grain size <100 μm could be investigated directly without time-consuming milling. As a proof of concept, small UHPC cylinders with plain surfaces were investigated with a newly designed sample holder. The comparison with conventionally prepared powder shows the feasibility of fast qualitative phase analysis using this approach. As a great benefit, a depth-dependent analysis, as well as a comparison of surface layers and core material, was carried out.
Slags from the nonferrous metals industry have great potential to be used as feedstocks for the production of alkali-activated materials. Until now, however, only very limited information has been available about the structural characteristics of these materials. In the work presented herein, synthetic slags in the CaO–FeOx–SiO2 system, representing typical compositions of Fe-rich slags, and inorganic polymers (IPs) produced from the synthetic slags by activation with alkali Silicate solutions have been studied by means of X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy at the Fe K-edge. The iron in the slags was largely Fe2+, with an average coordination number of approximately 5 for the iron in the amorphous fraction. The increase in average oxidation number after alkali-activation was conceptualized as the consequence of slag dissolution and IP precipitation, and employed to calculate the degrees of reaction of the slags. The degree of reaction of the slags increased with increasing amorphous fraction. The iron in the IPs had an average coordination number of approximately 5; thus, IPs produced from the Fe-rich slags studied here are not Fe-analogs of aluminosilicate geopolymers, but differ significantly in terms of structure from the latter.
Calcium cobaltite is one of the most promising oxide p-type thermoelectric materials. The solid-state reaction (or calcination, respectively), which is well known for large-scale powder synthesis of functional materials, can also be used for the synthesis of thermoelectric oxides. There are various calcination routines in literature for Ca3Co4O9 powder synthesis, but no systematic study has been done on the influence of calcination procedure on thermoelectric properties. Therefore, the influence of calcination conditions on the Seebeck coefficient and the electrical conductivity was studied by modifying calcination temperature, dwell time, particle size of raw materials and number of calcination cycles. This study shows that elevated temperatures, longer dwell times, or repeated calcinations during powder synthesis do not improve but deteriorate the thermoelectric properties of calcium cobaltite. Diffusion during calcination leads to idiomorphic grain growth, which lowers the driving force for sintering of the calcined powder. A lower driving force for sintering reduces the densification. The electrical conductivity increases linearly with densification. The calcination procedure barely influences the Seebeck coefficient. The calcination procedure has no influence on the phase formation of the sintered specimens.
Severe fires at the Friedrichshain flak bunker in May 1945 destroyed or severely damaged an important part of the collection of the Kaiser-Friedrich-Museum, Berlin, today’s Bode Museum. Fragments of two marble sculptures by Tullio Lombardo, sculptor of the Italian renaissance, have survived and are now stored in the Bode Museum. In preparation for restoration, the condition of the sculptures has been documented in detail in 2010. The study revealed that the fragments are not stable enough to exhibit them in a horizontal nor in an upright position. The intention of a further study in 2012 was to find a correlation between ultrasonic velocity and mechanical properties of burned Carrara marble as a basis for stabilization measures. The results and numerous supplementary experiments show that the current condition of the sculptural fragments can not only be explained by the exposure to fire.
Dynamic characterisation of historic bell-tower using a sensitivity-based technique for model tuning
(2018)
The most relevant results of the vibration-based investigations performed on a historic masonry tower in Italy namely the Santa Maria a Vico bell-tower is here presented. The first part of the study involves preliminary full-scale ambient vibration measurements in operational conditions and dynamics-based finite element (FE) modelling. At first, a manual tuning of the uncertain parameters of the model was carried out to adjust material properties, soil-structure interaction and constraining effect of the neighbouring structures. Then, based on the sensitivity analysis, only the most sensitive parameters were chosen as updating parameters. Finally, a model updating technique based on a sensitivity-based method was used to minimise the error between experimental vibration data and numerical response values. To this aim, a residual vector defined as the weighted difference between the measured quantities and calculated quantities was used. The uncertain structural parameters of the FE model were identified by minimising a robust penalty function. The calibrated model was used as an important tool for the seismic assessment of the structure using pushover analysis. Since the assumed value of the masonry compressive strength is the most sensitive parameter of non-linear behaviour, a sensitivity analysis was performed considering reference values in the range of interest. The seismic safety corresponding to increasing levels of the seismic hazard was finally investigated.
Analyse des Tausalzeintrages in Fahrbahndeckenbetone im Kontext der Alkali-Kieselsäure-Reaktion
(2018)
In den letzten Jahren sind im deutschen Bundesautobahnnetz (BAB-Netz) vermehrt AKR-Schäden an Betonfahrbahndecken aufgetreten, die zum Teil zu einer Halbierung ihrer geplanten Nutzungsdauer von 30 Jahren führte. Ursächlich hierfür ist die Verwendung alkaliempfindlicher Gesteinskörnung, die bei gleichzeitiger Anwesenheit von Wasser infolge der Exposition der Fahrbahndecke und dem alkalischen Milieu durch den Einsatz alkalireicher Portlandzemente bei der Betonherstellung zu einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) führt. Zusätzlich wird der AKR-Schädigungsprozess in Betonfahrbahndecken durch den externen Tausalzeintrag (primär NaCl) im Winter begünstigt. Vor diesem Hintergrund kommt der Ermittlung des Tausalzeintrags in den Fahrbahndeckenbeton eine große Bedeutung zu. Die Analyse des Tausalzeintrags erfolgte bisher ausschließlich nasschemisch an gemahlenen Bohrkernsegmenten. Nachteilig ist hierbei die fehlende differenzierte Betrachtung des Natriumgehaltes im Zementstein und in der Gesteinskörnung. Der alternative Einsatz von LIBS (Laser-induced breakdown spectroscopy) eröffnet in diesem Kontext neue Möglichkeiten. So wird in diesem Beitrag an Hand von Bohrkernen aus einem AKR-geschädigten BAB-Abschnitt exemplarisch die Vorgehensweise bei der LIBS-Analyse zur Ermittlung der Na- und interagierenden Cl-Verteilung an vertikalen Schnittflächen des Bohrkerns aufgezeigt. Da der Tausalzeintrag primär über den Zementstein erfolgt, wurde der verfälschende Na-Grundgehalt der Gesteinskörnung mittels Zementsteinkriteriums (Nutzung unterschiedlichen Ca-Gehalts in Zementstein und Gesteinskörnung) eliminiert. Vergleichend durchgeführte Cl-Mappings mit Mikroröntgenfluoreszenzanalyse (MRFA) belegen die Güte der durchgeführten LIBS-Messungen.
Aber auch bei der Verifizierung der Übertragbarkeit der Ergebnisse der zum Ausschluss reaktiver Gesteinskörnung bei Neubau und Erneuerung im BAB-Netz eingesetzten Performanceprüfungen mit externem Alkalieintrag auf Praxisverhältnisse hat sich das LIBSVerfahren bewährt. So wurde festgestellt, dass die mit NaCl-Lösung beaufschlagten Laborprüfkörper aus einem repräsentativen Fahrbahndeckenbeton bei der Klimawechsellagerung (KWL) über ihre gesamte Höhe von 10 cm einen Eintrag von Na und Cl erfahren. Weiterhin konnte im Gegensatz zu bisherigen Annahmen erstmals mit LIBS und Nasschemie gezeigt werden, dass die Frost-Tauwechsel-Phase bei der KWL zu keinem erhöhten Tausalzeintrag führt.
Im Gegensatz zur Druckfestigkeit weisen zementgebundene Werkstoffe i. a. nur geringe Zugfestigkeiten auf. Ein Weg, Zugfestigkeiten zementgebundener Werkstoffe zu erhöhen und Rissbildung aufgrund von Zugspannungen zu verringern, besteht in der Einarbeitung von Fasern, die diese Spannungen aufnehmen. Häufig eingesetzt werden Stahlfasern, obwohl synthetische Polymerfasern leichter und meist beständiger gegenüber chemischen Angriffen und Korrosion sind. Die Polymerfasern zeigen allerdings meist einen deutlich schwächeren Haftverbund, was an der hydrophoben Faseroberfläche liegt. Um nun eine Anbindung der Fasern an die mineralische Matrix zu erreichen, müssen die Faseroberflächen modifiziert werden, ohne dass die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Eine Herausforderung besteht somit in einer Oberflächenmodifikation durch eine schonende Behandlung der Fasern zur Erzeugung von anbindungsfähigen Gruppen. Durch eine Behandlung von modifizierten Fasern mit geeigneten Polymerlösungen werden die Oberflächeneigenschaften verändert und erlauben eine Anbindung an die Zementsteinmatrix. Der Einsatz von Tensiden als grenzflächenaktive Verbindungen ermöglicht in diesem Zusammenhang eine Vermittlung zwischen Polymeroberflächen und mineralischen Werkstoffen.
Im Gegensatz zur Druckfestigkeit weisen zementgebundene Werkstoffe i. a. nur geringe Zugfestigkeiten auf. Ein Weg, Zugfestigkeiten zementgebundener Werkstoffe zu erhöhen und Rissbildung aufgrund von Zugspannungen zu verringern, besteht in der Einarbeitung von Fasern, die diese Spannungen aufnehmen. Häufig eingesetzt werden Stahlfasern, obwohl synthetische Polymerfasern leichter und meist beständiger gegenüber chemischen Angriffen und Korrosion sind. Die Polymerfasern zeigen allerdings meist einen deutlich schwächeren Haftverbund, was an der hydrophoben Faseroberfläche liegt. Um nun eine Anbindung der Fasern an die mineralische Matrix zu erreichen, müssen die Faseroberflächen modifiziert werden, ohne dass die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Eine Herausforderung besteht somit in einer Oberflächenmodifikation durch eine schonende Behandlung der Fasern zur Erzeugung von anbindungsfähigen Gruppen.
Durch eine Behandlung von modifizierten Fasern mit geeigneten Polymerlösungen werden die Oberflächeneigenschaften verändert und erlauben eine Anbindung an die Zementsteinmatrix. Der Einsatz von Tensiden als grenzflächenaktive Verbindungen ermöglicht in diesem Zusammenhang eine Vermittlung zwischen Polymeroberflächen und mineralischen Werkstoffen.
Die Probenpräparation ist ein Teil im Prozess der Baustoffuntersuchung und muss dementsprechend sorgfältig geplant werden. Die Probenpräparation ist letztendlich der Grundstein für alle folgenden Untersuchungen, somit wirken sich alle hier getroffenen Entscheidungen direkt auf die Qualität der Ergebnisse aus.