Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Die Oberflächentexturierung der Betonfahrbahndecken mittels Grinding- und Grooving steht seit einigen Jahren im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung des Betonstraßenbaus in Deutschland. In den vergangenen Jahren wurden die vorteilhaften Oberflächenperformances derartiger Texturen wie z.B. Griffigkeit, Ebenheit, Lärmminderung in zahlreichen Forschungsprojekten umfassend untersucht und daraus die Technologie „Texturgrinding“ entwickelt.
Im Kontext des gegenwärtig verfolgten ganzheitlichen performanceorientierten Ansatzes liegt der Fokus nun verstärkt auf der Analyse und Charakterisierung der Oberflächentopografie von Grinding- bzw. Groovingtexturen. Insbesondere gilt ein Hauptaugenmerk hierbei der zeitlichen Entwicklung der Oberflächentexturen in Abhängigkeit von äußeren Einwirkungen durch Klima und Verkehr.
Dieser Beitrag zeigt, dass durch den Einsatz eines auf Streifenlichtprojektion basierenden Messsystems, eine hochaufgelöste dreidimensionale Erfassung der Oberflächentopografie verschiedenartiger Grinding- und Groovingtexturen möglich ist. Darauf aufbauend wurden messtechnische Voraussetzungen zur Gewährleistung reproduzierbarer Messungen geschaffen, die eine Dokumentation der zeitlichen Texturveränderungen infolge klimatischer Beanspruchung ermöglichen. Anschließend wurden Auswerteroutinen zur quantitativen und statistischen Charakterisierung der Oberflächentextur entwickelt und angewandt, um exemplarisch die Veränderungen der Oberflächentopografie infolge klimatischer Beanspruchung quantitativ abzubilden.
Die Kenntnis von Materialeigenschaften spielt bei der Entwicklung oder Optimierung von Betonen und Bauweisen für den Straßenbau sowie der Qualitätssicherung eine bedeutende Rolle. Gleichermaßen bilden physikalische Materialkennwerte die Grundlage für die rechnerische Dimensionierung und die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahndecken. Eine relevante Kenngröße bei der Untersuchung thermisch induzierter Spannungs- und Verformungszustände stellt der thermische Ausdehnungskoeffizient dar. Im Zuge der systematischen Weiterentwicklung der rechnerischen Dimensionierung, aber auch im Zusammenhang mit der gezielten Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Betonfahrbahndecken gilt es zu hinterfragen, ob lastunabhängige Formänderungseigenschaften der verwendeten Betone aktuell ausreichend Beachtung finden, ob allgemeine Literaturwerte für die heutigen Fahrbandeckenbetone stets Gültigkeit besitzen und ob deren Implementierung in numerische Modelle zu realitätsnahen Vorhersagen führt. Für eine empirische Herangehensweise ist die Verfügbarkeit adäquater Prüfverfahren von entscheidender Bedeutung. In Deutschland existiert aktuell jedoch kein standardisiertes oder genormtes Verfahren für die prüftechnische Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Beton. Daher wurden unter Beachtung straßenbauspezifischer Gesichtspunkte zwei Prüfansätze entwickelt, die in diesem Beitrag vorgestellt sowie hinsichtlich möglicher Messunsicherheiten und Messungenauigkeiten diskutiert werden. Außerdem werden ausgewählte Ergebnisse aus Analysen an Bestandsbetonen aus dem BAB-Netz dargestellt. Im Ergebnis sollen die Untersuchungen einen Beitrag zur Schaffung der prüftechnischen Voraussetzungen für eine abgesicherte Quantifzierung der thermischen Dehnung von Fahrbahndeckenbetonen leisten.
Two types of cements were selected as the reference cement in the priority program 2005 of the German Research Foundation (DFG SPP 2005). A thorough characterization of CEM I 42.5 R has been made in a recent publication. In this paper, the characterization data of the other reference cement CEM III/A 42.5 N are presented from the aspects of chemical and mineralogical compositions as well as physical and chemical properties. The characterization data of the slag, which is the second main constituent of this specific cement besides the clinker, are presented independently. For all data received, the mean values and the corresponding errors were calculated. The data shall be used for the ongoing research within the priority program. Also, researchers from outside this priority program can benefit from these data if the same materials are used.
Chloride contents at the steel–mortar interface that initiate steel corrosion were determined for carbon steel in alkali‐activated fly ash mortar for three different exposure conditions: exposure to 1 M NaCl solution; leaching in deionized water and then exposure to 1 M NaCl solution; and leaching in deionized water, aging in air at 20°C and natural CO2 concentration, and then exposure to 1 M NaCl solution. For comparison, a Portland cement mortar, exposed to 1 M NaCl solution, was studied. The median values of the corrosion‐initiating chloride contents (average over the full length of the rebar) in the alkali‐activated fly ash mortar varied between 0.35 and 1.05 wt% Cl with respect to binder, consistently lower than what was obtained for the Portland cement mortar, but with no clear trend regarding the exposure conditions. For most of the alkali‐activated fly ash mortar specimens, preferential corrosion at the connection between the working electrode and the external measurement setup was observed, while preferential corrosion did not occur for the Portland cement mortar. Scanning electron microscopy and auxiliary experiments in synthetic solutions indicated that this behavior was caused by inhomogeneities at the steel–mortar interface in the alkali‐activated mortar, likely due to its peculiar rheological properties in the fresh state.
Ethylene propylene diene monomer (EPDM) Rubbers with the flame retardants tris(2-ethylhexyl)phosphate, ammonium polyphosphate, polyaniline, and aluminum trihydroxide were prepared and analyzed in this study. The homogenous dispersion of the fillers in the rubber matrix was confirmed by scanning electron microscope. To investigate the interplay of the different flame retardants, the flame retardants were varied systematically. The comprehensive study sought combinations of flame retardants that allow high loadings of flame retardants without deterioration of the physical and mechanical properties of the EPDM rubber. The eight EPDM rubbers were investigated via thermogravimetric analysis and pyrolysis gas chromatography coupled with a mass spectrometer (Py GC/MS) to investigate the potential synergistic effects. In the Py-GC/MS experiments, 27 pyrolysis products were identified. Furthermore, UL 94, limiting oxygen index, FMVSS 302, glow wire tests, and cone calorimeter tests were carried out. In the cone calorimeter test the EPDM rubbers R-1AP and R-1/2P achieved an increase in residue at flameout of 76% and a reduction in total heat evolved of about 35%. Furthermore, the compounds R-1AP and R-1/2P achieved a reduction in MARHE to about 150 kW m−1, a reduction of over 50% compared to the unprotected rubber R.
Tricalcium aluminate (C3A) is found with less than 10% wt. of the total composition; however, during hydration, C3A plays an important role in the early hydration of cement in the presence of gypsum as a set retarder.
The aim of this investigation is to assess the suitability of optical spectroscopy and a dye-based optical probe to monitor early hydration of C3A in the presence of gypsum and hemihydrate. Optical evaluation was performed using steady-state fluorescence and diffuses reflectance spectroscopy (UV-VisDR). Phase characterization during hydration was done with in-situ X-ray diffraction. UV-VisDR with a cyanine dye probe was used to monitor the formation of metastable phases and was employed together with fluorescence spectroscopy, to follow the Aggregation and disaggregation of the dye during hydration. In conclusion, for the first time, a cyanine dye was identified as a feasible and stable probe to monitor C3A hydration changes in the presence of calcium sulfate.
This paper investigates fast and inexpensive measurement methods for defect detection in parts produced by Additive Manufacturing (AM) with special focus on lattice parts made of ceramics. By Lithography-based Ceramic Manufacturing, parts were built both without defects and with typical defects intentionally introduced. These defects were investigated and confirmed by industrial X-ray Computed Tomography. Alternative inexpensive methods were applied afterwards on the parts such as weighing, volume determination by Archimedes method and gas permeability measurement. The results showed, that defects resulting in around 20% of change in volume and mass could be separated from parts free of defects by determination of mass or volume. Minor defects were not detectable as they were in the range of process-related fluctuations. Permeability measurement did not allow to safely identify parts with defects. The measurement methods investigated can be easily integrated in AM process chains to support quality control.
Scientific publications addressing the durability of the flame retardance of cables during their long-term application are rare and our understanding lacks. Three commercial flame retardants, aluminum hydroxide, aluminum diethyl phosphinate (AlPi-Et), and intumescent flame retardant based on ammonium polyphosphate, applied in ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) model cables, are investigated. Different artificial aging scenarios were applied: accelerated weathering (UV-irradiation/temperature/rain phases), humidity exposure (elevated temperature/humidity), and salt spray exposure. The deterioration of cables’ surface and flame retardancy were monitored through imaging, color measurements, attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, and cone calorimeter investigations. Significant degradation of the materials’ surface occurred. The flame retardant EVA cables are most sensitive to humidity exposure; the cable with AlPi-Et is the most sensitive to the artificial aging scenarios. Nevertheless, substantial flame retardance persisted after being subjected for 2000 h, which indicates that the equivalent influence of natural exposure is limited for several years, but less so for long-term use.
Early Stage of Corrosion Formation on Pipeline Steel X70 Under Oxyfuel Atmosphere at Low Temperature
(2020)
The early stage of corrosion formation on X70 pipeline steel under oxyfuel atmosphere was investigated by applying a simulated gas mixture (CO2 containing 6700 ppmv O2, 100 ppmv NO2, 70 ppmv SO2 and 50 ppmv H2O) for 15 h at 278 K and ambient pressure. Short-term tests (6 h) revealed that the corrosion starts as local spots related to grinding marks progressing by time and moisture until a closed layer was formed. Acid droplets (pH 1.5), generated in the gas atmosphere, containing a mixture of H2SO4 and HNO3, were identified as corrosion starters. After 15 h of exposure, corrosion products were mainly X-ray amorphous and only partially crystalline. In-situ energy-dispersive X-ray diffraction (EDXRD) results showed that the crystalline fractions consist primarily of water-bearing iron sulfates. Applying Raman spectroscopy, water-bearing iron nitrates were detected as subordinated phases. Supplementary long-term tests exhibited a significant increase in the crystalline fraction and formation of additional water-bearing iron sulfates. All phases of the corrosion layer were intergrown in a nanocrystalline network. In addition, numerous globular structures have been detected above the corrosion layer, which were identified as hydrated iron sulphate and hematite. As a type of corrosion, shallow pit formation was identified, and the corrosion rate was about 0.1 mma−1. In addition to in-situ EDXRD, SEM/EDS, TEM, Raman spectroscopy and interferometry were used to chemically and microstructurally analyze the corrosion products.
Einfluss einer druckschwellinduzierten Degradation von Fahrbahndeckenbeton auf die schädigende AKR
(2020)
In den letzten Jahren sind im deutschen Bundesautobahnnetz verstärkt Schäden an vor 2005 errichteten Betonfahrbahndecken aufgetreten, die mit einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) in Verbindung gebracht werden. Neben dem AKR-fördernden Einfluss von alkalihaltigen Taumitteln werden Fahrbahndecken zyklischen mechanischen Belastungen infolge des Verkehrs und Zwangsspannungen durch klimatische Einwirkungen ausgesetzt. Solche mechanischen Belastungen werden bisher in keinem AKR-Prüfverfahren berücksichtigt. Die zyklischen Belastungen können zu einer Degradation des Betongefüges führen, die ggf. einen AKR-fördernden Einfluss hat. Dieser Beitrag stellt Untersuchungen vor, die zur Beantwortung der Frage nach dem Einfluss einer zyklischen mechanischen Belastung auf den AKR-Schadensprozess beitragen. Dabei wird der Hypothese nachgegangen, dass die ermüdungsinduzierte Degradation zu einer Erhöhung des Stofftransports führt.
Dieser hat einen Einfluss auf die AKR-Schadensentwicklung, da die Reaktionspartner zunächst zum Reaktionsort transportiert werden müssen. Daher wird angenommen, dass sich mit dem Stofftransport auch die AKR-Schädigung verstärkt. Es werden Betonproben aus typischen Fahrbahndeckenbetonen einer vorgeschalteten zyklischen Druckschwellbelastung ausgesetzt.
Die Degradation infolge der Vorbelastung wird simultan mittels ZfP-Verfahren charakterisiert. Anschließend werden die Auswirkungen der zyklischen Vorschädigung auf den Stofftransport sowie auf die AKR vergleichend an Prüfkörpern ohne und mit Vorschädigung untersucht. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die zyklische Vorschädigung sowohl den Stofftransport als auch die AKR fördert.