Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (7)
- 7.1 Baustoffe (6)
- 9.2 Versuchsanlagen und Prüftechnik (4)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (3)
- 5 Werkstofftechnik (3)
- 6 Materialchemie (3)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (3)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (3)
Polymers that help tailoring rheological properties during the casting process have become inevitable constituents for all kinds of high-performance concrete technologies. Due to lacking industries, these typically crude-oil based admixtures are not readily available in many parts of the world, which limits the implementation of more sustainable high-performance construction technologies in these regions. Alternative polymers, which often demand for less processing, can be derived from local plant-based resources. The paper provides experimental data of flow tests of cement pastes with polysaccharides from Triumfetta pendrata A. Rich, acacia gum and cassava without and in the presence of polycarboxylate ether superplasticizer. The flow tests are amended by observations of the zeta potentials and the hydrodynamic diameters in the presence of and without calcium ions in the dispersion medium. The results show that in the presence of and without calcium ions all polysaccharides provide negative zeta potentials, yet, they affect flowability and thixotropy in different ways. Cassava starch, acacia gum, and the gum of Triumfetta pendrata A. Rich qualified well for robustness improvement, strong stiffening, and additive manufacturing, respectively. The reason for the different effects can be found in their average sizes and size distribution. Due to the promising results, a flow chart for local value chains is derived on the example of yet unused cassava wastes, which can be converted in parallel.
In der Automobilindustrie stellt das Presshärteverfahren eine Schlüsseltechnologie zur ressourceneffizienten Herstellung sicherheitsrelevanter Karosserie-komponenten dar. Während der Umformoperation treten jedoch hohe Reibungs- und Verschleißerscheinungen an den interagierenden Werkzeug- und Werkstückwirkflächen auf, die sowohl die Bauteilqualität als auch die Maschinenstandzeit nachhaltig beeinträchtigen. Um die bestehenden Verfahrensgrenzen zu erweitern, wird daher eine Modifikation der Presshärtewerkzeuge mittels Laserimplantation angestrebt. Hierbei werden in die Werkzeugoberfläche keramische Hartstoffpartikel anhand eines gepulsten Laserstrahles eingebettet, infolgedessen kuppelförmige sowie höchstfeste Strukturen im Mikrometerbereich entstehen. Die Auswahl geeigneter Hartstoffmaterialien stellt jedoch ein entscheidendes und bisweilen limitierendes Kriterium dar, um defektfreie sowie verschleißresistente Oberflächenmodifikationen zu generieren. In diesem Zusammenhang wurden im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche titanbasierte Hartstoffpartikel auf presshärtespezifische Werkzeugstähle laserimplantiert und anschließend mittels modifizierten Pin-on-Disk-Tests hinsichtlich ihres tribologischen Einsatzverhaltens untersucht. Um die Wirksamkeit des Laserimplantationsverfahrens zu evaluieren, wurden zudem Verschleißuntersuchungen an unmodifizierten Werkzeugoberflächen durchgeführt und mit den erzielten Ergebnissen der lokal dispergierten Topographien verglichen.
While there is a permanent improvement of concrete pavement mixtures and pavement construction types over the last decades, the state-of-the-art joint sealing materials and joint constructions seem to stagnate on an antiquated empirical level. This status has been reaffirmed in the latest European standard. The consequences in the motorway network due to unsatisfying capability and durabilty of joint sealing systems are unacceptable. In addition, inadequate traffic performance (noise emissions, roll-over comfort) and traffic safety losses in the joint area of concrete pavements are existing challenges. These deficits and weaknesses reflect a demand for joint sealing materials and constructions whose approval requirements take functional aspects into account. Furthermore a sufficient analysis of decisive loads and a practice-oriented method to evaluate the requirements towards performance and durability is still missed. In this contribution decisive loads to German highways are analyzed. The design of test specimen for representative functional testing of joint sealing systems is discussed. The focus is on the geometry of the test specimens and the used concrete mixture. Finally, a new approach for a function-orientated test concept that considers representative load functions is presented. The potential of this approach to validate the durability and capability of various joint sealing systems is also presented using an example.
Die Bemessung von tragendem Lehmmauerwerk erfolgt in Deutschland auf Basis der Lehmbau Regeln. Das dort verankerte Nachweisverfahren beruht auf einem globalen Sicherheitskonzept, welches aus zuverlässigkeitstheoretischer Sicht nicht mehr dem Stand der Technik entspricht. Auf Grund dessen wird das Bemessungskonzept für Lehmmauerwerk vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) voraussichtlich 2023 außer Kraft gesetzt. Ein statischer Nachweis von tragenden Lehmbauten wäre in Deutschland dann ausschließlich mit einer Zustimmung im Einzelfall (ZiE) oder vorhabenbezogener Bauartgenehmigung (vBg) möglich. Beides ist mit erheblichem Mehraufwand und höheren Kosten verbunden, was für den Lehmmauerwerksbau einen entscheidenden Nachteil im Vergleich zum konventionellen Mauerwerksbau darstellt. Um eine unkomplizierte Praxisanwendung von Lehmmauerwerk zu ermöglichen, werden innerhalb eines Forschungsvorhabens, welches von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), dem Institut für Massivbau der Technischen Universität Darmstadt sowie dem Ingenieurbüro ZRS durchgeführt wird, auf Basis der Produktnormen für Lehmsteine und Lehmmauermörtel Grundlagen für ein aktualisiertes Bemessungskonzept entwickelt. Im Rahmen des Projekts wird ebenfalls untersucht, inwiefern die Bemessungsregeln nach den vereinfachten Berechnungsmethoden für unbewehrtes Mauerwerk gemäß DIN EN 1996-3 / NA auf den Lehmmauerwerksbau übertragbar sind. Falls eine Anwendung des normativen Nachweisverfahrens bei Lehmmauerwerk möglich ist, wäre zukünftig eine Aufnahme von Lehmsteinen und Lehmmauermörtel in den nationalen Anhang des Eurocode 6 denkbar, was eine bedeutsame Erweiterung des Anwendungsbereichs von Lehmmauerwerk zur Folge hätte.
Diverse wissenschaftliche Untersuchungen konnten zeigen, dass bemessungsrelevante Festigkeits- und Verformungseigenschaften von Lehmmauerwerksbaustoffen stark von der vorherrschenden Materialfeuchte abhängen, welche im hygroskopischen Wassergehaltsbereich im Wesentlichen von der relativen Luftfeuchte (RLF) bestimmt wird. Auch die Zwischenergebnisse des laufenden Forschungsvorhabens zur Entwicklung eines Bemessungskonzepts für Lehmmauerwerk ergaben eine deutlich erkennbare Abhängigkeit zwischen der Materialfeuchte und den relevanten Festigkeits- und Verformungseigenschaften. Eine detaillierte Kenntnis des feuchteabhängigen Materialverhaltens von Lehmsteinen, -mörtel und -mauerwerk ist zwingend erforderlich, um ein konsistentes und zuverlässiges Bemessungskonzept für Lehmmauerwerk zu entwickeln. Im Rahmen des laufenden Forschungsprojektes werden deshalb umfangreiche Versuche zum Drucktragverhalten von Lehmsteinen und -mörtel sowie Lehmmauerwerk nach Konditionierung bei unterschiedlichen RLF durchgeführt und analysiert. Weiterhin werden auf Basis der experimentellen Ergebnisse numerische Modelle kalibriert, welche die detaillierte Analyse der Biegedrucktragfähigkeit von Lehmmauerwerk ermöglichen.
In diesem Beitrag werden zunächst die bisherigen Zwischenergebnisse bezüglich der experimentell ermittelten feuchteabhängigen Materialkennwerte von Lehmsteinen, -mörtel und -mauerwerk dargelegt. Darauf aufbauend werden numerische Untersuchungen zur Bestimmung der Systemtragfähigkeit von Lehmmauerwerk unter Feuchteeinflusses durchgeführt und erläutert.
Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung ∆Kth und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der da/dN-∆K-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist.
Composition and microstructure stability of cement compound under cyclic hydrothermal condition
(2020)
There have been many researches focused on the performance improvement of ultra-high performance concrete (UHPC) by autoclaving treatment. The goal of autoclaving is to increase the pozzolanic reaction, and to densify the cement stone and the transition zone which originates from the incorporation of supplementary cementitious materials (SCMs), such as silica fume, fly ash and blast furnace slag. Due to the superior properties, UHPC can also be utilized under high mechanical load and aggressive condition, for example, the fabrication of water tanks for thermal storage which is of great significance for saving energy and reducing CO2 emission. It is known that mineral stability of the hydration products of an inorganic binder is highly related to the temperature and pressure of the environment. A certain stable composition at room temperature, however, may undergo a phase transformation at high temperature and the performance decrease under this severe condition will generally be more severe. In this way, the rationale behind this deterioration under long-term hydrothermal condition involving many cycles and long duration has to be clarified, and then appropriate optimizing methods will be performed in order to obtain a kind of construction with high durability under aggressive environment. For this purpose, different types and amounts of SCMs are introduced into the standard mixture of UHPC and the phase compositions after autoclaving at 200 °C and 15.5 bar are determined by combined X-ray diffraction and scanning electron microscope. Mercury intrusion porosimeter is used to characterise the microstructure of the samples. In order to establish the relationship between microstructure and macroscopic properties, compressive and flexural strength are also investigated.
Ultra high performance concrete (UHPC) is known for its high compressive strength of more than 150 MPa and its high durability. Thermal treatment at 90°C can accelerate the strength development so that the 28-days-strength can be achieved immediately after the treatment and an additional increase up to 30 % in some cases. The reason for the strength development is an accelerated hydration of the clinker minerals and an intensified pozzolanic reaction leading to a denser microstructure.
In previous research inhomogeneities in form of a zonation after unprotected thermal treatment were observed and analysed in respect to changes in the microstructure. This zonation is defined by a different microstructure in the core compared to the outer zone in the matter of porosity, mineral phase composition and a significant change in the potassium and sulphur concentration of the zones is measurable.
To isolate different transport mechanisms responsible for these element distributions UHPC samples were thermally treated at 90 °C and the microstructure was investigated under dry conditions and after immersion in water to investigate the influence of dehydration during and rehydration after the thermal treatment on the microstructure. Through durability testing via water absorption, water vapour diffusion, permeability testing and sulfuric acid resistance transport mechanisms like diffusion, migration, capillary suction are under investigation in correlation with the microstructure analysis. For the microstructure analysis measurements with µXRF, mercury intrusion porosity, XRD and SEM were conducted.
Wood protection technology in the marine environment has changed over the last decades and will continue to do so. New active ingredients, newer formulations, and novel wood-based materials including physically- and chemically-modified wood, together with increasing concerns over environmental impacts of wood preservatives, urgently demand a major revision of EN 275 “Wood preservatives – Determination of the Protective Effectiveness against Marine Borers”, dated from 1992. This IRG document reports on the technical work in CEN TC 38 regarding the revision of this standard. A Task Group within WG 24 of CEN TC 38 was formed consisting of experts from different field of competence (e.g. wood preservatives industry, wood scientists, marine biologists, archaeologists and cultural heritage conservators). Starting by e-mail correspondence in 2014, and continuing with four physical meetings (Berlin 2x, Florence, Venice) with experts from Germany, Italy, Sweden, and UK were held so far. Significant items for revision in EN 275 were identified as: number of replicates, duration of the test, dimension of specimens, number of test sites, number of reference species, reference material including reference preservative, re-immersion of specimens after non-destructive periodical evaluation for longer periods of time vs higher number of replicates for successive destructive examinations without re-immersion, utilization of X- ray apparatus and specific software to ease evaluation, etc.
Furthermore, the task group is working on a standardized lab test for time-saving evaluation of different wood qualities for their potential to resist attack by limnorids. The suitability of this lab test will be determined by round robin tests as soon as safe face-to-face collaboration permits. The outcome will be published as a CEN TR (Technical Report) document, with a view to eventual adoption within the revised standard.
Composite Facade Elements with Self-Cleaning Surface made of Ultra-High-Performance Concrete (UHPC)
(2020)
In the framework of the European project H-House various concrete façade elements were developed with the aim to ensure a long service life by combining a very durable material with self-cleaning properties. The façade elements presented are made of a shell of UHPC filled with blocks of aerated autoclaved concrete as insulating material. Self-cleaning properties were realized amongst others by imprinting a microstructure into the surface during casting. The paper focuses on selected technological aspects of the manufacturing process of prototypes which had to be performed in two concreting sections. Furthermore the challenges faced when upscaling the self-cleaning properties are addressed and the strategy to assess the self-cleaning properties by measuring the contact and the roll-off angel is presented. The results show that a successfull upscalaing process requires detailed planning and that the best results can often be achieved with a moderate work effort or material use.