Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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While today, engineers can choose from a wide range of rheology modifying admixtures, in some parts of the world, these are difficult to access, due to their complex processing. However, alternatives can be bio‐based polymers such as polysaccharides from various sources. These are easily accessible all over the world, do not demand for complicated processing, and typically they are more sustainable than many established materials, which are crude oil‐based.
The paper presents the effects of acacia gum, cassava starch and the gum of triumfetta pendrata A. Rich on the rheological performance of cementitious systems. It is shown that acacia gum can be as efficient as polycarboxylate based superplasticisers, cassava starch can reduce the yield stress slightly with little effect on the plastic viscosity, and the gum of triumfet ta pendrata A. Rich increases the thixotropy of cement pastes with plasticizing polymers significantly.
Structural design and application have always been linked to the compressive strength of concrete as the main relevant criterion. This was justifiable in the past, where concrete consisted of water, ordinary Portland cement and aggregates, but this concept is no longer relevant for modern and more sustainable cement and concrete.
Despite these new developments, existing standards, guidelines and academic curricula have not been much updated and are still used worldwide. There is a need to change this situation by proper education of the users.
This overview describes the challenges that arise at a user Level from the higher complexity of modern concrete, and defines needs and requirements for enhanced applicability of sustainable concrete concepts.
Furthermore, recommendations are given on how better concrete practice can be communicated to all the involved parties, from civil and design engineers to constructors and site-appliers on the construction site.
The research focus of this study was set on the corrosion process of condensate as droplets on the surface of carbon steels (X52, X70) martensitic steel UNS S41500, and super austenite UNS N08031 in CO2 atmosphere with impurities at 278 K (to simulate the offshore transportation condition in a buried pipeline). The possibility of dew/droplet formation on the steel surface and wetting behavior of corresponding materials were evaluated by contact angle measurement in dense CO2 at 278 K. To observe the effect of impurities (SO2 and O2) on droplet corrosion process, exposure tests were carried out in the mixed atmosphere with a drop, 1 ‑ 10 µL in volume, of CO2 saturated ultra-pure water on steel surface. Comparable exposure tests were carried out with the same gas mixture and the same volume of water, as vapor, to observe the droplet formation and the corrosion process that follows. Effects of surface roughness on the droplet formation and its corrosion process were further studied and showed no significant role upon long time exposure. The results from droplet experiments were compared to those from the bulk electrolyte for the further recommendation on the quality control of gas stream along with the use of carbon steels as transport pipelines in CCS - Carbon Capture and Storage system.
Dunkelfärbung der Betonfahrbahndecke im AKR-Kontext - Ursachenanalyse mit innovativer Prüftechnik
(2018)
Die AKR-Schadensevolution von Betonfahrbahndecken ist in der Anfangsphase durch eine Dunkelfärbung der Oberfläche im Fugenbereich gekennzeichnet. Es wird vermutet, dass eine erhöhte Durchfeuchtung der Betonrandzone ursächlich für diese Erscheinung ist. Vor diesem Hintergrund wurde exemplarisch eine Fahrbahnplatte eines repräsentativen Bundesautobahnabschnitts systematisch mit verschiedenartiger zerstörungsfreier Prüftechnik vor Ort untersucht. Die Ergebnisse der zunächst erfolgten großflächigen Durchmusterung mit Radar zeigen, dass in den Bereichen mit einer Dunkelfärbung der Betonfahrbahndecke erhöhte Laufzeiten der Radarimpulse zwischen der
Oberfläche und der Rückseite der Betonfahrbahndecke auftreten, was auf eine erhöhte integrale Durchfeuchtung der Betonfahrbahndecke schließen lässt. Vertiefend durchgeführte NMR-Feuchtemessungen in der Betonrandzone zeigen eine gute Korrelation zwischen erhöhtem Feuchtegehalt und der dunkel gefärbten Fahrbahnoberfläche. Die Ergebnisse beider zerstörungsfreien Prüfmethoden lassen den Schluss zu, dass die Betonfahrbahndecke in der Nähe des Fugenkreuzes eine höhere Durchfeuchtung als im Bereich der Querscheinfuge aufweist. Die geringste Durchfeuchtung besitzt die Betonfahrbahndecke in der Plattenmitte. Die mit den zerstörungsfreien Prüfverfahren ermittelten Befunde stimmen prinzipiell gut mit den punktuell mittels Darr-Wäge-Verfahren an Bohrmehlproben gewonnenen Ergebnissen überein.
In den letzten Jahren sind im deutschen Bundesautobahnnetz vermehrt AKR-Schäden an Betonfahrbahndecken aufgetreten. Ursächlich hierfür ist die Verwendung alkaliempfindlicher Gesteinskörnung. Dies führt bei gleichzeitiger Anwesenheit von Wasser infolge der Exposition der Fahrbahndecke und des alkalischen Milieus durch den Einsatz alkalireicher Portlandzemente bei der Betonherstellung zu einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR). 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 sind hierbei der relativ hohe prüftechnische Aufwand und die eingeschränkte Ortsauflösung. Der alternative Einsatz von LIBS (Laser-induced breakdown spectroscopy) eröffnet in diesem Kontext neue Möglichkeiten. So wird in diesem Beitrag anhand von Bohrkernen aus einem repräsentativen AKR-geschädigten BAB-Abschnitt exemplarisch die Vorgehensweise bei der LIBS-Analyse zur Ermittlung der Na- und Cl-Verteilung an vertikalen Schnittflächen von Bohrkernen aufgezeigt. Da der Tausalzeintrag primär über den Zementstein erfolgt, wurde der verfälschende Na-Grundgehalt der Gesteinskörnung mittels eines Ausschlusskriteriums (Ca-Gehalt) eliminiert. Vergleichend durchgeführte Cl-Mappings mit Mikroröntgenfluoreszenzanalyse sowie nasschemische Analysen belegen die Güte der durchgeführten LIBS-Messungen. Allerdings bedarf es bei der quantitativen Ermittlung des Natriumgehaltes in der Betonfahrbahndecke noch weitergehender Untersuchungen.
Electrochemical tests, hardness measurements, and microstructure analysis are performed to study the influence of austenitizing, quenching, and tempering parameters on the corrosion resistance of the martensitic stainless steel grade X50CrMoV15 (1.4116). Different heat treatment states were studied using an adapted EPR-Test to evaluate the chromium distribution and depletion caused by the formation and dissolution of chromium rich carbides. The EPR results were correlated with pitting corrosion behavior, demonstrating the strong effect of heat treatment parameters on the susceptibility of martensitic stainless steels to corrosion phenomena.
The passivation behavior of alloy 31 was investigated as a function of passivation potential in a green-death solution at 40 °C. The alloy 31 surface is in a stable passive state during cyclic potentiodynamic polarization. In potentiostatic polarization of alloy 31, passive current density increases with an increase in the passivation potential. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Mott–Schottky (M–S) analysis showed that a more defective n-type semiconductive passive film forms as the potential increases. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed that passive film consists of mainly chromium and minor iron and nickel oxides. The increase of the applied potential is considered to be a reason for the change in passive film stability.
This study examines the relationship between the magnetic mesostructure with the microstructure of low carbon steel tungsten inert gas welds. Optical microscopy revealed variation in the microstructure of the parent material, in the heat affected and fusion zones, correlating with distinctive changes in the local magnetic stray fields measured with high spatial resolution giant magneto resistance sensors. In the vicinity of the heat affected zone high residual stresses were found using neutron diffraction.
Notably, the gradients of von Mises stress and triaxial magnetic stray field modulus follow the same tendency transverse to the weld. In contrast, micro-X-ray fluorescence characterization indicated that local changes in element composition had no independent effect on magnetic stray fields.
Different imaging techniques were employed to monitor Full Notch Creep Test (FNCT) experiments addressing environmental stress cracking in more detail. The FNCT is a well-established test method to assess slow crack growth and environmental stress cracking of polymer materials, especially polyethylene. The standard test procedure, as specified in ISO 16770, provides a simple comparative measure of the resistance to crack growth of a certain material based on the overall time to failure when loaded with a well-defined mechanical stress and immersed in a liquid medium promoting crack propagation.
Destructive techniques which require a direct view on the free fracture surface, such as light microscopy and laser scanning microscopy, are compared to non-destructive techniques, i.e. scanning acoustic microscopy and xray micro computed tomography. All methods allow the determination of an effective crack length. Based on a series of FNCT specimens progressively damaged for varied Durations under standard test conditions, the estimation of crack propagation rates is also enabled. Despite systematic deviations related to the respective Imaging techniques, this nevertheless provides a valuable tool for the detailed evaluation of the FNCT and its further development.
Protective passive coatings of stainless-steel piping systems and tanks in chemical plants are at risk – and not only from the harsh conditions prevalent during production operations. Even in new systems, defects can be caused by grinding or by incomplete removal of temper colours after welding. TÜV SÜD Chemie Service participated in the assessment of a rapid test for corrosion developed by the German Institute for Materials Research and Testing (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, BAM). In only 15 minutes, KorroPads deliver valid information about the condition of passive coatings on material surfaces.
Hard and wear resistant coatings deposited by PVD techniques have been characterized for decades for their capabilities to protect steel substrates from corrosion. In the present work the effect of Mg incorporated into TiN coatings is described in terms of the corrosion behavior as well as the mechanical and structural properties.
TiN and TiMgN films with Mg contents between 10 and 35 at.% were deposited onto mirror polished 100Cr6 (1.3505) steel samples with 2.5 and 5 μm thickness by using DC magnetron sputtering. The corrosion protection capabilities of the coatings were characterized by neutral salt spray (NSS) test, considering the amounts and sizes of growth defects inherent in each coated sample as determined by a recently developed optical scan method (Large Area High Resolution mapping). The defect data were statistically analyzed for improved interpretation of NSS test results. Chosen growth defects were additionally analyzed by focused ion beam technique. Furthermore the coating composition and morphology, the hardness and the tribological behavior were characterized.
Polished steel samples coated with 2.5 μm TiMgN containing about 35 at.% Mg were in the plane free of corrosion after 24 h in a NSS test. TiMgN with 10 or 20 at.% Mg only provided a slightly improved corrosion protection in relation to pure TiN coatings, which was limited to certain types of growth defects. The highest Mg containing coatings exhibited a decreased hardness down to 1200 or 1800 HV depending on type of deposition (HV 1200: Ti- and Mg-target with rotating substrate holder, 1800: Mg-plugged Ti-target with static substrate holder), but also showed a strongly improved wear resistance against Al2O3 related to pure TiN. By analyzing the NSS test results it was found that the corrosion behavior of the coated samples did not only depend strongly on the Mg content, but also on the sample individual defect concentrations. Therefore this subject is extensively discussed.
Hard coated steel components are used in a wide application range, mostly for protective, wear resistant and decorative purposes. Despite of these coatings being regarded as relatively dense, there is always a high risk of localized corrosion when a coated low alloyed steel component encounters a surrounding high humidity atmosphere or even an aqueous medium. An approach to enhance the corrosion properties is the addition of magnesium to physical vapor deposited hard coatings, like TiN. It has been found that there is a remarkable increase in corrosion resistance in dependence of magnesium content of the TiMgN coating and its surface properties. In this work the authors will explain the underlying corrosion protection mechanisms by means of electrochemical and analytical studies. The positive impact of magnesium in the coating relates on its preferred dissolution vs. steel. This causes the potential to shift to more negative direction with respect to the steel substrate and additionally leads to a temporarily passivation of the steel due to alkalization of the surrounding electrolyte by formation of magnesium hydroxide.
The effects of weathering exposure on unfilled and filled thermoplastic polyurethanes (TPU) materials are described as performed under different humidity conditions. For this purpose, a weathering device was used with UV-A 340 nm lamps at a constant temperature of 40 °C. The effects of environmental (UV and humidity condition) degradation on the frictional properties of TPU materials are presented along with surface analyses to characterize the chemistry of the degradative process. Photooxidative degradation of unfilled polymer leads to deterioration of physical and mechanical properties, which affects its tribological behavior significantly. Due to crosslinking, the stiffness of the material increases, reducing drastically the friction coefficient of unfilled TPUs. The frictional behavior of glass fiber reinforced TPU is less affected by radiation.
Mit der KorroPad-Prüfung können lochkorrosionsanfällige Oberflächen einfach, schnell und kostengünstig nachgewiesen werden. Das KorroPad ist damit für Hersteller, Verarbeiter, Anwender und Forscher eine interessante Alternative zu zeitintensiven Auslagerungsversuchen und elektrochemischen Untersuchungsmethoden, die normalerweise bei der Charakterisierung nichtrostender Stähle zur Anwendung kommen. Mit der KorroPad-Prüfung können aber auch werkstoff- und gefügebedingte Einflussfaktoren sichtbar gemacht werden, die Lochkorrosionsanfälligkeit verursachen. Um dies zu veranschaulichen, wird die Nachweisgrenze des Korro-Pads an Referenzlegierungen mit abgestuftem Chromgehalt aufgezeigt. Darauf aufbauend wird dargestellt, wie die Sensibilisierung nichtrostender Stähle durch Chromverarmung mit einer gezielten Verschärfung der KorroPad-Prüfung nachgewiesen werden kann.
Mit der KorroPad-Prüfung können lochkorrosionsanfällige Oberflächen einfach, schnell und kostengünstig nachgewiesen werden. Das KorroPad ist damit für Hersteller, Verarbeiter, Anwender und Forscher eine interessante Alternative zu zeitintensiven Auslagerungsversuchen und elektrochemischen Untersuchungsmethoden, die normalerweise bei der Charakterisierung nichtrostender Stähle zur Anwendung kommen. Mit der KorroPad-Prüfung können aber auch werkstoff und gefügebedingte Einflussfaktoren sichtbar gemacht werden, die Lochkorrosionsanfälligkeit verursachen. Um dies zu veranschaulichen, wird die Nachweisgrenze des KorroPads an Referenzlegierungen mit abgestuftem Chromgehalt aufgezeigt.
Darauf aufbauend wird dargestellt, wie die Sensibilisierung nichtrostender Stähle durch Chromverarmung mit einer gezielten Verschärfung der KorroPad-Prüfung nachgewiesen werden kann.
Anlagenbauteile aus nichtrostendem Stahl sind durch eine Passivschicht auf der Oberfläche vor Korrosion geschützt. Ist diese beschädigt oder unvollständig ausgebildet, geht der Schutz verloren. Produktionsausfälle und hohe Investitionen für Instandsetzungen können die Folge sein. Das KorroPad-Verfahren ist ein Schnelltest zur Qualitätskontrolle der Passivschicht. Er nimmt nur 15 Minuten in Anspruch.
The susceptibility of concrete structures due to alkali–silica reaction (ASR) can be assessed by means of ASR concrete prism testing at 60 °C, according to RILEM AAR 4.1. There, expansion of concrete prisms indicates alkali-reactivity of the examined concrete mix. This work applies in situ expansion measurement to accelerated concrete prism testing. Automated measuring facilitates both storage without the usually necessary interruptions for manual measurement and acquisition of quasi-continuousexpansion data. A comparative experimental programme showed that conventional testing resulted in stronger expansion and leaching of alkalis than automated testing. Experimental simulation of interruptions, typically associated with manual measurements in conventional testing, could prove the influence of these cooling–heating cycles. Two phenomenological approaches, frequently used for describing reaction kinetics of ASR by linking it to expansion results from ASR-testing, were validated with continuous expansion data of three types of aggregate. Experimental expansion depicted s-shaped curves similar to them of the modelling approaches. However, strong swelling recorded in the beginning of the test was not covered by the model curves. Auxiliary measurement of acoustic emissions and ultrasonic velocity helped characterising mechanisms such as hydration and cracking, which also influence prism expansion. The proposed modification of the measurement procedure provides an extended basis to analyse expansion mechanisms. Regarding data for validation of ASR-expansion models, continuous expansion results are preferable to conventional test results.
Bei der Planung und Gestaltung von Konstruktionen spielt der Korrosionsschutz und eine korrosionsschutzgerechte Bauweise eine zentrale Rolle. In einigen Fällen jedoch kann es durch bestimmte Randbedingungen und Eigenschaftsanforderungen an Komponenten und Bauteilen zur Ausbildung von galvanischer Korrosion durch Korrosionselemente kommen. Eine sehr häufig auftretende Form der galvanischen Korrosion ist die Bimetallkorrosion, bei der das Korrosionselement durch die Kombination verschiedener metallener Werkstoffe gebildet wird. Unter bestimmten Einsatzbe¬dingun¬gen kann ein solches Korrosionselement zu einem signifikant erhöhten Korrosionsabtrag führen und damit die technische Sicherheit gefährden. Trotz dem Vorhandensein solcher Korrosionselemente (z.B. Mischbauweise bei Konstruktionen) lässt sich das Risiko für galvanische Korrosion durch entsprechende Planung und konstruktive Gestaltung aber auch minimieren. Die Grundlagen der galvanischen Korrosion und Einflussgrößen vor allem auf die Bimetallkorrosion werden dargestellt und deren praktische Bedeutung anhand von Beispielen verdeutlicht.
Die Oberflächen nichtrostender Stähle sind durch eine Passivschicht geschützt. Ist diese beschädigt oder unvollständig ausgebildet, sind Anlagenkomponenten in Gefahr, durch Korrosionsangriffe zerstört zu werden.
KorroPads liefern ein valides Prüfergebnis zum Zustand der Passivschicht. Der Schnelltest dauert nur 15 min.
Die Passivschicht von Anlagenkomponenten aus nichtrostendem Stahl Ist nicht nur durch den rauen Industriealltag gefährdet. Bereits im Neuzustand können Schäden entstehen, etwa durch Schleifvorgänge oder ungenügende Entfernung von Anlauffarben nach dem Schweissen. TIJV Süd Chemie Service beteiligte sich an der Prüfung eines von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelten Schnelltests.
KorroPads liefern in 15 Minuten eine valide Aussage zur Korrosionsbeständigkeit der Passivschicht.