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Automated vibration-based damage detection is of increasing interest for structural health monitoring of engineering structures. In this context, stochastic subspace-based damage detection (SSDD) compares measurements from a testing state to a data-driven reference model in a statistical framework. In this thesis theoretical developments have been proposed to improve the robustness of SSDD for realistic applications conditions. First, a statistical test has been proposed considering the statistical uncertainties about the model obtained from the reference data. This leads to a precise description of the test’s distribution properties and damage detection thresholds. Second, an approach has been developed to account for environmental effects in SSDD. Based on reference measurements at few different environmental conditions, a test is derived with respect to an adequate interpolated reference.
The proposed methods are validated in numerical simulations and applied to experimental data from the laboratory and outdoor structures.
Polymeric membranes represent a cost- and energy-efficient solution for gas separation. Recently Polymers of Intrinsic Microporosity (PIMs) have been in a great interest because of their outstanding BET surface area larger than 700m2/g and pore size smaller than 1 nm. PIMs are a promising candidate in gas separation with high permeability and appealing selectivity due to their inefficient packing derived from a combination of ladder-like rigid segments with sites of contortion. However, it is recognized this class of polymers suffer from decrease in performance with time due to physical aging. The initial microporous structures approach a denser state via local chain rearrangements, leading to a dramatic reduction in permeability. As chain packing during film casting and physical aging are the key factors determine the performance in separation applications, characterization of the molecular mobility in these materials has been proved to provide valuable information. In recent research on PIM-1 the archetypal PIM, a molecular relaxation process with high activation energy together with a significant conductivity in the glassy state has been found and explained with the formation of local intermolecular agglomerates due to interaction of π-electrons in aromatic moieties of the polymer backbone. In this work, the dielectric behavior of the polymeric films and their response upon heating (aging) were measured by isothermal frequency scans during different heating/cooling cycles in a broad temperature range down to 133K for the first time. Multiple dielectric processes following Arrhenius behavior were observed. Local fluctuations, Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) polarization and structural relaxations were discussed correlating to structural-properties of PIM-1. Up to now, no other work has studied the role of porosity and thermal history of PIM-1 film in dielectric processes. The goal is by eliminating thermal history and considering storing conditions provide better understanding on aging and plasticizing in high free volume glassy polymer PIM-1.
Polymeric membranes represent a cost- and energy-efficient solution for gas separation. Recently Polymers of Intrinsic Microporosity (PIMs) have been in a great interest because of their outstanding BET surface area larger than 700m2/g and pore size smaller than 1 nm. PIMs are a promising candidate in gas separation with high permeability and appealing selectivity due to their inefficient packing derived from a combination of ladder-like rigid segments with sites of contortion. However, it is recognized this class of polymers suffer from decrease in performance with time due to physical aging. The initial microporous structures approach a denser state via local chain rearrangements, leading to a dramatic reduction in permeability. As chain packing during film casting and physical aging are the key factors determine the performance in separation applications, characterization of the molecular mobility in these materials has been proved to provide valuable information. In recent research on PIM-1 the archetypal PIM, a molecular relaxation process with high activation energy together with a significant conductivity in the glassy state has been found and explained with the formation of local intermolecular agglomerates due to interaction of π-electrons in aromatic moieties of the polymer backbone. In this work, the dielectric behavior of the polymeric films and their response upon heating (aging) were measured by isothermal frequency scans during different heating/cooling cycles in a broad temperature range down to 133K for the first time. Multiple dielectric processes following Arrhenius behavior were observed. Local fluctuations, Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) polarization and structural relaxations were discussed correlating to structural-properties of PIM-1. Up to now, no other work has studied the role of porosity and thermal history of PIM-1 film in dielectric processes. The goal is by eliminating thermal history and considering storing conditions provide better understanding on aging and plasticizing in high free volume glassy polymer PIM-1.
Monte-Carlo-Analysis of Minimum Burst Requirements for Composite Cylinders for Hydrogen Service
(2021)
For achieving Net Zero-aims hydrogen is an indispensable component, probably the main component. For the usage of hydrogen, a wide acceptance is necessary, which requires trust in hydrogen based on absence of major incidents resulting from a high safety level. Burst tests stand for a type of testing that is used in every test standard and regulation as one of the key issues for ensuring safety in use. The central role of burst and proof test is grown to historical reasons for steam engines and steel vessels but - with respect for composite pressure vessels (CPVs) - not due an extraordinary depth of outcomes. Its importance results from the relatively simple test process with relatively low costs and gets its importance by running of the different test variations in parallel. In relevant test und production standards (as e. g. ECE R134) the burst test is used in at least 4 different meanings. There is the burst test on a) new CPVs and some others b) for determining the residual strength subsequent to various simulations of ageing effects. Both are performed during the approval process on a pre-series. Then there is c) the batch testing during the CPVs production and finally d) the 100% proof testing, which means to stop the burst test at a certain pressure level. These different aspects of burst tests are analysed and compared with respect to its importance for the resulting safety of the populations of CPVs in service based on experienced test results and Monte-Carlo simulations. As main criterial for this the expected failure rate in a probabilistic meaning is used. This finally ends up with recommendations for relevant RC&S especially with respect to GTR 13.
Packages for the transport of Spent Nuclear Fuel and high active radioactive waste are designed to withstand severe accidents. Specific mechanical and thermal tests are defined in the IAEA Regulations for the Safe Transport of Radioactive Materials in order to cover these hypothetical severe accidents. The thermal test mainly consists of a 30 minute fully engulfing fire. Components such as the package impact limiters can lead to supplementary energy release during the thermal test as they might continue burning after the fire phase. Local heat flux into the package can occur. Measurement of heat flux into the package is of importance to evaluate component temperatures and review their acceptance. The usability of heat flux sensors and temperature measurement equipment has to be tested to apply them in impact limiter fire testing. Further questions arise such as :“Is the infrared camera a useful tool to determine heat flux at the boundary surface?”
Engineered nanomaterials (NM) with their unique size-dependent properties are of increasing relevance for current and future developments in various fields such as medical and pharmaceutical industry, computing and electronics or food and consumer products. The performance and safety of NM are determined by the sum of their intrinsic physicochemical properties. Especially, the particle surface chemistry, which is largely controlled by the chemical nature and density of functional groups and ligands, is an important key driver for the performance, stability, and processibility of NM, as well as their interaction with the environment. Thus, methods for functional group quantification can foster the sustainable development of functional and safe(r) NM.
Aiming at the development of simple, versatile and multimodal tools for the quantification of common bioanalytically relevant functional groups, we designed a catch-and-release assay based on cleavable probes that enable the quantification of the cleaved-off reporters in the supernatant after particle separation. Thus, the approach circumvents interferences resulting from particle light scattering and sample-inherent absorption or emission. To study the potential of the assay, commercially available and in-house synthesized aminated and carboxylated polymer and silica nanoparticles of different functional group densities were tested.
Our cleavable probe strategy can be easily adapted to other analytical techniques requiring different reporters, or to different types of linkers that can be cleaved thermally, photochemically, or by variation of pH, utilizing well-established chemistry. In addition, it can contribute to the development of multi-method characterization strategies to provide a more detailed picture of the intrinsic physicochemical property - performance/safety relationships and thus can support the design of tailored nanomaterials with better controlled properties.
Die Thermografie beruht auf der bildlichen Darstellung von Temperaturunterschieden oder auch thermischen Kontrasten an der Oberfläche eines Untersuchungsobjektes. Diese bilden sich nur her-aus, wenn sich das Untersuchungsobjekt gerade erwärmt oder abkühlt. Der Beitrag erklärt mittels eines stark vereinfachten Modells die Entstehung solcher Kontraste als dynamischen Effekt verschiedener Abkühlgeschwindigkeiten. Neben Laborergebnissen werden beispielhaft einige Ergeb-nisse von einem mittelalterlichen Baudenkmal präsentiert, um das Verständnis für die thermografische Inspektion von Fassaden zu vertiefen.
Mass Spectrometry (MS) and Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) are critical components of every industrial chemical process as they provide information on the concentrations of individual compounds and by-products. These processes are carried out manually and by a specialist, which takes a substantial amount of time and prevents their utilization for real-time closed-loop process control. This paper presents recent advances from two projects that use Artificial Neural Networks (ANNs) to address the challenges of automation and performance-efficient realizations of MS and NMR. In the first part, a complete toolchain has been developed to develop simulated spectra and train ANNs to identify compounds in MS. In the second part, a limited number of experimental NMR spectra have been augmented by simulated spectra to train an ANN with better prediction performance and speed than state-of-theart analysis. These results suggest that, in the context of the digital transformation of the process industry, we are now on the threshold of a possible strongly simplified use of MS and MRS and the accompanying data evaluation by machine-supported procedures, and can utilize both methods much wider for reaction and process monitoring or quality control.
Abstract Nowadays, Pt-Os binary systems are mainly considered as catalysts and electrocatalysts, but the role of Os in these processes is still poorly understood. The electronic structure of Pt-Os nanosystems remains a few studied as well. Using bimetallic (NH4)2[Pt0.5Os0.5Cl6] as a single-source precursor for preparing Pt-Os nanoalloy through the thermal decomposition in hydrogen and inert atmospheres, the relation of morphology, atomic ordering, and electronic structure of Pt-Os nanoalloy was examined by in situ Quick XAFS, XPS, PXRD, SEM, and HRTEM techniques. Being the only variable parameter, the decomposition atmosphere was found to govern the morphology of the Pt-Os nanoalloy and change the atomic ordering (alloying extent), which involves a change in the electronic structure. In a hydrogen atmosphere, the nanofibers (NFs) (ø ~ 5–6 nm) with the atomic ordering Oscore&Pt-richshell were observed to form; in a nitrogen atmosphere, thin nanoplates (NPLs) (~ 12 nm) with the atomic architecture Os-richcore&Ptrichshell were found out. The depletion in the Os 5d5/2 and Pt 5d5/2,3/2 states was revealed for Pt-Os nanoalloys.
This unusual result disagrees with the known d-band theory and indicates that there is a gain of non-d conduction electron counts at one or both sites. Mixed conductivity may exist in such Pt-Os nanoalloy that may be responsible for a manifestation of new physical properties of this binary system .
The largest percentage of component life under fatigue loading conditions is spent in the short crack regime and in the initial phase of long cracks. The use of Fracture Mechanics in the characterization of fatigue crack growth rate curves has proven to be a useful and adequate tool in the prediction of fatigue lifetimes as long as certain conditions are satisfied. All the above implies the need for a methodical and accurate procedure of assessment of the material response in order to achieve a reliable prediction of lifetime in components under safe conditions, based on the damage tolerance approach. It also highlights the need to analyse the response of increasingly reduced thicknesses, which, as time goes by, show greater differences with respect to those commonly studied and defined in standards and design guidelines, as well as to the experimental studies that can be found in the literature at present. Some examples of thin-walled components are turbine blades or certain additively manufactured parts where, additionally, variations in material properties can occur locally and should also be examined.
Sample functions, i.e., stochastic process realizations, are used to define cumulative damage phenomena which end into an observable terminal state or failure. The complexity inherent to such phenomena justifies the use of phenomenological models associated with the evolution of a physical magnitude feasible to be monitored during the test. Sample functions representing the damage evolution may be identified, once normalized to the interval [0,1], with cumulative distribution functions (cdfs), generally, of the generalized extreme value (GEV) family. Though usually only a fraction of the whole damage evolution, according to the specific problem handled, is available from the test record, the phenomenological models proposed allow the whole damage process to be recovered. In this way, down- and upwards extrapolations of the whole damage process beyond the scope of the experimental program are provided as a fundamental tool for failure prediction in the practical design. The proposed methodology is detailed and its utility and generality confirmed by its successive application to representative well-known problems in fatigue and fracture characterization. The excellent fittings, the physical interpretation of the model parameters and the good expectations to achieve a complete probabilistic analysis of these phenomena justify the interest of the proposed phenomenological approach with possible applications to other cumulative damage processes.
Se presenta una guía completa del procedimiento experimental para la determinación del valor umbral ΔKth intrínseco y caracterización de curvas FCGR sobre el acero de alta resistencia S960QL empleando probetas de pequeña escala. El análisis se realiza comparando probetas SENB de diferentes geometrías, distinguiendo entre “convencionales” y “miniatura”. Las primeras con espesor (B) de 6 mm y anchura (W) de 19, y las segundas con B = 3 y dos valores distintos de W, 4 y 6 mm. A fin de identificar el valor umbral ΔKth intrínseco, la relación de cargas (R) aplicada en todos los ensayos fue 0,8. La técnica de caída de potencial (DCPD) se utilizó para la monitorización del tamaño de grieta a lo largo de los ensayos.
La evaluación de los resultados experimentales confirma la equiparación de resultados entre las distintas geometrías y configuraciones de ensayo practicadas, así como la viabilidad de emplear probetas de pequeña escala en la determinación del valor umbral ΔKth intrínseco. Esto abre nuevas perspectivas en lo relativo al empleo de probetas de reducidas dimensiones en la caracterización de materiales a fatiga. A su vez, permite ofrecer una serie de recomendaciones para reproducir con éxito ensayos semejantes utilizando probetas de pequeñas dimensiones de acero y otros materiales metálicos.
Scientific welding data covers a wide range of physical domains and timescales and are measured using various different sensors. Complex and highly specialized experimental setups at different welding institutes complicate the exchange of welding research data further. The WelDX research project aims to foster the exchange of scientific data inside the welding community by developing and establishing a new open source file format suitable for the documentation of experimental welding data and upholding associated quality standards. In addition to fostering scientific collaboration inside the national and international welding community an associated advisory committee will be established to oversee the future development of the file format. The proposed file format will be developed with regard to current needs of the community regarding interoperability, data quality and performance and will be published under an appropriate open source license. By using the file format objectivity, comparability and reproducibility across different experimental setups can be improved.
Mit der Bezeichnung Hinterglasmalerei wird allgemein der Begriff der Glasmalerei assoziiert. Auch wenn in beiden Fällen Glas das Trägermaterial ist, bezeichnet Hinterglasmalerei jedoch eine völlig andere Technik. Während bei der Glasmalerei die Farben auf den Bildträger eingebrannt werden, handelt es sich bei der Hinterglasmalerei um eine Kaltmalerei. Selbsttrocknende Farben werden auf die Rückseite der Glastafel aufgetragen, zuweilen wird die Malweise durch aufwendige Veredelungstechniken ergänzt. Mehr und mehr rückt diese Technik, die materialtechnologisch zwischen Tafelmalerei und Glasmalerei zu verorten ist, in den Blickwinkel einer interessierten Öffentlichkeit, wie dies eine zunehmende Anzahl verschiedener Ausstellungen zur Hinterglasmalerei belegen. Die vorliegende Publikation beschäftigt sich in erster Linie mit kunsttechnologischen und materialanalytischen Aspekten der Hinterglasmalerei und ermöglicht tiefe Einblicke in die künstlerische Arbeitsweise und in die Verwendung unterschiedlichster Materialien.
The aim of this study is to develop polymeric thin films for corrosion protection of magnesium alloy AZ31. As polymer matrix, poly(4-vinyl pyridine) (P4VP) is selected due to its semiconducting properties and protonic conductivity. Polyacrylic acid is tested as crosslinking layers to improve interfacial adhesion. The macroscopic corrosion properties of the multilayer coatings are investigated by means of electrochemical methods, such as linear sweep voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), in corrosive media simulating technical and biomedical applications. It is demonstrated that thin multilayer coatings can suppress the corrosion rates of magnesium alloys. To our best knowledge, this is the first demonstration of the use of P4VP as a conducting polymer film with protonic conductivity for corrosion protection of magnesium alloys.
Safety concerns on cable tray fires in urban utility tunnels, which may further trigger huge casualties, ceiling structure damages, power failures and other domino effects, attract increasing attention in recent years. Determining the maximum excess ceiling gas temperature (MECT) induced by cable tray fires in urban utility tunnels is crucial to evaluate the fire risks. A series of one-layer horizontal cable tray fire experiments to explore the MECT were carried out in a large-scale utility tunnel without mechanical ventilations. The number of cables on the tray was varied from 8 to 18 in the experiments. The experimental results showed that the cable tray fire burning could be divided into three distinct stages, including ignition, self-sustaining and decaying stages. In the self-sustaining combustion stage, the cable tray was found to burn relatively steady. The mean MECT was also investigated since it represents one of the main characteristics of the cable tray fire. By redefining two parameters (the heat release rate and the effective ceiling height) in three classical MECT models proposed originally based on pool-fire, these three models could be extended to be able to predict the mean MECT generated from the cable tray fire (solid combustible) within 20% deviations. Consequently, two novel models were respectively proposed to predict the mean MECT at the self-sustaining burning period and the instantaneous MECT of one-layer horizontal cable tray fire in utility tunnel, which would be useful in the field of fire protection engineering.
A series of experiments were conducted in a 10L closed and vented tube with L/D = 10.0, and effects of initial fuel volume concentration, inert gas dilutions (diluted by N2 and CO2), inert gas–water mist twin fluid medium dilutions (diluted by N2-H2O twin fluid medium, CO2-H2O twin fluid medium) and end boundary conditions on overpressure transients of hydrocarbon fuel–air mixtures explosion were revealed. Results show that the overpressure-time profiles consistent with the dynamic evolution law of ‘approximately zero-1st overpressure rising stage-2nd overpressure rising stage-descending stage’, and ‘rate of overpressure rise-time’ curves exhibit the characteristics of multi-stages and multi-peaks, such as (dp/dt)(1,max), (dp/dt)(1,min), (dp/dt)(2,max) and (dp/dt)(2,min). Specifically, as the fuel volume concentration increased, both the maximum overpressures (pmax), and the maximum rates of overpressure rise ((dp/dt)(1,max) and (dp/dt)(2,max)) show a variation trend of increasing firstly and then decreasing, while the corresponding times (tmax, θ(1,max) , θ(2,max)) show a total different variation trend. Moreover, when YCH is lower than 1.88%, the value of (dp/dt)(1,max) is greater than (dp/dt)(2,max), while the value of (dp/dt)(1,max) was less than (dp/dt)(2,max), and when YCH was higher than 1.88%. The addition of N2 and CO2 can obviously inhibit the explosion intensity of hydrocarbon fuel, and the inhibition effect of CO2 is better than that of N2. Due to the synergy inhibition effect of the inert gas and ultrafine water mist, all the values of pmax, (dp/dt)(1,max) and (dp/dt)(2,max) diluted by inert gas-ultrafine water mist twin fluid medium were smaller than those diluted by sole inert gases. In addition, there are significant differences in the overpressure-time and the rate of overpressure rise-time profiles between closed and end venting explosions. The values of maximum overpressure and the rates of overpressure rise of the closed explosion were higher than those of the venting explosion, but the minimum rate of overpressure rise is a smaller one.
Hydrogen leakage of vehicles in the tunnel is a great threat to the safety operation of the tunnel and longitudinal ventilation strategies have always been utilized to control the fire and smoke movement of rail transit, electric and fossil-fueled vehicles in the engineering field. It is in doubt whether the longitudinal ventilation strategy could still help to reduce the jet fire hazard of transportation with H2 power in the tunnel, considering the rapid development of the hydrogen energy. In present work, a numerical research on effects of longitudinal ventilation strategies on hydrogen jet flames in the tunnel is conducted. The results illustrate that longitudinal ventilation could affect the flame characteristics of jet flames greatly in the tunnel. The critical ventilation velocity increases firstly with the increase of hydrogen leakage rates and then changes little after a critical value. The predicted theoretical model of pool fires could well predict the critical ventilation velocity for hydrogen jet fires. With the increase of longitudinal ventilation velocity, maximum ceiling temperatures are decreased greatly. According to the heat releases, jet speeds and ventilation velocities, three kinds of flame bending characteristics of hydrogen jet fire could be observed due to different effects of the inertial force. At last, the stable thermal stratification could also be destroyed by large ventilation velocities but the corresponding ventilation velocity is far larger than the critical ventilation one. With the increase of longitudinal ventilation velocities, the height of thermal layer is reduced firstly and then maintained at a constant value.
Self-sustaining smoldering as a novel disposal approach for food waste with high moisture content
(2021)
This work aims to explore the self-sustaining smoldering treatment (SSST) for the destruction of food waste. The food waste used in this work mainly consists of cereal, vegetable, and meat. To examine the processing procedures and parameters, three experimental groups (raw food waste, food-waste paste and food-waste paste blended with anthracite) and five variables (moisture content, sand size, sand-to-food waste ratio, air flow and food waste-to-coal ratio) were extensively investigated. Results show that raw food waste with 40% moisture content can be disposed by SSST with the mass destruction ratio over 90%. However, the robustness of SSST for raw food waste is constrained by the heterogeneous issue due to a variety of components and sizes of food waste. This issue is addressed through stir pre-processing of raw food waste as food-waste paste. The robustness of SSST for food waste is significantly further enhanced only if a slight mass fraction of anthracite (<20% of raw food waste) is supplemented. This provides an alternative solution for employing SSST for raw food waste with very high moisture content.
The space heating system accounts for 20%~50% of building energy consumption, and may lead to energy waste due to unreasonable controls. In this study, an energy-efficient floor heating system with intelligent control was proposed to improve energy efficiency of the system. In order to validate the concept of the proposed intelligent control, an experimental system was designed and constructed in Chengdu, China. Temperature, control cycle and energy consumption were then studied under different control strategies. The result shows that a larger flow rate of supply water will result in a longer control cycle and a lower control frequency, i.e., the average control cycle at 7 L min−1 is 1.7 h during the test day, while it is 1.5 h at 5 L min−1. Moreover, adopting water with a higher temperature and flow rate could achieve a higher efficiency of the system. The energy consumptions in case 1 (5 L min−1, 50 °C), case 2 (5 L min−1, 55 °C), case 5 (7 L min−1, 55 °C) and case 6 (7 L min−1, 60 °C) are 4746 kJ, 3534 kJ, 3093 kJ and 3028 kJ, respectively. Based on the experimental data, the supply water temperature is suggested to set lower than 60 °C considering human comfort.
Development of a test system for identifying the bitumen type and the modifier used in a reclaimed asphalt Da Polymer-, Gummi-, wachs- und mehrfachmodifizierte Bitumen seit Jahren im Asphaltstraßenbau eigesetzt werden, kommen diese vermehrt im Ausbauasphalt vor. Zur Bewertung des Ausbauasphalts ist es daher notwendig, die Modifizierungen an der Mischanlage zu identifizieren. Die Ausbildung des Bindemittelsacks beim Erweichungspunkt Ring und Kugel ist charakteristisch für die Modifizierung. Hierdurch können wachsmodifizierte Bitumen (WmB) recht präzise und Polymermodifizierten Bitumen (PmB) teilweise identifiziert werden. Mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) werden die Schmelztemperaturen der Wachse erfasst. Hierdurch können WmB identifiziert und die Wachsarten unterschieden werden. Die Analytik mittels Dynamischem Scherrheometer (DSR) startet mit der Bestimmung der Äquisteifigkeitstemperatur EG*T. Bei EG*T werden Frequenz-, Amplituden- und MSCR-Tests durchgeführt. Die Grenze des LVE-Bereichs dient der Identifizierung von WmB. Anhand der Kennwerte bei 0,1 Hz können PmB erkannt werden. Die Rückformung (MSCRT) dient der Identifizierung von Mehrfachmodifizierungen. Da Gummimodifizierte Bitumen (GmB) bei der Extraktion erkannt werden, können alle Modifizierungsarten identifiziert werden. In den FTIR-Spektren (Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie) der modifizierten Bitumen verursachen einige Polymere und Wachse charakteristische Banden, wodurch diese erkannt werden. Die Identifizierung der übrigen Additive erfolgt mithilfe einer multivariaten Auswertung, wodurch mit Ausnahme der GmB (nicht erforderlich) alle Additive erkannt werden. An Stichproben konnte zudem eine Abgrenzung von Mehrfachmodifizierungen sowie eine Abschätzung der Zugabemenge erreicht werden. DSR und FTIR ermöglichen beide eine schnelle, einfache und zielsichere Identifizierung der Bitumenmodifizierungen. Durch die FTIR-Analytik können die Modifizierungen mit der größtmöglichen Präzision bestimmt werden. Die DSR-Analytik erlaubt dafür zusätzlich eine baupraktische Bewertung der Bindemittel.
As polymer, rubber, wax and multi-modified bitumen are used for asphalt road construction since many years, they increasingly occur in reclaimed asphalt. To assess the reclaimed asphalt, it is therefore necessary to identify the modifications in the mixing plants. The formation of the binder bag at softening point ring and ball is characteristic for modification. In this way, wax modified bitumen (WmB) can be identified rather precisely and to a less extent polymer modified bitumen (PmB) can also be identified. Differential scanning calorimetry (DSC) is used to record the melting temperatures of the waxes. In this way, WmB can be identified and a differentiation can be made between the wax types. The analysis by means of the dynamic shear rheometer (DSR) starts with the determination of the equi-stiffness temperature EG*T. Frequency-, amplitude- and MSCR-tests are performed at EG*T. The limit of the LVE range is used to identify WmB. PmB can be identified based on the characteristic values at 0.1 Hz. Creep recovery (MSCRT) is used to identify multi-modifications. As rubber modified bitumen (GmB) is identified on extraction, all types of modification can therefore be identified. Several polymers and waxes cause characteristic bands in the FTIR spectra (Fourier Transform Infrared spectroscopy) of modified bitumen, which enables the identification of these additives. The other additives except the GmB (not necessary) can be identified by means of multivariate model. Further, due to random evaluations, the differentiation between single- and multi-modification as well as the estimation of the content of some additives is possible. DSR and FTIR both enable fast, simple and accurate identification of the bitumen modification. The modification can be determined with the greatest possible precision by using FTIR analysis. On the other hand, DSR analysis allows additional practical assessment of the binder on site.
Under the auspices of the Protein Analysis Working Group (PAWG) of the Comité Consultatif pour la Quantité de Matière (CCQM) a pilot study, CCQM-P216, was coordinated by the Chinese National Institute of Metrology (NIM), National Research Council of Canada (NRC) and the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). Eleven Metrology Institutes or Designated Institutes and the BIPM participated in the first phase of the pilot study (Part 1). The purpose of this pilot study was to develop measurement capabilities for larger proteins using a recombinant humanized IgG monoclonal antibody against Spike glycoprotein of SARS-CoV-2 (Anti-S IgG mAb) in solution. The first phase of the study was designed to employ established methods that had been previously studies by the CCQM Protein Analysis Working Group, involving the digestion of protein down to the peptide or amino acid level. The global coronavirus pandemic has also led to increased focus on antibody quantitation methods. IgG are among the immunoglobulins produced by the immune system to provide protection against SARS-CoV-2. Anti-SARS-CoV-2 IgG can therefore be detected in samples from affected patients. Antibody tests can show whether a person has been exposed to the SARS-CoV-2, and whether or not they potentially show lasting immunity to the disease. With the constant spread of the virus and the high pressure of re-opening economies, antibody testing plays a critical role in the fight against COVID-19 by helping healthcare professionals to identify individuals who have developed an immune response, either via vaccination or exposure to the virus. Many countries have launched large-scale antibody testing for COVID-19. The development of measurement standards for the antibody detection of SARS-CoV-2 is critically important to deal with the challenges of the COVID-19 pandemic. In this study, the SARS-CoV-2 monoclonal antibody is being used as a model system to build capacity in methods that can be used in antibody quantification. Amino acid reference values with corresponding expanded uncertainty of 36.10 ± 1.55 mg/kg, 38.75 ± 1.45 mg/kg, 18.46 ± 0.78 mg/kg, 16.20 ± 0.67 mg/kg and 30.61 ± 1.30 mg/kg have been established for leucine, valine, phenylalanine, isoleucine and proline, respectively. Agreement between nearly all laboratories was achieved for the amino acid analysis within 2 to 2.5 %, with one participant achieving markedly higher results due to a technical issue found in their procedure; this result was thus excluded from the reference value calculations. The relatively good agreement within a laboratory between different amino acids was not dissimilar to previous results for peptides or small proteins, indicating that factors such as hydrolysis conditions and calibration procedures could be the largest sources of variability. Peptide reference values with corresponding expanded uncertainty of 4.99 ± 0.28 mg/kg and 6.83 ± 0.65 mg/kg have been established for ALPAPIEK and GPSVFPLAPSSK, respectively. Not surprisingly due to prior knowledge from previous studies on peptide quantitation, agreement between laboratories for the peptide-based analysis was slightly poorer at 3 to 5 %, with one laboratory's result excluded for the peptide GPSVFPLAPSSK. Again, this level of agreement was not significantly poorer than that achieved in previous studies with smaller or less complex proteins. To reach the main text of this paper, click on Final Report.
Untersuchungsmethoden beim Fräsen additiv gefertigter schwer spanbarer Kobalt-Chrom-Legierungen
(2021)
Für den Anlagenbau werden hochbelastete Komponenten aus Co-Cr-Legierungen hergestellt. Dabei ist die Zerspanung so herausfordernd, dass additive Fertigungsschritte oft wirtschaftlicher sind. Diese bedingen aber vorwiegende heterogene, anisotrope Gefüge und Eigenschaften und bei nachfolgender Fräsbearbeitung unstetige Zerspankräfte und instabile Spanvorgänge. Hierbei können hybride Zerspanprozesse helfen, hohe Belastungen für Werkzeug und Werkstückoberfläche zu minimieren. Diesbezügliche Charakterisierungen erfordern speziell adaptierte Zerspanungsanalysen.
Anhand eines Anwendungsbeispiels, bei dem eine Modifikation der Ausgangslegierung mit 1 % Hf erfolgte, wird die Wechselwirkung zwischen Gefügemorphologie und Fräsprozess dargestellt, der konventionelle mit einem hybriden ultraschallunterstützten Fräsprozess verglichen und die Charakterisierung des Werkzeugverschleißes anhand zweier verschiedener Fräser betrachtet. Analysen auftretender Prozesskräfte mittels Piezo-Mehrkomponenten-Dynamometer, der Werkzeugoszillation mittels Laser-Vibrometer und zusätzliche In-situ-Temperaturmessungen der Werkzeugschneiden mittels Highspeed-Pyrometer bilden den Kern der neuen Zerspanungsprüftechnik.
Die vorgestellten Untersuchungsmethoden bilden die Vorgänge bei der Zerspanung additiv gefertigter Werkstoffe detailliert und reproduzierbar ab. Sowohl Legierungsmodifikation als auch hybride Prozessbedingungen lassen gezielte Einflüsse zur deutlichen Verbesserung der Zerspanungssituation zu.
Für den Anlagenbau werden hochbelastete Komponenten aus Co-Cr-Legierungen hergestellt. Dabei ist die Zerspanung so herausfordernd, dass additive Fertigungsschritte oft wirtschaftlicher sind. Diese bedingen aber vorwiegende heterogene, anisotrope Gefüge und Eigenschaften und bei nachfolgender Fräsbearbeitung unstetige Zerspankräfte und instabile Spanvorgänge. Hierbei können hybride Zerspanprozesse helfen, hohe Belastungen für Werkzeug und Werkstückoberfläche zu minimieren. Diesbezügliche Charakterisierungen erfordern speziell adaptierte Zerspanungsanalysen.
Anhand eines Anwendungsbeispiels, bei dem eine Modifikation der Ausgangslegierung mit 1 % Hf erfolgte, wird die Wechselwirkung zwischen Gefügemorphologie und Fräsprozess dargestellt, der konventionelle mit einem hybriden ultraschallunterstützten Fräsprozess verglichen und die Charakterisierung des Werkzeugverschleißes anhand zweier verschiedener Fräser betrachtet. Analysen auftretender Prozesskräfte mittels Piezo-Mehrkomponenten-Dynamometer, der Werkzeugoszillation mittels Laser-Vibrometer und zusätzliche In-situ-Temperaturmessungen der Werkzeugschneiden mittels Highspeed-Pyrometer bilden den Kern der neuen Zerspanungsprüftechik.
Die vorgestellten Untersuchungsmethoden bilden die Vorgänge bei der Zerspanung additiv gefertigter Werkstoffe detailliert und reproduzierbar ab. Sowohl Legierungsmodifikation als auch hybride Prozessbedingungen lassen gezielte Einflüsse zur deutlichen Verbesserung der Zerspanungssituation zu.
The Oxygen Pressure Surge Test (OPST) is considered to be best practice for evaluating the burn out safety of plant components and testing the compatibility of nonmetallic materials for oxygen service. Nevertheless, there are only a few laboratories worldwide performing the OPST. The Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) already operates oxygen pressure surge test facilities with maximum OPST pressures of 450 bar.
However, to ensure technical innovation and to enhance research and development, the decision was made to develop a new and large-scale oxygen pressure surge test facility. Due to the size and the high potential impact energies, the test facility is located outside of Berlin at BAM Test Site for Technical Safety (TTS), where large scale testing is carried out. In addition to an intended maximum OPST pressure of 750 bar, there is the possibility of testing industrial equipment with large inner volumes and diameters. The new quick opening valve constitutes the core of the system and was developed by BAM. It allows to perform tests with the standardized pressure rise times of 15 ms to 20 ms or with adjustable pressure rise times at higher or lower values. As a result, it is possible to provide customized test parameters for specific practical applications as well as research projects.
This presentation shows the status quo of this unique test facility, its performance, its technical specifications, and its new possibilities for research and development for a long term enhancement of burn out safety in oxygen application.
The general requirement, that nonmetallic materials for oxygen service must be tested and found suitable for their intended use in plants and components is the current state of technical safety. However, numerous requests of manufacturers, sales offices, and users show that there is still a strong need for information on how these materials are tested and evaluated. Based on more than 60 years of expertise, this paper provides background information on BAM’s test approach. It explains why BAM applies additional assessment criteria on nonmetallic materials for certain use conditions. Hence, the test schedule as well as the final evaluation shall reflect the practical application in a more customer-related way in combination with a higher safety level. That is the demand of BAM’s safety philosophy.
Ausgehend von den verstärkt auftretenden AKR-Schäden an den vor 2005 hergestellten BAB-Abschnitten verfolgte das Forschungsvorhaben zwei Ziele. So sollte einerseits die Ursache für die mit der AKR-Schadensentwicklung einhergehende Dunkelfärbung der Oberfläche der Betonfahrbahndecke im Fugenbereich ermittelt werden. Andererseits galt es, ausgehend von der Zustands- und Schadenserfassung das AKR-Restschädigungspotenzial der Prüfkörper aus je drei ein- und zweischichtig ausgeführten, unterschiedlich stark AKR-geschädigten BAB-Abschnitten vergleichend zu bewerten. Folgende Ergebnisse wurden u. a. erzielt:
1. Dunkelfärbung Experimenteller Nachweis mit kombinierter insitu-
Feuchtemessung mit Radar (integral) und NMR (tiefenaufgelöst), dass Dunkelfärbung der Oberfläche der Betonfahrbahndecke im Fugenbereich auf eine erhöhte Durchfeuchtung der Betonrandzone zurückzuführen ist; erfolgreiche Validierung der ZfP-Ergebnisse mit Darr-Wäge-Versuch.
2. Zustand beprobter BAB-Abschnitte und schadenskategoriespezifische
Bewertung der AKR-Prüfverfahren:
• Auffinden von Horizontalrissen im Bereich der Querscheinfuge bei allen AKR-geschädigten BAB-Abschnitten,
• Ermittlung mittlerer Eindringtiefen bei Natrium von maximal 20 bis 45 mm und bei Chlorid von maximal 15 bis 60 mm im Entnahmezustand;
keine Korrelation mit der AKR-Schadenskategorie des jeweiligen BAB-Abschnitts,
• Nachweis gleichzeitig auftretender SEB bei allen AKR-geschädigten BAB-Abschnitten im Entnahmezustand,
• keine signifikante Verminderung der Spaltzugfestigkeit durch die verstärkte AKR am Plattenrand,
• Ermittlung eines erhöhten AKR-Restschädigungspotenzials bei vier der sechs beprobten BAB-Abschnitte primär mittels AKR-erformanceprüfungen,
• Ermittlung höherer Dehnungen bei Performanceprüfungen aus Ober- und Unterbeton bestehenden Halbschalen, als an separat aus Ober- und Unterbeton gewonnenen Prismen,
• Unauffälliges Verhalten nahezu aller bei der Performanceprüfung auffälligen Bestandsbetone im 40°C- und 60°C-Betonversuch; vermutete Ursache: mit LIBS nachgewiesene hohe und tiefreichende Auslaugung der Alkalien.
Analyse des gefügeabhängigen Löslichkeitsverhaltens potenziell AKR-empfindlicher Gesteinskörnungen
(2021)
Das gefügeabhängige Löslichkeitsverhalten wurde an folgenden vier Gesteinskörnungen unterschiedlicher Alkaliempfindlichkeitsklassen
untersucht:
• GK1 (EIII-S): quarzreicher Kies
• GK2 (EIII-S): Grauwacke (Splitt)
• GK3 (EI-S): Quarz-Feldspat-Porphyr (Splitt)
• GK4 (EI-S): sandsteinreicher Kies
DiePorenstrukturanalyse erfolgte sowohl an Einzelkörnern mittels vergleichender 3D-CT und BET- Untersuchungen als auch an Korngemengen der einzelnen Kornfraktionen (außer Fraktion 16/22 mm) über die Wasseraufnahme und mit BET. Für die Visualisierung und Quantifizierung der von außen zugänglichen Oberflächenanteile der Einzelkörner wurde ein Softwaretool entwickelt, erprobt und erfolgreich angewandt. Es gelang so u.a. den Nachweis zu erbringen, dass die gebrochenen Einzelkörner der Grauwacke und des Rhyoliths einen deutlich geringeren von außen zugänglichen Oberflächenanteil als die gleichartigen Gesteinskörner aus dem Kies besitzen. Aufgrund der limitierten Ortsauflösung der 3D-CT von 11 bis 16,5 μm wurde mit BET eine um drei Zehnerpotenzen höhere spezifische Oberfläche ermittelt.
Zu den Porositätsuntersuchungen an den Korngemengen sei angemerkt, dass zum Teil gegenläufige Trends zwischen offener Porosität und spezifischer Oberfläche festgestellt wurden. Dieses ist beim Bezug des bei den Löseversuchen in 0,1 M KOH mit definierter NaCl-Zugabe aus der Gesteinskörnung gelösten SiO2 und Al2O3 von zentraler Bedeutung. Bei den Löseversuchen an den fraktionsspezifischen Korngemengen selbst zeigte sich, dass die stufenweise Erhöhung des NaCl-Gehalts von 0 auf 10 M.-% im Eluat eine erhöhte SiO2-Löslichkeit und eine verminderte Auslaugung von Al2O3 zur Folge hat. Auffallend war hierbei, dass die Al2O3-Löslichkeit bei GK4 ohne und mit geringer NaCl-Zugabe die mit Abstand höchsten Werte annimmt. Bei den zusätzlich durchgeführten Löseversuchen an den tomografierten Einzelkörnern in 1 M KOH-Lösung mit Zugabe von 1 M.-% NaCl zeigte sich, dass nur vereinzelt bei den untersuchten Gesteinsarten eine Korrelation zwischen dem SiO2- bzw. Al2O3-Gehalt im Eluat und der absoluten BET-Oberfläche nachweisbar ist. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass neben der Oberfläche weitere Parameter (z.B. die mineralogische Zusammensetzung der Einzelkörner) das Löseverhalten maßgebend beeinflussen. Bei den parallel zu den Löseversuchen durchgeführten Betonversuchen nach dem ARS 04/2013 zeigte sich, dass die Alkaliempfindlichkeit der GK4 bei beiden Betonversuchen mit Alkalizufuhr unterschiedlich zu bewerten ist. So ist unabhängig von der vorgegebenen pessimalen Betonrezeptur des Fahrbahndeckenbetons ausschließlich bei der Klimawechsellagerung die GK4 als alkaliempfindlich einzustufen. Allerdings konnte der Befund der stark ausgeprägten AKR bei der GK4 mit der Dünnschliffmikroskopie nicht bestätigt werden. Analoges gilt für die Bewertung der Alkaliempfindlichkeit von GK2 mit den Betonversuchen nach der Alkalirichtlichtlinie des DAfStb. So ist auch hier die GK2 nicht im 60 °C-Betonversuch sondern ausschließlich im 40 °C-Betonversuch als alkaliempfindlich einzustufen.
Dienach den verschiedenartigen Betonversuchen durchgeführten LIBS-Analysen am Vertikalschnitt der Prüfkörper zeigen, dass im Kernbereich nach dem 60 °C-Betonversuch mit 10 %iger NaCl-Lösung und nach der Klimawechsellagerung mit NaCl-Beaufschlagung annähernd gleich hohe Natrium- und Chloridgehalte vorgefunden werden. Wider Erwarten treten an den beaufschlagten Prüfflächen Abreicherungen von Natrium und Anreicherungen von Chlorid auf. Im 40°C- und 60 °C-Betonversuch wurde das Natrium bis in eine maximale Tiefe von ca. 30 mm bzw. 20 mm ausgelaugt. Die aufbauenden korrelativen Betrachtungen zwischen den Ergebnissen des 60°C Betonversuchs mit Alkalizufuhr und der Löseversuche an den fraktionsspezifischen Korngemengen in 1 M KOH-Lösung mit definierter NaCl-Zugabe sind durchaus vielversprechend. So zeigt sich beispielsweise beim Waschbeton, dass der fraktionsspezifisch gewichtete SiO2-Überschuss im Eluat nach 56 Tagen mit Zugabe von 0,5 M.-% NaCl ohne Bezug auf die BET-Oberfläche zur gleichen Einstufung der vier betrachteten Gesteinskörnungen wie bei den Dehnungen im 60 °C-Betonversuch mit 3 %-iger NaCl-Lösung führt. Außerdem korrelieren die im 60 °C-Betonversuch mit 10 %-iger NaCl-Lösung ermittelten Dehnungen mit dem gewichteten SiO2-Überschuss im Eluat bei Zugabe von 2 M.-% NaCl ohne Bezug auf die BET-Oberfläche.
Ausschließlich bei den Betonversuchen nach der Alkali-Richtlinie erwies sich der Bezug des im Eluat ermittelten SiO2-Überschusses auf die BET-Oberfläche als zielführend. Aufgrund des Potenzials der Löseversuche mit NaCl-Zugabe für die Bewertung der Alkaliempfindlichkeit der Gesteinskörnung im Fahrbahndeckenbeton wird empfohlen, die vergleichenden Untersuchungen zwischen den Löseversuchen an Korngemischen der einzelnen Fraktionen und den Betonversuchen nach dem ARS 04/2013 mit einer möglichst hohen Anzahl an Gesteinskörnungen und einem präzisierten Untersuchungsumfang fortzuführen.
Investigation of the internal impact during a 9 m drop test of an accident-safe waste package
(2021)
The safety assessment of packages for the transport of radioactive material follows the IAEA regulations and guidance. The specified regulatory tests cover severe accidents and demonstrate the package containment system integrity.
Special attention must be drawn to the behaviour of the content which could move inside the package due to unpreventable gaps caused by the loading procedure and the structure of the content. A possible internal impact of the content which occurs during the drop tests onto the lid system is investigated. The IAEA regulations SSR-6 and the Guidance SSG-26, revised recently, consider input from Germany and France related to the significance of internal gaps.
In the context of a waste package design assessment, a model was equipped with a representative content to conduct a drop test with an internal impact. The weight and kinetic impact of this content covered all possible real contents. The objective of the test was to maximize the load onto the lid system and to prove the mechanical integrity by complying with the required leak tightness. The test was conducted
conservatively at a package temperature lower than -40 °C at the BAM Test Site Technical Safety.
This paper gives an overview of efforts to address internal gaps and their consequences, and the BAM efforts with the implementation of this topic into IAEA regulations and guidance material. The paper then focuses on the conduction of a drop test and investigation of internal component impact.
Investigation of the internal impact during a 9 m drop test of an accident-safe waste package
(2021)
The safety assessment of packages for the transport of radioactive material follows the IAEA regulations and guidance. The specified regulatory tests cover severe accidents and demonstrate the package containment system integrity. Special attention must be drawn to the behaviour of the content which could move inside the package due to unpreventable gaps caused by the loading procedure and the structure of the content. A possible internal impact of the content which occurs during the drop tests onto the lid system is investigated. The IAEA regulations SSR-6 and the Guidance SSG-26, revised recently, consider input from Germany and France related to the significance of internal gaps.
In the context of a waste package design assessment, a model was equipped with a representative content to conduct a drop test with an internal impact. The weight and kinetic impact of this content covered all possible real contents. The objective of the test was to maximize the load onto the lid system and to prove the mechanical integrity by complying with the required leak tightness. The test was conducted conservatively at a package temperature lower than -40 °C at the BAM Test Site Technical Safety.
This paper gives an overview of efforts to address internal gaps and their consequences, and the BAM efforts with the implementation of this topic into IAEA regulations and guidance material. The paper then focuses on the conduction of a drop test and investigation of internal component impact.
Spherical lignin nanoparticles (LNPs) fabricated via nanoprecipitation of dissolved lignin are among the most attractive biomass-derived nanomaterials. Despite various studies exploring the methods to improve the uniformity of LNPs or seeking more application opportunities for LNPs, little attention has been given to the fundamental aspects of the solvent effects on the intrinsic properties of LNPs. In this study, we employed a variety of experimental techniques and molecular dynamics (MD) simulations to investigate the solvent effects on the intrinsic properties of LNPs. The LNPs were prepared from softwood Kraft lignin (SKL) using the binary solvents of aqueous acetone or aqueous tetrahydrofuran (THF) via nanoprecipitation. The internal morphology, porosity, and mechanical properties of the LNPs were analyzed with electron tomography (ET), small-angle X-ray scattering (SAXS), atomic force microscopy (AFM), and intermodulation AFM (ImAFM). We found that aqueous acetone resulted in smaller LNPs with higher uniformity compared to aqueous THF, mainly ascribing to stronger solvent−lignin interactions as suggested by MD simulation results and confirmed with aqueous 1,4-dioxane (DXN) and aqueous dimethyl sulfoxide (DMSO).
More importantly, we report that both LNPs were compact particles with relatively homogeneous density distribution and very low porosity in the internal structure. The stiffness of the particles was independent of the size, and the Young’s modulus was in the range of 0.3−4 GPa. Overall, the fundamental understandings of LNPs gained in this study are essential for the design of LNPs with optimal performance in applications.
Vielleicht nannten es die Berliner „Puppen putzen“, wenn in den 1880er Jahren die Marmorstatuen auf der Schlossbrücke vor dem Berliner Stadtschloss mit Bürste, Wasser und Seife von Staub, Ruß und Taubendreck befreit wurden. Soviel Pflege wurde diesen Göttinnen aus der griechischen Mythologie nicht immer zuteil. So haben Klima, Luftverschmutzung und der 2. Weltkrieg, wie bei anderen Kunstwerken auch, tiefe Spuren hinterlassen. Der Erhalt dieser zwischen 1847 und 1857 aufgestellten Skulpturen und vieler vergleichbarer Objekte im Stadtbild ist durch die auch heute weiter fortschreitende Schädigung des Marmors gefährdet. In den Jahren 2006 bis 2010 förderte die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) ein Projekt zur „Entwicklung und Überprüfung von Einhausungssystemen zur Reduzierung umweltbedingter Schädigungen von außenexponierten Marmorobjekten mit dem Ziel des langfristigen Erhalts in situ an einem national bedeutenden Objektkomplex, den Schlossbrückenfiguren unter den Linden, Berlin“. Geleitet und restauratorisch betreut wurde das Projekt durch das Landesdenkmalamt (LDA) Berlin. Durch die Abteilung Strukturgeologie und Geodynamik (GZG) der Georg-August Universität Göttinnen wurden die Verwitterungsmechanismen des Marmors untersucht und auf dieser Basis Anforderungen an das Schutzsystem formuliert. Anhand von numerischen Simulationen des Instituts für Bauklimatik der Technischen Universität Dresden (TUD) wurde das bauphysikalische Konzept des Einhausungssystems optimiert. Die konstruktive Gestaltung eines Prototyps und des finalen Entwurfs erfolgte durch das Fachgebiet Konstruktives Entwerfen und Tragwerkslehre der Universität der Künste Berlin. Durch den Fachbereich Baustoffe der BAM erfolgten die Realisierung des Prototyps der Einhausung sowie ein umfangreiches Klimamonitoring an den Skulpturen. Anhand dieses interdisziplinären Projektes und ergänzt durch weitere Messungen wird gezeigt, mit welchen Methoden die für die Degradation von Marmor relevanten Mechanismen untersucht werden können. Die Erkenntnisse aus dem Projekt sind die Grundlage für die Entwicklung nachhaltiger Pflege- und Schutzkonzepte für die kulturhistorisch wertvollen Skulpturen. Nur mit solchen modernen konservatorischen Programmen können die Originalskulpturen im Berliner Stadtraum erlebbar bleiben.
This paper describes a new ultrasonic measuring device called “W-Box”. It was developed based on the requirements of the DFG Forschergruppe (research unit) CoDA for a portable device for monitoring of concrete specimens, models and actual structures using embedded ultrasonic transducers as well as temperature and humidity sensors. The W-Box can send ultrasonic pulses with a variable frequency of 50–100 kHz to one selectable transducer and records signals from up to 75 multiplexed channels with a sample rate of 1 MHz and a resolution of 14 bits. In addition, it measures temperature and humidity with high accuracy, adjustable amplification, restarts automatically after a power failure and can be fully controlled remotely. The measured data are automatically stored locally on-site data quality checks and transferred to remote servers. The comparison of the W-Box with a laboratory setup using commercial devices proves that it is equally reliable and precise, at much lower cost. The W-Box also shows that their measurement capacities, with the used embedded ultrasonic transducers, can reach above 6 m in concrete.
Liebe Leser*innen,
wir stehen an der Schwelle einer globalen Transformation, des Aufbruchs in ein neues Zeitalter. Deutschland hat sich verpflichtet, bis 2045 das Ziel der Klimaneutralität zu erreichen, und stellt sich damit der Verantwortung, die Erderwärmung in vertretbaren Grenzen zu halten.
Der Weg zu einer CO₂-neutralen Zukunft wird nur mit sicheren Technologien und Innovationen möglich sein. Der Koalitionsvertrag der neuen Bundesregierung betont in seiner Präambel, dass "dieser Fortschritt auch mit einem Sicherheitsversprechen einhergehen muss". Unsere Expertise als Ressortforschungseinrichtung des Bundes mit dem Auftrag, Sicherheit in Technik und Chemie zu gewährleisten, ist daher auch 150 Jahre nach unserer Gründung gefragt - vielleicht mehr denn je. Wir verbinden sie mit dem Anspruch, Wissenschaft mit Wirkung zu betreiben, und leisten so einen Beitrag für eine klimaneutrale Zukunft.
Dieser Wandel und seine Innovationen werden von neuen Ideen in der Chemie sowie den Material- und Werkstoffwissenschaften getragen, unsere Zukunft ist eine stoffliche. Neue und alte Materialsysteme, Komponenten und Infrastrukturen werden im Kontext der Nachhaltigkeit gedacht werden müssen. Ihre Sicherheit macht Märkte, trägt also zum gesellschaftlichen Wohlstand bei, wenn wir das Vertrauen in Wissenschaft und Technik stärken. Dieses Vertrauen wiederum erwächst aus der Expertise von Menschen und der Verlässlichkeit von Institutionen wie der BAM.
Im letzten Jahr haben wir unsere Anstrengungen insbesondere in Schlüsselbereichen der Energiewende ausgebaut: unter anderem mit unserem Kompetenzzentrum für die Sicherheit moderner Wasserstofftechnologien, umfassenden Testmöglichkeiten für elektrische Energiespeicher und der Suche nach effizienteren, umweltschonenden Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien sowie mit Projekten zur Standfestigkeit noch größerer, leistungsstärkerer Windenergieanlagen und zur CO₂-Einsparung.
Zusammen mit unseren Partner*innen haben wir die große Chance, den Wandel aktiv voranzubringen. Davon erfahren Sie mehr in unserem neuen BAM Report 2021/22. Viel Spaß beim Lesen und Eintauchen in unsere Arbeit!
This paper presents investigation results of a process for defect-free hybrid laser arc welding (HLAW) of closed circumferential welds. The process aims to avoid weld imperfections in the overlap area of a HLAW circumferential weld. A process control strategy for closing the circumferential weld was developed to achieve a defect-free overlap region by controlling the solidification conditions at the end of the weld. The controlled heat flow is achieved by adjusting the parameters of both welding processes involved, the laser beam as well as gas metal arc welding (GMAW) process. Experimental investigations were carried out on 12 mm to 15 mm thick tube sections. The influence of process parameters such as the laser ramp time, the change in magnification scale and the defocusing of the laser beam on the solidifi-cation conditions at the end of the circumferential weld was investigated to find an optimum strategy for ramping out the process energy. Within the framework of the experimental studies, it was demonstrated that defocusing the laser beam in the range between 60 mm and 100 mm over a short run-out area of the weld of approximately 15 mm led to a significantly better weld formation in the overlap area. A favourable cup-shaped weld shape could be achieved without a tendency to crack. The laser optics with a motor-driven lens system made it possible to increase the laser beam diameter without changing the position of the GMAW arc relative to the component surface.
Am Ende des 19. und zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden auch in Berlin vermehrt Fassadenverblendung aus Eifeler Tuffsteinen errichtet. Die Eifeler Tuffsteine zeichnen sich aufgrund ihrer hohen Porosität einerseits durch eine gute Verarbeitbarkeit aus. Andererseits sind sie nur schwach gebunden und besitzen deshalb eine geringe Verwitterungsbeständigkeit.
Vergleichende Darstellung SARS-CoV-2-spezifischer Nanobodys aus unterschiedlichen Wirtsorganismen
(2021)
Aufgrund der anhaltenden COVID-19-Pandemie werden neutralisierende Therapeutika benötigt. Eine Möglichkeit zur Behandlung stellt die Verwendung monoklonaler Anti-SARS-CoV-2-Immun-globuline dar. Ihre Produktion in Säugetierzellen ist jedoch schwer skalierbar, um den weltweiten Bedarf zu decken. VHH-Antikörper, auch Nanobodys genannt, bieten hierfür eine Alternative, da sie eine hohe Temperaturstabilität aufweisen und eine kostengünstige Produktion in prokaryotischen Wirtsorganismen ermöglichen.
The introduction reflects the political background in Germany and worldwide concerning hydrogen as energy carrier. This leads to available hydrogen strategies and the reaction of BAM by launching the competence centre H2Safety@BAM. Fokus is set on the competence area TestCert, the special role of the division “Safety of Gas Storage Systems” there and its increasing success in research activities.
The main part explains the needs for a risk-controlled market ramp-up concerning hydrogen products and appropriate measures being under development in division 3.5: risk control, tools for consequence estimation and limitation, probabilistic assessment of end of safe life, the efficiency assessment and optimization of current regulations, the structural health monitoring (SHM) with necessary improvement of measures for quality management in the digital world of safety assessment. Last but not least, the wide range of full-scale testing and simulation of worst-case scenarios is explained.
Der Vortrag stellt das Kompetenzzentrum H2Safety der BAM vor und zeigt Aspekte besonderer Kompetenz des Zentrums mit Blick auf das Kompetenzfeld TestCert.
Beginnend mit dem H2-Unfall auf dem Tempelhofer Feld in 1894 wird dargestellt welche Bedeutung Sicherheitsfragen zu Wasserstoff für das Kompetenzzentrum H2Safety haben. Danach wird die Struktur und die Arbeitsschwerpunkte erläutert und die verantwortlichen Personen kurz vorgestellt. Das Kompetenzfeld TestCert wird vertieft erläutert und hier auf das Spektrum der wissenschaftlichen und technischen Dienstleistungen hingewiesen. Darauf aufbauend werden die statistischen Aspekte eines Markthochlaufes wie auch die der Streuung einer Population und deren Alterung dargelegt. Zuletzt kommt der Hinweis auf das Potential der Bewertung von Baumusterprüfkriterien mithilfe der Monte-Carlo-Simulation.
Markthochlauf von Wasserstoff - probabilistische Sicherheitsbewertung von Speichern und Normen
(2021)
Der Foliensatz beginnt mit der Kurzvorstellung des Kompetenzzentrums H2Safety@BAM und weiteren Informationen zum Kompetenzfeld MatCom. Danach werden die Erwartungen der EU zum Wasserstoffverbrauch vorgestellt und visualisiert, wie Risikosteuerung bei stark wachsender Technik funktionieren kann, und welchen zeitlichen Vorlauf man für die Einführung von neuen Zulassungsanforderungen benötigt. Der Begriff Sicherheit wird über den Risikobegriff definiert und am Beispiel quantifiziert. Danach werden verschiedene Werkzeuge vorgestellt, die dazu geeignet sind, die Risikosteuerung im Markthochlauf zu realisieren: Die statistische Bewertung von Stichproben, die probabilistische Bewertung von Populationen, die Lebensdauervorhersage von Populationen. Dies führt weiter zum Gedanken eines probabilistischen Zulassungsansatzes und zum Potential Monte-Carlo-Experimentes in der Bewertung der Wirkung von deterministischen Baumusterprüfkriterien. All dies sind Themen, die nach Meinung des Vortragenden Zukunftsprojekte der Normung sein sollten, um ein Werkzeug zu erhalten, das auch weitgehend ohne produktspezifische Erfahrung geeignet ist, Sicherheit in einer H2-Gesellschaft zu gewährleisten.
Der Foliensatz beginnt mit den Erwartungen der EU zum Wasserstoffverbrauch und der Visualisierung, wie Risikosteuerung bei stark wachsender Technik funktionieren kann, und welchen zeitlichen Vorlauf man für die Einführung von neuen Zulassungsanforderungen benötigt. Der Begriff Sicherheit wird über den Risikobegriff definiert und am Beispiel quantifiziert. Danach werden verschiedene Werkzeuge vorgestellt, die dazu geeignet sind, die Risikosteuerung im Markthochlauf zu realisieren: Die statistische Bewertung von Stichproben, die probabilistische Bewertung von Populationen, die Lebensdauervorhersage von Populationen. Dies führt weiter zum Gedanken eines probabilistischen Zulassungsansatzes und zum Potential Monte-Carlo-Experimentes in der Bewertung der Wirkung von deterministischen Baumusterprüfkriterien. All dies sind Themen, die nach Meinung des Vortragenden Zukunftsprojekte der Normung sein sollten, um ein Werkzeug zu erhalten, das auch weitgehend ohne produktspezifische Erfahrung geeignet ist, Sicherheit in einer H2-Gesellschaft zu gewährleisten.
Die Brücke am Altstädter Bahnhof in Brandenburg an der Havel stand bei ihrer Eröffnung im Jahr 1969 für die höchste Ingenieurskunst der damaligen Zeit und für einen in die Zukunft gerichteten Blick. Sie trug den Namen "Brücke des 20. Jahrestag", denn am 20. Jahrestag der DDR wurde die Brücke für den Verkehr freigegeben. Sie verbindet die westlichen Stadtbezirke mit dem Zentrum der Stadt Brandenburg an der Havel und wurde so von vielen Einwohner:innen genutzt. Zu Fuß, mit dem Rad, dem Auto oder mit der Straßenbahn.
50 Jahre später, im Dezember 2019, wurde bei einer Bauwerksprüfung eine starke Schadenszunahme festgestellt. Eine sofortige Sperrung für den Verkehr war unumgänglich. Das hatte es im Land Brandenburg bislang nicht gegeben und stellt einen einzigartigen Sonderfall bei der Bewertung von Bauwerken dar. Die Sperrung führte zu starken Einschränkungen für den Verkehr, für den Landesbetrieb Straßenwesen aber hatte die Sicherheit oberste Priorität.
Um die Belastung für die Stadt so gering wie möglich zu halten, hat der Landesbetrieb Straßenwesen sofort mit der Planung für Abriss und Neubau der Brücke begonnen. So gelang es innerhalb von kurzer Zeit den Rückbau umzusetzen und die Pläne für den Ersatzneubau vorzustellen.
Gleichzeitig bot sich die einmalige Gelegenheit, kurz vor dem Rückbau noch umfangreiche Untersuchungen zur Verifizierung des Schadensbilds durchzuführen und verschiedene Monitoringverfahren zum Einsatz zu bringen. Damit wurden wertvolle Erfahrungen gesammelt, die der Landesbetrieb Straßenwesen anderen Baulastträgern zur Verfügung stellen möchte. Sie ermöglichen es, bei baugleichen Bauwerken zielgerichteter handeln zu können. Die Fülle der untersuchten Aspekte ist in diesem Bericht dokumentiert.
Diese umfangreichen Untersuchungen wurden vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur finanziert. Dafür möchten wir uns herzlich bedanken. Mit großem Engagement digitabeteiligt haben sich auch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, die Technische Universität Dresden, die Hochschule für Wirtschaft und Technik Dresden sowie das Unternehmen Bilfinger Noell und die Ingenieursozietät Zech, Ruth, Blasius. Auch bei Ihnen bedankt sich der Landesbetrieb Straßenwesen.
The first manuscripts from the Qumran caves were found in 1947. Within the following 10 years, clandestine and legal excavations revealed some 900 highly fragmented manuscripts from the late Second Temple period. This collection is generally known as Scrolls of the Judea Desert or Dead Sea Scrolls (DSS). For many years after their discovery, text analysis and fragmeents attribution were the main concern of the scholars dealing with the scrolls. The uncertain archaeological provenance of the larger part of the collection added an additional difficulty to the formidable task of sorting some 19000 fragments. After 60 years of scholar research the question of origin, archaeological provenance and correct attribution of the fragmenst are still hotly debated. To dtermine a possible contribution to the debate from the point of view of writing materials, we used otpical and electron microscopy, various X-ray based techniques as well as vibratiional sprectroscopy. We validated our approach with SY - based studies using the advantages of the synchroton radiation source with respect to the benchtop devices. Our laboratory studies showed that often production and storage locality could be distinguished thenks to the specific residues ("fingerprint") they left on the material. Moreover, we have diescovered that diferrent parchment production processses coexisted in the antiquity, and the resulting writing materials can readily be distinguished.
Indoor air quality is affected by the emission of volatile organic compounds (VOC) or the odour from building products. Odours can be measured by applying the standard ISO 16000-28:2020.
In the study presented here proposals for further technical development of the ISO method are presented. The sampling procedure and evaluation
method of the perceived intensity are investigated in particular because they have a major influence on reproducibility of measurement results.
ln most of the ASR-test procedures, the expansion of concrete or mortar specimens is used as an indicator to assess the ASR-potential of an aggregate or a specific concrete mix. For these tests, the specimens are stored in an ASR-provoking environment, where the reaction is accelerated by elevated temperature and humidity. To measure the length change, the storage must be interrupted for at least a few minutes. Düring the 60 °C Concrete Prism Test (60 °C-CPT), the specimens are cooled down to 20 °C for 24 hours, to ensure the same hygrothermal conditions for every measurement. This limits the number of measurements during the test period and may lead to additional effects, that probably influence the expansion development.
With a recently developed device, it is possible to continuously monitor the expansion ofprisms without interrupting the ASR-provoking storage. Due to the dense database of this automated test, the results can contribute to a better understanding of the ASR-process. This study compares results of the automated and conventional 60 °C-CPT. Tests of different aggregates showed, that the results of the automated and conventional test are consistent, but the expansions during the conventional test are generally higher. Preliminary results led to the conclusion, that the cooling for the measurements leads to additional expansions. Therefore, a modified threshold should be discussed for the automated 60 °C-CPT.
The durability of concrete structures due to alkali-silica-reaction (ASR) is usually been assessed by ASR concrete prism tests (CPT). Therefore, the expansion of concrete specimens indicates an alkalisensitivity.
In Germany these tests are performed at 40°C or accelerated 60°C. Nevertheless, ASR prism tests are expensive, power and time-consuming. For these reasons, an alternative chemical test (“mod. BTU-test”) was developed in the past. The “mod. BTU-test” was correlated with German standard CPT.
In this test, the solubility of silica and alumina in the liquid phase is measured by ICP-OES.
For special requirements in concrete road construction, stricter test procedures are necessary. The specimens are repeatedly subjected to cyclic alternating storage in NaCl. On the one hand, the presence of NaCl increases the ASR expansion, on the other hand NaCl also changes the dissolution behaviour of silica and alumina.
For now is not possible to correlate the solubilities of “mod. BTU-test” and ASR expansions influenced by NaCl. Therefore, four aggregates with different ASR sensitivities were chosen and ASR concrete prism tests (in addition with NaCl) have been performed. According to the “mod. BTU-test” the solubilities of silica and alumina in presence of different NaCl concentrations were measured.
This paper is about the regression analysis of silica and alumina dissolution and ASR expansion tests in presence of NaCl. The regression analysis shows the influence of a quasi-continuous and an interrupted cyclic alternating storage. Additionally the effects of temperature and NaCl concentration are investigated. In the end, a suitable NaCl concentration of the “mod. BTU-test” for dissolution experiments is recommended. The “mod. BTU-Test” with NaCl might be a serious and reliable test method for ASR classification for concrete road construction.