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A reinforcement of concrete structures is needed because of the low tensile strength of concrete. Corrosion of the usually used steel reinforcments cause issues during time. Therfore, alternative reinforcements produced from non-corosive materials - like polymer fibers - become more interesting. A polymer fiber has to reach high mechanical properties and a good bonding ability to concrete. Both properties can be influenced by the selection of polymer and the used production process. Two polymers, polypropylene and aliphatic polyketone are tested within this study. First mono-material fibers of each material are produced and tested, later the materials are combined in a core-shell fiber. All fibers are produced by standard extrusion or coextrusion and a later drawing process. The mechanical properties are determined by tensile tests. The calculation of interfacial shear strength from single fiber pull-out tests allows an evaluation of the bonding ability. Additionally, fiber surface before and after pull-out is examined using reflected light microscopy. Contact angle measurements are done to evaluate possible influences of the surface energy and polarity. Density measurements are used to compare weight potential of the different mono-material and core-shell fibers. The results show good mechanical properties for all fiber materials. The interfacial shear strength is ≈ 2-3 times higher for fibers with polyketone compared to the ones with polypropylene at the fibers surface, which can be explained by higher surface energy and polarity of the polyketone compared to polypropylene and different surface deformation during pull-out. Lower densities are reached by fibers containing polypropylene.
Stable isotope data from hypogene (i.e., below the line of weathering) iron oxides and gangue minerals from BIF-hosted iron ore deposits in Australia, South Africa, and Brazil have significantly assisted in constraining different hydrothermal fluid sources and fluid flow models during the upgrade of BIF to iron ore. The δ18O values on iron oxides from BIF and different paragenetic stages of enrichment display a consistent decrease from unenriched BIF (4–9‰) to as low as −10‰ for high-grade iron ore. This large shift in oxygen isotope values is interpreted as evidence for enormous incursion of ‘ancient’ meteoric water into fault and fracture zones at the time of iron enrichment during the Archean and Paleoproterozoic time. The δ18Ofluid values of paragenetically early iron oxides of > 4‰ suggest the involvement of magmatic fluids in greenstone belt-hosted Carajás-type iron ore deposits, and basinal brines in basin-hosted Hamersley-type deposits. In contrast, the paragenetically late stage iron oxides in the metamorphosed, basin hosted iron ore deposits of the Quadrilátero Ferrífero display δ18Ofluid values > 6‰. This reflects the renewed deep crustal, hypogene (metamorphic or magmatic) fluid influx. Carbon and oxygen isotope data on carbonates in BIF and hydrothermally altered iron ore indicate that carbon in the latter is not derived from BIF units, but represents either magmatic carbon in the case of the Carajás-type deposits or carbon within the underlying basin stratigraphy as in the case of the Hamersley-type iron deposits. The systematic decrease of δ18O values in iron oxides from the early to late paragenetic stages and from the distal to proximal alteration zone, including the ore zone, may be used as a geochemical vector. In this case, oxygen isotope analyses on iron oxides provide a potential exploration tool, particularly for targeting the extension of iron ore bodies or entirely concealed high-grade iron ore deposits, in which hematite/magnetite are frequently the only mineral that can be readily analysed.
Large-scale, hypogene iron mineralization systems developed recurrently in the São Francisco craton in association with two orogenies. During the ca. 2.1–2.0 Ga Trans-Amazonian orogeny, low-temperature and low-to-moderate-salinity metamorphic fluids resulted in carbonatization-related iron enrichment of the early Paleoproterozoic Cauê Iron Formation (IF) of the Minas Supergroup (MSG) as well as short-distance iron mobilization. Monazite from the iron-oxide veins yielded a SHRIMP 232Th/208Pb date corresponding to fluid circulation coeval with the migmatization of the Archean tonalite-trondhjemite-granodiorite crust. During the Ediacaran to Cambrian Brasiliano orogeny, when the São Francisco craton was consolidated in its present configuration, hydrothermal fluids repeatedly mineralized the Cauê IF and the younger IFs of the lower Espinhaço Supergroup. Far-field hydrothermal alteration associated with distinct Fe mineralization episodes widely affected Meso- to Neoproterozoic sequences as well as Archean to Paleoproterozoic terranes of the cratonic core. Circulation of hydrothermal fluids during the Brasiliano orogeny caused desilicification, iron mobilization, and widespread alteration of the rocks. The alteration events are dated with monazite and xenotime intergrown with hematite, anatase, and recrystallized rims of detrital zircons from interlayered quartzites and of igneous zircons from pegmatites, granites, acidic volcanic rocks, and orthogneisses, yielding U-Pb dates between 542 and 493 Ma. U-Pb dates point to five Cambrian hydrothermal events from the waning stages to the aftermath of the Brasiliano orogeny. These hydrothermal fluid circulation events correspond to the emplacement ages of four granite suites and pegmatites that lasted from the final stages of the collision to the collapse of the Araçuaí-West Congo orogen. Episodic circulation of fluids continued for approximately 2 billion years after IF deposition on the eastern São Francisco craton with the formation of high-grade iron ore deposits and resetting of the IF trace-element inventory.
Der Artikel behandelt die Nachweisführung zum Feuerwiderstand von Mauerwerks-Bauteilen. Es werden die möglichen bauaufsichtlichen Anforderungen an Standsicherheit und/oder Raumabschluss im Brandfall, die mögliche Nachweisführung über Bauarten als technische Baubestimmungen oder Bauarten mit Anwendbarkeitsnachweis, die Zuordnung der bauaufsichtlichen Anforderungen zu den Leistungsangaben in den Nachweisen und die Grundlagen der brandschutztechnischen Bemessung von Mauerwerksbauteilen diskutiert.
Der Artikel beschreibt die Änderungen der Zuordnungstabellen für das Brandverhalten von Baustoffen bei Klassifizierung nach EN 13501-1, speziell aus dem Blick der Technischen Isolierung. Hierbei ist insbesondere zwischen "linearen Rohrdämmstoffen" und Dämmstoffen als "sonstige Bauprodukte" zu unterscheiden.
Der Beitrag behandelt den Umgang mit sogenannten "nichttragenden Brandwänden" im deutschen Bauordnungsrecht. Mit der Umstellung von der früheren Bauregelliste (BRL) auf die (Muster) Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB) wurde diesen die Grundlage für die Erteilung allgemeiner bauaufsichtlicher Prüfzeugnisse und die erforderliche Zuordnung der bauaufsichtlichen Anforderungen zu Leistungsangaben in Anwendbarkeitsnachweisen entzogen. Es wird die Möglichkeit der "Verzichtserklärung" der obersten Bauaufsichtsbehörden vorgestellt.
Der Artikel stellt die tatsächlichen Änderungen der Zuordnungstabellen für das Brandverhalten von Baustoffen bei Klassifizierung nach EN 13501-1 seit MVV TB 2023/1 vor. Insbesondere wird auf die neue Begrenzung des Wertes TSP 600s bei Klassifizierung auf Grundlage von EN 13823 Ausgabe 2020 oder jünger bei den bauaufsichtlichen Anforderungen "nichtbrennbar" oder "schwerentflammbar und geringer Rauchentwicklung" eingegangen.
Der Vortrag betont die zentrale Rolle von Holz in der Bioökonomie für die notwendige Transformation unserer Lebens- und Wirtschaftsweise. Der Fokus liegt dabei auf der ganzheitlichen Betrachtung der Wertschöpfungskette Forst-Holz und möglichen Beschleunigern für eine bioökonomische Transformation: Interdisziplinäre Lösungskompetenz ist gefragt, um Holz als Rohstoff für zukunftsfähige Produkte zu etablieren, Holzarten, -sortimente und -qualitäten optimal den verschiedenen Verwendungen zuzuführen und die Kreislaufwirtschaft als Schlüssel zur Ressourceneffizienz umzusetzen.
Der Vortrag wurde im Rahmen des Stuttgarter Nachhaltigkeitsstammtisch gehalten.
Mit steigenden Verbrauchs- und CO2-Anforderungen, aber auch dem Wandel zur Elektrifizierung des Antriebs verändert sich durch Leichtbauweise die werkstoffliche Zusammensetzung der Fahrzeuge. Faserverstärkte thermoplastische Kunststoffe substituieren zunehmend metallische Komponenten. Diese Hochleistungswerkstof-fe (sog. Organobleche) erfüllen nicht nur die steigenden Anforderungen an Leichtbau, sondern auch an die Wirtschaftlichkeit von Produktionsprozessen, sowie an die Designfreiheit einzelner Bauteile. Das Hybrid-Spritzguss-Verfahren in Verbindung mit Organoblechen hat sich in den vergangenen Jahren für die Herstellung von Funktionsbauteilen und Leichtbaustrukturen durchgesetzt.
Der Vortrag befasst sich mit der werkstofflichen Rezyklierbarkeit von endlosglasfa-serverstärkten thermoplastischen Kunststoffen (Organobleche). Sortenreine Indust-rieabfälle werden dabei in einem Closed-Loop-Recyclingprozess zum Anspritzen von Funktionselementen in einem Serienbauteils genutzt. Die technische Machbarkeit als auch eine erste wirtschaftliche und ökologische Bewertung des Prozesses wird vorgestellt.
Die Verstärkung von Spritzgussteilen mit Faserhalbzeugen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Für die Einsatztauglichkeit derartiger Bauteile ist die Verbundhaftung zwischen den angespritzten Strukturen und den Faserhalbzeugen essentiell. Der Vortrag befasst sich mit den äußeren und prozesstechnischen Einflüssen zu Erhöhung der Verbundhaftung auf Faserhalbzeugen. Zudem wird ein Einblick in die Prüf und Anlagentechnik in diesem Bereich gegeben.
Bei der Planung von Produktionsumgebungen, insbesondere in der Reinraumtechnik, spielt die erwartete Kühllast eine entscheidende Rolle bei der Auslegung der Anlagen. Aufgrund unzureichender Datenbasis werden Klimaanlagen oft nur mit groben Schät-zungen dimensioniert. Um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, sind konser-vative Schätzungen und Sicherheitsfaktoren unerlässlich. Allerdings führen diese Maßnahmen oft zu überdimensionierten Anlagen, die weit außerhalb des energeti-schen Optimums operieren und somit den Energieverbrauch unnötig in die Höhe trei-ben. Im Folgenden soll deshalb eine Möglichkeit betrachtet werden, um die im Betrieb anfallende Abwärme von Spritzgussmaschinen quantifizieren zu können.
Es wird eine Massenstrombilanz der Spritzgussmaschine einschließlich Temperierung und Automatisierung erstellt. Darauf aufbauend wird eine detaillierte Energiebilanz ab-geleitet. Hierbei wird das Gesamtsystem in die Bestandteile Spritzgussmaschine (ein-schließlich Antriebe, Steuerung und Plastifiziereinheit), Spritzgusswerkzeug, Temperiergerät und Automatisierung geteilt. Da die Wärmeverluste nicht direkt gemes-sen werden können, werden diese bilanziell auf Basis der Energiebilanz bestimmt. Dazu werden die restlichen Bilanzgrößen durch detaillierte Messungen bestimmt. Da neben der Abwärme weitere Energieströme nicht durch Messungen erfasst werden können sind teilweise Näherungsrechnungen notwendig. Die Abwärme wird exempla-risch an einer hydraulischen und einer elektrischen Spritzgussmaschine bestimmt. Auf dieser Datenbasis werden Vereinfachungen abgeleitet, um die Abwärme ähnlicher Spritzgussmaschinen gezielter abschätzen zu können.
Cellulosefaserverstärktes Polypropylen – Eigenschaftsbeeinflussung durch die Schmelzeaufbereitung
(2023)
Verarbeitungstemperaturen, Verweilzeit und Scherkräfte sind entscheidend, um die strukturelle Integrität von cellulosebasierten Fasern zu gewährleisten.
In dieser Studie wurden die Einflüsse durch die Schmelzeaufbereitung eines cellulosefaserverstärkten Polypropylens auf die Faser und den Faserverbund untersucht. Die Schmelze wurde in einem Plastographen mit verschiedenen Rotordrehzahlen, Schmelzetemperaturen und Verweilzeiten aufbereitet. Um die Auswirkung der Einspeisungsmethode auf den Faserabbau zu analysieren, wurden die Fasern entweder direkt der thermoplastischen Schmelze oder zusammen mit dem Kunststoffgranulat dem Plastographen zugeführt. Die Zugabe der Fasern in die Schmelze geht mit einer erhöhten thermischen und verminderten mechanischen Belastung der Fasern einher.
Bei der Prüfung der mechanischen Eigenschaften der verschieden aufbereiteten Compounds zeigten sich signifikante Unterschiede. Wurden die Fasern direkt der Schmelze hinzugefügt, so führte dies zu einer deutlich reduzierten Zugfestigkeit. Optische Unterschiede in den Schliffbildern der spritzgegossenen Prüfstäbe sowie in den Faserlängen nach Compoundierung konnten nicht festgestellt werden. Die verminderte Festigkeit wird folglich auf die unterschiedliche thermische Belastung der Faser während der Verarbeitung zurückgeführt.
The bond between polymer fibers and the surrounding cementitious matrix is essential for the development of concrete reinforcement. The single fiber pull-out test (SFPT) is the standard characterization technique for testing the bond strength. However, the different phases of debonding cannot be distinguished by the SFPT. This study investigates the debonding of different polymer fibers from the surrounding cementitious matrix with a modified SFPT and proposes methods to change the SFPT setup to generate more valuable information on the debonding mechanism. The SFPT was equipped with linear variable differential transformers (LVDT), digital image correlation (DIC) and acoustic emission (AE) analysis. The results demonstrate that the modified SFPT allows a better understanding of the different phases of debonding during fiber pull-out. Furthermore, bond strength values calculated by different methods reveal that the chemical bond of the investigated polymers is not different as reported by previous studies. Deformation measurements performed using LVDTs and DIC are suitable measuring techniques to characterize the debonding mechanism in SFPT. A correlation between recorded AE and debonding phases was not found.
Gebäuden haben einen Anteil von 40% am deutschen Gesamtenergiebedarf und sind damit eine entscheidende Stellschraube beim Erreichen der Klimaziele. Der Energiebedarf von Gebäuden wird von der Gebäudehülle und der Gebäudetechnik bestimmt. Ein Großteil der Gebäudetechnik wird nicht in optimaler Weise betrieben. So können durch die Analyse des Gebäudes im Rahmen eines technischen Monitorings und anschließender Optimierung, Energieeinsparungen im Bereich von 5% bis 30% erzielt werden. Mit der Optimierung der Gebäudetechnik kann der Energiebedarf von Gebäuden ohne zusätzlichen Ressourcenaufwand reduziert werden. Jedoch ist die Implementierung eines technischen Monitorings in Gebäuden aufwändig und wird daher, trotz des möglichen Einsparpotentials, in nur wenigen Gebäuden umgesetzt.
Um die Verbreitung von technischem Monitoring, und damit die Analysemöglichkeiten von Gebäuden, voranzutreiben, wurde im Projekt EnOB: InSitu Nachweisverfahren erforscht, wie mit geringem Aufwand Rückschlüsse auf den Zustand von Gebäude getroffen werden können. Hierfür wurde untersucht welche Parameter gemessen werden müssen um aus einem einfachen Basismonitoring, das üblicherweise in situ stattfindet, Aussagen zur Gebäudequalität, Anlagenqualität und Nutzerverhalten treffen zu können. Der Schwerpunkt der Untersuchungen im Projekt wurde zum einen auf Untersuchungen zur Detektierung der Anwesenheit von Personen in Räumen gelegt, als auch auf die automatische Fehlererkennung von Anlagenfehlern. Dabei war ein maßgeblicher Arbeitsaufwand die Entwicklung geeigneter Versuchsreihen und die Aufbereitung der Daten. Für die Umsetzung wurden Messungen in einer Forschungswohnung, als auch im Labor für intelligente Gebäudetechnik, kurz LiGT, erzeugt. Im Rahmen des Projekts wurde das LiGT umgebaut und mit entsprechender Mess- und Gebäudetechnik ausgestattet. Für die Analysen der Daten wurden Methoden des Maschinellen Lernens und der Statistik, wie zum Beispiel Random Forest und LASSO, eingesetzt. Für die Erkennung der Anwesenheit sind drei Messreihen durchgeführt worden. Darunter ein Versuch mit zwei realen Personen, ein Versuch mit fünf künstlichen Nutzern und ein weiterer Versuch mit der Kombination von Simulations- und Messdaten. Um das Ziel der kostengünstigen Analyse zu erreichen, sollten ohnehin in Gebäuden verfügbare Raumklimasensoren verwendet werden. Die Analyse erfolgte daher auf Raumebene. Unter der Verwendung von CO2-, Temperatur-, Feuchtesensoren in den Innenräumen und Solarstrahlungs- und Temperatursensoren im Außenbereich konnte die Personenanzahl im Raum mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Für die Anwesenheit von bis zu fünf Personen wurde eine Trefferquote von 86,5% und für den Versuch mittels Simulationen eine Sensitivität von mindestens 83% und eine Spezifität von mindestens 97% erzielt.
Für die automatische Fehlererkennung wurden zwei unterschiedliche Ansätze untersucht. Beim ersten Ansatz, welcher auch im Rahmen des Annex 71 vorgeschlagen wurde, wurde ein statistisches Modell mit Messdaten aus einem fehlerfreien Zeitraum trainiert. Mithilfe diesem Modells werden Abweichungen vom fehlerfreien Zustand identifiziert. Dazu wurden Simulationen der Zwillingshäuser am Fraunhofer Institut für Bauphysik in Holzkirchen verwendet anhand welcher die entwickelte Methoden getestet wurde. Mit dem Ansatz konnte fehlerbehaftete Zeiträume identifiziert werden, jedoch nicht die Art des Fehlers. Im zweiten Ansatz wurden die Fehler selbst simuliert und als Trainingsdaten für die statistischen Modelle verwendet. Zur Validierung des Verfahrens wurden Daten eines realen Gebäudes analysiert. Zur Generierung der Messdaten wurden im LiGT Messungen durchgeführt. Hierbei wurden zu unterschiedlichen Zeitpunkten drei unterschiedliche Fehler künstlich herbeigeführt. Die Qualität der Fehlererkennung ist dabei maßgeblich von der Qualität der Simulation und der Art des Fehlers abhängig. Im Projekt wurden sowohl Methoden zur Anwesenheitserkennung, als auch zur automatisierten Fehlererkennung von Anlagen entwickelt. Diese Erkenntnisse können in einem Basismonitoring zur Untersuchung von Gebäudequalität, Anlagenqualität und Nutzerverhalten verwendet werden. Automatisierte Methoden haben in Zukunft einen wesentlichen Einfluss auf den Erfolg und die Anwendbarkeit von technischem Monitoring.
Corrosion of steel reinforcements in concrete constructions is a big topic for the building industry. Polymeric materials are a possible alternative due to their ability to withstand corrosion. To replace steel reinforcements, fibers with high mechanical properties and a good bonding ability between fiber and concrete are needed. Today different approaches for concrete reinforcement by polymer fibers have been investigated. The bonding ability of the fibers can be increased by mechanical anchoring, e.g. crimped or embossed fibers, as well as by a chemical bonding between concrete and fiber surface. To realize the requirements of high mechanical properties and a good bonding behavior, a fiber that is drawn from a co-extruded filament shall be produced and tested. The filament owns an innovative core-shell-structure. The core maintains the fiber-stiffness and the tensile strength while the shell allows using another material to affect the bonding behavior of the fiber. This study shows the usage of fibers with differing shell materials to examine their influence on the mechanical properties of the fiber in total and the adhesion abilities to concrete. As core material, an unfilled polypropylene (PP) is used. The shell materials are varied using different polymers e.g. polypropylene or ethylene acrylic acid copolymer, as well as two PP based compounds filled with wood particles and calcium carbonate blended with a maleic anhydride based coupling agent. The mechanical properties of the fibers are tested by fiber tensile tests to compare the younǵs modulus and the tensile strength. The influence of the shell phase on the bonding ability to concrete is evaluated by the interfacial shear strength calculated from single fiber pull-out tests. Microscopy is used to interpret changes before and after pull-out. The results depict incredible positive effects and allow new insights in possible materials for fiber reinforced concrete constructions.
Im Rahmen des Wettbewerbs Solar Decathlon Europe 2021/22, der auf Gebäudelösungen für urbane Bestandsquartiere der Zukunft fokussierte, entwickelte das Team der TH Rosenheim anhand eines Mustergebäudes ein exzellentes Konzept für zukunftsfähige Bestandsgebäude, das zahlreiche energie- und ressourcenschonende TGA-Elemente einschließt.
Holzbasierte Bioökonomie
(2020)
Die holzbasierte Bioökonomie beschreibt die innovative Nutzung des Rohstoffs Holz in allen Bereichen der Bioökonomie. Insbesondere versteht sie sich als strategisch altbekannter, aber vor allem als erweiterter, neuartiger Innovationsraum einer Kreislaufwirtschaft mit der gesamten Wertschöpfungskette Holz. Diese erfolgt idealerweise in Form einer sogenannten Nutzungskaskade: vom Forst über die forstlichen Dienstleister, die Sägeindustrie, den Holzbau, die Zellstoff-/Papierindustrie, die Holzwerkstoffindustrie und in zunehmendem Maße bis hin zur chemischen Industrie sowie hinein in moderne Verbrauchs- und Investitionsgüter. Die Nutzungskaskade betrifft damit den gesamten Wirtschaftskreislauf im Kern. Anders als im bisherigen, skalenökonomisch determinierten Wirtschaftsraum muss die Bioökonomie die begrenzte Verfügbarkeit von Ressourcen in Betracht ziehen und zielführende Nachhaltigkeitskriterien beachten. Nutzungskonkurrenzen sollen demzufolge durch intelligente, wertige Verwendung der jeweiligen Holz-, Restholz- und Abfallsortimente weitgehend vermieden werden, wodurch ein tatsächlich sinnvoller Gesamtnutzen für die Gesellschaft möglich erscheint. Um die Bioökonomie umzusetzen und wirtschaftlich zu etablieren, gibt es eine Reihe europäischer, nationaler und regionaler Politikprogramme, Initiativen und Strukturen, die die Forschung und Entwicklung, die Förderung industrieller Umsetzungen und die Etablierung neuer Geschäftsmodelle zum Ziel haben. Deutsche Hochschulen und Universitäten stellen sich auf die entsprechende Erweiterung bzw. Anpassung von Studiengängen ein.
Driving forest machines on wet soils causes irreversible soil compaction, often associated with intensive rut formation and inaccessibility of wheeled forest machines for future forest operations. The German forestry equipment manufacturer FHS, Forsttechnik Handel & Service GmbH, engineered a forwarder, the Trac 81/11, equipped with conventional, well-proved bogie-axles embraced by a closed rubber track. At the center of the bogie-axle, four additional supportive rollers are placed to increase the load-carrying section between the tires of the bogie-axle. The study aimed to characterize the principle concept and the trafficability of the forwarder by analyzing the footprint area, the contact pressure, the rut formation on forest sites and the slippage during driving. Therefore, the effective contact area was measured on steel plates and rut formation was analyzed on a case study basis. Results showed that the supportive rollers increase the contact surface area by about 1/3. By this, a decrease of peak loads below the wheels and a more homogenous load distribution were observed. However, the contact surface area is still clearly divided into three parts; the area between the supportive rollers and the wheels does not take any load. Results of the rut formation were diverse: After 20 passes with 26,700 kg total mass, rut depth varied between 12.6 and 212.5 mm. Overall, the new undercarriage concept of FHS demonstrated a generally positive performance. The engineered forwarder contributes to reduce the environmental impact associated with log extraction.
Die holzbasierte Bioökonomie ist eine wichtige Säule der Bioökonomie, die sich mit der nachhaltigen Nutzung biologischer Ressourcen befasst. Holz ist auf das Volumen bezogen die wichtigste biobasierte Ressource, die eine vielfältige Verwendung hat. Die Themen, mit denen sich Forschungen zur holzbasierten Bioökonomie beschäftigen sind vielfältig und erfuhren über die letzten Jahre hinweg eine deutliche Veränderung. Ausgehend von der Betrachtung der Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Erzeugung von Bioenergie wurden in den darauffolgenden Jahren, die Themen vielfältiger. So gewannen zwischen 2013 mehr Themen wie Politik, Modellierung, Nanocelluose, Bioökonomie, Lignin, Cellulose, Bioraffinerie, Hemicellulose neben Bioenergie an Bedeutung.
Die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie ist eine Notwendigkeit, um eine nachhaltige Rohstoffproduktion sicherzustellen, langfristig nutzbare Verfahren und Produkte zu entwickeln und damit die Transformation hin zu einer biobasierten Lebens- und Wirtschaftsweise zu beschleunigen. Forschung kann dazu beitragen, neue Technologien, Verfahren und Produkte zu entwickeln. Die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie ist auch aus wirtschaftlicher Sicht von Bedeutung, da sie die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen in der Forst- und Holzwirtschaft stärkt und neue Geschäftsmöglichkeiten eröffnet. Ebenso ist die Forschung zur erfolgreichen Umsetzung der holzbasierten Bioökonomie notwendig, um neues Wissen und Erkenntnisse zu erlangen. Dies gilt besonders für die Einbindung verschiedener Stakeholder und damit die Akzeptanz der holzbasierten Bioökonomie in unserer Gesellschaft zu erhöhen.
Alle unterschiedlichen Bereiche, Akteure und Produkte innerhalb der Wertschöpfungskette Forst und Holz sind in der holzbasierten Bioökonomie von großer Bedeutung. Sie sind eng miteinander verflochten und können sich gegenseitig beeinflussen und ergänzen. Die Forschung der holzbasierten Bioökonomie muss daher international und interdisziplinär sein sowie sich aus verschiedenen wissenschaftlichen und technischen Disziplinen zusammensetzen. Grundlegend dabei ist, Wertschöpfungsketten ganzheitlich im Kreislauf zu denken und dabei alle drei Dimensionen der Nachhaltigkeit (Ökonomie, Ökologie, Soziologie) gleichwertig und integrativ in der Gestaltung zu beachten. Insgesamt hat die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie das Potenzial, die Forst- und Holzwirtschaft nachhaltiger
und produktiver zu gestalten, indem biobasierte Alternativen zu fossilen Rohstoffen entwickelt werden. Sie trägt zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Nutzung von Holz als Ressource bei und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen.
Moderne Prozesstechnologien als strategisches Element in der Transformation hin zur Bioökonomie
(2023)
Effiziente Prozesse, die die Dekarbonisierung und Defossilisierung vorantreiben, bilden die zentralen Herausforderungen auf dem Weg zur Transformation unserer Lebens- und Wirtschaftsweise. Das komplementäre Wirken beider Ansätze ist entscheidend für die Reduktion negativer Umweltwirkungen, Ressourcen- und Energieverbräuche. Daher ist eine integrative Betrachtung der verfahrenstechnischen Optimierung aus der Perspektive der Bioökonomie und der Kreislaufwirtschaft unerlässlich.
Eine bioökonomische, kreislauforientierte Wirtschaftsweise beinhaltet die Abkehr von der Nutzung fossiler hin zur nachhaltigen Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Das beinhaltet zugleich eine Transformation hin zur effizienten Verwendung von Primär- und Sekundärmaterialien. Ressourcenschonende Produktprogramme, der Einsatz nachwachsender und kreislauffähiger Materialien sind unabdingbar. Moderne Prozesstechnologien spielen dabei eine entscheidende Rolle. Die stetige Reduktion negativer Umweltwirkungen, des Energieeintrags sowie des Ressourcenverbrauchs erfordert ein konsequentes Monitoring der Prozessparameter in der Produktion. Dies ist die Basis für eine intelligente Beeinflussung der Produktionsparameter. Ziel ist es, mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) Prozesse unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen (Constraints) technisch und technologisch zu optimieren (Constraint-Statisfaction-Problem).
Durch die voranschreitende Digitalisierung in allen Bereichen der industriellen Produktion und den Einsatz moderner KI-Verfahren – auch im Bereich der Holzbe- und -verarbeitung - wird es möglich, verbesserungswürdige Prozessschritte zu identifizieren, an den Prozessen selbst intelligent zu lernen und schließlich produktspezifisch optimierte Prozesskenn- und Prozessregelgrößen zu generieren und bereitzustellen. Maßnahmen zur Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz müssen dabei im Vordergrund stehen.
Biogene Rohstoffe sind zwar erneuerbar, aber in ihrer Verfügbarkeit, z. B. durch Wachstumsraten und Anbauflächen, begrenzt. Neue Prozesstechnologien bilden wesentliche Grundlagen, um erhebliche Potenziale zur effizienten Ressourcennutzung, zur gezielten Beeinflussung unvermeidbarer Umweltwirkungen und zur Kreislauffähigkeit biobasierter Produkte zu schließen. Der Vortrag gibt einen Überblick, inwieweit die Belange der Bioökonomie und Kreislaufwirtschaft in den aktuellen Prozesstechnologien der Holzindustrie bereits umgesetzt sind. Darauf aufbauend werden die notwendigen Schritte zur Entwicklung angepasster Prozesstechnologien als strategische Elemente der notwendigen Transformation hin zu einer bioökonomischen Wirtschaftsweise im Bereich der Holzindustrie abgeleitet.
One major problem of a continuous process like plastic extrusion is their incapability to deal with non-local gas pressure. This is an inherent problem because a continuous process has an open end in the feeding port where pressure can escape. In this study a novel feeding system was developed to enable granulate feeding into gas pressurized processes inside a single- or twin-screw extruder. With this apparatus gas pressure can be applied inside the extrusion process. The apparatus separates the pressurized extruder from the dosing equipment that feeds the extruder. It keeps the pressure inside the system while continuously feeding new material into the process. A small-scale prototype was designed for proof-of concept. The small size of the prototype was able to handle small amounts of granulates of around 100 - 200 g/h. An applied gas pressure of 8 bar was achieved. In future optimizations, throughput can be increased and maximum applied gas pressure towards 15-20 bar.
Nachhaltigkeit und Ressourceneinsparung sind die Themen der Stunde. Vor allem die Bauindustrie hat ein großes Potenzial, umweltfreundlicher zu agieren, da dieser Industriezweig einer der größten Kohlenstoffdioxid-Emitter ist. Durch die Verlängerung der Lebenszeit von Bauwerken und die Einsparung von Baumaterialien kann nachhaltiger und ressourcenschonender gearbeitet werden. Eine Möglichkeit, diese Ziele zu erreichen ist der Einsatz alternativer Beton-Bewehrungen.
Der Grundbaustoff Beton hat sehr gute Druckfestigkeiten, weist allerdings Defizite bei der Zugfestigkeit auf. Zur Verbesserung der Zugfestigkeit wird dem Beton ein Material mit hoher Zugfestigkeit beigemischt. Dieses wird „Bewehrung“ genannt. Stand der Technik in der Bauindustrie ist momentan die Bewehrung mit Stahlstäben und -matten. Der Stahl begrenzt allerdings die Lebenszeit von Bauwerken, da es durch das Eindringen von Chloriden, Sulfaten oder Kohlendioxid früher oder später zu Korrosion kommt. Um den Korrosionszeitpunkt hinauszuzögern, verwendet die Industrie eine dicke Betonschutzschicht, um den Stahl zu schützen. Die Verwendung einer korrosionsbeständigen alternativen Bewehrung würde die Lebensdauer (Dauerhaftigkeit) von Bauwerken steigern und gleichzeitig eine Verringerung der verwendeten Baumaterialien bewirken. Dies würde einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Bauindustrie leisten.
Eine Substanz, die als Bewehrungsmaterial eingesetzt werden kann, ist Polypropylen (PP). Polypropylen ist ein sehr korrosionsbeständiges Polymer, das die gerade beschriebenen Effekte erzielen würde. Allerdings ist Polypropylen als Standardmaterial nicht für die Bewehrung von Beton geeignet. Seine mechanischen Eigenschaften sind nicht vergleichbar mit denen von Baustahl. Gleichzeitig ist die Adhäsion von Polypropylen zu Beton nicht ausreichend, um eine effiziente Verstärkung erzielen zu können.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Lösungswege zu entwickeln, wie aus PP eine alternative Betonbewehrung hergestellt werden kann. Zuerst wurde sowohl das Problem der niedrigen mechanischen Eigenschaften von Polypropylen als auch die Schwierigkeit der geringen Adhäsion zu Beton getrennt untersucht. Im Anschluss wurden Methoden eruiert, mithilfe derer eine Kombination der mechanischen Eigenschaften mit der Adhäsion zu Beton bei gleichbleibenden Eigenschaften möglich ist. Hierfür wurde ein Reaktivextrusions- und ein Co-Extrusionsprozess untersucht.
Die Zugfestigkeit von Polypropylen kann durch eine starke Orientierung der Molekülketten signifikant erhöht werden. Der dafür nötige Verstreckungsprozess ist die Basis für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. In einem ersten Schritt wurden verschiedene PP-Typen auf deren Verstreckbarkeit untersucht und in der Folge mit makroskopischen und nanoskaligen Füllstoffen ausgerüstet, um so die Zugfestigkeit und den Elastizitätsmodul zu steigern. Im zweiten Schritt wurde der Einfluss von mehreren aufeinander folgenden Verstreckungsstufen auf die mechanischen Eigenschaften untersucht.
Die hohe chemische Stabilität von PP verhindert eine gute Adhäsion zu Beton. Folglich wurde die natürliche Adhäsion von verschiedenen Polymeren zu Beton untersucht, um mögliche andere Polymere als Additive zur Adhäsionsverbesserung zu identifizieren. Der Unterschied in der Polarität zwischen Beton und PP ist sehr hoch, weshalb der Einfluss einer Hydrophilierung von PP auf die Adhäsion zu Beton durch Van der Waals Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen analysiert wurde. Dies berücksichtigend konnte ein Reaktivextrusionsprozess mit einem Vinylsilan entwickelt werden, der eine kovalente Bindung von PP zu Beton ermöglicht.
Um eine optimierte PP-Faser zur Bewährung von Beton zu erhalten, mussten die zuvor erlangten Erkenntnisse hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften und der Adhäsion zu Beton in einer Faser vereint werden. Diesbezüglich wurde einerseits die Reaktivextrusion mit Füllstoffen und einem angepassten Verstreckungsprozess optimiert. Andererseits wurden verschiedene Materialien in einem Co-Extrusionsprozess kombiniert. ,Eine wichtige Erkenntnis besteht darin, dass eine Faser mit einer Verbundaußenschicht aus silanisiertem PP und Holzfasern in Kombination mit einem optimierten Verstreckungsprozess, eine signifikante Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Adhäsion zu Beton erzielt.
Zur differenzierten Beurteilung der Ergebnisse wurde ein spezieller Testaufbau basierend auf einem Einzelfaserauszugstest entwickelt, der die verschiedenen Adhäsionsmechanismen einer modifizierten PP-Faser zu Beton unterscheiden kann und dadurch wiederum eine Modifizierung der Faser speziell auf einzelne Adhäsionsmechanismen ermöglicht.
Zusammenfassend konnten mit dieser Arbeit mehrere Lösungsansätze aufgezeigt werden, wie eine alternative Bewehrungsfaser für Beton aus Polypropylen hergestellt werden kann.
Das Kapitel behandelt in komprimierter Form das Thema baulicher Brandschutz in Form von Anforderungen an das Brandverhalten von Baustoffen und Bauprodukten sowie an den Feuerwiderstand von Bauteilen. Der Schwerpunkt liegt auf den verschiedenen möglichen Angaben der Leistung des Brandverhaltens von Baustoffen durch Klassen nach nationalen oder europäischen Klassifzierungsnormen. Es werden Bauprodukte "allgemein" (d.h. außer Bodenbelägen, Kabeln und Bedachungen) sowie speziell Bodenbeläge, Kabel und Bedachungen behandelt. Dabei wird stets darauf eingegangen, wie die verschiedenen Klassen den verschiedenen Begriffen der bauaufsichtlichen Anforderungen zugeordnet sind (auf Basis von MVV TB 2021/1). Der Feuerwiderstand der Bauteile wird prinzipiell erläutert. Da er jedoch eine Eigenschaft eines Bauteils ist (z.B. einer Wand oder einer Decke), wird ausführlicher nur auf den Spezialfall von feuerwiderstandsfähigen Türen und Toren eingegangen, die zugleich "handelbare" Bauprodukte sind. Ein weiteres Kapitel behandelt sehr kurz die möglichen Nachweise für die Leistungen von Bauprodukten und Bauarten.
Der Beitrag erläutert das Grundprinzip der CE-Kennzeichnung von Bauprodukten nach der EU-Bauproduktenverordnung (BauPVO) und zeigt die Folgen auf für Planer*innen von Gebäuden und für Personen, die Bauprodukte zum Einbau in von Bauwerke einkaufen und einbauen (Verwender*innen). Am Beispiel von elektrischen Leitungen ("Kabeln") wird dargelegt, welche bauaufsichtlichen Anforderungen an das Brandverhalten von Kabeln bestehen können, woraus diese resultieren könnnen, wie das Brandverhalten von Kabeln klassifiziert wird und wie die verschiedenen Klassen zur Angabe des Brandverhaltens von Kabeln den bauaufsichtlichen Anforderungen zugeordnet sind.
Im Beitrag wird die gemäß dem vom 13.12.2022 bis 13.03.2023 im sog. "Notifizierungsverfahren" der EU befindlichen Entwurf für die Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB) 2023/1 vorgesehene Änderung der Zuordnung von Klassen des Brandverhaltens für Baustoffe nach EN 13501-1 zu den bauaufsichtlichen Anforderungen an das Brandverhalten vorgestellt. Es wird auch diskutiert, welche Schwierigkeiten bei der Nachweisführung zum Brandverhalten von Baustoffen daraus resultieren. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des Beitrages ist umklar, ob die neuen Regelungen wirklich so wie im Notifizierungsverfahren angekündigt in geltendes Recht umgesetzt werden.
Der Artikel erläutert kurz das Grundprinzip der CE-Kennzeichnung von Bauprodukten und die daraus resultierenden Folgen für Personen, die Bauwerke planen und die Bauprodukte bei der Errichtung von Bauwerken verwenden. Speziell am Beispiel von Brettschichtholz wird aufgezeigt, woher die Anforderungen an die verschiedenen Wesentlichen Merkmale von Brettschichtholz kommen und wie diese im Planungsprozess sowie bei der Beschaffung von Bauprodukten berücksichtigt werden müssen.
Der Artikel zeigt auf, welche Anforderungen an das Brandverhalten von Baustoffen allgemein (ohne Bodenbeläge) im Bauordnungsrecht wo und wie gestellt werden. Er geht auf die möglichen Angaben des Brandverhaltens von Baustoffen als Klassen nach DIN 4102-1 und DIN EN 13501-1 ein und zeigt auf, wie diese den bauaufsichtlichen Anforderungen zugeordnet sind. Dabei wird insbesondere auf die - für Ausbau-Unternehmen besonders relevante - geänderte Zuordnung von Klassen nach DIN EN 13501-1 zur bauaufsichtlichen Anforderung "schwerentflammbar" eingegangen.
Der Beitrag erläutert den Hintergrund, die Inhalte und die Bedeutung der sogenannten "Prioritätenliste" des DIBt und der Bundesländer zur Überarbeitung harmonisierter Normen nach BauPVO. Dabei wird der Schwerpunkt gelegt auf die Folgen für Personen, die am Planungsprozess von Bauwerken beteiligt sind oder die bei der Errichtung von Bauwerken Bauprodukte mit CE-Kennzeichnung nach BauPVO verwenden.
Im Beitrag wird aufgezeigt, wie und wo das Bauordnungsrecht bauaufsichtliche Anforderungen an das Brandverhalten von Bodenbelägen stellt, wie das Brandverhalten von Bodenbelägen in Klassen nach DIN 4102-1 sowie DIN EN 13501-1 angegegeben werden kann und wie diese Klassen den Begriffen der bauaufsichtlichen Anforderungen zugeordnet sind.
Der Beitrag beschäftigt sich mit der CE-Kennzeichnung von Brettschichtholz (BSH) und zeigt auf, woraus die Anforderungen an die verschiedenen Wesentlichen Merkmale von BSH resultieren (u.a. "Anwendungsnorm" DIN 20000-3). Dabei wird ein Schwerpunkt auf den Themenbereich Brandschutz gelegt, dennoch aufgezeigt wie viele andere Quellen von Anforderungen es gibt.
Innerhalb des Teilvorhabens 1 (TV 1) des Verbundprojektes wurde ein Beitrag zu den baulichen und konstruktiven Grundlagen einer effektiven Rettung von Großvieh bei Brandereignissen erstellt und Möglichkeiten einer effektiven Brandfrüherkennung sowie Vorschläge für bauliche Maßnahmen erarbeitet. In enger Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf sowie der Arbeitsgruppe Präventionsingenieure e.V. wurden, soweit feststellbar, in einem ersten Schritt Daten zu Branderhebungen, aufgetretenen (Tier-)Schäden und Brandursachen erhoben. Unter Beachtung vorhandenen Betriebsstrukturen und der nutztierartabhängigen, tierphysiologischen Aspekte wurden Vorschläge für konstruktive und bauliche Durchbildungen von baulichen Anlagen zur Verbesserung einer effektiven Rettung und Nachbetreuung von Großvieh, insbesondere in der Entstehungsphase von Brandereignissen, erarbeitet. Die nach eingehender Analyse bestehender Objektstrukturen erarbeiteten Vorschläge zur Verbesserung der Rettung von Nutztieren wurden konstruktiv in Praxisversuchen validiert. Insbesondere aus dem durchgeführte Pilotversuch der Evakuierung einer Rinderherde konnten Rückschlüsse für weitere baulich-konstruktive Anpassungsmaßnahmen für mögliche Evakuierungsstrategien gezogen werden.
A new approach for the friction and wear characterisation of polymer fibres under dry, mixed, and hydrodynamic sliding conditions is developed. The production process of the tested polymer fibres is described and an introduction in fibre-reinforced concrete is given. Tribotesting is done on an optimised tribometer capable of measuring the friction and wear behaviour of polymer fibres with diameters of a few 100 µm under lubricated conditions. Three extruded polypropylene macro fibres with varying diameters are characterised under tribological conditions found in an industrial concrete mixing process. It is shown that detailed friction and wear data of polymer fibres can be gathered.
Background
Vertigo, dizziness or balance disorders (VDB) are common leading symptoms in older people, which can have a negative impact on their mobility and participation in daily live, yet, diagnosis is challenging and specific treatment is often insufficient. An evidence-based, multidisciplinary care pathway (CPW) in primary care was developed and pilot tested in a previous study. The aim of the present study is to evaluate the effectiveness and safety of the CPW in terms of improving mobility and participation in community-dwelling older people with VDB in primary care.
Methods
For this multicentre cluster randomised controlled clinic trial, general practitioners (GP) will be recruited in two regions of Germany. A total of 120 patients over 60 years old with VDB will be included. The intervention is an algorithmized CPW. GPs receive a checklist for standardise clinical decision making regarding diagnostic screening and treatment of VDB. Physiotherapists (PT) receive a decision tree for evidence-based physiotherapeutic clinical reasoning and treatment of VDB. Implementation strategies comprises educational trainings as well as a workshop to give a platform for exchange for the GPs and PTs, an information meeting and a pocket card for home care nurses and informal caregivers and telephone peer counselling to give all participants the capability, opportunity and the motivation to apply the intervention. In order to ensure an optimised usual care in the control group, GPs get an information meeting addressing the national guideline. The primary outcome is the impact of VDB on participation and mobility of patients after 6 month follow-up, assessed using the Dizziness Handicap Inventory (DHI) questionnaire. Secondary outcomes are physical activity, static and dynamic balance, falls and fear of falling as well as quality of life. We will also evaluate safety and health economic aspects of the intervention. Behavioural changes of the participants as well as barriers, facilitating factors and mechanisms of impact of the implementation will be investigated with a comprehensive process evaluation in a mixed-methods design.
Discussion
With our results, we aim to improve evidence-based health care of community-dwelling older people with VDB in primary care.
In Deutschland ist Laubholz als nachwachsende Ressource vorhanden. In langlebigen Produkten verwendet kann es eine hervorragende Kohlenstoffsenke sein. Jedoch wird fast die Hälfte der geernteten Laubhölzer energetisch genutzt. Es ergibt sich eine paradoxe Situation. Der Übergang zu einer holzbasierten Bioökonomie setzt auf die Nutzung natürlicher Kohlenstoffsenken unter Zuhilfenahme nachwachsender Rohstoffe. Laubholz in langlebigen Produkten genutzt, ermöglicht eine langfristige Kohlenstoffspeicherung und erweitert das Angebotspotenzial der Ressource. Dies sind wichtige Schritte in der Erreichung der Ziele des Klimaschutzplans 2050. Ein Umdenken in der Laubholznutzung und eine neue strategische Ausrichtung der Forst- und Holzwirtschaft, die dazu beiträgt, dieses Ziel zu erreichen, erfordert eine klare, gemeinsame Vision. Auf Basis einer dreistufigen Wertschöpfungskettenanalyse wird untersucht, wie die Wertschöpfungskette Laubholz zur Entwicklung der holzbasierten Bioökonomie beitragen kann. Eine höhere Wertschöpfung von Laubholz unterstützt den Übergang zur holzbasierten Bioökonomie und erhöht die Versorgungssicherheit. Transparente Laubholzströme zeigen noch unter Wert genutzte Mengen und ermöglichen eine optimierte Zuordnung der Laubholzströme. Es werden neue Strategien und politische Empfehlungen zur Erhöhung der stofflichen Nutzung von Laubholz für Industrie, Verbände und politische Entscheidungsträger entwickelt und bewertet. Vorliegende Arbeit erweitert den Stand des Wissens, indem die gesamte Wertschöpfungskette Holz betrachtet wird. Erstmalig wurde ein konsistenter Datensatz für die Wertschöpfungskette Laubholz für Deutschland erstellt. Die Arbeit basiert auf der Verknüpfung einer systematischen Literaturrecherche, einer Materialflussanalyse und einer hybriden Delphi-SWOT-Analyse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wertschöpfungskette Laubholz den Übergang zu einer holzbasierten Bioökonomie durch die Erhöhung der stofflichen Laubholznutzung unterstützt.