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Entwicklung eines Lebensdauer-Vorhersagekonzepts für Elastomerwerkstoffe unter Berücksichtigung der Fehlstellenstatistik

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[Quelle: https://edocs.tib.eu]

Aufgrund ihrer hohen Deformierbarkeit und ihres einstellbaren viskoelastischen Eigenschaftsprofils werden Elastomerprodukte häufig als zentrales Element in dynamisch und zyklisch beanspruchten Baugruppen eingesetzt. Folglich ist es von großem Interesse, die Lebensdauer dieser Werkstoffe unter den vorherrschenden Einsatzbedingungen abschätzen zu können. Der Prozess der Rissinitiierung wird lokalen Materialinhomogenitäten zugeschrieben, bisher jedoch nicht in den gängigen bruchmechanischen Konzepten berücksichtigt, weshalb die Entwicklung von Elastomerprodukten bis heute an die Durchführung von kostenintensiven Laborversuchen gebunden ist. In der Arbeit wird ein neu entwickeltes Lebensdauermodell vorgestellt, welches das bruchmechanische Risswachstumskonzept durch die Berücksichtigung der Fehlstellencharakteristik der Materialien auf dynamische Lebensdauerversuche überträgt, um das Ausfallverhalten verschiedenster Elastomerkörper unter zyklischer Zugbelastung präzise vorherzusagen. Das Modell baut auf der Arbeitshypothese auf, dass im Material vorliegende Fehlstellen Mikrorisse initiieren, die bei anhaltender zyklischer Beanspruchung kontinuierlich weiterwachsen, bis es zum Bauteilausfall kommt. Voraussetzung für die Anwendung des Modells ist eine quantitative Kenntnis und Beschreibung der Fehlstellengrößenverteilung im untersuchten Volumen sowie eine detaillierte Kenntnis der bruchmechanischen Kennwerte der verwendeten Elastomerwerkstoffe. Durch Kombination eines statistischen Ansatzes zur Beschreibung der Auftretenswahrscheinlichkeit der Fehlstellen im Elastomervolumen mit einem bereits bestehenden bruchmechanischen Berechnungskonzept, welches das Risswachstum unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften beschreibt, gelingt es, das Ausfallverhalten von Laborprüfkörpern und Modellbauteilen unter verschiedenen Lasten mit hoher Güte vorauszusagen. Dabei gibt das neue Berechnungsmodell nicht nur Auskunft über die zu erwartende mittlere Lebensdauer, sondern liefert zusätzlich Informationen über die Ausfallverteilungsbreite und insbesondere über das Risiko von Frühausfällen. Das Konzept erweist sich für eine Vielzahl unterschiedlicher Elastomerwerkstoffe als hoch tragfähig.

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Bücher, Broschüren

Brick 20
Brick Award
Ausgezeichnete internationale Ziegelarchitektur
2020, 288 S., 268 farb. u. 100 schw.-w. Abb. 30.5 cm, Hardcover
Park Books

 

 

Seit 2004 lobt Wienerberger alle zwei Jahre international den Brick Award aus, um herausragende Projekte auf dem Gebiet der Ziegelarchitektur auszuzeichnen. Für die Ausgabe 2020 wurden mehr als 644 Projekte aus 55 Ländern eingereicht. Das Buch zeigt nicht nur die sechs von einer internationalen Jury prämierten Bauten in Afrika, Europa und Zentralamerika, sondern auch die insgesamt 50 nominierten Projekte.

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Jan Kortmann
Verfahrenstechnische Untersuchungen zur Recyclingfähigkeit von Carbonbeton
Baubetriebswesen und Bauverfahrenstechnik
2020, xxi, 249 S., 85 SW-Abb. 210 mm, Softcover
Springer

 

 

Der Autor untersucht in dem Buch, ob der Gesundheitsschutz und die Recyclingfähigkeit potenzielle Markteintrittsbarrieren für den Verbundbaustoff Carbonbeton darstellen. Für die Fragestellung, ob Carbonbeton wiederverwendet werden kann, wurden Recyclingverfahren analysiert und Verwertungsoptionen für die anfallenden Materialfraktionen aufgezeigt. Zur Sicherstellung des Gesundheitsschutzes wurden Faseremissionen aus Ver- und Bearbeitung von Carbonbeton erhoben und das Gesundheitsgefährdungspotenzial beurteilt.

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Rheologische Messungen an Baustoffen 2020
Tagungsband zum 29. Workshop und Kolloquium, 11. und 12. März an der OTH Regensburg
1.
2020, 100 S., 31 Farbabb. 210 mm, Softcover
tredition

 

 

The art of rheological measurements for construction materials was until 50 years ago a totally unknown territory. Even today it is often hard to understand, unless you are an expert in the field. There are many people who buy the costly equipment for rheological measurements. However, they often find after some time that the test set up, numerous influencing factors and the proper interpretation of the results is not that easy to work out. As a consequence this expensive equipment ends up lying in the corners of the labs gathering dust. This conference and workshop on the "Rheology of Building Materials" in Regensburg cannot solve all these problems. It, however, supplies a platform for excellent presentations of recent research work as well as demonstrations of useful equipment and exchange of ideas. The proper workability of materials bound by mineral binders is essential for an economic production and for a perfect performance in hardened state. The papers in these proceedings show examples of enhanced testing and applications. These proceedings address important rheological topics: Inline control of ready mix concrete, Tests on concrete and mortar for different purposes (e.g. rheology of calcium-sulfoaluminate mortars, of alkali activated binders, of mortars for 3D-printing), The influence of fibres on injecting mortars, Oscillatory measurements. The papers on mineral materials are enhanced with a special contribution on the behaviour of granular frazil ice. Hopefully, the reader will enjoy these papers and get a lot of inspiration as well as some new ideas for her/his own work.

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Quang Truong
III/1. Composite Architecture
Building and Design with Carbon Fiber and FRPs
2020, 312 S., 80 b/w and 300 col. ill. 280 mm, Hardcover
Birkhäuser Berlin

 

 

Während der Einsatz von Verbundwerkstoffen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Produktdesign inzwischen üblich ist, beginnt er im Bauwesen erst. Dabei eröffnen Glasfaser, Kevlar, Kohlefaser und Co. neue Konstruktions- und Gestaltungsmöglichkeiten, die anhand von Projekten von Foster + Partners, Zaha Hadid, Snohetta, Herzog & de Meuron und Diller Scofidio + Renfro in Texten, Zeichnungen und Fotos vorgestellt werden.

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Siegfried Steeb
Zerstörungsfreie Werkstück- und Werkstoffprüfung
Kontakt und Studium, Band 243
Die gebräuchlichsten Verfahren im Überblick
5., Aufl. 2019
2019, 581 S., 368 Abb. 210 mm, Softcover
expert-verlag

 

 

Der Themenband gibt einen Überblick über die gebräuchlichsten Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoff- und Werkstückprüfung. Sie bilden u. a. die Grundlagen für die Dokumentation der Produktqualität während des gesamten Herstellungsprozesses und sind damit für die Beweisführung in Fragen der Produkthaftung von elementarer Bedeutung.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Tamara Bimesmeier, Karin Gruhler, Clemens Deilmann, Jan Reichenbach, Sonja Steinmetzer
Sekundärstoffe aus dem Hochbau
Energie- und Materialflüsse entlang der Herstellung und des Einsatzortes von Sekundärstoffen aus dem Hochbau für den Baubereich
Abschlussbericht SEROBAU.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3184
2020, 252 S., 95 Abb. u. 27 Tab., Softcover
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Das Recycling von Bauabfällen ist ein wichtiger Baustein zur Ressourcenschonung. Das Forschungsvorhaben ist eine Sondierungsstudie, die sich insbesondere dem Aspekt der energetischen Aufwendungen im Zuge der Kreislaufführung im Bausektor widmet. Den bisher üblichen massebezogenen materiellen Betrachtungen zum Recycling werden energetische Aufwendungen gegenübergestellt und geprüft, inwieweit sich Recycling auch aus energetischer Perspektive lohnt. Dabei wird die Wertigkeit des möglichen neuen Einsatzortes der Rückbaumaterialien mitberücksichtigt. Für jede Bauproduktgruppe werden instruktive Nutzungsbeispiele in Form charakteristischer "durchgängiger" Prozessketten vom Rückbaumaterial bis zur Einsatzvariante nachgezeichnet und aus energetischer Perspektive in drei Schritten analysiert: 1. Aufbereitung des Rückbaumaterials bis zum Sekundärstoff - Modulare Berechnung des Energieaufwands der Sekundärstoffaufbereitung; 2. Erreichen der funktionalen Äquivalenz (Einsatzfähigkeit als Substitut) auf Grundlage von Unterschieden zwischen Primär- und Sekundärstoffverwendung bis zur Einsatzvariante; 3. Gegenüberstellung der Energieaufwendungen für die Substitut- und Primärstoffherstellung.

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Frank U. Vogdt, Diana Fischer, Falk Schaudienst, Michael Schober
LifeCycle KMF
Optimierung der Stoffströme im Lebenszyklus von Bauprodukten aus künstlichen Mineralfaserdämmstoffen
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3166
2019, 212 S., 69 Abb. u. 36 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Aufgrund der Eigenschaften im Hinblick auf den Brand-, Wärme- und Schallschutz findet Mineralwolle in nahezu sämtlichen Baukonstruktionen der wärmeübertragenden Gebäudehülle und des Innenausbaus sowie zur Dämmung von Komponenten der technischen Gebäudeausrüstung Anwendung, so dass der heutige Marktanteil am Gesamtdämmstoffmarkt ca. 54 Prozent beträgt. Es kann davon ausgegangen werden, dass jährlich etwa 160 Tsd. Tonnen Mineralwolle als Abfall deponiert werden. Die Menge wird in den nächsten 50 Jahren kontinuierlich anwachsen. Derzeit existieren keine Recyclingverfahren, die eine mengenmäßig relevante Rückführung der Mineralwolle in den Produktionsprozess gewährleisten können. Im Forschungsvorhaben LifeCycle KMF wurde ein vollständig geschlossener Recyclingkreislauf für Mineralwolle - beginnend mit dem Rückbau, über die Aufbereitung sowie die Verpackung und den Transport bis zur Rückführung in den Herstellungsprozess - systematisch entwickelt und allgemeine Anforderungen sowie Randbedingungen dafür definiert.

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Wolfram Jäger, Raik Hartmann
Lehmmauerwerk: Entwurfs- und Konstruktionsgrundsätze für eine Breitenanwendung im Wohnbau unter Berücksichtigung klimatischer Bedingungen gemäßigter Zonen am Beispielstandort Deutschland
EGsL - Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3109
2019, 99 S., 25 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Basierend auf den Erkenntnissen historischer Lehmbauten sowie statischer Berechnungen und der Bauphysik stützen unsere Untersuchungen die Annahme, dass Mauerwerk mit modernen, großformatigen Lehmsteinen ein viel höheres Leistungspotenzial hat als derzeit angenommen. Dies gilt insbesondere für die Nachhaltigkeit. Die größte Sorge bis heute betrifft die Wasserempfindlichkeit dieses Baustoffs in Bezug auf die strukturelle Stabilität. Dem kann jedoch mit zuverlässigen, prophylaktischen Schutzmaßnahmen begegnet werden. Selbst bei einer maximalen feuchtigkeitsbedingten Festigkeitsabnahme von 20 % besteht für den Tragfähigkeitszustand der Tragfähigkeit noch eine ausreichende Druckfestigkeit. Mit der Feuerwiderstandsfähigkeit von mehr als 60 Minuten, dass es möglich ist, mehrstöckige freistehende Wohnhäuser zu bauen. Dies zeigt, dass die Leistungsfähigkeit des modernen Lehmmauerwerks höher ist als derzeit angenommen, sofern die bei den Arbeiten entwickelten baulichen und technischen Sicherheitsprinzipien für modernes Lehmmauerwerk eingehalten werden.

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Rebekka Volk, Richard Müller, Frank Schultmann, Jeremy Rimbon, Thomas Lützkendorf, Joachim Reinhardt, Florian Knappe
Stofffluss- und Akteursmodell als Grundlage für ein aktives Ressourcenmanagement im Bauwesen von Baden-Württemberg "StAR
Produktion und Energie, Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion und Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung, Band 32
2019, 418 S., graph. Darst. 210 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Der Bericht untersucht aktuelle und zukünftige Stoffströme in einem integrierten, regionalen Stoffstrom- und Akteursmodell für Gebäude und Straßeninfrastrukturen. Die drei Maßnahmen Besteuerung von Primärrohstoffen, Erhöhung von Deponiegebühren und Anpassung von Ausbildungsinhalten ergeben in den Modellberechnungen ein mittleres Ressourcenschonungspotenzial von 30,8 % für Baden-Württemberg bis 2030, also eine Verringerung der kumulierten Stoffstrombilanzen von 119 auf 82 Mio. Tonnen.

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Konstantin Terytze, Robert Wagner, Michaela Dumm
Überprüfung des Einflusses von standardisiertem Wasser auf das Auslaugverhalten von Bauprodukten im inversen Säulenversuch im Rahmen der Normierung der inversen Säulenelution nach Schössner. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3308
2014, 157 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Kenntnisse über das Auslaugverhalten von Bauprodukten sind für die objektive Bewertung eines möglichen Gefährdungspotenzials mobilisierbarer umweltrelevanter Stoffe erforderlich. Aus diesem Grund sind praxisnahe Eluatherstellungen vorgesehen. Für Bauprodukte zur Injektion in den Boden wird in den Grundsätzen zur "Bewertung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" des DIBt der Säulenversuch mit inverser Fließrichtung genannt (DIBt, 2009). Für dieses Verfahren liegt eine Arbeitsanweisung des Hygiene Instituts des Ruhrgebiets Gelsenkirchen vor. In der Arbeitsanweisung zur Durchführung der inversen Säulenelution ist u.a. eine Elution mit Trinkwasser vorgesehen. In einem von 2008 - 2009 laufenden Forschungsvorhaben zur Normierung des inversen Säulenversuches wurde mittels einer Vergleichsuntersuchung festgestellt, dass die regional unterschiedlichen Trinkwässer einen signifikanten Einfluss auf die Freisetzung und die Vergleichbarkeit des Verfahrens besitzen. Diese beträchtlichen Unterschiede der Qualität des Trinkwassers lassen es nur eingeschränkt als geeignetes Elutionsmittel für Laboruntersuchungen erscheinen. Die in diesem Forschungsvorhaben weiterentwickelte Arbeitsanweisung (DIN-Vorlage) wurde im Unterausschuss Eluierungsverfahren (NA 119-01-02-05 UA) vorgestellt. Dabei wurde vor allem die Verwendung von Trinkwasser als Elutionsmittel in Frage gestellt. Bei der Weiterentwicklung und Validierung der Methode der inversen Säulenelution ist neben der Aufnahme der bisherigen Erfahrungen auch die Umstellung des Verfahrens auf ein standardisiertes Elutionswasser zu prüfen, Der Einfluss auf die weitere Bewertung nach den Grundsätzen zur "Bewertung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" des DIBt ist ebenfalls zu betrachten. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die inverse Säulenelution auf ein standardisiertes Elutionswasser umzustellen. Die sich daraus veränderten Auslaugraten sollen anhand von mehreren Bauprodukten. die laut den Grundsätzen zur "Bewertung der Auswirkungen von

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Zeitschriftenartikel

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Schlaich, Mike; Burghartz, Anne K.
Hochfest und maximal transparent
Detail, 2021

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Hoffmann, Sandra
Im Kreis bauen. Baustoffrecycling
Industriebau, 2020

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Schütz, Sigurd
Sand extraction through mobile processing
BFT International, 2020

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Lüdtke, Monika; Meier, Michael
Tipps für Lehmputze (kostenlos)
Der Holznagel, 2020

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Breuer, Reinhard; Fratzl, Peter
Schnecken, Schwämme, Nussschalen. Materialien der Zukunft
Bild der Wissenschaft, 2020

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