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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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Gebäudeschadstoffe und Innenraumluft, Band 7
Schadstoffarmes Bauen und Renovieren, BT-Verfahren bei Stahlbauten, Asbestüberdeckung
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Verlagsgesellschaft Rudolf Müller GmbH &Co. KG

 

 

Band 7 der Schriftenreihe "Gebäudeschadstoffe und Innenraumluft" nimmt erstmalig die Verbrauchersicht direkt in den Blick mit einem Beitrag der Verbraucherzentrale NRW. Es besteht eine Diskrepanz zwischen der Auskunftspflicht des Bauherrn zu Gefahrstoffen gegenüber Ausführenden, Entsorgern oder Käufern und seinem Recht auf Information gegenüber Herstellern, Planern und Handwerkern. Um zu einer gesundheitlich unbedenklichen Innenraumluftqualität beizutragen und um Schadensfälle zu vermeiden, müssen Planer, Handwerker und Verbraucher eng zusammenarbeiten und Produkte auswählen, die in Bezug auf ihre Zusammensetzung gesundheitlich unbedenklich sind oder eine freiwillige Zertifizierung vorweisen. Bei der Entfernung alter Schutzanstriche von Stahl(wasser)bauten muss mit der Freisetzung von Asbestfasern und anderen krebserzeugenden Stoffen gerechnet werden. Die acht emissionsarmen Verfahren zur Entschichtung der Altanstriche, die das Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Trier entwickelt hat, werden in einem Beitrag vorgestellt. Die Ausführung von Arbeiten an schadstoffbelasteten Bauteilen stellt hohe Anforderungen an Planung und Arbeitsvorbereitung. Eine Checkliste zur Ausführung soll dem Unternehmer Hilfestellungen an die Hand geben, aber auch Empfehlungen, wenn Ausschreibungsunterlagen nicht den angetroffenen Baubestand widerspiegeln. Neues zum Dauerthema Asbest und zum Thema Holzschutzmittel runden den Band ab. Aus dem Inhalt: - Schadstoffarmes Bauen und Renovieren aus Verbraucherschutzsicht (Kerstin Etzenbach-Effers); - Arbeiten an schadstoffbelasteten baulichen und technischen Anlagen (Peter Jehle, Natalia Bienkowski); - Asbestüberdeckungsverbot und Gefahrstoffverordnung (Sandra Giern); - Asbest, PAK, PCB und Blei in Altanstrichen von Stahlwasserbauten und Stahlbauten (Norbert Fischer); - Holzschutzmittel in Gebäuden (Gottfried Walker).

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Anette Müller
Baustoffrecycling
Entstehung - Aufbereitung - Verwertung
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Springer, Berlin

 

 

Die Notwendigkeit, Stoffkreisläufe im Bauwesen zu etablieren ist unbestritten. Das Wissen dazu ist an vielen Stellen vorhanden und wird im Buch zusammengefasst und systematisiert. Nach einem allgemeinen Überblick zu den Anfallmengen, Verwertungsquoten und Einsatzgebieten von Recycling-Baustoffen wird darauf eingegangen, auf welchen Aufbereitungsschritten das Recycling gegenwärtig basiert und welche Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Produkteigenschaften bestehen. Des Weiteren werden Recycling-Baustoffe charakterisiert und deren Einsatzgebiete dargestellt. Ausgangspunkt ist immer der ursprüngliche Baustoff, der sich später im Bauabfall wiederfindet. Dabei liegt der Schwerpunkt auf den bautechnischen Eigenschaften. Die umwelttechnischen Aspekte, die seit Jahren die Diskussion bestimmen, sind im notwendigen Umfang aufgezeigt. Den Abschluss bildet ein Kapitel, das neue Entwicklungen in der Aufbereitungstechnik präsentiert und die Potenziale von Bauabfällen als Rohstoffquelle analysiert.

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Siegfried Steeb
Zerstörungsfreie Werkstück- und Werkstoffprüfung
Kontakt und Studium, Band 243
Die gebräuchlichsten Verfahren im Überblick
5., aktualis. Aufl.
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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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Konferenz für Neue Materialien im Bauwesen
Beiträge der Tagung am 31. Januar 2018.
2018, 104 S., zahlr. Abb. ,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die HighTechMatBau-Konferenz richtet sich primär an Architekten und Bauingenieure, Bauausführende, Produkthersteller sowie Wissenschaftler. Vorgestellt werden aktuelle Forschungsergebnisse und eine Demonstratorenausstellung aus laufenden Forschungsprojekten der Fördermaßnahme HighTechMatBau. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert mit der Initiative HighTechMatBau Forschungsprojekte zum Thema "Neue Werkstoffe für urbane Infrastrukturen". Mit der Entwicklung neuer Werkstoffe sollen einerseits die Lebensqualität in deutschen Städten gesteigert und neue Bauteilfunktionalitäten ermöglicht werden. Andererseits sollen innovative Technologien die deutsche Wirtschaft stärken. Mit neuen Werkstoffen sollen Innovationspotenziale für multifunktionale Verkehrswege, eine intelligente Gebäudetechnik und neue Instandhaltungs-/Instandsetzungskonzepte erschlossen werden.

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Vom Baustoff zum Bauprodukt
Ausbaumaterialien in der Schweiz 1950-1970
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Hirmer

 

 

Neben der Herausforderung, konservatorische Antworten auf den Strukturwandel im Bauwesen der 1950/60er Jahre zu geben - Ersatz der Baustoffe durch die Bauprodukte -, stehen Wissensfragen über Produktentwicklungen im Zentrum. Gegliedert in einen Textteil, der die Situation in der Schweiz in einen größeren Zusammenhang einbettet, einen produktgeschichtlichen Teil, der Fragen der Herstellung und Verarbeitung beleuchtet, und einen Katalog, dient das Buch sowohl zum vertiefenden Lesen als auch zum gezielten Nachschlagen. Das Buch will anregen, über einen Bereich neu nachzudenken, der im Allgemeinen zurücktritt hinter den großen Fragen der Architektur und des Entwurfs. Die Innenausbauten sind, neben der Technik, die sich am schnellsten ändernden Teile der Baukonstruktionen.

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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.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
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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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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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Robert Wagner, Michaela Dumm, Konstantin Terytze
Laborvergleichstest zur Normierung der inversen Säulenelution nach Schössner und Validierung der Parameter und Kriterien für die ökotoxikologische Bewertung von Bauprodukten mittels Ammoniumoxidations- und Bodenatmungstest als Bestandteil einer ökotoxikol. ogischen Testbatterie zur Bewertung der Wirkungen von Bauprodukten auf Böden (Bewertung der ökotoxikologischen Auswirkung von Bauprodukten auf Böden Tl.3). Abschlussbericht
Bauforschung , Band T 3280
2012, 175 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel dieses weiterführenden Forschungsvorhabens war es, die in den vorhergehenden Vorhaben erarbeiteten Bewertungsmaßstäbe und -kriterien für die Auswirkung von Bauprodukten auf Böden zu validieren. Es wurden drei Bodeninjektionsmittel, ein Produkt auf Zementleimbasis, ein Polyacrylat und ein Polyurethanharz mittels Säulenelution nach Schössner eluiert. Die ökotoxikologische Wirkung auf Böden wurde anhand der beiden terrestrischen Testverfahren ermittelt. Parallel dazu wurde der Leuchtbakterienlumineszenztest (DIN EN ISO 11348-2), der Algenwachstumshemmtest (DIN 38412-33) und der Abbautest gemäß OECD 301 E (Screening-Test) durchgeführt. Die Ergebnisse der ökotoxikologischen Untersuchungen der Bauprodukteluate ergaben im Leuchtbakterientest keine Toxizität. Im Algentest zeigten nur die Eluate des Polyacrylates eine deutliche Toxizität an. Im Abbautest erwies sich nur der Zementleim als nicht abbaubar. Der Versuchsansatz mit Zementleim zeigte in den terrestrischen Tests nur geringe Wirkungen. In den Versuchsansätzen mit den Polyacrylat-Eluaten wurden in den terrestrischen Tests deutliche Wirkungen beobachtet. Im Nitrifikationstest traten Hemmeffekte bis zu 28 Prozent auf. Dagegen wiesen die Bodenatmungskurven Förderungen bis zu 47 Prozent auf, die auf die gute Abbaubarkeit der Polyacrylateluate zurückzuführen waren. Damit wurden die Testergebnisse der ersten beiden Vorhaben bestätigt. Eine Auswertung aller bisher erhaltenen Ergebnisse der Polyacrylateluate ergab eine positive Korrelation des Summenparameters DCC mit den ermittelten Wirkungen in den eingesetzten Ökotoxizitätstest. Die Bewertungsparameter werden durch die aktuellen Ergebnisse grundlegend gestützt. Im Bodenatmungstest hat sich der Parameter "kumulative CO2- Bildung (CR)" als sehr zuverlässiger Bewertungsparameter herausgestellt, ebenso wie der Parameter: NO2 - N Bildung der potentiellen Nitrifikation. Die Grenze von 25 Prozent Abweichung zur Kontrolle (Hemmung/Förderung) als Bewertungskriterium zur Abschätzung von nicht tolerierbaren Auswirkungen von

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Pascal Heinz, Michael Herrmann, Werner Sobek
Herstellungsverfahren und Anwendungsbereiche für funktional gradierte Bauteile im Bauwesen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 2811
2012, 185 S., 159 Abb. u. 60 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, das Konzept der funktionalen Materialgradierung (Gradientenwerkstoffe) auf das Bauwesen zu übertragen. Funktional gradierte Bauteile weisen eine kontinuierliche Eigenschaftsänderung in ihrem Querschnitt auf. Die variierende Eigenschaft kann die Porosität/Dichte, der Fasergehalt oder das Materialmischungsverhältnis (Legierung/Blend) sein. Durch die Gradierung wird eine höhere Materialeffizienz erreicht, indem die Materialkomposition den lokalen Anforderungen angepasst wird, anstatt ein ganzes Bauteil nach seiner am höchsten beanspruchten Stelle zu bemessen oder es entsprechend zu formen. Der fließende (gradierte) Phasenübergang beseitigt die Schwachstelle (z.B. unterschiedliche thermische Ausdehnungen) an der Grenzfläche von Funktionsschichten und ermöglicht verschiedene funktionale Zonen in einem Bauteil aus einem einzigen Material. Poröse Bereiche verbessern die Wärmedämmung, ein dichtes Gefüge bietet Wasserdichtigkeit und Raumabschluss, lokale Faserverstärkungen oder Gefügeverdichtungen sind Bereiche erhöhter Beanspruchbarkeit. Es sollen für verschiedene Baustoffklassen (Polymere, Betone, Metalle) mögliche Herstellungsverfahren (Gießen, Schichten, Drucken, ...) und Anwendungsfelder (Tragstruktur, Raumabschluss, Innenausbau, Möbelbau) für funktional gradierter Bauteile untersucht und bewertet werden.

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Konstantin Terytze, Evelyn Giese, Robert Wagner
Validierung des Ammoniumoxidations- und Bodenatmungstests als Bestandteil einer ökotoxikologischen Testbatterie zur Bewertung der ökotoxikologischen Auswirkungen von Bauprodukten auf Böden. Tl.2
Bauforschung , Band T 3147
2007, 67 S., 21 Abb., 26 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Neben aquatischen Tests und der Ermittlung der biologischen Abbaubarkeit sind im Entwurf des Merkblattes "Bewertung von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" ökotoxikologische Testverfahren. Mit den Testverfahren soll sichergestellt werden, dass es nicht zur Beeinträchtigung der Lebensraumfunktion von Böden durch die mobilisierbaren Anteile von Bauprodukten kommt. Im Entwurf des Merkblattes werden der Ammoniumoxidationstest (DIN/ISO 15685) und der Bodenatmungstest (DIN/ISO 17155) genannt. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, die im Vorgängervorhaben festgestellte Eignung der beiden genannten terrestrischen Testverfahren an zwei weiteren Böden zu prüfen, einen geeigneten Testboden vorzuschlagen und die Ergebnisse hinsichtlich der Entwicklung ökotoxikologischer Testbatterien zu interpretieren. Als Bauprodukte wurden ein Bodeninjektionsmittel auf Acrylatbasis und ein Kanalrohrsanierungsmittel eingesetzt und mittels Säulenelution nach SCHÖSSNER im Hygieneinstitut Gelsenkirchen eluiert. Als Böden wurden ein schwach humoser und ein stark humoser Sandboden ausgewählt und mit den Eluaten inkubiert. Die terrestrischen Testverfahren wurden nach ein- und 12-wöchiger Inkubationszeit an der TU Berlin durchgeführt. Um die Ergebnisse der aquatischen und terrestrischen Tests vergleichen zu können und auch die Eignung der aquatischen Verfahren zu überprüfen, wurden parallel dazu am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie der Leuchtbakterienlumineszenstest (DIN EN ISO 11348) und der Abbautest (OECD-Screening-Test 301 E) durchgeführt. Es wurden Bewertungsmaßstäbe für die terrestrische Ökotoxizität von Bauprodukten erarbeitet.

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Zeitschriftenartikel

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Krauter, Anne; Fritz, Ueli
Wenn Farben sich verändern. Die Perspektive der Restaurierung (kostenlos)
Nike Bulletin, 2019

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Verordnung des Österreichischen Instituts für Bautechnik (OIB) über die Baustoffliste ÖE (Neufassung 2019) OIB-095.2-015/19
OIB aktuell, 2019

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Goldmann, Marion; Jäger, Wolfram
"Lehmbau geht auch mehrgeschossig". Interview mit Wolfram Jäger zu einem Mustergebäude aus industriell gefertigten Lehmsteinen (kostenlos)
DAB Deutsches Architektenblatt. Baden-Württemberg, 2019

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Thome, Volker
Baustoffkreislauf. Baucycle (kostenlos)
DBZ Deutsche Bauzeitschrift, 2019

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Keist, David
Farbtechnologien - Künstliche Intelligenz oder Handwerkskunst?
Detail, 2019

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