Im Konstruktiven Glasbau ist es keine Besonderheit mehr, Glasträger für Dachkonstruktionen und Glasschwerter in Fassaden einzusetzen, um leichte, transparente und in den Hintergrund tretende Tragkonstruktionen umzusetzen. Für die Fügung dieser tragenden Bauteile werden bisher Verbindungsmittel aus Edelstahl eingesetzt, die optisch beeinträchtigen, Bohrungen im Glas erfordern und ungünstige Spannungsspitzen im Glas hervorrufen. Demgegenüber ist das Kleben für den spröden Werkstoff Glas ein materialgerechteres Fügeverfahren. Die Untersuchung einer flächigen Klebverbindung zum Lastabtrag zwischen tragenden Glas-Bauteilen im Primärtragwerk ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Bei einer relativ großen Schichtdicke bildet die transparente Ausführung eine ganz wesentliche Prämisse. Ein weiterer Anspruch liegt in der Alterungsbeständigkeit und der Tragfähigkeit. An einer Auswahl von 14 potentiell geeigneten, transparenten Acrylat-, Epoxidharz- und Polyurethanklebstoffen werden mit Hilfe thermomechanischer und mechanischer Prüfverfahren temperaturabhängige Materialeigenschaften ermittelt. Ergänzend wird die Langzeitbeständigkeit der Klebstoffe durch eine künstliche Alterung im Verbund überprüft. Im Anschluss erfolgt die Ermittlung der lichttechnischen Eigenschaften sowie die visuelle Beurteilung der Sichtproben. Im Resultat wird ein UV- und lichthärtender Acrylatklebstoff als besonders geeignet identifiziert. Für diesen Klebstoff werden Haftfestigkeitsuntersuchungen im Druckscherversuch unter Temperatur- und Alterungseinflüssen sowie Zeitstandversuche an Substanzproben und kleinen Prüfkörpern durchgeführt. Für den Einsatz in einer flächigen Klebung wird ein geeignetes Dosier- und Aushärteverfahren entwickelt. Der Tragfähigkeitsnachweis der geklebten Verbindung erfolgt an großformatigen Bauteilmustern. Bei diesen Versuchen wird jeweils die Belastbarkeitsgrenze des Glases erreicht, während die Klebung intakt bleibt. Ein Zeitstandversuch dient zur Aufzeichnung des Kriechverhaltens an Bauteilmustern bei erhöhter Temperatur. Begleitend zum Entstehen der vorliegenden Arbeit werden mehrere Bauvorhaben mit Ganzglaskonstruktionen umgesetzt. Der Verzicht auf jegliche metallische Verbindungsmittel stellt bei diesen Objekten in Deutschland ein bauaufsichtliches und bautechnisches Novum dar. Die Fügung von Glasstütze und Glasträger innerhalb des gläsernen Primärtragwerks erfolgt ausschließlich und erstmals über eine transparente Acrylatklebung, deren Ausführung auf Erkenntnissen der vorliegenden Arbeit basiert. Die umschließende Verglasung wird mit einem zugelassenen Silikonklebstoff an der Tragkonstruktion befestigt. Zwei der beschriebenen Bauvorhaben werden seit der Erstellung in einem umfangreichen Monitoring beobachtet, um weitergehende Aussagen zum Langzeitverhalten der Klebungen zu erhalten. Die weitgehenden Untersuchungen der vorliegenden Arbeit wie auch des laufenden Monitorings sollen Bedeutung und Zuverlässigkeit der transparenten, lastabtragenden Klebungen im Konstruktiven Glasbau belegen helfen. / The use of glass beams in transparent roofs and glass fins as part of the facade is already state-of-the-art construction to achieve a transparent and lightweight appearance. Until now, mechanical fasteners made from stainless steel are used to join these structural components. Those fasteners visually interfere, require holes in the glass and cause unfavorable stress peaks in the glass. In contrast, adhesive bonding is much more appropriate to join the brittle material glass. The subject of this dissertation is the study of a planar adhesive joint which transfers the load between the load-bearing glass components into the primary structure. With a relatively large layer thickness, the manufacturing of the transparent joint represents a major challenge. Furthermore, the aging resistance and the load-bearing capacity must be proven. A selection of 14 potentially suitable, transparent adhesives of acrylate, epoxy resin and polyurethane are tested for temperature-depending material properties. These tests are based on thermo-mechanical and mechanical test methods. In addition, the long-term durability of the adhesives is verified by artificial aging test on bonded specimens. Subsequently, the photometric characteristics and the visual quality of the samples are assessed. As the result an UV- and light-curing acrylate adhesive is identified as particularly suitable. Compression shear tests under temperature and aging influences as well as creep tests are performed on substance samples and small-scale specimens to determine the adhesive strength of this adhesive. A suitable application and curing process is developed for use in planar bonded joints. Tests on specimen components were carried out to determine the load-bearing capacity of the bonded glass frame corners. In these experiments, the glass fails while the adhesive joint remains intact. Creep test are used to record the creep deformation of component specimen at increased temperature. Accompanying the study, several building projects are realized to use adhesive bonding technology in all-glass constructions. Without any visible forms of connection, the glass construction represents a significant innovation in Germany in terms of both building legislation and building technology. It´s the first time, glass fins and glass beams are joint to a glass primary structural system via transparent acrylate adhesive. The connection method is based on the findings of the present study. The glass panels of the envelope are joined to the primary glass structure with an approved silicone adhesive. Two of the described construction projects are monitored to obtain further knowledge about the long-term behaviour of the bonded joints. The comprehensive studies of this thesis as well as the ongoing monitoring have proven the significance and the reliability of transparent, load-bearing bonded joints in the field of glass construction.

Application of smart curing concept called internal curing (IC) is the most promising strategy for mitigating autogenous shrinkage and related early-age cracking in cement-based materials with low water-to-cement ratio. There are still many theoretical and practical questions that need to be answered before IC could become a standard method. Many of these questions concern the most appealing of water-regulating additives for IC called Superabsorbent Polymers (SAP). The clear linkage between SAP material properties, the moment of water release and the effect on autogenous shrinkage is still missing, which blocks formulating recommendations for use of particular potential IC agents in concrete construction. In this treatise various aspects that are decisive for effectiveness of IC in mitigating autogenous shrinkage were examined. The choice of materials was purposefully limited to two compositions of Ultra-High Performance Concrete (UHPC), one fine-grained and one coarse-grained mixture, and one particular, in-depth characterized SAP. The objectives of examination which shaped the final experimental programme were: assessment of IC agent absorption capacity, specification of periods of water migration from fresh concrete mixture into SAP and from SAP back into hardening concrete, determination of effect of SAP addition on cement hydration, evaluation of IC influence on and determination of start of effective autogenous shrinkage and, finally, assessment of autogenous shrinkage with selfsame IC agent but for different matrices. Ideally, description of the mechanisms behind the action of IC at different stages of concrete life and reasoning of differences observed for the UHPCs under investigation had to be provided. First, the main components of the system – UHPC and SAP material – were characterized as to their suitability for IC application. Special attention was paid to the material properties which affect water transport. Usage of different testing methods was necessary here and included: testing with ESEM, FT-IR, tea-bag test, sol fraction content examination and X-ray computed tomography (for SAP) as well as air content measurement and various methods for characterization of the porosity and other features of the microstructure. The observed delay in the start of pozzolanic reactions in case of fine-grained UHPC was rather surprising, but, under consideration of porosity, shed new light on permeability of young UHPC. The work at hand revealed numerous methods that can be used for studying the absorption capacity of polymers, but hardly representative for the behaviour of those polymers within concrete matrix. Because of its general availability and the relatively robust testing procedure, it was decided to focus on possibilities and limitations of using tea-bag test for evaluation of absorption capacity of SAP. New interpretation of tea-bag test results was deduced which enabled assessment of maximum absorption capacity of SAP from measurement of consistency of concrete before and after modification with IC. Influence of IC on hydration process was revealed by using two non-destructive methods, in particular ultrasonic measurement and concrete temperature record. It could be shown that the ionic polymer exhibits complex effects including retardation and acceleration of individual chemical processes. Additionally, X-ray computed tomography (CT) and instrumented ring tests were performed in order to understand scientific significance of the characteristic event appearing during shrinkage measurements, taken as time-zero (= starting point for evaluation of autogenous shrinkage data). Linkage of time-zero with certain phenomenon, e.g., changes of the SAP particles volume or specific value of yield stress, but not with final set, was suggested for the future investigations. By using two setups based on corrugated tube protocol it was possible to register and compare autogenous shrinkage of both UHPCs without and with modification by IC. The effectiveness of IC was shown to be dependent on the matrix in which IC was implemented. This was related to the observed changes in pore percolation that resulted from different absorption behaviour of SAP in the two UHPCs under investigation. Furthermore, the effect of fibres on effectiveness of IC was discussed. Description and discussion of mechanisms behind IC was supported by measurement of capillary pressure, total shrinkage tests with simultaneous mass loss measurement, free autogenous shrinkage tests and the CT measurement. Valuable source of information was furthermore the in-depth literature review. The most appealing finding of the work and the biggest paradox revealed was high efficiency of IC in mitigating autogenous shrinkage and simultaneously appearance of stage where very clear reverse in mode of polymer volume change was observed. This suggests partial reabsorption of water initially released. This puts interpretation of operative shrinkage mechanisms and ones standing behind IC effect in a new perspective. / Die innere Nachbehandlung (Internal Curing – IC) ist die derzeit aussichtsreichste Strategie, um das in zementgebundenen Baustoffen mit niedrigen Wasser/Zement-Werten ausgeprägt auftretende autogene Schwinden wirksam zu verringern und die damit einhergehende Rissbildung in jungem Beton zu vermeiden. Vor einer breiten baupraktischen Anwendung des IC sind noch viele offene Fragen zu beantworten. Die meisten dieser Fragen betreffen die derzeit interessanteste Klasse von wasserregulierenden Stoffen für das IC – die superabsorbierenden Polymere (SAP). Von entscheidender Bedeutung ist hier der noch weitgehend unerforschte Zusammenhang zwischen den Materialeigenschaften der SAP, dem Zeitpunkt der Wasserabgabe und der Auswirkung auf das autogene Schwinden. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Einflussfaktoren auf die Wirksamkeit von SAP zur Verringerung des autogenen Schwindens untersucht. Für die Experimente wurde ein feinkörniger und ein grobkörniger ultra-hochfester Beton (UHPC) sowie ein schon detailliert charakterisiertes SAP genutzt. Das experimentelle Programm wurde auf folgende Untersuchungsziele ausgerichtet: Absorptionsvermögen der SAP, Zeitfenster der Wassermigration aus dem Frischbeton in das SAP sowie vom SAP in den erhärtenden Beton, autogenes Schwindmaß sowie effektiver Beginn des autogenen Schwindens. Ziel der Arbeiten ist die Beschreibung der Mechanismen, die IC zugrundliegen – und dies zu verschiedenen Betonaltern und unter Berücksichtigung der an den untersuchten UHPC beobachteten Unterschiede. Bei der Charakterisierung der Hauptkomponenten des betrachteten Systems – UHPC und SAP – wurde auf die Materialeigenschaften fokussiert, die den Wassertransport beeinflussen. Dazu wurden u. a. folgende Untersuchungsmethoden angewendet: ESEM, FT-IR, Teebeuteltest, Sol-Fraction Test, Röntgentomographie (für SAP) sowie verschiedene Verfahren zur Charakterisierung der Poren im Beton. Im feinkörnigen UHPC wurde überraschenderweise ein verzögerter Beginn der puzzolanischen Reaktion festgestellt, der bei Berücksichtigung der vorliegenden Porosität zu einer Neubewertung der Permeabilität von UHPC in jungem Alter führte. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Methoden zur Beschreibung des Wasserabsorptionsvermögens von SAP benannt, deren Aussagekraft bei Anwendung dieser Polymere im Beton aber sehr eingeschränkt ist. Aufgrund seiner einfachen Verfügbarkeit und Robustheit wurde daher der Teebeutetest zur Bestimmung der Wasserabsorption des SAP genutzt. Die Wasserabsorption der SAP im Beton wurde durch Gegenüberstellung von Konsistenzmessungen am Beton vor und nach Zugabe von SAP und Ergebnissen der Teebeuteltest abgeschätzt. Der Einfluss des IC auf die Hydratation wurde zerstörungsfrei mit Ultraschall- und Betontemperaturmessungen erfasst. Auf dieser Grundlage konnten Hypothesen zu den komplexen Wechselwirkungen zwischen ionischem Polymer und der Beschleunigung oder Verzögerung einzelner chemischer Prozesse formuliert werden. Mit Hilfe von instrumentierten Ringversuchen und X-ray Computertomographie wurden die Auswirkungen des IC mit SAP auf das autogene Schwinden, den Aufbau von Zwangsspannungen bei behindertem Schwinden und Time-Zero diskutiert. Dabei konnte ein Zusammenhang zwischen Time-Zero und verschiedenen Phänomenen, wie z. B. Volumenänderung des SAP oder der Fließgrenze des erhärtenden Betons, nicht aber zum Ende des Erstarrens aufgezeigt werden. Das autogene Schwinden beider untersuchter UHPC (jeweils mit und ohne IC) wurde mit Hilfe von Corrugated Tube-Versuchen gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass wie Wirksamkeit des IC von der Betonzusammensetzung sowie der in den UHPC infolge Wechselwirkungen mit den SAP verschieden ausgebildeten Porenstruktur der Matrix abhängt. Weiterhin konnte ein Einfluss von Faserzugaben auf die Wirksamkeit des IC gezeigt werden. Die Beschreibung und Diskussion der Mechanismen des IC wurde durch Messungen des Kapillardrucks, des Gesamtschwindens, des freien autogenen Schwindens, des Masseverlustes und Computertomographie unterstützt. Eine wichtige Erkenntnisquelle war zudem die umfangreich gesichtete und diskutierte Literatur. Das interessanteste und zugleich paradoxe Ergebnis der Untersuchungen ist die Tatsache, dass die bei Einsatz von SAP beobachtete Verringerung des autogenen Schwindens eindeutig mit einer zeitgleichen Umkehr der Volumenänderung der SAP einhergeht: die bis dahin dominierende Wasserabgabe geht in eine erneute Wasseraufnahme über. Dies stellt die Interpretation der Triebkräfte des Schwindens und die dem IC zugrundliegenden Mechanismen in einen neuen Zusammenhang.

Today, thermophilic Campylobacter spp. (besides Salmonella) represent one of the most common sources of human bacterial gastrointestinal infection. The main source of human C. jejuni infections is the consumption of insufficient heated chicken meat. Quantitative data on the occurrence of thermophilic Campylobacter spp. on poultry carcasses and poultry meat are needed to perform quantitative risk assessments and to verify the effect of different intervention strategies. The aims of the investigations presented here were (i) to generate accurate qualitative and quantitative data on the occurrence of Campylobacter spp. on within the primary production stage in at the abattoir and food, (ii) to study the behaviour of nine genotypically different C. jejuni strains in chicken meat juice supplemented with different concentrations of sodium chloride, curing salt and sodium nitrite, (iii) to detect the Campylobacter genotype distribution in poultry flocks by applying AFLP analysis and to describe a potential carry-over of Campylobacter strains among sequential and adjacent poultry flocks. For the above mentioned purposes, a number of samples (171 neck skin samples, 1047 samples of different turkey meat products and 112 turkey minced meat samples from an abattoir) were investigated in accordance with themethod of ISO / TS 10272-2: 2006 and ISO10272-1: 2006 to the quantitative and qualitative presence of Campylobacter spp.. The Campylobacter-strains were inoculated in chicken juice at initial concentrations of 102 and 104 CFU/ml and incubated for 24h at 42°C. Furthermore, 18 flocks of four poultry species were monitored to investigate the distribution and spread of Campylobacter genotypes between sequential and adjacent flocks. Caecal and liver samples were obtained at frequent intervals from birds of all flocks and these samples were examined for Campylobacter. The amplified fragment length polymorphism (AFLP) analysis was performed to genotype Campylobacter isolates. The prevalence of Campylobacter on neck skin was 83.0 % and the mean number was 2.00 log10 cfu/g. For turkey meat samples with skin (wings and thighs) the detected prevalence was 68.2 % and mean number 1.73 log10 cfu/g, respectively. Turkey meat samples without skin (breast filet) showed a prevalence of 79.0 % and a mean number of 1.58 log10 cfu/g. No Campylobacters were detectable in the turkey minced meat samples. Large variations between the detectable numbers of Campylobacter spp. were observed (maximum number up to 3.98 log10 cfu/g for turkey meat with skin) and confirm the importance of an early detection (before or during slaughter and processing) of these heavily contaminated slaughter lots. Whereas the strains multiplied in the media supplemented without additional of NaCl or with 1% NaCl, the bacterial population was significantly reduced when 2% NaCl was added. Growth did not occur and the cell number gradually decreased in chicken meat juice containing 3% NaCl. Significant differences in the survival potential among the different strains were only visible in the extreme condition of 3% NaCl supplementation. There was no different behaviour of the strains under the influence of NaCl compared with the behaviour in meat juice containing curing salt. The addition of sodium nitrite did not alter the survival. Of the 1643 caecal and liver samples investigated, 452 (27.5%) caecal samples and 11 (0.7%) liver samples contained Campylobacter. Of the caecal isolates 76.3% were identified as C. jejuni and 23.7% were identified as C. coli. Poultry flocks were largely colonized by more than one AFLP type and an intense exchange of Campylobacter genotypes between different poultry flocks occurred. The results show clearly that poultry and poultry meat are regarded as one of the main sources of thermophilic Campylobacter spp. infection in humans in the food chain. This is evident not only from the high rate of occurrence of these pathogens, but also from the often-high quantitative exposure samples. The risk of a foodborne infection is also enhanced by the comparatively very low minimum infectious dose for humans. At present, a complete elimination of thermophilic Campylobacter spp. from the food chain appears practically unreachable. This difficulty is reduced by the results of genetic strain diversity, because they suggest the existence of a variety of input sources. / hermophile Campylobacter (C.) spp. stellen heute neben den Salmonellen eine der häufigsten Ursachen für bakteriell bedingte Magen-Darm-Erkrankungen beim Menschen dar. Unzureichend erhitztes Geflügelfleisch und Geflügelfleischprodukte stellen eine der Hauptinfektionsquellen für humane C. jejuni-Infektionen dar. Quantitative Daten über die Belastung von Geflügelkarkassen und Geflügelfleisch mit thermophilen Campylobacter spp. werden benötigt, um einerseits quantitative Risikobewertungen durchführen zu können, andererseits aber auch den Erfolg verschiedener Interventionsmaßnahmen messen zu können. Zur Minderung der Zahl alimentär bedingter humaner Campylobacter-Infektionen spielt neben der Senkung der Campylobacter-Belastung von Nutztieren und der Vermeidung von Kreuzkontaminationen auch die Reduktion des Vorkommens des Erregers in der Lebensmittelkette durch technologische Prozesse eine große Rolle. Campylobacter spp. sind während der Be- und Verarbeitung von Lebensmitteln verschiedensten Stressoren ausgesetzt. Ziele der hier vorgestellten Untersuchungen waren, (i) Exakte qualitative und quantitative Daten zum Vorkommen von Campylobacter spp. in der Primärproduktion, auf dem Schlachthof und in Lebensmitteln zu ermitteln. (ii) Die Tenazität ausgewählter, genetisch unterschiedlicher C. jejuni-Stämme gegenüber verschiedenen Natriumchlorid-, Pökelsalz- und Natriumnitrit-Konzentrationen im Geflügelfleischsaftmodell zu untersuchen. (iii) Die Verwandtschaftsgrade der isolierten Stämme mit Hilfe einer molekularbiologischen Fingerprintingmethode (AFLP-Typisierung) darzustellen sowie das Vorkommen von thermophilen Campylobacter in verschiedenen Geflügelarten in einem Betrieb zu ermitteln. Dazu wurden 171 Halshautproben, 783 Proben verschiedener Putenfleischerzeugnisse und 233 Putenhackfleischproben aus einem Schlacht- und Zerlegebetrieb in Anlehnung an die Methode ISO/TS 10272-2: 2006 und ISO10272-1:2006 auf das quantitative und qualitative Vorkommen von Campylobacter spp. untersucht. Der Keimzahlverlauf wurde in experimentell kontaminiertem Geflügelfleischsaft (Zusatz von C. jejuni: 102 und 104 KbE/ml) über einen Zeitraum von 24 h (Bebrütungstemperatur 37°C) untersucht. 19 verschiedene Wirtschaftsgeflügel-Herden wurden untersucht, um die Verteilung und Ausbreitung von Campylobater-Genotypen zwischen sequentiellen und angrenzenden Herden festzustellen. Blinddarm- und Leber-Proben wurden in kurzen Abständen von Vögeln aller Herden gewonnen und untersucht . Für die Genotypisierung von Campylobacter spp. wurde die AFLP-Methode eingesetzt. Im Ergebnis wurden auf 83,0 % der Halshautproben Campylobacter spp. nachgewiesen, wobei der Mittelwert der quantitativen Belastung von Putenhalshautproben bei 2,00 log10 KbE/g lag. Putenfleischproben mit Haut waren zu 54,8 % Campylobacter positiv. Hier betrug die quantitative Belastung 1,79 log10 KbE/g. Bei Putenfleisch ohne Haut lagen die Nachweisraten bei 52,2,% bzw. 2,03 log10 KbE/g. In keiner der Putenhackfleischproben war Campylobacter nachweisbar. Große Schwankungen in der quantitativen Belastung (Maximalwerte bis 4,0 log10 KbE/g bei Putenfleisch mit Haut) bestätigen die Notwendigkeit, vor allem die stark belasteten Schlachtpartien schon vor bzw. während der Schlachtung und Verarbeitung identifizieren zu können. In Geflügelfleischsaft ohne bzw. mit Zusatz von 1% NaCl konnten sich alle Stämme vermehren, während das Wachstum bei 2% NaCl-Zusatz gehemmt wurde. Darüber hinaus konnte bei höherer NaCl-Konzentration (3%) eine Reduktion der Keimzahl nach 6 h Bebrütung bzw. ein Absterben von C.jejuni nach 24 h festgestellt werden. Dabei zeigten die Stämme im Geflügelfleischsaft mit 3% NaCl-Zusatz signifikante Unterschiede in ihrer Absterberate. Es konnte gezeigt werden, dass unterschiedlich ausgeprägte Salztoleranzen innerhalb der untersuchten Stämme mit unterschiedlichem Genotyp existieren, diese jedoch nur unter Extremsituationen signifikant ausgeprägt waren. Durch die Zugabe von praxisüblichen Pökelsalzkonzentrationen anstelle von Kochsalz und von Natriumnitrit konnte das Verhalten von C. jejuni in keinem Versuchsansatz beeinflusst werden. 452 Caecalproben (27,5%) und 11 Leberproben (0,7%) von insgesamt 1643 Caecal- und Leberproben wurden positiv auf Campylobacter spp. getestet. Von den 1643 aus dem Caecum stammenden getesteten Isolaten wurden 76,3% der Isolate als C. jejuni und (23,7%) der Isolate als C. coli identifiziert. Die AFLP- Analyse zeigte einen signifikanten Unterschied in der Diversität der AFLP-Typen aus den individuellen Herden und Proben aus unterschiedlichen Herden. Dies deutet auf eine große Zahl von Infektionsquellen hin. Die Ergebnisse belegen insgesamt sehr deutlich, dass Geflügel- Geflügelfleisch eine bedeutsame Quelle des Eintrags von Campylobacter-Keimen in die Nahrungskette ist. Das geht nicht nur aus der hohen Rate des Vorkommens dieser Erreger hervor, sondern auch aus der oftmals hohen quantitativen Belastung der Proben. Das Risiko einer Lebensmittelinfektion wird zudem durch die vergleichsweise sehr geringe minimale Infektionsdosis für den Menschen erhöht. Eine vollständige Elimination von thermophilen Campylobacter spp. aus der Lebensmittelkette erscheint derzeit praktisch nicht erreichbar. Diese Schwierigkeit wird durch die Ergebnisse zur genetischen Stammdiversität untersetzt, denn sie legen die Existenz einer Vielzahl unterschiedlicher Eintragsquellen nahe.

Werkstoffe auf Basis duroplastischer Harze besitzen exzellente Gebrauchseigenschaften für viele Bereiche des industriellen Einsatzes. Vor allem durch die Spritzgießverarbeitung rieselfähiger duroplastischer Formmassen entsteht ein hohes Substitutionspotential gegenüber Bauteilen aus Metallen oder Hochleistungsthermoplasten. Jedoch führen bestehende Erkenntnisdefizite im Prozessverständnis zu Ressentiments hinsichtlich des Einsatzes duroplastischer Werkstoffe. Ziel der Untersuchungen dieser Arbeit war die Ermittlung und Analyse der prozessinduzierten Werkstoffstruktur von spritzgegossenen technischen Phenolharzformteilen. Dabei wurden zum einen das Füllen der Werkzeugkavität und die sich ausbildende Faserorientierung untersucht und zum anderen die sich während des Temperns verändernde chemische Struktur. Anhand von Platten- sowie Zugprüfkörpern wurden sowohl beim Spritzgießen als auch beim Tempern Parametervariationen durchgeführt und die jeweils resultierende Werkstoffstruktur sowie deren Einfluss auf die Formteileigenschaften analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Strömungsverhältnisse während der Werkzeugfüllung stark von den Prozessparametern und der Werkstoffzusammensetzung abhängig sind. Dadurch wird auch die Faserorientierung beeinflusst, sodass im Formteil lokal und richtungsabhängig stark unterschiedliche Eigenschaften entstehen können. Darüber hinaus konnte anhand einer alternativen Tempermethode geklärt werden, warum es beim Tempern zu einem Abfall der mechanischen Eigenschaften kommt und eine Möglichkeit zur Vermeidung gegeben werden. / Because of their excellent properties, thermosets can be applied in a bright range of industrial applications. Especially thermoset molding compounds can be processed highly effective by injection molding, which enables them to substitute metals or high performance thermoplastics. But there is a deficit in process understanding, which limits the industrial application. The objective of this work is the investigation and analysis of the process induced material structure of injection molded technical phenolic components. Therefor the filling of the cavity with the resulting fiber orientation and the chemical processes during post-curing were examined. A parameter variation with injection molded plate and tensile specimens were done and the resulting material structure and the effect on the component properties were analyzed. The results show a big influence of the process parameter and the material on the flow condition during the filling of the cavity. Thereby also the fiber orientation is affected. This leads to process-depending local and direction-depending properties. In addition, this work shows an alternative method for post-curing to avoid the decrease of mechanical properties.

<p>Hydrated portland cement provides the solid adhesive matrix necessary to bind aggregate (sand and gravel) into concrete. The hydration reaction requires water, however the products of the reaction limit further diffusion of water to unreacted cement. Superabsorbent polymer (SAP) hydrogel particles absorb mixing water, then subsequently desorb when the relative humidity drops, serving as internal water reservoirs within the cement matrix to shorten diffusion distances and promote the hydration reaction in a process called internal curing. Internally cured cementitious mixtures exhibit an increased degree of hydration and reduced shrinkage and cracking, which can increase concrete service life. Increased service life can, in turn, reduce overall demand for portland cement production, thereby lowering CO2 emissions.</p> <p>This dissertation addresses practical implementation questions key to the translation of SAP hydrogel internal curing technology to from the benchtop to the field in transportation applications, including: (1) What effects do mix design adjustments made to increase mixture flow when using SAP have on cementitious mixture properties? and (2) What effect do cementitious binder characteristics have on SAP performance?</p> <p>The addition of SAP to a cementitious mixture changes the mixture’s flow behavior. Flow behavior is an important aspect of concrete workability and sufficient flow is necessary to place well consolidated and molded samples. Often, additional water is added to mixtures using SAP to account for the absorbed water, however cementitious mixture workability is often tuned using high range water reducing admixtures (e.g., polycarboxylate ester-based dispersants). Fresh and hardened properties of mortars were characterized with respect to flow modification method (using the mortar flow table test; compressive strength at 3, 7, and 28 days; flexural strength at 7 and 28 days; and microstructural characterization of 28-day mortars). At typical doses, it was found that the addition of extra water lowers the resulting compressive and flexural strength, while high range water reducing admixtures administered at doses to achieve sufficient mortar flow did not compromise compressive or flexural strength.</p> <p>The SAPs used in cement are generally poly(acrylamide-acrylic acid) hydrogels and are not chemically inert in high ionic-load environments, such as cement mixtures. The behavior of an industrial SAP formulation with characterized across five different cement binder compositions with respect the cement hydration reaction (using isothermal calorimetry, thermogravimetric analysis of hydration product fraction, and scanning electron microscopy (SEM)/energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) microstructural analysis), the absorption behavior of the SAP, and the fresh and hardened properties of SAP-cement composites (mortar flow and compressive and flexural strength). The change in properties induced by the addition of SAP was similar across ASTM Type I cements from three manufacturing sources, suggesting that SAP internal curing can be implemented predictably over time and geography. Excitingly, in analysis of cement systems meeting different ASTM standards (Type III and Type I with 30% replacement by mass with ground blast furnace slag), synergistic and mitigating reaction behaviors were observed, respectively, in Type III and slag cement, suggesting that further study of SAP with these cement systems could be of particular interest.</p>

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Fast-bränsle-raketer (SRM) har funnit sin plats i en stor mängd tillämpningar sedan deras framkomst mer än 2000 år sedan. En SRMs prestanda är förutbestämd av geometrin av drivmedelskrutet och är begränsad av gjutningsmetoden, som idag främst används i produktion. Forskning inom 3D-skrivning av drivmedelskrut har undersökt nya komplexa geometrier som kan öka prestandan. Studier kring 3D-skrivning med UV-härdning är få till antalet och undersöks i detta projekt. Ett bindemedel av polyuretandiakrylat (PUDA) har syntetiserats och därefter karakteriserats, med och utan diverse monomerer genom dragprovsmätningar och differentialkalorimetri (DSC). Tillsats av tvärbindarna 1,6-hexandioldiakrylat (HDDA) samt trimetylolpropantriakrylat (TMPTA) till PUDA producerade ett mer sprött material. Denna skillnaden var mer påtaglig för TMPTA än HDDA, vilket tillskrivs den högre akrylatfunktionaliteten i den förstnämnda. Den kommersiella produkten Ebecryl 113 har karakteriserats med inerta fyllmedel. Härddjupet (DOC) undersöktes med Ebecryl 113 i ett experiment, vilket påvisade en minskning av härddjupet med ökande mängder aluminium. Orsaken är troligen de reflektiva egenskaperna för UV-ljus som aluminium innehar. Reologiska studier utfördes, från vilka en minskning i viskositet påvisades till följd av en ökad polydispersitet i partikelstorlekarna. 3D-skrivning med kolvextrudering och påföljande härdning med UV-strålning utforskades. Detta visade utmaningar med tekniken som behövs bemästras. I synnerhet uppmärksammades fasseparation och residuell härdning från reflekterat UV-ljus som begränsande faktorer för fortsatt arbete. / Solid rocket motors (SRMs) have found their place in many applications since their conception more than 2000 years ago. The performance of SRMs is determined by the geometry of the propellant grain and is limited by the cast-and-mould production method typically used today. Research has been made on 3D printing propellant grains to explore new complex geometries, which may increase performance. Studies on 3D printing techniques using UV curing are limited and are in this work investigated. A polyurethane diacrylate (PUDA) binder was synthesized and then characterized, with and without various monomers by tensile testing and differential scanning calorimetry. Additions of the crosslinkers 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA) and trimethylolpropane triacrylate (TMPTA) to PUDA rendered the final product more brittle. This change was more noticeable for TMPTA than HDDA, as the former has a higher acrylate functionality. The commercial product Ebecryl 113 was also characterized with inert fillers added. A depth of cure (DOC) study with Ebecryl 113 was conducted, which showed a decrease in DOC with increasing amounts of aluminium. This is attributed to the reflective properties of aluminium in the UV spectrum. Rheological studies were conducted and a decrease in viscosity could be seen as a result of increasing the polydispersity of particle sizes. A 3D printing technique using plunger extrusion followed by UV curing was explored, which highlighted challenges which need to be overcome. Most notably, phase separation and residual curing from scattered UV rays are limiting factors for future work.

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In industrial use of paint systems a swift processing is crucial. Another very important issue is to improve the quality of the final coating. This report investigates the film formation process of powder coatings, specially the spreading of individual powder particles. The obtained results can be used to understand and control the film formation process. In this way the desired levelling can be achieved and thus the desired gloss or other surface characteristics that may be required. This means that the method could be used when evaluating different polymer and additive combinations that could be used to change film formation behaviour or curing time for powder coating systems to suit various substrates. It makes it possible to avoid and minimize different surface defects as orange peel or cratering in the powder coated film. We used a reflection optical microscope to better understand the film formation process and especially the spreading of a powder melt on surfaces with various surface energies. The obtained data were: the particle diameter, the area, area ratio and the contact angle of the powder particle as a function of time and temperature. This information can be used to derive the surface tension of any powder melt. In this report we evaluate the dependencies of temperature, heat rate and surface energy for powder coatings on different substrates. The method provides information that can be used to optimize the film formation of a specific powder coating/substrate combination. This method can be used to evaluate the powder spreading and levelling on different substrates from a surface tension point of view. We found, as expected, that the powder flows out on a hydrophilic surface and is inhibited by a hydrophobic. The increase of the area ratio on a hydrophilic surface was about five times as the initial area coverage and on a hydrophobic surface only two times the initial area coverage. The contact angle between the melted powder particle on the different surface types could be calculated. The melt surface tension could be calculated since three substrates surfaces with various surface energies were used. The melt surface tension was found to be about 18.5 mN/m. / Sammanfattning Vid industriell användning av ett färgsystem är det viktigt med en snabb och smidig målningsprocess. En viktig del är att förbättra kvaliteten på den färdiga ytan. Denna rapport undersöker filmbildningsprocessen för pulverfärg, närmare bestämt spridningen av individuella pulverpartiklar. Resultaten från utvärderingen av denna metod kan användas för att bättre förstå och få kontroll över filmbildningsprocessen. Med denna undersökningsmetod kan den önskade utslätningen uppnås och därmed den önskade glansen eller annan yteffekt som kan vara önskvärd. Metoden kan användas för att utvärdera olika polymer- och additivkombinationer som kan användas för att ändra filmbildningens uppförande eller bestämma härdningstiden för en pulverfärg att passa ett visst substrat. Metoden gör det möjligt att förhindra och minska olika ytdefekter såsom apelsinskals- eller kratereffekter i pulverfärgens yta. Ett optiskt reflectionsmikroskop användes för att bättre kunna förstå filmbildningsprocessen och särskilt spridningen av smält pulver på substrat med olika ytenergier. De mätdata vi fick var partikeldiameter, area, areaförändring och kontaktvinkeln för pulverpartiklar som funktion av tid och temperatur. Ur denna information kunde pulversmältans ytenergier härledas. I denna rapport utvärderas pulvrets beroende av temperatur, uppvärmning och ytenergi på olika substrat. Denna metod ger information som kan användas för att optimera filmbildningen av en specifik kombination av pulverfärg och substrat. Denna metod kan också användas för att utvärdera pulverspridning och utjämning av färgfilmen på olika substrat med avseende på ytenergierna. Som förväntat flyter pulvret ut på hydrofila ytor och utflytningen ändras på en hydrofob yta. På en hydrofil yta sprider sig partikeln till fem gånger den ursprungliga arean över substratet och motsvarande två gånger för en hydrofob yta. Kontaktvinkeln mellan en smält pulverpartikel på olika sorters substrat från utförda mätningar beräknas utifrån utförda mätningar. Kontaktvinklar mellan pulver och olika substrat kan användas för att beräkna smältans ytspänning. Smältans ytspänning kan beräknas då experiment gjorts på tre sorters ytor med olika kända ytenergier. Smältans ytspänning var 18,5 mN/m. Slutsatsen är att det går att observera och utvärdera resultaten av utsmältningsförloppet för pulverfärg med denna metod.

In dieser Arbeit wird gezeigt, wie Mikrosiebe über das Float Casting Verfahren hergestellt und durch Ink Jet Druck stabilisiert werden. Dazu wurde ein Verfahren entwickelt, das es erlaubt Mikrosiebe großflächig auf einem Langmuirtrog herzustellen und noch schwimmend auf der Wasseroberfläche zu bedrucken, so dass stabilisierte Mikrosiebe von der Wasseroberfläche abgehoben werden können. Zur Herstellung der Mikrosiebe wird das Prinzip der Partikel-assistierten Benetzung verwendet, bei dem eine Dispersion aus Silikapartikeln, Monomer und Initiator auf einer Wasseroberfläche gespreitet wird. Die Partikel ordnen sich dabei von selbst in einer hexagonal dichtesten Packung an und dienen sowohl als Spreithilfe als auch als Porenbildner. Nach dem Entfernen der Partikel entsteht ein poröses Mikrosieb mit einheitlichen, dicht gepackten Poren. Durch das Aufdrucken einer Wabenstruktur als Stützstruktur wird eine ausreichende Stabilisierung erreicht, so dass die Siebe in Filtrationsversuchen eingesetzt werden können. Das entstehende Gefüge, bestehend aus einem Mikrosieb mit einer Dicke im Nanometerbereich wird von einer Stützstruktur, welche eine Dicke im Mikrometerbereich besitzt, stabilisiert. Außerdem wird gezeigt, wie eine Wasseroberfläche Schritt für Schritt modifiziert wird, so dass es möglich ist grazile Strukturen auf eine Wasseroberfläche zu drucken. Diese Strukturen können anschließend von der Wasseroberfläche abgehoben werden und stehen nach dem Trocknen als freistehende Strukturen zur Verfügung.