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This research investigation explores the feasibility of implementing a laser welded sandwich steel panel bridge deck system as a viable alternative to standardized reinforced concrete bridge decks. Generally used in naval ship building applications, steel sandwich panels possess attractive characteristics towards the integration with bridge infrastructure such as service life in excess of 100 plus years, dead load reduction, rapid construction, decreased closure time, and automated mass production. The lack of fatigue data for the laser "stake" welds used to create the enclosed sandwich panel geometry raised concerns with respect to fatigue life. The primary focus of this study was to determine whether or not infinite fatigue life was possible. Two different laser welding technologies were investigated, Laser Beam Welding (LBW) and Hybrid-Laser Arc Welding (HLAW). Test specimens were fabricated and tested in order to examine fatigue resistance based on a localized load effect between adjacent core stiffeners. Finite element models were used to obtain the stress range for each individual test due to complex geometry and partially restrained boundary conditions. In order to assess the fatigue performance of the overall deck system, additional finite element models were created to study the local and global behavior of different sandwich panel configurations. As a whole the investigation yielded promising results. Infinite fatigue life is achievable due to outstanding fatigue performance. The HLAW stake welds demonstrated superior fatigue resistance in comparison to the LBW process. Localized load effects can be minimized through the modification of different panel parameters. Pushing forward, full scale testing is essential to the future employment of this innovative bridge deck system. / Master of Science

This thesis investigates the effect of added asphalt binder content on the performance and volumetric properties of asphalt concrete mixes containing Reclaimed Asphalt Pavement (RAP). Mixes with three different percentages of RAP (0%, 20%, 40%) obtained from an asphalt producer and three different percentages of asphalt binder (design asphalt content, design +0.5%, and design +1.0%) were evaluated. Additionally, a laboratory produced mix containing 100% RAP with four asphalt binder contents (0.0%, 0.5%, 1.0% and 1.5%) was also evaluated in order to determine the binder level that optimizes mix performance for the extreme case in RAP utilization. Performance of the mixtures was evaluated based on three criteria: stiffness (dynamic modulus), fatigue resistance (flexural beam), and rutting resistance (flow number). Results showed that a 0.5% increase in binder content improved both the fatigue and rutting resistance of the 0% and 20% RAP mixes with only slight decreases in dynamic modulus. However, the addition of various amounts of binder to the 40% RAP mix led to a significant decrease in rutting resistance with little or no improvement to fatigue resistance. Volumetric analysis was performed on all of the mixes to determine how the added binder content affected mix volumetric properties. Results of volumetric testing, specifically asphalt content and Voids in the Total Mix (VTM) at the design compaction effort, Ndesign, revealed that the 40% RAP mix incorporated a significantly higher level of binder during plant production which very likely contributed to the decrease in rutting resistance once additional binder was added in the laboratory. Additionally, the gyratory compaction effort that would result in 4 percent VTM at the optimal binder content over the three performance tests, N4%, was calculated for each mix. Results indicated that the VTM for the optimally performing 20% and 40% RAP mixes were well below current Virginia Department of transportation (VDOT) production standards. In addition, N4%, for the optimally performing 20% and 40% RAP mixes was 50% or less than the current design compaction effort of 65 gyrations. / Master of Science

Le travail de recherche présenté dans ce document a été réalisé dans le cadre d’une collaboration entre l’ENTPE/ niversité de Lyon et la SNCF. L’objectif de l’étude est la caractérisation des propriétés thermomécaniques des enrobés bitumineux à être utilisés dans la construction de voies ferrées. Le comportement viscoélastique linéaire (VEL) et la résistance à la fatigue d’enrobés pour couche de base couramment utilisés en France ont été étudiés. L’influence de l’eau sur ces propriétés a été aussi étudiée du fait que l’exposition à l’eau des couches bitumineuses en structure ferroviaire peut les altérer et réduire la durée de vie de l’ouvrage. La caractérisation du comportement VEL et de la résistance à la fatigue des matériaux a été faite en réalisant des essais mécaniques en traction-compression sur des éprouvettes cylindriques au laboratoire LTDS/ENTPE. Une nouvelle procédure de conditionnement à l’eau et au gel a été proposée sur la base des méthodes d’essai normalisées française et américaine. La susceptibilité à l’eau des matériaux a été obtenue par comparaison des résultats des essais mécaniques entre éprouvettes conditionnées et non conditionnées. Le comportement VEL des matériaux a été simulé avec le modèle 2S2P1D, développée à l’ENTPE. Trois formules pour couche de base ont été testées : une GB3, une GB4 et une formule appelée GB PMB. Cette dernière est la même formule GB3 mais avec un bitume modifié aux polymères SBS. La GB3 sert comme matériau de référence. La GB4 est un matériau de meilleures performances que la GB3. La formule GB4 étudiée correspond à celle mise en place dans la couche sous-ballast de la Ligne à Grande Vitesse (LGV) Bretagne-Pays de Loire. L’intérêt d’étudier la GB PMB est de savoir si l’utilisation de bitumes modifiés aux polymères est pertinente dans un contexte ferroviaire ou pas. 2 La zone test construite dans la LGV Est-Européenne près de la ville de Reims avec une couche sous-ballast en enrobé bitumineux a servi comme cas d’étude pour cette thèse. Les différents avantages de l’utilisation de matériaux bitumineux en structure ferroviaire retrouvées dans la bibliographie ont été confirmés avec le retour sur l’expérience de cette zone test. Les résultats obtenus des travaux expérimentaux montrent que les trois formules étudiées présentent des capacités portantes (rigidité) suffisantes pour leur utilisation comme couche sous-ballast. La méthode de conditionnement à l’eau et au gel utilisée n’a pas altéré le comportement VEL des matériaux. En ce qui concerne les essais de fatigue, les résultats ont montré que l’utilisation d’un bitume modifié aux polymères augmente sensiblement la résistance à la fatigue de la GB3. La GB PMB a aussi montré une plus faible susceptibilité de la résistance à la fatigue à l’eau et au gel que la GB3. Du fait que les niveaux de sollicitation de la base de la couche d’enrobé de la zone test LVG EE sont très faibles, tous les matériaux étudiés présentent des propriétés satisfaisantes de résistance à la fatigue en couche sous-ballast. / The research presented in this document was carried out in collaboration between the National School of Public Works (Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat – ENTPE) of the University of Lyon and the French National Railway Company (Société Nationale des Chemins de Fer français – SNCF). The objective of this study is the characterisation of the thermomechanical properties of road base-course bituminous mixtures commonly used in France for their use in railway track structures. Linear Viscoelastic (LVE) and fatigue resistance properties have been investigated. The influence of moisture damage including freeze-thaw cycles on the properties of the studied mixtures was also studied. LVE and fatigue resistance properties were obtained by means of sinusoidal tension-compression tests on cylindrical samples at the ENTPE/LTDS laboratory. A protocol for moisture conditioning of bituminous mixtures samples was developed based on the French and American standard test methods for moisture susceptibility and on the literature review on the subject. Moisture damage was assessed using complex modulus and fatigue tests. The LVE behaviour of the materials was described using the 2S2P1D (2 Springs, 2 Parabolic elements and 1 Dashpot) model developed at the ENTPE/LTDS laboratory. Three road base-course mixtures available in the French market were studied: a GB3, a GB4 and a mixture called GB PMB (for Polymer-Modified Bitumen). The GB3 mixture stands as the reference material since it is commonly used for the base-courses of conventional roads in France. The GB4 mixture stands as a better performing material than the GB3. The specific studied GB4 formulation corresponds to that used as sub-ballast of the Brittany-Loire high-speed line (HSL) in western France. The GB PMB stands as an improved version of the GB3 in which the base bitumen is replaced by polymer-modified bitumen. The interest of the study of this third mixture is to assess the relevance of using PMB’s in bituminous mixtures intended for railway platforms. The test zone of the East-European HSL served as case study to identify the loading conditions and the behaviour of a bituminous sub-ballast layer in a French track. The several advantages of using bituminous mixtures as sub-ballast material identified in the literature are confirmed by the feedback from this test zone. The results obtained show that the studied bituminous mixtures present excellent bearing capacities (stiffness) for their use as sub-ballast layers in France. The used moisture conditioning protocol did not alter the LVE behaviour of the materials. The good performance of the materials is then expected to be perennial regarding the effect of moisture on the LVE behaviour. With respect to fatigue resistance, the results show that the use of a PMB provides an important increase of the fatigue life as well as a reduction of the susceptibility to moisture damage. However, given the identified loading levels of the bituminous sub-ballast in a common French track structure, all three mixtures present adequate fatigue resistance properties.

Mit Beeinflussung der Bindemitteleigenschaften durch verschiedene einzelne oder kombi-nierte Modifikationen steigt die Komplexität, die Materialeigenschaften anzusprechen und zu interpretieren. Mit den konventionellen Untersuchungen zur Klassifizierung der Bindemittel-eigenschaften ist dies nicht möglich. Jedoch bestehen unter anderem Möglichkeiten mit dem Dynamischen Scher-Rheometer (DSR) und dem Dynamischen Spaltzug-Schwellversuch (DSZV), die Eigenschaften dieser komplexen Materialen bei zielgerichteter Anwendung im geeigneten Maße anzusprechen. Ein wesentliches Ziel dieser Arbeit war es, Kenntnisse über die Auswirkungen von Mehrfachmodifizierungen im Bitumen und im Asphaltmischgut zu erlangen. Dabei sollten Methoden zur Untersuchung und Interpretation der rheologischen Eigenschaften überprüft und entwickelt werden. Durch die Möglichkeit, das Steifigkeitsverhalten der Bitumen im gesamten relevanten Temperatur- und Frequenzbereich versuchstechnisch ansprechen zu können, war es über die Korrelation des Steifigkeitsverhalten von Bitumen und Asphalt möglich, aktuelle Modelle für die Entwicklung der Masterkurven erst im Bitumen zu überprüfen und dann auch für das Asphaltmischgut anzuwenden. Dadurch wurden zusätzlich Alternativen aufgezeigt, die Entwicklung der Asphalt-Masterkurven mit Hilfe des DSR zu unterstützen und Ergebnisse zu plausibilisieren. Für das Ermüdungsverhalten wurde ein Vorversuch entwickelt, der es ermöglicht, den für die Ermüdung relevanten Relaxationsbereich als Temperaturbereich festzulegen und zu inter-pretieren. Zudem wurden verschiedene Ermüdungskriterien im Bitumen und Asphaltmischgut angewendet. Dabei wurden die Bindemittel und die Asphaltgemische im ungealterten bis lang-zeitgealterten Zustand untersucht. Das Ermüdungsverhalten aller Variationen wurde außer-dem bei äquivalentem rheologischen Verhalten, mit variierender Gesteinsart sowie nach Vorbelastung und Wasserlagerung untersucht. Zusätzlich wurde mit Hilfe der Rohdaten aus den DSR-Ermüdungsversuchen eine optimierte Methodik entwickelt, um den Hysterese-einfluss auf das Ermüdungsverhalten einzubeziehen. Mit Hilfe der Masterkurven und Blackdiagramme war es möglich, den differenten Einfluss der Modifikationen auf das Steifigkeitsverhalten darzustellen. Dabei konnte unter anderem das Verhalten von Bindemitteln mit reinen Polymernetzwerken aus Elastomeren und Plastomeren von Bindemitteln mit Polymernetzwerken aus einem Elastomer und nichtpolymeren Werk-stoffen abgegrenzt werden. Bei der Untersuchung des Ermüdungsverhaltens konnte gezeigt werden, dass sich der für die Ermüdung relevante Temperaturbereich durch die Modifikationen deutlich verschiebt. Alle modifizierten Varianten zeigten bei der Versuchsdurchführung gemäß der „Arbeitsanleitung zur Bestimmung des Steifigkeits- und Ermüdungsverhaltens von Asphalten mit dem Spaltzug-Schwellversuch als Eingangsgröße in die Dimensionierung“ (AL Sp-Asphalt 09) ein ver-bessertes Ermüdungsverhalten gegenüber der unmodifizierten Variante. Durch die oben beschriebene Variation der Prüfbedingungen und die Variation der Gesteine wurden anschließend deutliche Abweichungen bei den Ergebnissen festgestellt. Dadurch wurde gezeigt, inwiefern äquivalentes rheologisches Verhalten Einfluss auf das Ermüdungsverhalten der Varianten nimmt. Zudem konnte gezeigt werden, welchen Einfluss die Anwesenheit von Wasser in der Grenzfläche sowie die Variation der Gesteinsart und die Alterung des Bindemittels auf das Ermüdungsverhalten haben können. Die Untersuchungen zeigten darüber hinaus, dass die ausgewählten mathematischen Modelle und ein eigenes entwickeltes Modell zur Konstruktion der Masterkurve für die mehrfachmodifizierten Varianten im gealterten und ungealterten Zustand für Bitumen und Asphaltmischgut anwendbar sind.:Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung - 10 - 1.1 Motivation - 10 - 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise - 11 - 2. Stand der Wissenschaft und Technik - 13 - 2.1 Mechanisches Verhalten von Bitumen und Asphalt - 13 - 2.1.1 Allgemein - 13 - 2.1.2 Grundlagen der Asphalt- und Bitumenrheologie - 13 - 2.1.3 Rheologische Modelle - 17 - 2.1.4 Zeit-Temperatur-Äquivalenzprinzip - 24 - 2.1.5 Mathematische Modelle - 26 - 2.1.6 Materialkenngrößen und Verhalten bei zyklischer Belastung - 28 - 2.1.7 Beanspruchung von Asphaltbefestigungen - 32 - 2.1.8 Ermüdungsverhalten - 34 - 2.2 Affinität - 41 - 2.2.1 Adhäsionsmodelle - 41 - 2.2.2 Versagensmodelle der Adhäsion - 42 - 2.3 Alterung - 43 - 2.3.1 Verdunstungsalterung - 43 - 2.3.2 Oxidative Alterung - 43 - 2.3.3 Strukturalterung - 44 - 2.4 Einfluss von Additiven und Polymermodifikationen auf die Bindemittel- und Mischguteigenschaften - 44 - 2.4.1 Polymermodifikation - 44 - 2.4.2 Additivierung - 49 - 2.4.3 Zusammenfassung - 54 - 3. Methodik - 55 - 3.1 Versuchsprogramm Bitumen - 55 - 3.1.1 Eingesetzte Materialien - 55 - 3.1.2 Probekörperherstellung und Lagerung - 58 - 3.1.3 Rheologische Untersuchung durch Dynamisches Scher-Rheometer - 59 - 3.2 Versuchsprogramm Asphalt - 75 - 3.2.1 Eingesetzte Materialien - 75 - 3.2.2 Probekörperherstellung und Probekörperkonditionierung - 76 - 3.2.3 Versuchsdurchführung des Spaltzug-Schwellversuchs - 78 - 4. Ergebnisdarstellung und Diskussion - 89 - 4.1 Vorversuche Bitumen - 89 - 4.1.1 Amplitudentests - 89 - 4.1.2 Versuchsrelevanter Temperaturbereich - 94 - 4.1.3 Diskussion - 96 - 4.2 Masterkurven Bitumen - 98 - 4.2.1 Zuverlässigkeit der Modelle - 98 - 4.2.2 Einfluss der Modifikationen - 100 - 4.2.3 Einfluss der Alterung - 107 - 4.2.4 Diskussion - 115 - 4.3 Ermüdungsverhalten Bitumen - 117 - 4.3.1 Einfluss des Ermüdungskriteriums - 117 - 4.3.2 Einfluss der Modifikationen - 118 - 4.3.3 Diskussion - 122 - 4.4 Steifigkeitsverhalten Asphaltmischgut - 123 - 4.4.1 Zuverlässigkeit der Modelle - 123 - 4.4.2 Einfluss der Modifikationen - 127 - 4.4.3 Einfluss der Alterung - 130 - 4.4.4 Einfluss der Gesteinsart - 132 - 4.4.5 Korrelation Steifigkeitsverhalten Bitumen-Asphaltmischgut - 134 - 4.4.6 Diskussion - 135 - 4.5 Ermüdungsverhalten Asphaltmischgut - 137 - 4.5.1 Einfluss des Ermüdungskriteriums - 137 - 4.5.2 Einfluss der Modifikationen - 138 - 4.5.3 Einfluss der Alterung - 139 - 4.5.4 Einfluss der Vorbelastung und Wasserlagerung - 141 - 4.5.5 Einfluss der Gesteinsart - 143 - 4.5.6 Einfluss äquivalente Bitumenrheologie - 145 - 4.5.7 Korrelation Ermüdungsverhalten Bitumen-Asphaltmischgut - 149 - 4.5.8 Diskussion - 150 - 5. Zusammenfassung und Ausblick - 153 - 5.1 Zusammenfassung - 153 - 5.2 Ausblick - 156 - 6. Literaturverzeichnis - 158 - Abbildungsverzeichnis - 170 - Tabellenverzeichnis - 176 - Anlagenverzeichnis - 178 - / With influencing the bitumen properties by means of various single or combined modifications, the complexity increases and with it the facilities to address and interpret material properties. This is not possible with conventional tests for the classification of binder properties. However, there are means to address the properties of these complex materials in a specific manner with a Dynamic Shear Rheometer (DSR) and the Dynamic Indirect tensile strength (IDT) test method. A key objective of this work has been to gain knowledge about the effects of multiple modifications in bitumen and bituminous mixtures. In doing so, methods for the investigation and interpretation of rheological properties were examined and developed. Due to the possibility to test the stiffness behavior of bitumen in the relevant temperature and frequency range, the correlation of the stiffness behavior of bitumen and asphalt made it possible to check current models for the development of the master curves first in the bitumen and then also for the asphalt mix. Thus, additional alternatives to support the development of asphalt-master curves and to increase the plausibility of the results have been demonstrated with the help of a DSR. A preliminary test has been developed for the fatigue behavior, which makes it possible to define and interpret the fatigue relevant relaxation range as a temperature range. In addition, various fatigue criteria have been applied in bitumen and bituminous mixtures. The binders and the asphalt mixtures were examined in the unaged to long-time-aged state. The fatigue behavior of all variations was also investigated for equivalent rheological behavior, varying rock type, preload and water storage. In addition, the raw data from the DSR fatigue tests has been used to develop an optimized methodology for incorporating the hysteresis effect on the fatigue behavior. It has been possible to show the different effects of the modifications on the stiffness behavior with the help of master curves and black diagrams. Among other things, the behavior of binders with pure polymer networks of elastomers and plastomers of binders with polymer networks of an elastomer and non-polymeric materials has been distinguished. By examining the fatigue behavior, it has been shown that the temperature range relevant for fatigue shifts significantly as a result of the modifications. All modifications have shown improved behavior in accordance with the experimental conditions of the „Working instructions for the determination of the stiffness and fatigue behavior of asphalts with the indirect tensile strength test as an input into the dimensioning” (AL Sp-Asphalt 09). Due to the above described variations of test conditions and aggregates significant deviations in the results have been found. It has been shown to what extent equivalent rheological behavior influences the fatigue behavior of the variants. In addition, it has been possible to show what influence the presence of water in the interface, as well as the variation of the aggregate type and the aging of the binder, can have on the fatigue behavior of asphalt. The investigations also show that the selected mathematical models and a proprietary model developed for the construction of the master curve of the multi-modified variants in the aged and unaged state are applicable for bitumen and bituminous mixtures.:Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung - 10 - 1.1 Motivation - 10 - 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise - 11 - 2. Stand der Wissenschaft und Technik - 13 - 2.1 Mechanisches Verhalten von Bitumen und Asphalt - 13 - 2.1.1 Allgemein - 13 - 2.1.2 Grundlagen der Asphalt- und Bitumenrheologie - 13 - 2.1.3 Rheologische Modelle - 17 - 2.1.4 Zeit-Temperatur-Äquivalenzprinzip - 24 - 2.1.5 Mathematische Modelle - 26 - 2.1.6 Materialkenngrößen und Verhalten bei zyklischer Belastung - 28 - 2.1.7 Beanspruchung von Asphaltbefestigungen - 32 - 2.1.8 Ermüdungsverhalten - 34 - 2.2 Affinität - 41 - 2.2.1 Adhäsionsmodelle - 41 - 2.2.2 Versagensmodelle der Adhäsion - 42 - 2.3 Alterung - 43 - 2.3.1 Verdunstungsalterung - 43 - 2.3.2 Oxidative Alterung - 43 - 2.3.3 Strukturalterung - 44 - 2.4 Einfluss von Additiven und Polymermodifikationen auf die Bindemittel- und Mischguteigenschaften - 44 - 2.4.1 Polymermodifikation - 44 - 2.4.2 Additivierung - 49 - 2.4.3 Zusammenfassung - 54 - 3. Methodik - 55 - 3.1 Versuchsprogramm Bitumen - 55 - 3.1.1 Eingesetzte Materialien - 55 - 3.1.2 Probekörperherstellung und Lagerung - 58 - 3.1.3 Rheologische Untersuchung durch Dynamisches Scher-Rheometer - 59 - 3.2 Versuchsprogramm Asphalt - 75 - 3.2.1 Eingesetzte Materialien - 75 - 3.2.2 Probekörperherstellung und Probekörperkonditionierung - 76 - 3.2.3 Versuchsdurchführung des Spaltzug-Schwellversuchs - 78 - 4. Ergebnisdarstellung und Diskussion - 89 - 4.1 Vorversuche Bitumen - 89 - 4.1.1 Amplitudentests - 89 - 4.1.2 Versuchsrelevanter Temperaturbereich - 94 - 4.1.3 Diskussion - 96 - 4.2 Masterkurven Bitumen - 98 - 4.2.1 Zuverlässigkeit der Modelle - 98 - 4.2.2 Einfluss der Modifikationen - 100 - 4.2.3 Einfluss der Alterung - 107 - 4.2.4 Diskussion - 115 - 4.3 Ermüdungsverhalten Bitumen - 117 - 4.3.1 Einfluss des Ermüdungskriteriums - 117 - 4.3.2 Einfluss der Modifikationen - 118 - 4.3.3 Diskussion - 122 - 4.4 Steifigkeitsverhalten Asphaltmischgut - 123 - 4.4.1 Zuverlässigkeit der Modelle - 123 - 4.4.2 Einfluss der Modifikationen - 127 - 4.4.3 Einfluss der Alterung - 130 - 4.4.4 Einfluss der Gesteinsart - 132 - 4.4.5 Korrelation Steifigkeitsverhalten Bitumen-Asphaltmischgut - 134 - 4.4.6 Diskussion - 135 - 4.5 Ermüdungsverhalten Asphaltmischgut - 137 - 4.5.1 Einfluss des Ermüdungskriteriums - 137 - 4.5.2 Einfluss der Modifikationen - 138 - 4.5.3 Einfluss der Alterung - 139 - 4.5.4 Einfluss der Vorbelastung und Wasserlagerung - 141 - 4.5.5 Einfluss der Gesteinsart - 143 - 4.5.6 Einfluss äquivalente Bitumenrheologie - 145 - 4.5.7 Korrelation Ermüdungsverhalten Bitumen-Asphaltmischgut - 149 - 4.5.8 Diskussion - 150 - 5. Zusammenfassung und Ausblick - 153 - 5.1 Zusammenfassung - 153 - 5.2 Ausblick - 156 - 6. Literaturverzeichnis - 158 - Abbildungsverzeichnis - 170 - Tabellenverzeichnis - 176 - Anlagenverzeichnis - 178 -

Photochrome Diarylethene haben die einzigartige Eigenschaft, dass ihr pi-Elektronensystem durch den Isomerisierungsprozess stark verändert wird, was zu einer Verschiebung von HOMO und LUMO Niveaus führt. Zur Verwendung von Diarylethenen zur Steuerung von Funktionen, wie katalytische Aktivität, supramolekulare Assoziation oder Ladungstransport, muss die photochrome Baueinheit den spezifischen Anforderungen angepasst und ihre Schalteigenschaften, die Ermüdungsresistenz sowie das Ausmaß der elektronischen Modulation verbessert werden. In dieser Arbeit wird durch systematische Variation der zentralen Komponenten und der terminalen Substituenten eine Serie von elektronisch modulierten Diarylethenen synthetisiert. Durch umfangreiche Untersuchungen zur photochemischen Bildung eines Nebenprodukts, ein Prozess der bei nahezu allen Diarylethenen auftritt, können Strukturen identifiziert werden, die über eine große Zahl von Schaltzyklen ermüdungsresistent sind und gleichzeitig eine hohe strukturelle und synthetische Flexibilität bieten. Weiterhin erlauben bestimmte Substitutions-muster die orthogonale elektro- und photochemische Steuerung des Isomerisierungsprozesses. Durch geeignete strukturelle Modulation wird die Nebenproduktbildung bei der oxidativen Zyklisierungsreaktion unterdrückt und es kann ein Einblick in den zugrunde liegenden Mechanismus erhalten werden. Der Einfluss verschiedener Substitutionsmuster auf das pi Elektronensystem von Diarylethenen wird untersucht und es wird gezeigt, dass HOMO und LUMO Level über einen großen Energiebereich moduliert werden können. Die so erhaltenen elektronisch modulierten Diarylethene werden als aktive Elemente in Licht gesteuerten organischen Dünnschichttransistoren eingesetzt. In einem weiteren Ansatz die schaltbaren elektronischen Änderungen in Diarylethenen zu nutzen, wird ein potentiell katalytisch aktives Guanidin mit der photochromen Einheit gekoppelt, mit dem Ziel einen photoschaltbaren Organokatalysator zu konstruieren. / Photochromic diarylethenes have the unique property that the pi-electronic structure of their molecular backbone significantly alters during the isomerization process, resulting in a marked shift of HOMO and LUMO levels. In order to employ diarylethenes for the reversible light-controlled manipulation of specific functions, such as catalytic activity, association behavior, or charge transport, the photochromic scaffold has to be improved in terms of its switching efficiency, fatigue resistance, and extent of electronic modulation. In this work, a series of diarylethenes is synthesized by systematically varying the constituents of the hexatriene core and the terminal substituents. By the in-depth characterization of the photochemical reaction to a by-product, an ubiquitous phenomenon of diarylethene photochromism, fatigue resistant structures are identified that allow for the reliable operation of the photochrome over many switching cycles and at the same time guarantee a high degree of structural and synthetic flexibility. Furthermore, a distinct substitution pattern is found to enable the orthogonal electro- and photochemically mediated isomerization of diarylethenes. By proper modulation of the structure, the fatigue observed during the oxidative cyclization reaction is minimized and insights into the underlying mechanism are gained. The impact of different substitution patterns on the pi-electronic structure of the diarylethene core is studied and it is shown that HOMO and LUMO levels can be tuned over a broad energy range. The electronically tuned diarylethenes are applied as active building blocks in light-controllable organic thin film transistors. In a second approach to exploit the isomerization induced electronic modulations, a potentially catalytically active guanidine unit is coupled to the diarylethene core in order to construct a photoswitchable organocatalyst.

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<p>U disertaciji su prikazani rezultati sopstvenog eksperimentalnog istraživanja<br />izvr&scaron;enog na uzorcima pripremljenim sa različitim uče&scaron;ćem struganog asfalta (RAP)<br />i dodatnog - &quot;novog&quot; drobljenog kamenog agregata. Variranjem uče&scaron;ća struganog<br />asfalta i dodatnog drobljenog kamenog agregata i variranjem uče&scaron;ća oba veziva<br />omogućeno je praćenje uticaja sastava na mehaničke karakteristike me&scaron;avine.<br />Uticaj vrste i količine upotrebljenog veziva na mehaničke karakteristike nosećeg<br />sloja kolovoza sagledano je kroz variranje sadržaja cementa i bitumenske emulzije.<br />Predmet istraživanja je definisanje međusobne zavisnosti odnosno korelacije,<br />određenih mehaničkih karakteristika me&scaron;avine u funkciji vrste i količine<br />komponentnih materijala i veziva i ocena njihovih fundamentalnih mehaničkih<br />karakteristika.</p> / <p>In dissertation are resented results of own experimental research on<br />samples that have been prepared with different amount of reclaimed<br />asphalt (RAP) and the additional - &quot;new&quot; crushed stone aggregate. By<br />varying participation of reclaimed asphalt and additional crushed stone<br />and varying participation of both binders monitoring of the impact of the<br />composition on the mechanical properties of the mixture was enabled.<br />The influence of type and amount of binder on the mechanical properties<br />of the pavement base layer is seen through variation in the content of<br />cement and bitumen emulsion. The subject of the research is to define the<br />mutual dependence and correlation of certain mechanical characteristics<br />of the mixture as a function of the types and quantities of component<br />materials and binders and evaluation of their fundamental mechanical<br />properties.</p>

Superaustenitická korozivzdorná ocel typu 22Cr25NiWCoCu určená pro vysokoteplotní aplikace v energetickém průmyslu byla studována za podmínek nízkocyklové únavy při pokojové a zvýšené teplotě. Jednotlivé vzorky byly podrobeny různým zátěžným procedurám, což umožnilo studium materiálové odezvy spolu s mechanismem poškození. Křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklického napětí a Coffin-Mansonovy křivky byly vyhodnoceny. Únavová životnost materiálu byla diskutována s ohledem na uplatňované mechanismy poškození, které se vyvinuly za specifických zátěžných podmínek. Standardní izotermální únavové experimenty byly provedeny při pokojové a zvýšené teplotě. Hysterezní smyčky zaznamenané během cyklického zatěžování byly analyzovány pomocí zobecněné statistické teorie hysterezní smyčky. Pro různé amplitudy napětí byla určena jak distribuce hustoty pravděpodobnosti interních kritických napětí (dále PDF), tak rovněž zjištěn její vývoj během cyklického namáhání. Zjištěné průběhy PDF byly korelovány s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního dislokačního uspořádání zdokumentované pro obě teploty pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) vybavené technikou fokusovaného iontového svazku (FIB), která umožnila rovněž efektivní studium nukleace povrchových únavových trhlin. Při cyklickém zatížení při pokojové teplotě byla pozorována lokalizace cyklické plastické deformace do perzistentních skluzových pásů (PSP). V místech, kde tyto PSP vystupují na povrch materiálu byly pozorovány perzistentní skluzové stopy (PSS) tvořené extruzemi a intruzemi. Postupné prohlubování intruzí, zejména na čele nejhlubší intruze, vede k iniciaci únavové trhliny. Odlišný mechanismus tvorby trhlin byl zjištěn při únavové zkoušce při zvýšené teplotě, kde zásadní roli hrál vliv prostředí. Rychlá oxidace hranic zrn a jejich následné popraskání představuje dominantní mechanismus v I. stádiu nukleace trhlin. Aplikace desetiminutové prodlevy v tahové části zátěžného cyklu vedlo k vývoji vnitřního (kavitačního) poškozování. Mechanismy vnitřního poškozování byly studovány na podélných řezech rovnoběžných s napěťovou osou zkušebních vzorků. Trhliny a jejich vztah k hranicím zrn a dvojčat byly studovány pomocí difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD). Vliv prodlevy na únavovou životnost byl korelován s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního poškození. Vzorky z uvedené oceli byly rovněž podrobeny zkouškám termomechanické únavy (TMF), při nichž se v čase mění jak zátěžná síla tak i teplota. Termomechanické únavové zkoušky v režimu soufázném (in-phase) a protifázném (out-of-phase) byly provedeny jak s prodlevou, tak i bez ní. Ve všech případech bylo pozorováno rychlé cyklické zpevnění bez ohledu na použitou amplitudu deformace, u vzorků testovaných v out-of-phase režimu byla zjištěna tendence k saturaci. Zkoumáním povrchového reliéfu za pomocí technik SEM a FIB byla odhalena přednostní oxidace hranic zrn a následné praskání těchto hranic kolmo k ose zatížení. Prodlevy v cyklech při maximálním napětí vedly ke zvýšení amplitudy plastické deformace a následně ke creepovému poškození ve formě vnitřních kavit a trhlin. Interkrystalické šíření trhlin bylo pozorováno na vzorcích testovaných v režimu in-phase. Vývoj poškození v režimu out-of-phase nebyl principiálně ovlivněn zařazením prodlevy do zátěžného cyklu. Charakteristickým znakem namáhání v režimu out-of-phase je nukleace několika trhlin v homogenní oxidické vrstvě jdoucích napříč zrny kolmo k ose zatěžování.