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Projekt
Numerisches Modell zur Beschreibung von Alkalientransport und AKR-induzierter Schädigung in Beton
Antragsteller
Professor Dr. Günther Meschke
Fachliche Zuordnung
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Förderung
Förderung von 2011 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 165295427
Gesamtziel des TP 3 ist die Entwicklung mathematisch-numerischer Modelle um die durch AKR hervorgerufene Schädigung in Tragwerken bzw. Tragwerksteilen aus Beton, insbesondere Betonfahrbahnen, für unterschiedliche Szenarien hinsichtlich der mechanischen und umgebungsbedingten Einwirkungen bzw. der Vorschädigung oder der Betonzusammensetzung zu prognostizieren. Die Entwicklung und Validierung der einzelnen Teilmodelle erfolgt in engem Zusammenwirken mit den experimentell ausgerichteten Teilprojekten der Forschergruppe. In der ersten Projektphase stand die Modellbildung der gekoppelten Prozesse des Transports von Feuchte und Alkalien im ungeschädigten bzw. in dem durch zyklisches Überrollen vorgeschädigten Beton im Vordergrund der Forschungen. Hierzu wurde eine durchgehend mehrskalig angelegten Modellierungsstrategie auf Basis der Kontinuums-Mikromechanik für den Transport von Porenfluid und Alkalien innerhalb des intakten bzw. bereits vorgeschädigten Betongefüges entwickelt und im Rahmen eines Mehrphasen-Finite Elemente Modells implementiert. Die Modelle sind in der Lage, die Wechselwirkungen zwischen Mikrorissen im Beton und dem intakten Zementstein zu beschreiben. Im Gegensatz zu existierenden Modellen ermöglichen sie in Übereinstimmung mit Testergebnissen die Prognose einer unteren Schranke für Ionendiffusivität. Gegenstand der Forschungen in der zweiten Projektphase ist neben der Komplettierung der Transportmodelle zur Modellierung des Fluid- und Alkalientransports infolge von zyklischer hygrischer und mechanischer Beanspruchung schwerpunktmäßig die Beschreibung der AKR induzierten Schädigungsprozesse. Dabei ist die Modellbildung, wie bereits in der ersten Phase, auf eine adäquate Berücksichtigung der räumlichen und zeitlichen Skalen der Transport- und Schädigungsprozesse ausgerichtet. Über eine mikromechanische Beschreibung der lokalen Schädigungen in und in der Umgebung reaktiver Zuschlagskörner sollen diese Modelle in der Lage sein, die Auswirkungen lokaler AKR-induzierter Schädigungsprozesse durch geeignete Homogenisierungsmethoden auf der makroskopischen Ebene und umgekehrt den Einfluss äußerer Beanspruchungen auf die Entwicklung von Mikrorissen zu beschreiben. Nach dem Zusammenführen der Schädigungs- und der Transportmodelle im Rahmen eines Mehrfeld-Finite Elemente Programms wird die integrale Modellierungsstrategie Prognosen des erwartenden Schädigungsverlaufs in Betonbauteilen für unterschiedliche Szenarien hinsichtlich der Einwirkungen, der Vorschädigung oder der Betonzusammensetzung ermöglichen. Neben der Modell- und Methodenentwicklung stellt die Gewinnung vertiefter Erkenntnisse zu den Wechselwirkungen zwischen den Einwirkungen (äußere (zyklische) Lasten, Umwelteinflüsse) und den Transport- und Schädigungsprozessen in von AKR betroffenen Betonbauteilen eine wesentliche wissenschaftliche Zielsetzung des Teilprojekts dar.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
