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Projekt
Hochauflösende elektronenmikroskopische Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von Hochleistungsbetonen und mehrskalige Modellierung mittels Bonded Particle Model
Antragsteller
Dr.-Ing. Martin Ritter; Professor Dr.-Ing. Frank Schmidt-Döhl
Fachliche Zuordnung
Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
Förderung
Förderung seit 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 353408149
Das Projekt verfolgt zwei Ziele: Zum einen die Untersuchung der Gefügeschädigung durch Ermüdung in zementären Hochleistungswerkstoffen mittels hochauflösender analytischer Elektronenmikroskopie. Zum zweiten die mehrskalige Modellierung der Ermüdung von Hochleistungsbetonen mittels Bonded Particle Model (BPM). Das Projekt konzentriert sich auf UHPC. In der 1. Förderperiode wurden Proben des Referenz-UHPC des SPP, dessen Bindemittels sowie Verbundproben aus Bindemittel und Quarziten hergestellt, wobei der Quarzit als Ersatzgestein für den Quarzsand im UHPC verwendet wurde. Es wurden Druckschwellversuche an den UHPC- und den Bindemittelproben sowie Scherversuche an den Verbundproben durchgeführt. An UHPC- und Bindemittelproben mit unterschiedlichem Ermüdungszustand wurden anschließend Gefügeuntersuchungen durchgeführt. Mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) konnten dabei erstmals charakteristische Veränderungen durch den Ermüdungsprozess auf der Nanoebene festgestellt werden, während der UHPC auf der Mikroebene keine charakteristischen Veränderungen zeigt. Für die verschiedenen Brücken des BPM wurden rheologische Modelle entwickelt und die Modellparameter anhand statischer Versuche am Bindemittel, der Gesteinskörnung, den Verbundproben sowie den Ergebnissen der mikroskopischen Untersuchungen kalibriert und mit experimentellen Daten des UHPC validiert. Sowohl das Verformungs-, als auch das Bruchverhalten kann von dem Modell gut wiedergegeben werden. In der zweiten Förderperiode ist geplant, die Gefügeveränderungen mittels TEM tiefergehend zu analysieren und die Schädigungszustände zu quantifizieren oder zumindest zu kategorisieren. Dabei soll insbesondere auch TEM-Tomographie eingesetzt werden, wogegen sich die FIB-Tomographie für das vorliegende System nicht bewährt hat. Auch in-situ-Zugversuche im TEM sind vorgesehen. Das Projekt wird in der 2. Förderperiode auch faserbewehrten UHPC sowie UHPC mit größerer Gesteinskörnung einbeziehen. Der Verbund beider Komponenten wird wiederum mit TEM analysiert, da diese Untersuchungen wichtige Informationen für die Modellierung liefern. Bei der Modellierung steht in der 2. Förderperiode die Simulation der kompletten Ermüdungskurve sowie Fragen der Homogenisierung im Vordergrund. Zu diesem Zweck liegt ein wesentlicher Fokus auf der Zyklenextrapolation des mechanischen Verhaltens und der daraus resultierenden Strukturregenerierung. In diesem Zuge müssen ferner rheologische Modelle weiterentwickelt und getestet werden. Zusätzlich müssen strukturelle Modelle zu den Fasern und der Gesteinskörnung mit mehreren Millimetern Größe sowie zum Verbund dieser Komponenten konzipiert und kalibriert werden. Das Projekt ist intensiv mit anderen Projekten des SPP verknüpft. Es nutzt deren experimentelle Daten und stellt dem SPP die entwickelten Methoden, Erkenntnisse/Ergebnisse sowie das Simulationssystem zur Verfügung. Das Projekt wird sich außerdem an den geplanten Benchmarks 4 und 5 beteiligen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
