Forschung (Details)

31.03.2021

Experimentell unterstützte multiskalige Reaktive Transportmodellierung von zementgebundenen Materialien unter Säurekorrosion (ExpeRTa)

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Projektnummer 426807554

Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Die Nutzungsdauer der zivilen Infrastruktur wird durch Degradation des Betons, dem am weitesten verbreiteten Baumaterial, beeinflusst. Der Säureangriff auf zementgebundene Materialien ist hierbei von besonderer Bedeutung. Mit zunehmender Relevanz der Dauerhaftigkeit von zementgebundenen Materialien ist ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden reaktiven Transportphänomene in Beton auf mehreren Skalenebenen unerlässlich. Bisher wurden nur homogenisierte numerische Modelle verwendet. Beschreibungen der Heterogenität, die in Beton auf mehreren Skalenebenen eine Rolle spielen, wurden bisher vernachlässigt. Es bedarf eines grundlegenden Ansatzes, der die Chemie, d.h. die Reaktionsthermodynamik und Kinetik sowie mehrskalige Transportphänomene unter Berücksichtigung der einzelnen Betonkomponenten miteinander koppelt. Die Einbeziehung dieser reaktiven Transportphänomene in porösen Medien im Allgemeinen wurde in der Vergangenheit kaum erforscht, wird aber wahrscheinlich bald in mehreren Wissenschaftsbereichen an Bedeutung gewinnen.Hauptziele von ExpeRTa sind die Untersuchung und Aufklärung der grundlegenden Mechanismen, die zu einer Degradation durch Säureangriff führen, wobei der Schwerpunkt auf Heterogenitätseffekten hinsichtlich der reaktiven Transporteigenschaften über eine Reihe von Skalen liegt. Die Einzelziele hierbei sind: O1) numerische Modellierung von virtuellen Mikrostrukturen mit Hymostruc 3D auf Porenebene und Implementierung des reaktiven Transportdegradationsmodells für den Säureangriff; O2) Meso-skalige numerische Modellierung und Upscaling des reaktiven Transportmodells; O3) Experimentelles Programm zur Zementstein-, Mörtel- und Betondegradation sowie Einfluss des Materialdesigns und der Angriffsparameter; O4) Multiskalenanalyse, Kalibrierung und Validierung der numerischen Modelle mit den gewonnenen experimentellen Ergebnissen. Die geplanten Analysemethoden umfassen: µXRF, SAXS, Nanoindentation, MIP, Gassorption, thermische Analyse, XRD, Lichtmikroskopie, ESEM mit EDX und 3D-µCT-Bildgebung. Die experimentellen Untersuchungen sind so konzipiert, dass die Ergebnisse zur Kalibrierung und Validierung der entwickelten numerischen Modelle herangezogen werden können. Der Einfluss des Materialdesigns (Wasser-Zement- und Ca/Si-Verhältnis, Gesteinstyp, Menge und Größe), der Säureart und der Angriffsrandbedingungen wird untersucht.In dieser synergetischen Zusammenarbeit wird das Team der TU Darmstadt mit seiner Expertise im Bereich von Betonlebensdauermodellierung mit reaktiven Transportberechnungen intensiv mit dem Team des KIT kooperieren, deren Expertise auf dem Gebiet des sauren Angriffs auf zementgebundene Werkstoffe und Materialuntersuchungen liegt. Die Ergebnisse dieses grundlegenden Modellierungsansatzes könnten in Kombination mit Extrapolationen aus beschleunigten Lebensdauerprüfungen die Genauigkeit der Lebensdauerprognosen für Betonbauwerke signifikant verbessern.

Antragsteller:

    • Professor Dr.-Ing. Frank Dehn
    • Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
    • Institut für Massivbau und Baustofftechnologie
    • Abteilung Baustoffe und Betonbau
    • Professor Dr.-Ing. Eduardus Koenders, Ph.D.
    • Technische Universität Darmstadt
    • Institut für Werkstoffe im Bauwesen

Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik

Förderung: Förderung seit 2019

Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Projektnummer 426807554

DFG-Verfahren: Sachbeihilfen

Mitverantwortlicher: Dr.-Ing. Neven Ukrainczyk, Ph.D.

Website: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/426807554

Schematic representation of the research structure and dependencies between the two research groups.
Schematic representation of the research structure and dependencies between the two research groups.

zur Liste