SPP 2020:  Zyklische Schädigungsprozesse in Hochleistungsbetonen im Experimental-Virtual-Lab

• Fachliche Zuordnung: Bauwesen und Architektur
• Förderung: Förderung seit 2017
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313829475

Weitreichende Fortschritte in der Betontechnologie haben zur Entwicklung von Hochleistungsbetonen mit maßgeblich erweiterten Anwendungsmöglichkeiten geführt. Beispielhaft seien hier selbstverdichtende, hochfeste und ultrahochfeste Betone mit stahlähnlichen Festigkeiten oder faser- und textilbewehrte Betone mit hochduktilem Verhalten genannt. Diese Betone ermöglichen sehr schlanke, ästhetische und ressourcenschonende Betonbauwerke, die jedoch aufgrund ihres reduzierten Eigengewichts schwingungsanfälliger sind. Auch außerhalb des klassischen Bauwesens wird sich das Anwendungsspektrum für Hochleistungsbetone stark weiterentwickeln, beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau, wo sie zu einer Alternative zu metallischen und keramischen Werkstoffen werden können. Alle diese Konstruktionen werden hochzyklisch beansprucht, so dass das Ermüdungsverhalten entscheidend für ihre Auslegung und somit für die Realisierbarkeit neuartiger Betonanwendungen ist. Zur Materialdegradation von Beton unter Ermüdungsbeanspruchung ist jedoch kaum grundlegendes Wissen vorhanden. Wegen dieser Wissenslücken wird bereits heute der Einsatz moderner Hochleistungsbetone deutlich behindert, teilweise sogar verhindert. Das Ziel dieses Schwerpunktprogramms ist es, die Materialdegradation von Hochleistungsbetonen in Kombination neuster experimenteller und virtuell-numerischer Methoden zu erfassen, zu verstehen, zu beschreiben, zu modellieren und zu prognostizieren. Da Schädigungsprozesse auf sehr kleinen Skalenebenen ablaufen, lassen sie sich nicht vollständig im Belastungsversuch beobachten. Bereits die Erfassung von Schädigungsindikatoren während des Versuchs macht die ohnehin zeitaufwendigen Ermüdungsversuche sehr anspruchsvoll. Insofern können die benötigten Erkenntnisse nur in enger Verzahnung der Baustoffwissenschaften und der numerischen Mechanik, d. h. in der Verzahnung von Experiment und Berechnung – im Experimental-Virtual-Lab – entwickelt werden.Ein SPP bietet den optimalen Rahmen, um die drängenden Fragen zur Materialdegradation standortübergreifend zu klären. Die Zusammenarbeit wird dabei so gestaltet, dass neben einem intensiven Austausch über Versuchstechniken, Schädigungsindikatoren und Modellierungsansätze eine Mehrfachnutzung der Versuchsdaten und eine enge Interaktion zwischen Experiment und Simulation erreicht wird. Aufgrund der aufwendigen Versuchstechnik und der Notwendigkeit einer grundlegenden Weiterentwicklung von Materialmodellen ist eine ausgeprägte und mit besonderen strukturellen Maßnahmen geförderte Zusammenarbeit der beteiligten Standorte vorgesehen. Nur so können existierende Hemmnisse für die Verwendung von ermüdungsbeanspruchten Hochleistungsbetonen überwunden und ein Innovationsschub beim Bauen mit Beton und für Betonanwendungen außerhalb des klassischen Bauwesens ausgelöst werden. Das neue Wissen wird zudem eine Verlängerung der Lebensdauer bestehender ermüdungsbeanspruchter Bauwerke wie Brücken und Windenergieanlagen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Schweiz, USA

Projekte

• Baustofflich beeinflusste Schädigungsentwicklung in hochfesten Betonen bei zyklischer Beanspruchung (Antragstellerinnen / Antragsteller Löhnert, Stefan ;  Oneschkow, Nadja )
• Einfluss lastinduzierter Temperaturfelder auf das Ermüdungsverhalten von UHPC bei Druckschwellbelastung (Antragstellerinnen / Antragsteller Scheerer, Silke ;  Tran, Ngoc Linh )
• Erfassung und Modellierung des Einflusses von Stahlfasern auf die Schädigungsentwicklung von Hochleistungsbetonen unter Ermüdungsbeanspruchung (Antragsteller Anders, Steffen ;  Brands, Dominik ;  Schröder, Jörg )
• Experimentelle und numerische Charakterisierungsmethodik für das Ermüdungsverhalten hochfesten Betons unter Berücksichtigung lokaler dissipativer Mechanismen bei unterkritischer Belastung (Antragsteller Chudoba, Rostislav ;  Claßen, Martin )
• Hochauflösende elektronenmikroskopische Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von Hochleistungsbetonen und mehrskalige Modellierung mittels Bonded Particle Model (Antragsteller Ritter, Martin ;  Schmidt-Döhl, Frank )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Lohaus, Ludger )
• Mehrskalenmodellierung des Schädigungsverlaufs in der lokalisierten Bruchprozesszone eines Carbonkurzfaser-verstärkten Hochleistungsbetons unter hochzyklischer Zug- und Biegezugbeanspruchung - Phase 2: Schadensakkumulation und Degradationsprognose (Antragsteller Fischer, Oliver ;  Große, Christian ;  Peter, Malte Andreas ;  Volkmer, Dirk )
• Mehrskalige Untersuchung der Ermüdungsrissentwicklung in Hochleistungsbeton basierend auf Computertomographie und Phasenfeldmodellierung (Antragstellerinnen / Antragsteller Leusmann, Thorsten ;  De Lorenzis, Laura )
• Schädigungsprozesse in faserbewehrtem ultrahochfesten Beton unter zyklischer Zugbeanspruchung (Antragsteller Dinkler, Dieter ;  Empelmann, Martin )
• Steigerung des Ermüdungswiderstands von hochduktilem Beton durch experimentell-virtuelles Multiskalen-Werkstoffdesign (Antragsteller Kaliske, Michael ;  Mechtcherine, Viktor )
• Temperatur- und feuchteinduzierte Schädigungsprozesse infolge zyklischer mehrachsiger Druckschwellbeanspruchung (Antragsteller Garrecht, Harald ;  Steeb, Holger )
• Visualisierung und mikromechanische Modellierung der Gefügeänderung von zyklisch beanspruchten Hochleistungsbetonen unter besonderer Berücksichtigung hygrischer und thermischer Randbedingungen (Antragsteller Dehn, Frank ;  Koenders, Ph.D., Eduardus ;  Pahn, Matthias )
• Wasserinduzierte Schädigungsmechanismen zyklisch beanspruchter Hochleistungsbetone (Antragsteller Haist, Michael ;  Lohaus, Ludger ;  Wriggers, Peter )
• Wirkung von Mikrofasern auf die Degradation in Hochleistungsbeton unter zyklischer Beanspruchung (Antragsteller Breitenbücher, Rolf ;  Meschke, Günther )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Ludger Lohaus