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Projekt
Baustofflich beeinflusste Schädigungsentwicklung in hochfesten Betonen bei zyklischer Beanspruchung
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Stefan Löhnert; Dr.-Ing. Nadja Oneschkow
Fachliche Zuordnung
Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Förderung
Förderung von 2017 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 353530889
Hochfeste Betone zeichnen sich gegenüber normalfesten Betonen durch ihr dichteres Gefüge aus. Das Materialverhalten hochfester Betone bei monoton steigender Belastung unterscheidet sich deutlich von dem normalfester Betone und wird hauptsächlich durch die optimierten Eigenschaften der Zement- bzw. Bindemittelmatrix und der Kontaktzone beeinflusst. Hinsichtlich des Ermüdungsverhaltens hochfester und normalfester Betone ist jedoch bisher nicht geklärt, inwieweit sich die Schädigungsprozesse aufgrund ihres unterschiedlichen Gefüges unterscheiden. Im Rahmen des hier beantragten Projektes sollen daher die Degradationsmechanismen hochfester Betone unter zyklischer Beanspruchung grundlegend untersucht, beschrieben und modelliert werden. Hierbei soll insbesondere auch die Entstehung und Fortentwicklung von Rissen in den unterschiedlichen Phasen des Degradationsprozesses betrachtet werden. Mithilfe eines stufenweisen Vorgehens werden die Einflüsse ausgewählter betontechnologischer Maßnahmen zur Herstellung hochfester Betone auf das Ermüdungsverhalten systematisch untersucht. Die Degradationsmechanismen werden anhand verschiedener Schädigungsindikatoren erfasst sowie Unterschiede herausgearbeitet und quantifiziert, wobei die Anwendung der Schädigungsindikatoren gleichsam im Hinblick auf ein Experimental-Virtual-Lab untersucht und beurteilt wird. Ergänzend werden hochauflösende, bildgebende Verfahren eingesetzt und so Risszustände beobachtet und den Entwicklungen der Schädigungsindikatoren im Ermüdungsprozess zugeordnet.Methodisch sind in diesem Gemeinschaftsprojekt ein experimentell/baustoffliches und ein theoretisch/numerisches Teilprojekt vorgesehen, die in einer engen sowohl inhaltlichen als auch methodischen Vernetzung arbeiten. Zu den auf sehr kleinen Skalenebenen ablaufenden, allerdings nur auf höheren Skalenebenen im Experiment beobachtbaren Schädigungsprozessen, sollen Erkenntnisse ermittelt werden, indem durch eine skalenübergreifende Modellierung, die anhand der Experimente kalibriert wird, Rückschlüsse auf Prozesse in den kleinen Skalenebenen gezogen werden. Hierfür wird die Multiskalen-Projektionsmethode in Kombination mit der XFEM und mit nichtlokaler Schädigung zur Berechnung der Rissentstehung und des dynamischen Rissfortschritts auf mehreren Skalen eingesetzt. Um den zeitlichen Verlauf über mehrere tausend Lastzyklen in vernünftigen Rechenzeiten simulieren zu können, wird auch die auf Wavelets basierende zeitliche Mehrskalenmethode WATMUS verwendet. Für die Materialmodellierung der Gefügebestandteile wird elastisch-viskoplastisches Verhalten angenommen. Die Kombination von Experiment und Simulation in diesem Projekt soll Rückschlüsse auf die Schädigungsmechanismen in hochfesten Betonen und langfristig Vorhersagemöglichkeiten für neue, verbesserte Mischungszusammensetzungen liefern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
