Skalenübergreifende Modellierung von Mikrostrukturänderungen im Beton und Schädigungsanalyse von Betonstrukturen zur Identifizierung von Coda-Signalen

• Antragsteller: Professor Dr. Günther Meschke; Dr.-Ing. Jithender J. Timothy
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398216472

Die hohe Empfindlichkeit der Coda-Wellen auf schwache mikrostrukturelle Veränderungen im Beton eröffnet die Möglichkeit, Schädigungsereignisse im Frühstadium zu identifizieren, die der Makrorissbildung und dem Versagen von Betonstrukturen vorausgehen. Die frühzeitige Erkennung mikrostruktureller Veränderungen in Beton- und Stahlbetonkonstruktionen kann als Frühwarnsystem dienen, um vorsorglich Instandsetzungsmaßnahmen zu ergreifen und dadurch hohe Kosten für eine umfangreiche Sanierung von Infrastrukturbauwerken zu vermeiden. Der Stand der Coda-Wellen-Technik zur Beurteilung der strukturellen Integrität von Betonstrukturen befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium. Im Rahmen dieser Forschungsgruppe FOR 2825 ist das Ziel des Teilprojektes RUB1, eine modellbasierte Charakterisierung der Degradation von Beton auf mehreren Skalen zu etablieren und eine Klassifizierung des Schädigungsgrades anhand simulierter und gemessener Coda-Daten zu ermöglichen. In der ersten Phase des Projekts hat RUB1 ein Werkzeug zur Erzeugung realistischer Betonmikrostrukturen und ein mehrskaliges Modell reduzierter Ordnung zur Simulation von Schädigung in Beton entwickelt. Anhand synthetischer Coda-Wellen, die mittels virtueller Betonproben generiert wurden, ist es gelungen, einen Klassifikator zu trainieren, mit dem spezifische Stadien der mikrostrukturellen Veränderungen wie reversible Verformung, verteilte Mikrorisse und lokalisierte Makrorisse identifiziert werden. In der zweiten Phase des Projekts wird zunächst das Mehrskalenmodell reduzierter Ordnung für die Schädigungssimulation erweitert, um Umwelteinwirkungen wie Temperatur und Feuchtigkeit zu berücksichtigen. Darüber hinaus wird der Schädigungsklassifikator auf der Materialskala erweitert und mit zusätzlichen Attributen versehen, um Umwelt- und Randeffekte zu filtern. Der dritte Schwerpunkt ist die Übertragung der auf der Materialskala und der Probekörperskala abgeleiteten Coda-Merkmale (Identifikation der Schadensklasse und der Belastung) auf die Strukturskala. Schließlich wird die Fähigkeit des modellbasierten Ansatzes zur Identifikation von Schädigung durch Anwendung auf die Demonstratorprojekte validiert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2825: Concrete Damage Assessment by Coda Waves (CoDA)