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Projekt
Experimentell unterstützte multiskalige Reaktive Transportmodellierung von zementgebundenen Materialien unter Säurekorrosion (ExpeRTa)
Fachliche Zuordnung
Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
Förderung
Förderung von 2019 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426807554
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.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Mitverantwortlich
Dr.-Ing. Neven Ukrainczyk, Ph.D.
