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

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Dehn; Professor Eduardus Koenders, Ph.D.; Neven Ukrainczyk, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426807554

Das Projekt ExpeRTa II zielt darauf ab, experimentell und numerisch die Mechanismen zu untersuchen, die zur Degradation von Mörtel und Beton durch Acet angreifende Säuren führen, wobei der Schwerpunkt auf meso-skalen Heterogenitäten liegt, die die Eigenschaften von Löslichkeit und Diffusion beeinflussen. Aufbauend auf dem hochgenauen chemischen Modell, das in ExpeRTa I entwickelt wurde, wird im Rahmen dieses Projekts ein meso-skala Modellierungsansatz verfolgt, der die Wechselwirkungen zwischen der Bindermatrix, den Aggregattypen und -größen sowie der Übergangszone (ITZ) explizit erfasst. Um dies zu erreichen, wird eine schrittweise Hochskalierungsmethodik umgesetzt, die mit detaillierten chemischen Wechselwirkungen beginnt und die geometrische Komplexität der meso-skalaren Modelle schrittweise erhöht. Dieser Ansatz ermöglicht eine umfassende Untersuchung der Reaktionsthermodynamik und -kinetik im Verhältnis zu Transportphänomenen, um die Zusammensetzung und die Größenverteilung der Betonzusammensetzungen zu optimieren. Die Ergebnisse der Meso-Skalen-Modellierung werden homogenisierte Eingabewerte für Ingenieursmodelle bereitstellen, die Vorhersagen über den Angriff von Acet auf Mörtel und Beton unter verschiedenen pH-Werten, Expositionsdauern, Kornverteilungen und Aggregatarten ermöglichen. Diese Zusammenarbeit zwischen der Technischen Universität Darmstadt (TUDa) und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wird die komplementären Stärken beider Teams nutzen. Die TUDa-Gruppe wird neue Haltbarkeitsmodelle für Mörtel und Beton auf der Grundlage meso-skalar reaktiver Transportberechnungen entwickeln, die durch spezielle experimentelle Untersuchungen des Säureangriffs, die vom KIT-Team durchgeführt werden, kalibriert und validiert werden. Die Synergie zwischen rechnerischen und experimentellen Aktivitäten wird die Genauigkeit der Haltbarkeitsprognosen erhöhen, indem wissenschaftliche Extrapolationsprinzipien auf der Grundlage beschleunigter Haltbarkeitstests angewendet werden. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Trennung der treibenden Mechanismen durch Batch-Tests gelegt, die ohne Diffusion durchgeführt werden, um die Kinetik der Auflösung der Aggregate-ITZ zu ermitteln. Dies wird schrittweise zu Bulk-Dissolutions- und Diffusionstests führen, die die Auswirkungen von Aggregaten einbeziehen und letztlich die Brücke zu realistischem Mörtel und Betondegradation schlagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen