Luftporengefüge im Beton: CT-basierte Charakterisierung und Modellierung zur Vorhersage der Gefügeausbildung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Breit
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576890251

Luftporen werden durch den Mischvorgang in den Frischbeton eingetragen und müssen je nach Exposition eines Betonbauteils durch die Zugabe von Luftporenbildnern stabilisiert werden. Innerhalb der Betonmatrix dienen sie als Ausweichraum zum Abbau des beim Gefrieren der Porenflüssigkeit entstehenden Drucks und tragen zur Verringerung der kapillaren Wasseraufnahme durch eine Unterbrechung des Kapillarporensystems im erhärteten Beton bei. Dies macht sie zu einem maßgebenden Faktor der Dauerhaftigkeitsbemessung von Bauteilen mit Frost- bzw. Frost-Tausalz-Angriff. Neben dem Gesamtvolumen der Luftporen, das am Frischbeton nach DIN EN 12350-7 mithilfe des Druckausgleichverfahrens bestimmt werden kann, hat jedoch vor allem die Größe der Poren und deren Verteilung einen bedeutenden Einfluss auf die zu erwartende Dauerhaftigkeit. Diese Kenngrößen können am Festbeton mit dem Messlinienverfahren nach DIN EN 480-11 bestimmt werden. Da die Charakterisierung des Luftporengefüges jedoch frühestens sieben Tage nach Herstellung erfolgen kann, ist es notwendig die ablaufenden Prozesse grundlegend abbilden zu können und an Verfahren zu forschen, die eine Untersuchung des Luftporengefüges am Frischbeton oder -mörtel dahingehend ermöglichen, dass Aussagen zu den Festbetoneigenschaften mit ausreichender Genauigkeit getroffen werden können. Im Rahmen dieses ersten Teil-Vorhabens werden durch computertomographische (CT) Aufnahmen des Frisch- und Festbetons in Kombination mit der numerischen Modellierung des Luftporensystems unter Druckeinwirkung die physikalischen und thermodynamischen ablaufenden Kompressions- und Löslichkeitsprozesse analysiert und reproduzierbar dargelegt. Dazu werden Frischbetonproben hergestellt und während der CT-Analyse einer Druckbelastung ausgesetzt. Die Frischbetonzusammensetzungen unterscheiden sich in der Menge und Art des zugegebenen Luftporenbildners, um den Einfluss der differierenden Oberflächenspannungen und die daraus resultierenden Änderungen in der Löslichkeit mit einzubeziehen. Die ermittelten Daten werden zur Charakterisierung des Luftporengefüges des Frischbetons genutzt und die Übertragbarkeit auf den Zustand des Porensystems im Festbeton überprüft. Ziel ist zum einen die Erarbeitung eines Modells, das die ablaufenden Prozesse abbildet. Zum anderen wird die ermittelte Löslichkeitsrate in Abhängigkeit vom einwirkenden Druck mit den vorliegenden Porengrößen verknüpft. Dies bildet die Grundlage für die Präzisierung bestehender Messverfahren und Ableitung der Größenverteilung von eingetragenen Luftporen im Frischbeton. Die im Rahmen von Teil 1 gewonnenen Erkenntnisse bilden die notwendige Voraussetzung für ein daran anschließendes, anwendungsorientiertes Folgevorhaben (Teil 2). In diesem sollen die entwickelten Modelle auf ein erweitertes Spektrum praxisrelevanter Betonzusammensetzungen übertragen und hinsichtlich ihrer Aussagekraft für Dauerhaftigkeitseigenschaften validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen