Baustofflich beeinflusste Schädigungsentwicklung in hochfesten Betonen bei zyklischer Beanspruchung

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 dieses Gemeinschaftsprojektes zusammen mit Dr.-Ing. Stefan Löhnert, Institut für Kontinuumsmechanik werden die Degradationsmechanismen hochfester Betone unter zyklischer Beanspruchung grundlegend untersucht, beschrieben und modelliert. Hierbei werden insbesondere auch die Entstehung und Fortentwicklung von Rissen in den unterschiedlichen Phasen des Degradationsprozesses betrachtet. 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 am Institut für Kontinuumsmechanik die Multiskalen-Projektionsmethode in Kombination mit der XFEM und mit nichtlokaler Schädigung zur Berechnung der Rissentstehung und des dynamischen Rissfortschritts auf mehreren Skalen eingesetzt. Aus der engen Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Baustoffe und dem Institut für Kontinuumsmechanik und der hieraus resultierenden engen Vernetzung von Experiment und Berechnung werden Komponenten eines Experimental-Virtual-Labs (EVL) entwickelt und erprobt.