Wasserinduzierte Schädigungsmechanismen zyklisch beanspruchter Hochleistungsbetone

Mit dem Ausbau der Offshore-Windenergie werden vermehrt auch ermüdungsbeanspruchte Betonkonstruktionen unter permanentem Wassereinfluss entstehen. Dies gilt bereits heute schon für die sogenannten Grouted Joints, bei denen hochfeste Feinkornbetone in stählernen Tragstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen verwendet werden. Solche Konstruktionen werden in ihrer Betriebszeit mit mehreren hundert Millionen Lastwechseln beaufschlagt. Als ein wesentlicher Unterschied zu Onshore-Bauwerken resultiert aus der Offshore-Exposition ein deutlich erhöhter Wassergehalt im Beton. Obwohl in der Literatur vergleichsweise wenige Untersuchungen unter Wasser dokumentiert sind, die zudem große Streuungen aufweisen, ergibt sich dennoch eine weitgehend einheitliche Tendenz, nämlich, dass unter Wasser geprüfte Betonproben einen erheblich geringeren Ermüdungswiderstand aufweisen als an Luft geprüfte.

Wasserinduzierte Schädigungsphänomene bei der Betonermüdung sind derzeit zwar prinzipiell erkannt, jedoch noch längst nicht hinreichend genau identifiziert und beschrieben. Folglich können sie auch noch nicht zuverlässig quantifiziert werden. Aufgrund dieser bestehenden Wissenslücken entziehen sie sich momentan weitgehend einer numerischen Modellbildung und Simulation.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, wasserinduzierte Schädigungsmechanismen ermüdungsbeanspruchter Hochleistungsbetone im Experimental-Virtual-Lab (EVL) einerseits mit einander ergänzenden hochmodernen experimentellen Methoden zu erfassen, zu analysieren und makroskopisch zu quantifizieren. Andererseits sollen parallel dazu auf mikromechanischer Basis Modelle erstellt und numerisch umgesetzt werden, die es ermöglichen, die aus experimentellen Untersuchungen abgeleiteten Hypothesen ergebnisoffen zu überprüfen. Zur Validierung dieser Modelle dienen Gefügedaten, die mit Hilfe von µCT-Scans, NMR-Messungen und Quecksilberdruckporosimetrie ermittelt werden. Nachdem eine erste Klärung der Ursachen durch das Experimental-Virtual-Lab erfolgt ist, wird versucht, auf Basis der mikromechanischen Untersuchungen eine Modellbildung auf makroskopischer Ebene zu erzielen.

Somit wird überprüft, wie das Medium Wasser das Degradationsverhalten ermüdungs­beanspruchter Hochleistungsbetone beeinflusst und welche zusätzlich wirkenden wasserinduzierten Schädigungsmechanismen maßgebend am Degradationsprozess beteiligt sind. Hiermit wird es erstmalig ermöglicht, eine Prognose des Degradationsverhaltens ermüdungsbeanspruchter Hochleistungsbetone unter Wasser auf Basis gefügeorientierter Parameter vorzunehmen.