Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion

Zyklische Schädigungsprozesse in Hochleistungsbetonen im Experimental-Virtual-Lab (SPP 2020)

Forschungsschwerpunkt

  • Visualisierung und mikromechanische Modellierung der Gefügeänderung von zyklisch beanspruchten Hochleistungsbetonen unter besonderer Berücksichtigung hygrischer und thermischer Randbedingungen

 

Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion

 

Bearbeiter

  • Stefan Harenberg, M.Sc.

 

Kooperationspartner 

Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie, Institut für Werkstoffe im Bauwesen , Prof. Dr.ir. Eddie Koenders

Universität Leipzig, Institut für Mineralogie, Kristallographie und Materialwissenschaft, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank Dehn 

 

Projektbeschreibung

Moderne Hochleistungsbetone ermöglichen aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften leichte, filigrane und ressourcenschonende Bauwerke aus Beton. Bauteile wie Maschinenfundamente oder Bauwerke wie Windkraftanlagen und weitgespannte Brücken des Hochgeschwindigkeitszugverkehrs sind großen veränderlichen Beanspruchungen und sehr hohen Lastwechselzahlen ausgesetzt. Werden diese aus Hochleistungsbeton hergestellt, sind sie aufgrund des reduzierten Eigengewichts gegenüber konventionellen Stahlbetonbauwerken schwingungsanfälliger. Entsprechend beeinflusst das Ermüdungsverhalten des verwendeten Hochleistungsbetons stark die Auslegung und Realisierung solcher Betonanwendungen.

Hochleistungsbeton besitzt eine höhere Gefügedichtigkeit, eine geringere Anzahl von Gefügestörungen bei verbessertem Verbund zwischen Matrix und Gesteinskörnung sowie ein spröderes Last-Verformungsverhalten unter Beanspruchung. Dadurch ist das Ermüdungsverhalten von hochfesten Betonen nur eingeschränkt mit dem von Normalbeton vergleichbar. Untersuchungen zur Entstehung und Fortpflanzung von Ermüdungsschädigungen in Hochleistungsbetonen unter zyklischer Beanspruchung bestehen derzeit nur in geringem Umfang und sind Ziele des DFG-Schwerpunktprogramms 2020 „Zyklische Schädigungsprozesse in Hochleistungsbetonen im Experimental-Virtual-Lab“. Insbesondere fehlen Erkenntnisse hinsichtlich der Berücksichtigung hygrischer und thermischer Einflüsse. Dadurch wird das Potential von Hochleistungsbetonen im praktischen Einsatz nicht voll ausgenutzt.

Basierend auf makroskopischen, mikroskopischen und numerischen Untersuchungen des Instituts für Werkstoffe im Bauwesen der TU-Darmstadt, des Instituts für Mineralogie, Kristallographie und Materialwissenschaft der Universität Leipzig und des Fachgebiets Massivbau und Baukonstruktion der TU-Kaiserslautern, wird das heterogene Gefüge sowie die Materialdegradation von Hochleistungsbetonen unter zyklischer Zug- und Biegezugbeanspruchung untersucht. Zur Durchführung der Versuche wird an der TU-Kaiserslautern ein Prüfstand entwickelt. Dieser ermöglicht die zyklische Zug- und Biegezugbelastung der Proben bei unterschiedlicher Ober- und Unterspannung unter Berücksichtigung hygrischer und thermischer Einflüsse. Zur Erfassung des Schädigungsfortschritts während der Belastung wird als bildgebendes Verfahren die photogrammetrische Messung eingesetzt. Die Ergebnisse haben die Verbesserung des bildgebenden Verfahrens und die Bildung von Wöhlerlinien für zug- und biegezugbeanspruchten UHPC zum Ziel.

 

Finanzierung

Fördermittelgeber ist die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Zyklische Schädigungsprozesse in Hochleistungsbetonen im Experimental-Virtual-Lab“ (SPP2020)

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