Die Degradation von Beton (auch faserbewehrt) wird belastungsunabhängig als dreiphasiger Prozess einer akkumulierten zunächst diffusen Schädigungsevolution (Bildung, Wachstum und Vereinigung von Mikrorissen) beschrieben, bis es in einem abgegrenzten Bereich (Lokalisierung) zur progressiven Schädigungszunahme und zum Versagen kommt. Im Hinblick auf das zukünftige Ziel eines Virtual Lab und Virtual Material Composing sollen Degradationen durch eine geeignete Modellierung möglichst wirklichkeitsnah abgebildet werden.
Als Material wird hierzu beispielhaft ein an der Universität Augsburg entwickelter vielversprechender Carbonkurzfaser-verstärkter Hochleistungsbeton verwendet. Auf der Mikroebene soll der Werkstoff zunächst über eine Parameterstudie (u.a. Faserfüllgrad, -orientierung und Packungsdichte) für zyklische Belastungen optimiert werden, wobei die Materialparameter an Kleinsttestkörpern mittels dynamisch-mechanischer Analyse (DMA) und 3-Punkt-Biegezugversuch ermittelt werden. Das Gefüge soll dabei mit 3D-abbildenden tomographischen Methoden (Röntgennanotomographie, konfokale Ramanmikroskopie) analysiert werden.
Bei der Schadensbewertung dienen diese Methoden zudem der Abbildung von Mikrorissen, die in zyklischen Belastungstests eingetragen werden. Mechanische und bildgebende Analysemethoden liefern Grundlagen zur Quantifizierung von Simulationsparametern. Auf der Makroebene lässt sich mittlerweile mit innovativen Methoden die Schädigung sowohl zeitlich als auch lokal differenziert erfassen und charakterisieren. Hierzu soll an der Prüfkörperoberfläche eine kontinuierliche Dehnungsmessung erfolgen (Faseroptik, kamerabasierte Messtechnik) und diese mit den im Inneren durch Schallemissionsanalyse und Ultraschall erfassten Degradationsprozessen verknüpft werden.
Von dieser erstmals durchgeführten Kombination schallbasierter und oberflächiger Verfahren erwarten sich die Antragsteller großes Potential. Zur Modellierung soll ein energetisch basiertes Modell um wesentliche Parameter erweitert und auf den Hochleistungsbeton angewendet werden. Ansatzpunkte sind die räumliche Ausdehnung der Bruchprozesszone und der quantitative Verlauf der diffusen Schädigung. V.a. von der Überführung in das crack-band-model und der Bestimmung von Resttragfähigkeiten wird ein erheblicher Beitrag zu einer wirklichkeitsnahen Degradationsprognose erwartet.
Zum weiteren Verständnis soll schließlich ein gefügeorientiertes numerisches Multiskalen-Modell entwickelt werden. Wesentliche Aspekte sind dabei die Faser-Matrix-Anbindung sowie Gefügeveränderungen (insb. Mikrorisse). Dabei werden u.a. reale Gefügegeometrien aus CT-Untersuchungen in FE-Gitter umgewandelt. Die detaillierte Validierung der Modelle findet sowohl anhand der Messungen auf Makroebene als auch den mikroskopischer Untersuchungen an Kleinprüfkörpern statt. Die gewonnenen Erkenntnisse auf Makro- und Mikroebene und ihre Kombination bilden die Grundlage für eine Mehrskalenmodellierung auch für andere Werkstoffe.
Letzte Änderung: 30.04.21
