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Projektbeschreibung
Das Projekt verfolgt zwei Ziele: Zum einen die Untersuchung der Gefügeschädigung durch Ermüdung in zementären Hochleistungswerkstoffen mittels hochauflösender analytischer Elektronenmikroskopie; zum zweiten die mehrskalige Modellierung der Ermüdung von Hochleistungsbetonen mittels Bonded Particle Model (BPM). Das Projekt konzentriert sich auf UHPC. In der ersten Förderperiode wurden Druckschwellversuche an selbst hergestellten Proben des Referenz-UHPC des SPPs und dessen Bindemittels sowie Scherversuche an Verbundproben aus Bindemittel und Quarziten (als Ersatzgestein für den Quarzsand in UHPC) durchgeführt. An UHPC- und Bindemittelproben mit unterschiedlichem Ermüdungszustand wurden anschließend Gefügeuntersuchungen durchgeführt. Mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) konnten erstmals charakteristische Veränderungen auf der Nanoebene durch den Ermüdungsprozess festgestellt werden, während der UHPC auf der Mikroebene keine charakteristischen Veränderungen zeigt. Für die verschiedenen Brücken im BPM wurden rheologische Modelle entwickelt, die sowohl das Verformungs- als auch das Bruchverhalten gut wiedergeben. Deren Parameter wurden anhand statischer Versuche am Bindemittel, der Gesteinskörnung und den Verbundproben sowie anhand der Ergebnisse der mikroskopischen Untersuchungen kalibriert und mit experimentellen Daten des UHPC validiert.
In der zweiten Förderperiode ist geplant, die Gefügeveränderungen mittels TEM tiefergehend zu analysieren und die Schädigungszustände zu quantifizieren oder zumindest zu kategorisieren. Dabei soll insbesondere auch TEM-Tomographie eingesetzt werden, wohingegen sich die FIB-Tomographie für das vorliegende System nicht bewährt hat. Auch in-situ-Zugversuche im TEM sind vorgesehen. Das Projekt wird in der 2. Förderperiode auch faserbewehrten UHPC sowie UHPC mit gröberer Gesteinskörnung einbeziehen. Der Verbund beider Komponenten soll wiederum mit TEM analysiert werden.
Bei der Modellierung steht in der 2. Förderperiode die Simulation der kompletten Ermüdungskurve sowie Fragen der Homogenisierung im Vordergrund. Zu diesem Zweck liegt ein wesentlicher Fokus auf der Zyklenextrapolation des mechanischen Verhaltens und der daraus resultierenden Regenerierung des strukturellen Modells. In diesem Zuge müssen ferner rheologische Modelle weiterentwickelt und getestet werden.
Das Projekt ist intensiv mit anderen Projekten des SPP verknüpft. Es nutzt deren experimentelle Daten und stellt dem SPP die entwickelten Methoden, Erkenntnisse/Ergebnisse sowie das Simulationssystem zur Verfügung. Das Projekt wird sich außerdem an den geplanten Benchmarks 4 und 5 beteiligen.
