Mehrfeld-Modell für chemisch-physikalische Alterungsprozesse von Beton

Cramer, Friedhelm

Zuverlässige Prognosen des Bauwerkszustandes von Betonstrukturen erfordern eine detaillierte Abbildung der gesamten Alterungsgeschichte. Hierzu wird in der vorliegenden Arbeit ein Modell entwickelt, das eine Beschreibung der im alternden Beton ablaufenden wesentlichen chemischen und physikalischen Alterungsprozesse sowie deren Wechselwirkungen erlaubt. Auf Grundlage der Theorie poröser Medien sind die Transportprozesse der Porenfluide und deren Komponenten, die chemischen Reaktionen, das Deformationsverhalten sowie deren Interaktionen erfasst. Die Ergebnisse von Vergleichsberechnungen zeigen, dass die Alterungsgeschichte einen wesentlichen Einfluss auf den Verlauf nachfolgender Alterungsprozesse ausübt. Veränderungen der Beschaffenheit der Porenstruktur und der Porenfluidkonzentrationen sowie die Entwicklung der Schädigung infolge vorausgegangener Alterungsprozesse beeinflussen hierbei signifikant die Transporteigenschaften und die mechanischen Eigenschaften des Materials. Das entwickelte Prognosemodell ermöglicht damit eine realitätsnahe Beschreibung der Alterung von Beton. Zudem kann eine Zustandsbewertung von Betonstrukturen hinsichtlich der Tragfähigkeit und der Korrosionsgefahr zu jedem Zeitpunkt während der gesamten Lebensdauer erfolgen.

An accurate prediction of aging of concrete structures requires a detailed description of the whole aging history. Therefore, the present thesis introduces a model, which allows a detailed analysis of the most important chemical and physical aging processes as well as their flexible coupling. The model is based on the theory of porous media and describes the transport processes of the pore fluids and their components, the chemical reactions, the deformation behavior as well as the interactions between them. Applications of the model to aging analysis of concrete structures demonstrate that the aging of the concrete leads to changes of the pore structure and the concentration of the pore fluids as well as the development of the mechanical damage. Therefore, the aging history of the material significantly affects its transport properties and mechanical behavior and hence subsequent aging processes. Thus, the presented model allows a more detailed and realistic description of the aging of concrete structures and can be used to assess the bearing capacity and the risk of corrosion.

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Cramer, Friedhelm: Mehrfeld-Modell für chemisch-physikalische Alterungsprozesse von Beton. 2016.

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