Der Beton lebt … und altert von der ersten Minute an

Risse in der Oberfläche, Schäden am Skelett: Beton altert ganz ähnlich wie wir, auch wenn es auf den ersten Blick anders erscheint. Feuchtigkeit, Temperatur und mechanische Belastungen setzen ihm zu, und das schon ab dem ersten Moment, wenn er beginnt auszuhärten.

Bochumer Forscher haben ein Simulationsmodell entwickelt, das alle Belastungsarten des Werkstoffs und ihre vielfältigen Wechselwirkungen berücksichtigt. So können sie die Alterungserscheinungen und die Lebensdauer eines Betonbauwerks vorhersagen. Darüber berichten sie in der aktuellen Sonderausgabe von RUBIN, dem Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität Bochum.

Zuerst beginnt das Schwinden

Als erstes beginnt das Schwinden: Wenn der flüssige Beton allmählich trocknet, schrumpft sein Volumen und er wird rissig. Dieser Vorgang kann Jahre lang dauern. Das Ausmaß der Rissbildung ist abhängig von verschiedenen Faktoren wie zum Beispiel der Zusammensetzung des Betons und von äußeren Einflüssen. Für die Beschreibung dieser Zusammenhänge haben die Forscher ein 3D-Materialmodell entwickelt, das Temperatur, Luftfeuchtigkeit und mechanische Einflüsse sowie deren Wechselwirkungen einbezieht. Richtig komplex wird es aber dann, wenn sich zu solchen Schädigungen weitere gesellen, die zum Beispiel durch mechanische Belastung entstehen. Das im SFB entwickelte Modell berücksichtigt erstmals das komplizierte Wechselspiel der verschiedenen „Angriffe“ auf Betonbauwerke.

Typische „Angriffe“ auf den Beton

Ein typischer Angriff ist zum Beispiel die Alkali-Kieselsäure-Reaktion, bei der die alkalische Porenflüssigkeit des porösen Baustoffs mit kieselsäurehaltigen Bestandteilen der Zuschlagsstoffe reagiert. Dabei entsteht an der Oberfläche der Zuschlagspartikel ein Gel, das Wasser aufsaugt und quillt – es baut sich ein innerer Druck auf, der die Struktur schädigt. Zusätzlich lösen sich bestimmte Bestandteile des Betons beim Kontakt mit weichem Wasser oder sauren Lösungen im Laufe der Zeit heraus: Kalzium wird regelrecht ausgewaschen. Die Simulationsmodelle erlauben es, diese Angriffe auch in ihrem Wechselspiel wie im Zeitraffer ablaufen zu lassen und so Betonbauteile in verschiedenen Stadien ihrer Lebensdauer „auf den Zahn zu fühlen“.

Weitere Themen im SFB-RUBIN

Weitere Themen in RUBIN: „Garantiert sicher – planen, bauen, überwachen“, Interview mit Prof. Dr. Friedhelm Stangenberg (Sprecher des SBF 398); „Die an den Fundamenten rütteln: Langzeitverformungen bei Offshore-Windenergieanlagen“ (Institut für Bodenmechanik und Felsmechanik, TU Karlsruhe); „Straßen im Stress: Wie Betonbauwerke auf dynamische Belastung reagieren“ (Lehrstuhl für Baustofftechnik); „Eigendynamik unerwünscht: Wie Druckwellen von Hochgeschwindigkeitszügen wirken“ (Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen, Ingenieurbüro Niemann&Partner, Bochum); „Müde Metalle: Lebensdaueranalysen zyklisch beanspruchter Stahltragwerke“ (Lehrstuhl für Statik und Dynamik), „Mit Zufällen rechnen: Stochastische Strukturoptimierung bei der Lebensdauerprognose“; SFB 398: Projekt-Überblick;

RUBIN „SFB 398“ ist erhältlich am Lehrstuhl für Entwurf und Konstruktion – Massivbau der Ruhr-Universität, Sekretariat: Tel. 0234/32-25980, E-Mail: gisela.wegener@ruhr-uni-bochum.de

Weitere Informationen

Prof. Dr. Detlef Kuhl, Institut für Baustatik und Baudynamik (IBSD), Universität Kassel, Tel. 0561/804-1815, E-Mail: kuhl@uni-kassel.de

Redaktion: Meike Drießen