Urs Buegger, M.Sc.
Pockelsstraße 3
38106 Braunschweig
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Forschungsvorhaben:
Experimentelle Evaluation von Selbstheilungsverhalten und Rissmanagement von engineered cementitious composites (ECCs)
Die Lebensdauer von Stahlbetontragwerken wird maßgeblich von Umwelteinflüssen und der Fähigkeit, diesen zu widerstehen beeinflusst. Im ungerissenen Zustand bietet Beton für den Bewehrungsstahl einen guten Schutz gegen das Eindringen von aggressiven Substanzen wie z.B. Chloriden. Risse sind im Stahlbetonbau jedoch unvermeidbar und ermöglichen es Chloriden direkt zum Bewehrungsstahl vorzudringen. Die hierdurch hervorgerufene Korrosion hängt maßgeblich von Faktoren wie der Rissbreite und Betondeckung ab. In der Normung gibt es folglich Vorschriften und Mindestanforderungen bezüglich dieser Parameter, welche die Dauerhaftigkeit des Bauwerks sicherstellen sollen. Trotz dieser Maßnahmen ist Korrosion weiterhin eine der Hauptursachen für alterungsbedingte Schäden und damit einer reduzierten Lebensdauer von Bauwerken. Die kontinuierlich fortschreitende Weiterentwicklung von Betonen erfordert jedoch eine Abkehr von einer preskriptiven Normung hin zu einer Berücksichtigung vielfältiger Einflussfaktoren auf die Dauerhaftigkeit wie z.B. Rissmorphologie, Rissabstand und der Fähigkeit zur Selbstheilung.
Der Fokus dieses Forschungsvorhabens liegt auf Engineered Cementitious Composites (ECCs) mit PVA-Fasern. ECCs enthalten keine grobe Gesteinskörnung, haben ein stark erhöhtes Binder/Wasser-Verhältnis und enthalten größere Mengen an Polymer-Fasern (ca. 2 Vol-%). Diese Eigenschaften führen zu einer sehr großen aufnehmbaren Gesamtdehnung und einer Zugverfestigung unter Last. Die Fasern führen weiterhin dazu, dass sich ein Rissbild mit vielen sehr kleinen Rissen anstelle von wenigen großen Rissen ausbildet. Zusätzlich besitzen ECCs aufgrund der großen Menge an unhydratisiertem Bindemittel die Fähigkeit, Risse nach ihrer Entstehung zu heilen. Dabei reagiert das unhydratisierte Bindemittel im Riss mit dem eindringendem Wasser und bildet unter anderem neue Hydratphasen, die den Riss verschließen.
Ziel dieses Projekts ist es zu zeigen, dass unter Einsatz von ECCs die Lebensdauer von Bauwerken signifikant erhöht werden kann. ECCs besitzen nicht nur ein sehr dichtes Gefüge im ungerissenen Zustand, sondern gewährleisten durch die Fähigkeit zur Rissheilung auch nach dem Auftreten von Rissen einen hohen Widerstand gegen das Eindringen von korrosiven Substanzen. Durch diese Eigenschaften eignen sich ECCs besonders gut für einen Einsatz in Bauwerken in stark korrosiven Umgebungen sowie zur Sanierung von schadhaften Bauwerken. Bei Neubauten kann bei gleicher Anforderung an die Dauerhaftigkeit die Betondeckung deutlich reduziert werden und damit schlanker gebaut werden. Bei Instandsetzungen kann bereits mit dünnen Schichten ein sehr guter Schutz gegen das Eindringen aggressiver Medien wiederhergestellt werden, ohne dabei die Bestandsstruktur mit großen Mengen an Eigengewicht zu belasten.
Der Fokus dieses Forschungsprojektes liegt auf der Evaluation der Selbstheilung mittels µCT um das Riss- und Selbstheilungsverhalten unter verschiedenen Lasteinwirkungen und Umgebungsbedingungen zu beschreiben. Ziel ist es, die Fähigkeit von PVA-faserverstärkten ECCs hinsichtlich ihrer Fähigkeit, die Dauerhaftigkeitseigenschaften nach der Rissbildung durch Selbstheilung wiederherzustellen, umfassend zu beschreiben.