Numerical simulation of degradation in concrete at high temperatures

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Unglücksfälle in Tunnelbauten sind bei Brandentwicklung oftmals mit erheblichen Personen- sowie hohen Sach- und Folgeschäden verbunden. Die Tunnelbrände vergangener Jahre im In- und Ausland verdeutlichen das Gefahrenpotential und die Notwendigkeit einer Risikobewertung verschiedener Brandszenarien. Theoretischnumerische Prognosemodelle zur Untersuchung und Optimierung des Brandwiderstandes von Betontunnelauskleidungen sind dabei von großem Nutzen. Ein typisches Schadensbild von Betonbauteilen unter Temperatureinwirkung sind großflächige Abplatzungen, die sich mit zunehmender Branddauer weit in den Betonquerschnitt fortpflanzen können. Die Schädigungsentwicklung wird dabei wesentlich von der Aufheizgeschwindigkeit, der Betonfeuchtigkeit und der Porenstruktur beeinflußt. Neben temperaturbedingten Spannungszuständen im Festkörper trägt der entstehende Porenüberdruck bei spontaner Wasserdampfbildung maßgeblich zum Abplatzverhalten bei. Zusätzlich verändern chemische Reaktionen in den Betonzuschlägen und die Dehydratation der Zementmatrix unter hohen Temperaturen den Materialzustand und die Festigkeitseigenschaften. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Gesamtmodells für Betonschädigungsprozesse unter hohen Temperaturen sowie dessen Anwendung auf reale Bauteile. Es ist geplant, die für numerische Untersuchungen der Schädigung von Beton erforderlichen Modellgleichungen für die Dehydratations- und Entfestigungsentwicklung sowie für Phasenumwandlungen aufzubereiten. Die Werkstoffgleichungen sind mit den Energie- und Massenerhaltungsgleichungen zu koppeln und gemeinsam zu lösen. Das Gesamtmodell wird an ausgewählten Bauteilen verifiziert.