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Freitag, 07. August 2020
Ausgabe 6927 | Nr. 220 | 19. Jahrgang
D.I.E. Baustatik Software - Einfach | Anders | Besser
Autor: Fabian Hesse
Herausgeber: bauingenieur24 Informationsdienst email-weiterempfehlendruckansicht

Hochleistungsrechner simulieren Langzeitverhalten von Beton

# 29.04.2020

Internationales Forschungsprojekt soll Erhalt historischer Betonbauwerke sichern. Langzeitverhalten wird in mehreren Modellen untersucht. TU Darmstadt mit Wissenschaftlern und Technik beteiligt

Jahrhunderthalle aus Beton dient als Forschungsobjekt

Die Jahrhunderthalle in Breslau (Aufnahme von 1930) zählt zum UNESCO-Weltkulturerbe. Foto: Bundesarchiv Die Jahrhunderthalle in Breslau (Aufnahme von 1930) zählt zum UNESCO-Weltkulturerbe. Foto: Bundesarchiv

Die Jahrhunderthalle in Breslau zählt seit 2006 zum Weltkulturerbe. Von der UNESCO als "Pionierleistung des Stahlbetonbaus" gewürdigt, steht das von 1911 bis 1913 errichtete Bauwerk beispielhaft für eine ganze Reihe bedeutsamer und damit erhaltenswerter Baudenkmäler aus Beton.

Zu eben diesem Erhalt trägt die Jahrhunderthalle selbst als Forschungsobjekt bei. Im Rahmen des EU-weiten Projekts InnovaConcrete werden insgesamt acht typische Beton-Bauwerke aus dem 20. Jahrhundert modellhaft auf Schädigungen und deren mögliche Sanierung untersucht.

Internationales Forscherteam simuliert Langzeitverhalten von Beton

An dem Projekt, das mit Mitteln des EU-Programms "Horizon 2020" gefördert wird, ist ein Forschungsteam der Technischen Universität Darmstadt beteiligt. Gemeinsam mit 28 anderen Projektpartnern aus elf Ländern simulieren die Wissenschaftler, wie sich der Werkstoff Beton unter verschiedenen Einflüssen verhält.

Um Aussagen zum Langzeitverhalten von Beton treffen zu können, wird zunächst das Werkstoffverhalten von "frischem" Beton nachvollzogen. Darauf aufbauend folgt eine Simulation der Veränderung bzw. des "Alterns" von Beton im Lauf der Zeit und der damit verbundenen typischen Schädigungen. So soll der Zustand historischer Beton-Bauwerke möglichst authentisch wiedergegeben werden.

Multiskalenmodelle: Mehrere Größenbereiche parallel simulierbar

Die Werkstoffforschung setzt bereits seit längerem nicht mehr nur auf experimentelle Laborversuche, sondern vermehrt auch auf theoretische Ansätze mit Hilfe von Simulationen am Computer. Beim multinationalen und interdisziplinären Forschungsprojekt InnovaConcrete kommen sogenannte Multiskalenmodelle zum Einsatz, welche mehrere Teilmodelle, die das Werkstoffverhalten in unterschiedlichen Größenbereichen simulieren, miteinander koppeln.

Auf diese Weise lassen sich sowohl mechanische Einflüsse (im Zentimeterbereich) als auch physikalische (auf Mikrometer-Ebene) und chemische Prozesse (im Nanometerbereich), die jeweils unterschiedlich simuliert werden müssen, gemeinsam darstellen. Zusätzlich soll sich im Modell auch darstellen lassen, ob und wie neuartige Betonsanierungsprodukte und -methoden auf Werkstoffebene funktionieren.

Wissenschaftler: Betonwerkstoff verändert sich kontinuierlich

"Beton ist kein unveränderlicher Werkstoff, der immer gleichbleibt, sondern es laufen langsam aber kontinuierlich Reaktionen ab", erklärt Eddie Koenders, Leiter des Instituts für Werkstoffe im Bauwesen (WiB) der TU Darmstadt.

"Kohlendioxid, Salze, aber auch Regenwasser und andere Umwelteinflüsse von außen sowie chemische und physikalische Prozesse im Inneren führen dazu, dass Beton seine ursprüngliche Zusammensetzung verändert und mit der Zeit an Festigkeit verliert", so Koenders weiter.

Professoren und Studierende an interdisziplinärer Forschung beteiligt

Die klassischen Grenzen der Werkstoffkunde habe das Forschungsteam längst hinter sich gelassen: "Um das Werkstoffverhalten von Beton am Computer zu simulieren, ist Wissen aus den Bereichen der Materialwissenschaft, der Chemie, der Physik, der Mathematik und der Informatik vonnöten. Studierende sind ebenso am Forschungsprojekt beteiligt wie Promovierende und Post-Docs."

Lichtenberg-Hochleistungsrechner für komplexe Simulation im Einsatz

Mit dem EU-Forschungsprojekt soll der Erhalt von Betonbauwerken grundsätzlich erst ermöglicht werden. Das Vorhaben mache laut Koenders eine interdisziplinäre Zusammenarbeit von Teams aus Wissenschaft und Industrie erforderlich.

Die Simulation von Werkstoffverhalten mit seiner Vielzahl von Einflüssen ist mathematisch komplex und erfordert viel Rechenkapazität. An der TU Darmstadt wird dazu der dort installierte Lichtenberg-Hochleistungsrechner verwendet.

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