Entwicklung eines FEM - Diffusionsmodells für Chloridtransport in Beton

Abstract

Die Chloriddiffusion in Beton erfährt Einflüsse, welche in ihrer Gänze eine hohe Komplexität beinhalten. Analytische Lösungsansätze des 2. Fick’schen Diffusionsgesetzes können das Chlorideindringen in Beton über Vereinfachungen des Sachverhaltes modellieren; sie zeigen jedoch Grenzen auf, nicht-lineare Einflüsse hinreichend genau darzustellen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Diffusionsmodell auf Grundlage der Finite-Element-Methode (FEM) entwickelt, um die Einflüsse der Porosität, Tortuosität, Chloridbindung, des Porenverschlusseffektes und der Kontaktzone zwischen Zementstein und Gesteinskorn numerisch in Abhängigkeit der Struktur von Beton zu berücksichtigen. Die Grundtauglichkeit des Modells konnte durch eine Validierung mit empirisch ermittelten Daten belegt werden.

The chloride diffusion in concrete is impacted, directly and indirectly, by a number of factors resulting in a complex system of interdependences and reactions. Describing these processes by using an analytical approach based on Fick’s 2nd law of diffusion requires simplifications causing a limited representation of non-linear circumstances like i.e. chloride binding. In order to include the impacts of porosity, tortuosity, chloride binding, pore blocking effect and the interfacial transition zone (ITZ) in a numerical way by considering the structure of concrete a diffusion model has been developed based on the finite element method. A basic suitability of this model has been proved by a validation using empirical data.