Modellierung des Schadensfortschritts bei Bewehrungskorrosion und Entwicklung von Dauerhaftigkeitsbernessungsmodellen für Stahlbetonbauteile
Final Report Abstract
In diesem Teilprojekt der DFG-Forschergruppe wurde gezeigt, wie aus dem komplexen Schädigungsmodell für die Bewehrungskorrosion ein voll probabilistisches Ingenieurmodell entwickelt wurde: • Zunächst wurden die Systemparameter des Schädigungsmodells, die in Projekt A der DFG-Forschergruppe gemessen und verifiziert wurden, quantifiziert. • Danach zeigten die Untersuchungen von Korrelationen die Abhängigkeit des Kathoden-/ Anodenflächenverhältnisses von der Geometriekonstante. Weitere zunächst vermutete Korrelationen konnten auf Basis der durchgeführten Untersuchungen ausgeschlossen werden. • Auf Grundlage der Quantifizierung und der Korrelationsuntersuchungen war es mittels umfangreicher Parameterstudien möglich, die Dominanz und die Sensitivität der Systemparameter im Schädigungsmodell zu analysieren. Hierbei stellten sich der spezifische Elektrolytwiderstand von Beton und die Ruhepotentiale von Anode und Kathode als dominant heraus. Die Sensitivität des Schädigungsmodells wurde neben dem spezifischen Elektrolytwiderstand von Beton ebenfalls von den Systemparametern Eigenkorrosion, Anodenfläche und Geometriekonstante bestimmt. • Über eine gezielte Analyse der Kontrollanteile im Makrokorrosionselement war es möglich, die geringe Bedeutung des Polarisationswiderstands der Anode hierfür zu quantifizieren. Auf Grundlage dieser Ergebnisse konnte die Wechselbeziehung zwischen dem Elektrolytwiderstand und dem Polarisationswiderstand der Kathode ausgenutzt werden, um das Schädigungsmodell in ein anwendungsfreundliches Ingenieurmodell zu transformieren. Die für eine Bemessung benötigten Eingangsparameter des Ingenieurmodells wurden auf der Grundlage der Arbeiten von Projekt A der DFG-Forschergruppe quantifiziert und als Datenbank aufbereitet. Hierbei waren zum einen Eingangsparameter, die aufgrund ihrer geringen Streuungen als Konstanten in die Modellierung eingehen, und zum anderen stochastische Parameter, die mit den relevanten statistischen Informationen (Verteilungstyp und –parameter) angegeben wurden. Da Eingangsparameter wie der spezifische Elektrolytwiderstand von Beton, die Anodenfläche oder der Eigenkorrosionsfaktor von unterschiedlichen Einflüssen abhängen, wurden Faktoransätze verwendet, welche eine Kombination dieser Einflüsse erlauben. Die für die Modellierung dieser Einflusskombinationen benötigten Eingangswerte wurden ebenfalls quantifiziert und aufbereitet. Eine Beispielrechnung an einer einfachen Bauteilsituation stellte das Vorgehen bei der Modellierung der Bewehrungskorrosion dar. Da sich das vereinfachte Ingenieurmodell wesentlich vom ursprünglichen Schädigungsmodell unterscheidet, war eine erneute Analyse hinsichtlich Dominanz und Sensitivität der Eingangsparameter erforderlich, um die maßgebenden Eingangsparameter zu identifizieren. Hierfür konnten die Ergebnisse der Beispielrechnung verwendet werden. Im Ingenieurmodell stellten sich die Eingangsparameter der Anodenfläche und des spezifischen Elektrolytwiderstands als dominant heraus. Letztere waren für die Zuverlässigkeit der Modellaussage der untersuchten Bauteilsituation weniger bedeutend. Hierbei stach der Flächenfaktor als maßgebender Eingangsparameter hervor. Das Ingenieurmodell in Projekt D der DFG-Forschergruppe erlaubt eine voll probabilistische Modellierung des Abtrags infolge Bewehrungskorrosion und ermöglicht somit in Kombination mit den anerkannten Modellen für die Einleitungsphase erstmals eine vollständige Bemessung der Dauerhaftigkeit von neuen Stahlbetonbauteilen im Hinblick auf eine chloridinduzierte Bewehrungskorrosion. Unter Verwendung von Bauwerksdaten ist es des Weiteren möglich, die Restlebensdauer von Bestandsbauwerken voll probabilistisch abzuschätzen (vgl. hierzu den nachfolgendenden Beitrag des Teilprojekts A4). Die im Rahmen des Projekts aufgebaute Datenbank ermöglicht eine erste Bemessung von zahlreichen Bauteilsituationen und Betonen. Weiterführende Untersuchungen unterschiedlicher Bauteilgeometrien und Materialkonstellationen können den hier dargestellten Kenntnisstand erweitern. Einige der Fragen, die im Rahmen dieser Arbeit aufgeworfen wurden, wurden im Rahmen weiterer Betrachtungen und Untersuchungen genauer analysiert.
