Beton lebt - und altert ab der ersten Minute

(4.5.2009; Vorab-Hinweis vom 29.10.2020: Die RUBIN-Ausgabe mit näheren Informartionen ist nicht mehr online!) Risse in der Oberfläche, Schäden am Skelett - Beton altert ganz ähnlich wie Menschen: Feuchtigkeit, Temperatur und mechanische Belastungen setzen ihm zu, und das schon ab der Aushärtung. Bochumer Forscher haben vor diesem Hintergrund ein Simulationsmodell entwickelt, das die Belastungsarten des Werkstoffs und ihre Wechselwirkungen berücksichtigt. So wollen sie die Alterungserscheinungen und die Lebensdauer eines Betonbauwerks vorhersagen können - so ein Beitrag in einer RUBIN-Sonderausgabe, dem Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Uni­ver­si­tät Bochum.

Es beginnt mit dem Schwinden

Als erstes beginnt das Schwinden: Wenn der flüssige Beton allmählich trocknet, schrumpft sein Volumen und er wird rissig. Dieser Vorgang kann über Jahre gehen. Das Ausmaß der Rissbildung ist abhängig von diversen Faktoren - wie zum Beispiel von den Zuschlägen des Betons, dem Wasser-Zement-Wert und/oder von äußeren Einflüssen. Zur Beschreibung dieser Zusammenhänge haben die Forscher ein dreidimensionales Materialmodell entwickelt, das u.a. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und mechanische Einflüsse sowie deren Wechselwirkungen berücksichtigt. Richtig komplex wird es aber erst, wenn sich zu ersten Schädigungen weitere gesellen, die zum Beispiel durch mechanische Belastung entstehen. Das Modell soll aber auch das komplizierte Wechselspiel der verschiedenen „Angriffe“ auf Betonbauwerke abbilden können.

Typische „Angriffe“ auf den Beton

Ein typischer „Angriff“ ist die Alkali-Kieselsäure-Reaktion, bei der die alkalische Porenflüssigkeit des porösen Baustoffs mit kieselsäurehaltigen Bestandteilen der Zuschlagsstoffe reagiert. Dabei entsteht an der Oberfläche der Zuschlagspartikel ein Gel, das Wasser aufsaugt und quillt - so baut sich ein bachtlicher innerer Druck auf, der die Struktur schädigt. Zusätzlich lösen sich bestimmte Bestandteile des Betons beim Kontakt mit weichem Wasser oder sauren Lösungen im Laufe der Zeit heraus: Kalzium wird regelrecht ausgewaschen. Die Simulationsmodelle erlauben es, diese Angriffe auch in ihrem Wechselspiel wie im Zeitraffer ablaufen zu lassen und so Betonbauteile in verschiedenen Stadien ihrer Lebensdauer auf den Zahn zu fühlen.