Systematik zur Klassifizierung der Schadenswirkung von Frostperioden auf Beton

Trotz seiner vergleichsweise hohen Dauerhaftigkeit unterliegt auch der Werkstoff Beton einer fortschreitenden Degeneration, die je nach Art, Stärke und Dauer des korrosiven Angriffs unterschiedlich stark ausgeprägt sein kann. Zu den maßgebenden Angriffsmechanismen zählt dabei der Frost- bzw. der kombinierte Frost-Tausalz Angriff. Die Schädigung von Beton durch Frost ist unmittelbar mit der Bildung von Eis an der Oberfläche und im porösen Gefüge des Betons, insbesondere in seiner Zementsteinmatrix, verbunden.

Gegenstand des Projekts ist die Entwicklung einer geeigneten Systematik zur Klassifizierung der Schadenswirkung von Frostperioden mit unterschiedlichen Minimaltemperaturen und unterschiedlicher Dauer auf die Dauerhaftigkeit von Beton. Mittels eines Klassifizierungssystems ist es möglich,  die Ergebnisse aus der Klimaforschung (Beobachtungen sowie Modellsimulationen) hinsichtlich ihrer Schadenswirkung für Beton zu untersuchen. Die zu entwickelnde Systematik bildet dabei den Grundstein für eine Koppelung von Klimadaten mit Baustoffdegradationsmodellen und stellt somit eine starke Vernetzung von Forschungsthemen aus den KIT-Kompetenzbereichen „Materie und Materialien“ und „Erde und Umwelt“ dar.

Eine zentrale Fragestellung bei der Modellbildung bildet die Erfassung und Systematisierung von Umweltdaten (Temperatur und Feuchte). Da Ingenieurbauwerke i.d.R. für eine Nutzungsdauer von 100 Jahren und mehr bemessen werden, müssen hierbei auch zwingend die aus dem Klimawandel zu erwartenden Folgen für das Bauwerk berücksichtigt werden. Im Bereich der Klimaforschung wurden am Institut für Meteorologie und Klimaforschung in den vergangenen Jahren umfangreiche Kompetenzen auf dem Gebiet der hochaufgelösten Klimamodellierung aufgebaut. Eine Vielzahl an Simulationen mit dem regionalen Klimamodell COSMO-CLM wurde durchgeführt und bildet die Grundlage für die hier angestrebte, bauwerksspezifische Klimavorhersage. Neben Grundlagenforschung und intensiver Validierungsarbeit wird ein Ensemble möglicher Zukunftsszenarien der Klimaentwicklung erstellt. Wegen der hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung dieses Ensembles besteht die Möglichkeit regionenspezifische Aussagen zum Thema Klimawandel durchzuführen. Für viele Ergebnisse des COSMO-CLM gibt es unterschiedliche Anwendungen.

Die mit diesen Modellen mögliche Darstellung des heutigen sowie des zukünftigen Klimas lässt räumlich und zeitlich detaillierte Aussagen über die lokalen Umwelteinwirkungen, denen ein Bauwerk ausgesetzt ist, zu.

An diesem Projekt sind das Institut für Meteorologie und Klimaforschung mit dem Süddeutschen Klimabüro und das  Institut für Massivbau und Baustofftechnologie beteiligt.

Das Vorhaben wird durch KIT-Kompetenzbereich „Erde und Umwelt“ mit einem Start-Up Budget (STUB) gefördert.