Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Stahlbeton; Dauerhaftigkeit; lokale Korrosion; Tragverhalten; probabilistische Lebensdauerbemessung
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Reinforced Concrete; Durability; Localised Corrosion; Load-deformation Behaviour; Probabilistic Life Cycle Calculation
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Wir stehen heute dem Problem gegenüber, dass wir sowohl für die Dimensionierung bei Neubauten als auch bei der Zustandsbeurteilung von Bestandsbauwerken wichtige Entscheidungen treffen müssen, ohne über lückenlos stringente Ingenieurmodelle und Konzepte betr. der Schädigungsmechanismen zu verfügen. Bei Neubauten begegnet man diesem Problem durch Überbemessung (z.B. grosse Überdeckungen), bei Bestandsbauwerken durch die Instandsetzung potentiell korrodierender Bereiche, ohne zu überprüfen ob, und in welchem Zeitraum, die Korrosion bei einem Verzicht auf Massnahmen tatsächlich zum Erreichen eines Grenzzustands führen würde. Dieses tendenziell konservative Vorgehen ist ökonomisch und ökologisch wenig nachhaltig.
In diesem Projekt werden wir die Schädigungsprozesse auf der materialtechnologischen Seite (Chlorideintrag, Korrosionsfortschritt) mit dem Tragverhalten (Verlust von Steifigkeit, Rissöffnungen, etc.) verknüpfen. Konkret soll ein Modell entwickelt und implementiert werden, das die wechselseitige Beeinflussung von Korrosion einerseits und Trag- und Verformungsverhalten von chloridexponierten Stahlbetonbauwerken andererseits berücksichtigt. Kernstück des Lösungsansatzes ist ein kombiniertes Modell, das iterativ die physikalisch-elektrochemischen Prozesse (Chlorideintrag durch den Überdeckungsbeton, Korrosionsinitiierung, Korrosionsfortschritt) und die mechanischen Prozesse (Last-Verformungsverhalten bei örtlicher und zeitlicher variabler lokaler Korrosion) berücksichtigt. Dabei soll das in einer ETH-Masterarbeit (2019) erfolgreich eingesetzte Vorgehen als Basis für die weitere Forschung dienen und verfeinert bzw. auf andere statische Systeme erweitert werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Today, we are challenged to take important decisions for the design of new constructions as well as for the condition assessment of existing structures, without having sound engineering models and concepts regarding the deterioration mechanisms. For new structures this issue is generally addressed by "over-dimensioning" (e.g. large reinforcement cover), for existing structures by repairing potentially corrosive areas without checking whether, and when, corrosion would actually lead to a limit state if no measures were taken. This generally conservative approach is economically and ecologically unsustainable.
This project will link the processes related to material degradation (chloride ingress, corrosion progress) on the one hand, with the load-bearing behaviour (loss of stiffness, crack openings, etc.) on the other hand. Speficially, a model iwill be developed and implemented that takes into account the mutual influence of corrosion and the load-deformation behaviour of reinforced concrete structures exposed to chlorides. The main deliverable will be a combined model, which iteratively takes into account the physical-electrochemical processes (chloride ingress through concrete cover, corrosion initiation, corrosion progress) and the mechanical processes (load-deformation behaviour under locally and temporally variable corrosion). The procedure that was successfully used in an ETH master’s thesis (2019) will serve as a basis for further research and will be refined and extended for other static systems.
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Projektziele
(Deutsch)
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In diesem Forschungsprojekt sollen quantitative Modelle entwickelt werden, die es erlauben, die zeitabhängige Zustandsentwicklung von Stahlbetonbauwerken bei Chloridexposition zu berechnen. Da diese Zustandsentwicklung das Ergebnis der inhärent gekoppelten Prozesse Korrosion (Querschnittsverlust der Bewehrung) und Tragverhalten (z.B. Rissöffnung) ist, werden die beiden traditionell getrennten Fachgebiete „Korrosion / Werkstoffverhalten“ und „Statik / Tragverhalten“ hier erstmals zusammengeführt. Damit können die Schwächen in der aktuellen Praxis, die primär auf vage Konzepte zum Grenzzustand und den Mangel an entsprechenden quantitativen Modellen zurückgeführt werden können, beseitigt werden. Basierend auf den Ergebnissen können bestehende Bauwerke zuverlässiger beurteilt und bedarfsgerecht instandgesetzt werden, womit ein grosses Einsparpotential verbunden ist.
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Projektziele
(Englisch)
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This research project aims at developing quantitative models that allow to calculate the time dependent condition development of reinforced concrete structures exposed to chlorides. Since this condition development results from the inherently coupled processes of corrosion (cross-sectional loss of reinforcement) and load-bearing behaviour (e.g. crack opening), these two traditionally separated fields of expertise, i.e. “corrosion / material behaviour” and “statics / load-bearing behaviour”, are here combined for the first time. In this way, the limitations of current practice, which can be attributed primarily to vague concepts of the limit state and the lack of corresponding quantitative models, can be overcome. Based on the results, existing structures can be assessed more reliably and maintenance work can planned on a better basis, which offers a substantial potential for cost savings.
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