Charakterisierung von Mikrorissbildung in Beton mit Dünnschliffmikroskopie

02.04.2025, Abschlussarbeiten, Bachelor- und Masterarbeiten

Bearbeitungsbeginn: ab Mai/Juni 2025

Hintergrund
Das heterogene Material Beton kann auf einer mikrostrukturellen Ebene in verschiedene Bereiche unterteilt werden. Die wesentlichen Bestandteile sind die Gesteinskörnung, die Zementsteinmatrix sowie der Porenraum. Der Übergangsbereich zwischen der Gesteinskörnung und der Zementsteinmatrix kann aufgrund seiner besonderen Eigenschaften als weiterer Bereich betrachtet werden und wird auch Interfacial Transition Zone (ITZ) genannt. Eine dieser Eigenschaften ist die besondere Anfälligkeit dieses Bereichs gegenüber der Entstehung von Mikrorissen. Risse im Maßstab weniger Mikrometer haben wesentlichen Einfluss auf die Dauerhaftigkeit von Strukturen und Gebäuden aus Beton, da diese jegliche Transportprozesse von Gasen und Flüssigkeiten innerhalb des Betons beschleunigen. Typischer Weise werden Mikrorisse unter dem Mikroskop oder anhand von Riss-karten charakterisiert. Bei höher Anforderung an die Auflösung können Durchlichtmikroskopie in Kombination mit Fluoreszenzpartikeln verwendet werden.

Aufgabenstellung
Im Rahmen der Masterarbeit sollen Mikroskopiebilder von unbewehrtem Beton analysiert werden. Hierzu sollen von vorhandenen Dünnschliffen Mikroskopieaufnahmen erstellt werden. Die Dünn-schliffe stammen von Betonprobekörpern, welche Druck-, Zug- bzw. Kriechbeanspruchung ausgesetzt wurden. Die Herstellung und Historie der Betonproben ist in dem Artikel von Diewald et al. [1] beschrieben.
Ziel der Arbeit ist die Charakterisierung der Mikroskopieaufnahmen hinsichtlich vorhandener Risse. Hierzu müssen in den Mikroskopie-Bildern Risse identifiziert und quantifiziert (Anzahl, Länge, Breite, Vorkommen) werden. Für die Auswertung der Mikroskopiebilder stehen verschiedene Tools zur Verfügung. In den Aufnahmen müssen neben Rissen auch die anderen Komponenten der Betonstruktur (Gesteinskörnung und Porosität) identifiziert werden.
Zunächst ist ein strukturierter Datensatz mit ungelabelten und gelabelten Mikroskopiebildern zu er-stellen, welcher zukünftig für das Trainieren einer KI verwendet werden kann. Zudem soll versucht werden anhand der Charakterisierung ein Schädigungsgrad zu ermitteln und Aussagen über die Rissbildung gezogen werden. Auch sollen Schlussfolgerungen in Bezug auf die Eignung des Verfahrens für die Risscharakterisierung in Beton getroffen werden und Verbesserungsvorschläge ge-macht werden.
Die Ergebnisse sollen in den Kontext einschlägiger Literatur eingeordnet werden. Hierbei soll ein Fokus auf die Rissbildung in Folge von mechanischer Belastung, kritische Risslänge/-breite für Schädigungsprozesse und aktuelle Normen zur Risscharakterisierung gelegt werden.

Referenzen
[1] Diewald F., Epple N., Kraenkel T., Gehlen C. & Niederleithinger E. (2022). Impact of External Mechanical Loads on Coda Waves in Concrete. Materials, 15(16), 5482. https://doi.org/10.3390/ma15165482

Kontakt: viktor.kostic@tum.de