Zementartige Materialien

Zement und verwandte Materialien sind in unserer heutigen Gesellschaft von enormer Bedeutung. In Anbetracht ihrer Verwendung zum Bau von Brücken, Flughäfen, Wohngebäuden und zahllosen anderen Schlüsselkomponenten moderner Infrastruktur ist ihre Stabilität und Zuverlässigkeit besonders wichtig.

Es ist allerdings bekannt, dass die Auswaschung von Ionen einen destabilisiernden Einfluss auf diese Materialien hat, ein Vorgang, der durch Abgase und sauren Regen – alltägliche Realität in modernen Großstädten – beschleunigt wird.

Vor diesem Hintergrund überrascht es, dass die Forschung viele Fragen zu Zement und zementartigen Gelen noch nicht beantworten konnte.

Zum einen liegen über die Nanostruktur, die Basis-Bausteine von zementartigen Gels, nach wie vor keine gesicherten Kenntnisse vor. Darüber hinaus existieren bislang keine gesicherten Modelle über die Progression von Auswaschungen aus der Zementmatrix.

Das SCAI-Geschäftsfeld Virtual Material Design stellt Werkzeuge zur Verfügung, welche derartige Probleme lösen.

Die Auswaschung von Ionen aus der Zementmatrix ist ein gekoppelter Reaktions-Transport-Prozess vieler verschiedener Ionen-Spezies. Die mathematische Modellierung des Transports durch die Poisson-Nernst-Planck Gleichung ist allgemein bekannt, aber numerische Software, die in physikalischen Geometrien die gekoppelten Gleichungen beliebig vieler verschiedener Ionenspezies zeitabhängig lösen können, fehlen bisher.

Die NPNP Software nutzt moderne Iterationsverfahren, um mit impliziten Diskretisierungen diese Lücke zu schließen und erlaubt eine Prognose der Empfindlichkeit von zementartigen Materialien gegenüber Ionenauswaschungen.