Dynamische Effekte in porösen Baustoffen

01.02.2019 - 31.01.2021

Förderungsgeber: Österreichischer Wissenschaftsfonds (FWF), Erwin-Schrödinger-Stipendium

Projektleiter: Michele Bianchi Janetti

Gastinstitut: KU Leuven (BE), Building Physics and Sustainable Design Section

Zusammenfassung:

Die Baufeuchte kann direkt auf die Haltbarkeit und Nachhaltigkeit der Bauwerke auswirken sowie indirekt auf die Gesundheit und den Komfort der Bewohner. Das genaue Verständnis und die zuverlässige Bewertung des Feuchtetransportes in Baumaterialien sind daher sehr wichtig um schadensfreie Gebäude zu planen und Materialien dahingehend zu optimieren.

Die Verwendung numerischer Modelle zur Vorhersage des Feuchterisikos kann heute als Stand der Technik bezeichnet werden, nichtsdestotrotz, die grundlegende Kinetik der Speicherung und des Transports von Feuchte in porösen Baumaterialien wird i.d.R. nur annäherungsweise berücksichtigt. Verfügbare Modelle, die auf der Kontinuumstheorie basieren, nehmen den Feuchtetransport in porösen Materialien als einen rein diffusiven Prozess an, wobei angenommen wird, dass das Feuchtetransportpotential (Kapillardruck) unabhängig der Prozessgeschwindigkeit (Trocknungs- bzw. Befeuchtungsgeschwindigkeit) ist. Mehrere experimentelle Ergebnisse zeigen jedoch, dass diese Annahme in einigen Fällen ungenau ist. Es wurde festgestellt, dass die Prozessgeschwindigkeit den Kapillardruck maßgeblich beeinflussen kann. Dieses Phänomen wird in der Literatur als "dynamischer Effekt" bezeichnet.

Aufbauend auf der an der Abteilung Bauphysik der KU Leuven (das Gastinstitut für dieses Projekt) ermittelten Ergebnissen, werden hier dynamische Effekte mittels einer Modellierung auf der Porenskala untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass dynamische Effekte sowohl auf den Saug- als auch auf den Trocknungsprozess beträchtlichen Einfluss haben können, und ermöglichen die Ursachen dieses Phänomens besser zu erkennen und zu bewerten. Schließlich werden analytische Modelle vorgeschlagen, welche das Ausmaß dynamischer Effekten als Funktion der Prozessgeschwindigkeit beschreiben unter Berücksichtigung des Einflusses der Porengrößenverteilung und Benetzbarkeit der Porenoberfläche.

Phasenfeldsimulation der Feuchteverteilung in einer beispielhaften Porenstruktur und exemplarische Feuchterückhaltekurven


(a) Phasenfeldsimulation der Feuchteverteilung in einer exemplarischen Porenstruktur. Die Farben Rot und Blau bezeichnen das befeuchtende bzw. nicht-befeuchtende Fluid; (b) Exemplarische Feuchtespeicherfunktionen für ein stationäres bzw. instationäres Befeuchtungsprozess. Die Abweichung zwischen stationäre und instationäre Kurve ist auf dynamische Effekte zurückzuführen.

Veröffentlichungen

Bianchi Janetti M, Janssen H. (2020). Impact of the drying rate on the moisture retention curve of po­rous building materials. Construction and Building Materials 258:1-9. https://doi.org/10.1016/j.con­buildmat.2020.119451.

Bianchi Janetti M, Janssen H. (2020). Pore scale modelling of moisture transfer in building materials with the phase field method. E3S Web of Conferences, 172. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017204004

Bianchi Janetti M, Janssen H. (2019). Characterization of the diffusivity through water-uptake tests, MATEC Web of Conferences, 282. https://doi.org/10.1051/matecconf/201928202040

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