GIGAWIND life

Ziel des Verbundvorhabens GIGAWIND life ist die Erweiterung des in GIGAWIND alpha ventus entwickelten neuen, wirtschaftlichen Bemessungskonzepts für Tragstrukturen von OWEA um wesentliche Aspekte, die sich erst aus dem mehrjährigen Betrieb ergeben. Zu nennen sind hier sowohl Degradationsmechanismen auf der Widerstandsseite der mit den umgebenden Medien interagierenden Tragstruktur (materielle Schädigungen der Tragstruktur und der Fügestellen, Materialermüdung, Schäden der Korrosionsschutzsysteme, Kolk, Degradation des Pfahltragverhaltens), als auch die Ermittlung einwirkender Lasten aus Wellen und marinem Bewuchs, die ebenfalls mit der Tragstruktur in Wechselwirkung stehen. Die gesuchten Schädigungs- und Beanspruchungszeitverläufe an den Schnittstellen sind über die umfangreiche, im Testfeld alpha ventus an den Tragstrukturen installierte Sensorik unter Einsatz der bis dato entwickelten Methoden des Monitorings über einen längeren Zeitraum weiter zu erfassen. Nur so können weitreichende wissenschaftliche Erkenntnisse aus den bisherigen Investitionen gewonnen und validierte Methoden und Strukturmodelle auf Basis von Langzeitmessungen sowohl für Einzeluntersuchungen als auch für die ganzheitliche Dimensionierung der Tragstruktur zukünftiger OWEA verfügbar gemacht werden.

Das Verbundprojekt gliedert sich in die drei Forschungsprojekte der Zuwendungsempfänger Leibniz Universität Hannover (LUH), Fraunhofer-Gesellschaft (FhG) und der AREVA Wind GmbH (AW):

1. Validierte Methoden und Strukturmodelle für die ganzheitliche Dimensionierung und wirtschaftliche Bemessung von OWEA-Tragstrukturen (LUH)
2. Messdatenbasierte Zustandsbewertung und -prognose für OWEA-Tragstrukturen (FhG) und
3. Automatisierte Lebensdauerbestimmung von Tripod-Tragstrukturen unter Berücksichtigung der realen Beanspruchung (AW)

Die thematisch übergeordneten Teilprojekte sind:

• TP 1: Datenmanagement und -analyse
• TP 2: Monitoring und Inspektion
• TP 3: Degradationsmodelle
• TP 4: Adaptierte Modellversuche
• TP 5: Methoden- und Modellintegration
• TP 6: Automatisierte Lebensdauerbestimmung von Tripod-Tragstrukturen unter Berücksichtigung der realen Beanspruchung

Das Institut für Baustoffe ist in den Teilprojekten TP 2, TP 3 und TP 4 beteiligt und befasst sich mit den folgenden thematischen Schwerpunkten:

• Die Beschreibung der Steifigkeitsdegradation des Knotenpunktes unter realen Belastungen kann aufgrund der Maßstabseffekte allerdings nicht erfolgen. Mit Entwicklung einer Prototyp-Messeinheit in GIGAWIND alpha ventus konnten erstmals reale Verschiebungen am Grouted Joint veröffentlicht werden (vgl. Rolfes et al. (2010)). Die kontinuierliche Messung der realen Verschiebung und die damit verbundene Erfassung möglicher Steifigkeitsveränderungen erfordern eine Weiterentwicklung des Prototyps.
• Bisherige Laborversuche zeigten für das mineralische Korrosionsschutzsystem in Bezug auf die Dauerhaftigkeit sehr gute Performance-Werte (vgl. Lohaus & Weicken (2010)). Zur Abschätzung der Materialdegradation reichen diese jedoch nicht aus. Der Einfluss von Fehlstellen z.B. in Form von Rissen in der mineralschen Korrosionsschutzschicht und deren Auswirkungen auf den Korrosionsschutz sind für diesen speziellen Anwendungsfall noch nicht bekannt. Auch die Prüfungen nach (ISO 20340 (2009)) zur Charakterisierung von herkömmlichen organischen Beschichtungen können aufgrund des Versuchsaufbaus nicht auf das mineralische System übertragen werden, wodurch weitere Auslagerungsversuche notwendig sind.
• Die marinen Umgebungsbedingungen führen zu Korrosion bei Stahlbauteilen. Auch wenn derzeit Korrosionsschutzsysteme für bewetterte Onshore-Stahlbaukonstruktionen auch für Offshore-Tragstrukturen eingesetzt werden, existieren aktuell keine genauen Kenntnisse bzw. Untersuchungen zu den Korrosionsraten an Offshore-Gründungskonstruktionen aus Stahl (Heins (2011)). Zwar können Modelle aus dem Stahlwasserbau herangezogen werden, wie Langzeituntersuchungen an Spundwänden (Albertsen & Heeling (1996), Hein (1990)), jedoch fand bei diesen Untersuchungen der Einfluss eines Korrosionsschutzsystems keine Berücksichtigung. Um Aussagen über die Lebensdauer eines neu entwickelten mineralischen Korrosionsschutzssystems treffen zu können, ist vor allem die Beschreibung der Chloridmigration innerhalb der Mörtelschicht notwendig. In der Regel wird das Eindringen von Chloriden in Beton mithilfe der numerischen Lösungen des zweiten Fick`schen Diffusionsgesetzes beschrieben (Collepardi et al. (1970)). Die diffusionsgesteuerten Transportmechanismen verlieren durch einen Riss im Mörtel ihre Gültigkeit, weshalb der Einfluss von Schädigungen auf die Lebensdauer nicht mehr abgebildet werden kann. Da der verwendete Hochleistungsmörtel infolge weiterer Hydratationsreaktion „selbstheilende“ Eigenschaften besitzt, bedeutet ein Riss nicht zwangsläufig ein Versagen des Korrosionsschutzes. Diese beiden sehr komplexen Phänomene lassen sich noch nicht in einem Modell abbilden, sind jedoch für die weitere Erforschung des zementgebundenen Korrosionsschutzes zwingend zu untersuchen.
• Hinsichtlich der Degradation des mineralischen Korrosionsschutzes kann dessen zeitabhängige Zuverlässigkeit mit Hilfe eines probabilistischen Ansatzes aus dem fib-Model Code 34 (2006) beschrieben werden. Bisherige Untersuchungen zeigen hohe Widerstände des Mörtels gegenüber Frost, Eindringen von Wasser und Chloriden (Lohaus et al. (2010)). Dabei werden jedoch keine Einwirkungsüberlagerungen sowie Vorschädigungen der einzelnen Probekörper berücksichtigt. Zudem kann der Einfluss von Rissen in der Mörtelschicht auf die korrosionsschützende Wirkung des mineralischen Systems derzeit nicht hinreichend genau abgeschätzt werden.