Mikrostruktur des Materials. In dieser Arbeit wird beschrieben wie, ausgehend von dreidimensionalen Abbildungen der Mikrostruktur der Baustoffe, ihre hygrischen Materialkoeffizienten mittels Finite-Elemente-Methoden berechnet werden können. Die betrachteten Feuchtetransportprozesse umfassen die Wasserpermeation, die Wasserdampfdiffusion sowie die kapillare Wasseraufnahme. Als Beispiele kapillarporöser Materialien dienen drei Zementsteine mit zwei verschiedenen Wasserzementwerten sowie zwei Sandsteine, ein Fontainebleau und ein Bentheimer Sandstein. Ausgangsbasis der Berechnungen sind dabei mikrotomografische Aufnahmen (μCT) der Zement- und Sandsteine und im Fall der Zementsteine zusätzlich mit Hilfe des Computerprogramms CEMHYD3D simulierte Mikrostrukturen. Inwieweit letztere realitätsnah sind, wird durch Vergleich mit den entsprechenden μCT-Datensätzen hinsichtlich der Fraktalen Dimension und der Autokorrelationsfunktion des Porenraums sowie der Porenradienverteilung untersucht. Zur Simulation der verschiedenen Feuchtetransportprozesse wird zunächst die Mediale Achse der Porenräume der Mikrostrukturen extrahiert. Anschließend wird diese in ein Transportnetzwerk aus zylinderförmigen Röhren konvertiert, welches die gleichen Feuchtetransporteigenschaften besitzt wie der ursprüngliche Porenraum. Im Fall der Permeation wird für jede Röhre die Bernoulli-Gleichung angesetzt. Zwischen Eintritts- und Austrittsfläche des Transportnetzwerks wird eine willkürliche Druckdifferenz von 1 bar vorgegeben und der transportierte Massenstrom mit Finite-Elemente- Methoden berechnet. Dieser ergibt sich aus der Summe der Massenströme der Röhren, welche die Austrittsfläche durchqueren. Mit Hilfe des Gesetzes von Darcy folgt daraus der Permeabilitätskoeffizient des Materials.
Bei der Wasserdampfdiffusion wird sowohl für jede Röhre als auch für die Massenstromdichte innerhalb des porösen Mediums das 1. Ficksche Gesetz zugrunde gelegt. Zwischen Eintritts- und Austrittsfläche wird eine Konzentrationsdifferenz von 10% gewählt und aus dem resultierenden Massenstrom der Wasserdampfdiffusionskoeffizient der betrachteten Zement- und Sandsteine ermittelt. Die Simulation der kapillaren Wasseraufnahme der Materialien schließlich erfolgt analog zur Wärmeleitung. Die einzelnen Röhren des Transportnetzwerks werden durch eindimensionale Wärmeleitungselemente ersetzt. Die Temperaturleitfähigkeiten der Elemente können zusammen mit den Randbedingungen so gewählt werden, dass die Zeit, welche der Wärmestrom benötigt, um ein Element zu durchqueren, derjenigen entspricht, welche die Wasserfront beim kapillaren Saugen erfordert. Aus der zu jedem Zeitpunkt aufgenommenen Wassermenge werden die Wasseraufnahmekoeffizienten der verwendeten Materialien berechnet. Die Validierung des vorgestellten Feuchtetransportmodells erfolgt durch den Vergleich der simulierten Feuchtetransportkoeffizienten mit experimentellen Werten.
