Beton heilt sich selbst
Koreanische Forscher haben eine Methode gezeigt, mit der sich gefährliche Risse in der Oberfläche des Baumaterials mit Hilfe von Sonnenlicht reparieren lassen. Der Mensch muss dabei nicht eingreifen.
Koreanische Forscher haben eine Methode gezeigt, mit der sich gefährliche Risse in der Oberfläche des Baumaterials mit Hilfe von Sonnenlicht reparieren lassen. Der Mensch muss dabei nicht eingreifen.
Selbst die kleinsten Risse in Betonstrukturen können auf längere Sicht zu großen Problemen führen, wenn sie nicht rechtzeitig entdeckt und repariert werden. Forscher an der Yonsei University in Korea haben deshalb nun eine neuartige Schutzbeschichtung [1] vorgestellt, die Oberflächenschäden selbstständig ausbessern kann, bevor sie größer werden und die Statik eines Gebäudes kompromittieren.
Robusterer Beton in Bauwerken wie Brücken oder Überführungen könnte Behörden Milliarden an Wartungs- und Sanierungskosten sparen. In den vergangenen Jahren wird deshalb verstärkt an selbstheilenden Mechanismen für eine große Zahl an Materialien geforscht, darunter auch Beton. Hierbei gibt es mehrere Ansätze – beliebt ist beispielsweise, den Beton selbst in seiner Zusammensetzung zu verändern. Die koreanischen Forscher um Chan-Moon Chung, Professor für Polymerchemie, tasten den Beton selbst dagegen nicht an, sondern beschichten ihn nachträglich, ein Novum bei der Technik.
Zuvor war mit solch selbstheilenden Systemen normalerweise versucht worden, die Festigkeit beschädigten Betons wieder herzustellen. Die Yonsei-Wissenschaftler wollen dagegen vermeiden, dass es überhaupt zu größeren Rissen kommt, über die dann Feuchtigkeit, Streusalz, Seewasser oder Kohlendioxidablagerungen in die Struktur eindringen können. Darüber zersetzt sich der Beton von innen.
Die neue Beschichtung basiert auf Polymer-Mikrokapseln, die mit einer Lösung gefüllt sind. Brechen die Kapseln auf, weil sich erste Mikrorisse gebildet haben, geben sie eine Flüssigkeit ab, die unter Sonnenlichteinfluss zu einem wasserabweisenden Feststoff wird. Dieser füllt dann die Löcher auf.
Die Idee mit den Mikrokapseln ist nicht neu. Dabei wird ein sogenannter Healing Agent verwendet – zumeist ein Polymer in Verbindung mit einem Katalysestoff. "Es gibt aber wichtige Einschränkungen bei diesem Ansatz", sagt Chung. Dazu gehöre die Tatsache, das Katalysematerialien oft teuer seien. Sonnenlicht als Katalysator sei billiger. Das verwendete Polymer ist dem Forscher zufolge zudem auch deshalb attraktiv, weil es selbst bei sehr niedrigen Temperaturen nicht gefriert und umweltverträglich sein soll.
Um die Wirksamkeit der Beschichtung zu demonstrieren, besprühten die Forscher die Oberfläche von Betonproben und nutzten dann Rasierklingen, um kleine Risse zu produzieren. Ein Scan mit einem Elektronenmikroskop bestätigte, dass die Rasierklingen die Mikrokapseln dazu anregten, ihren Inhalt freizugeben, der dann die beschädigten Bereiche auffüllte. Nach mehreren Stunden in der Sonne zeigten weitere Mikroskopaufnahmen, das es tatsächlich zu einer "Heilung" des Materials gekommen war – nicht behandelte Proben blieben dagegen beschädigt. Schließlich wiesen die Forscher nach, dass die neue Beschichtung weniger anfällig für Wasser und Salz war als unbehandelte Proben.
Chung zufolge arbeitet die Forschergruppe derzeit daran, eine optimale Zusammensetzung für die Beschichtung zu finden. Außerdem muss noch gezeigt werden, dass die Mischung über einen längeren Zeitraum stabil bleibt. Bislang wurde bereits nachgewiesen, dass sie immerhin ein Jahr durchhalten kann. ()
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[1] http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/am302728m
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