Bakterien und spezielle Polymere zum Verschluss von Rissen in Beton

Die Inspektion, Wartung und Reparatur von Stahlbetonkonstruktionen ist zeitaufwändig und teuer, auch sind diese oftmals nur schwer zugänglich. So entwickelte das EU-finanzierte Forschungsprojekt "Self-healing concrete to create durable and sustainable concrete structures" (HEALCON) ein Konzept zur Selbstheilung von Beton, um diese Probleme zu minimieren. Schwerpunkt der Analysen waren frühzeitige Risse im Beton, die durch mechanische Belastung oder Biegung entstehen und bei denen die innovative Betonmischung den größten Effekt haben dürfte.

Eine Möglichkeit, frühzeitige Rissbildung durch Trockenschwund und verstärkende thermische Effekte zu verhindern, ist Abdichtung. Hierzu wurde die Eignung unelastischer bakterieller Hydrogele untersucht und die Ausfällung von Calciumcarbonat (Bestandteil von Kalk und Zement) aus mikroverkapselten Bakteriensporen optimiert. Ein anderer Stamm von Sporen ist gegen niedrige pH-Werte resistent, durch die Korrosionsschäden bei Stahlbeton entstehen. Die Bakterien wurden erfolgreich in Blähtonpartikel eingebettet, und derzeit wird an Beschichtungsmöglichkeiten geforscht.

Superabsorbierende Polymere eignen sich auch hervorragend zur Abdichtung gegen Wasser, da sie trotz geringer Masse extrem hohe Mengen von Flüssigkeiten aufnehmen und binden können. Durch Vernetzung dieser superabsorbierenden Polymere gelang es, Hydrogele mit besserer Quellfähigkeit und höherer pH-Sensitivität herzustellen.

Derzeit wird an der Verkapselung von Polymeren geforscht, um das Problem von Biegungsrissen durch dynamische Belastung zu lösen. Das Team optimiert hierfür den Einsatz von in Glas verkapselten kommerziellen Polyurethan-Polymervorstufen. Untersucht wurde auch die Verkapselung in runden Polymerkapseln, die die Haltbarkeit beim mechanischen Mischen erhöhen.

Die Materialien und Prozesse werden mit Computermodellen und zerstörungsfreier Prüfung (ZfP) validiert. So liefern Simulationen von Bruch- und Reparaturprozessen Einblicke in die wichtigsten Parameter für bessere Vorhersagen. Drei-Punkt-Biegeversuche an Betonbalken mit verkapseltem Polyurethan demonstrierten, dass sich verschiedene NDT-Techniken zur Quantifizierung von Selbstheilungseigenschaften eignen.

Obwohl Beton einer der wichtigsten Baustoffe ist, hat er sich durch neue Technologien noch nicht wesentlich verändert. HEALCON leistet mit dem revolutionären Konzept der Selbstheilung von Beton einen wichtigen Beitrag zur Stärkung europäischer Infrastrukturen, um die Langlebigkeit zu verbessern und um Zeit, Kosten und Aufwand bei der Inspektion, Wartung und Reparatur zu verringern.