Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

"Massgeschneiderte" Polymere für die Industrie

14.11.2006
Kunststoffzusätze für Hochleistungsbeton unter der Lupe von Empa-Forschern

In Zusammenarbeit mit der Industrie erforscht die Empa Polymere, welche die Fliesseigenschaften von Beton verbessern. Die wenige Nanometer grossen Moleküle verbessern die Qualität von Sichtbeton und eröffnen neue architektonische Gestaltungsmöglichkeiten.

Kaum vorstellbar, dass Teilchen kaum grösser als der Millionste Teil eines Millimeters riesige Gebäudestrukturen massgeblich beeinflussen, verschönern oder gar erst ermöglichen. Schon seit Jahrzehnten werden beim Betonmischen nicht nur Zement und Wasser zugegeben, sondern auch chemische Zusatzmittel. Diese verbessern die Fliesseigenschaften des Betons und lassen ihn innert nützlicher Frist aushärten. Seit rund 15 Jahren wird intensiv an der chemischen Zusammensetzung einer neuen Generation dieser Zusatzmittel geforscht.

Der "gutmütige Beton"

Die Empa versucht nun, mit vom weltweit grössten Chemiekonzern BASF hergestellten Polymeren Struktur-Wirkungs-Beziehungen zu ermitteln, die es Industriechemikern künftig erleichtern, Zusatzmittel zielgerichtet zu optimieren. Die Empa-Projektleiter Frank Winnefeld und Lorenz Holzer von der Abteilung "Beton/Bauchemie" weisen auf die Schwierigkeiten des Unterfangens hin: "Wir wollen einen Hochleistungsbeton, der wie Honig in die Abschalungen fliesst und sich trotzdem innert nützlicher Frist verfestigt." Eine grosse Herausforderung sei, dass die meisten Polymere äusserst empfindlich auf unterschiedliche Zusammensetzungen von Zement reagieren - und sich die Zemente der meisten Anbieter oft deutlich unterscheiden. Ziel sei deshalb ein universell einsetzbarer Polymerzusatz, führt Winnefeld aus. Und was bringt die Forschung der Bauindustrie? "Ein gutmütiger Beton mit besseren Fliesseigenschaften lässt neue architektonische Strukturen zu und steigert die Sichtbetonqualität", so der Empa-Fachmann. Gleichzeitig erhöhe sich auch die Lebensdauer des Betons.

Das Funktionsprinzip der winzigen Polymere wird an der Empa unter anderem mit dem Rasterkraftmikroskop untersucht. Auf der Oberfläche der Zementpartikel lagern sich unzählige Polymermoleküle an. Da diese negativ geladen sind, stossen sich die Zementbestandteile gegenseitig ab und verteilen sich gleichmässig im Wasser-Zement-Zuschlag-Gemisch - das Material verflüssigt sich.

Mit Polymerzusätzen zu futuristischer Architektur
Die Bestrebungen der Empa gehen aber noch weiter. "Wir wollen auch verstehen, weshalb welcher Kunststoffzusatz mit welchem Zement wie reagiert", erklärt Winnefeld. Dazu wird erstmals in diesem Forschungsbereich die so genannte Cryo-Elektronenmikroskopie angewendet. An diesem Spezialmikroskop der ETH Zürich werden innert weniger Millisekunden Zementsuspensionen von wenigen Nanometern Grösse unter hohem Druck schockgefroren. Die Struktur der Suspension bleibt durch den Temperaturschock erhalten, was genauere Untersuchungen an den Polymeren zulässt. Daraus erhoffen sich die Empa-Forscher schon bald ein besseres Verständnis über die Wirkungsweise verschiedener Polymere, was diese als Beton-Additive für die Industrie noch attraktiver machen würde.

Die Zusammenarbeit mit der Industrie nimmt an der Empa-Abteilung "Beton/Bauchemie" seit je einen grossen Stellenwert ein, vor allem mit Firmen der Schweizer Bauchemiebranche. Beispielsweise arbeiteten die Empa-Ingenieure mit den Schweizer Zusatzmittelproduzenten Sika und Elotex zusammen; mit dem Zementproduzenten Holcim wurden bereits mehrere erfolgreiche Projekte durchgeführt. Und die Partnerschaft mit der BASF hat vor zwei Jahren zu verbesserten polymeren Beton- und Zementzusatzmitteln geführt, die auch bereits am Bau erhältlich sind. Über allfällige weitere Projekte mit dem deutschen Chemieunternehmen wird derzeit diskutiert. Die erfolgreichen Industriepartnerschaften illustrieren einmal mehr die Brückenfunktion der Empa zwischen Forschung und praktischer Anwendung, über die das erarbeitete Wissen möglichst schnell und effizient in für Wirtschaft und Gesellschaft nutzbare Innovationen umgesetzt wird.

Ihr Know-how in der Bauchemie bringt die Empa - gemeinsam mit weiteren, zumeist in der Schweiz arbeitenden Forschungsgruppen aus Industrie und Hochschule - auch im Nationalen Forschungsnetzwerk "CEMNET@ch" ein. An einem Workshop wurde Anfang September an der Empa-Akademie in Dübendorf unter anderem über die Verbesserung der Eigenschaften von Mörtel und Beton durch Polymere diskutiert. Der regelmässige Austausch mit Experten aus der Industrie sowie mit Forschungsinstitutionen wie der ETH Lausanne und die damit einhergehende Vernetzung ist mit ein Grund für die weltweit führende Position der schweizerischen Betonzusatzmittelforschung. Dank neuartiger Polymerzusätze und einem qualitativ hochwertigen Sichtbeton dürften Stararchitekten wie Herzog & de Meuron also schon bald neue Möglichkeiten haben, Entwürfe für Bauwerke mit futuristischen Formen in die Praxis umzusetzen.

Autor: Lukas Herzog

Redaktion und Bildbezug: Sabine Voser Möbus, Tel 044 823 45 99, sabine.voser@empa.ch

Weitere Informationen
Dr. Frank Winnefeld, Abteilung Beton/Bauchemie, Tel. 044 823 45 35, frank.winnefeld@empa.ch

Dr. Lorenz Holzer, Abteilung Beton/Bauchemie, Tel. 044 823 44 90, lorenz.holzer@empa.ch

Sabine Voser | idw
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch

Weitere Berichte zu: Beton Fliesseigenschaft Polymer Zement Zusatzmittel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Quantenanomalien: Das Universum in einem Kristall
21.07.2017 | Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe

nachricht Projekt »ADIR«: Laser bergen wertvolle Werkstoffe
21.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten