Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

TUM auf der AAAS-Jahrestagung: Beton mit Selbstheilungskräften

15.02.2016

Brücken, Tunnel und Straßen: Unsere Verkehrsinfrastruktur besteht zum größten Teil aus Beton. Wenn die Bauteile repariert werden müssen, kann das zu langen Staus führen. Auf der Jahrestagung der Amerikanischen Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (AAAS 2016) stellten Prof. Christian Große von der Technischen Universität München (TUM) und weitere Experten Materialien vor, die sich selbst heilen können. Die Session "Smart Materials for Sustainable Infrastructur" fand am Samstag in Washington, D.C., statt.

Durch dauerhafte Belastung oder infolge von Temperaturschwankungen können im Beton kleine Risse entstehen. Zwar gefährden diese Risse die Stabilität der Bauwerke meist nicht unmittelbar, erklärt Prof. Christian Große vom Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung an der TUM. "Aber es können Wasser und Salze in den Beton eindringen und das Bauteil schädigen."


Wenn der Beton reißt, erzeugt dies Schallwellen, die mithilfe von Sensoren gemessen werden.

Foto: Werner Bachmeier / TUM

Drei Heilungsmechanismen

Reparaturen an den Bauwerken sind teuer und können lange Staus verursachen. Im EU-Projekt "HealCON" forscht ein Team internationaler Wissenschaftler an einem Beton, der sich selbst heilen kann. Dabei untersuchen die Forscher drei unterschiedliche Heilungsmechanismen.

- Bakterien als Mini-Bauarbeiter

Bestimmte Bakterien scheiden als Produkt ihres Stoffwechsels Calciumcarbonat aus. Die Wissenschaftler tränken Tonkugeln mit den Sporen dieser Bakterien und mischen die Kugeln in den Beton. Sobald Wasser in den Beton eindringt, werden die Mikroorganismen aktiv und scheiden Calciumcarbonat aus, eines der Hauptbestandteile von Beton. "Die Bakterien können innerhalb weniger Tage auch Risse bis zu einigen Millimetern Breite verschließen", sagt Große.

- Hydrogele als Lückenfüller

Hydrogele sind Polymere, die Feuchtigkeit aufsaugen. Sie werden unter anderem in Windeln eingesetzt. Material mit Hydrogelen kann bis zu dem 10-fachen oder sogar 100-fachen der originalen Größe anwachsen. Wenn Risse auftreten, kommt das Hydrogel mit Feuchtigkeit in Kontakt. Es dehnt sich aus und verhindert so weiteres Eindringen von Wasser, ohne den Riss zu verbreitern.

- Noch stärker durch Epoxidharz

Epoxidharze oder Polyurethane können in Kapseln eingeschlossen und dann unter den Beton gemischt werden. Wenn der Beton reißt, brechen die Kapseln, und das Polymer wird freigesetzt. Es bildet eine harte Masse, die den Riss schließt. Ein positiver Nebeneffekt: So wird die Stabilität der Bausubstanz gestärkt.

In den Beton hineinschauen

Zu beurteilen, wie gut diese Heilungsansätze im Einzelfall funktionieren, ist das Spezialgebiet von Große und seinen Mitarbeitern. Sie nutzen dazu zerstörungsfreie Testmethoden wie etwa die Schallemissionstechnik.

Dabei wird auf einen Betonblock, der eines der Heilmittel enthält, Druck ausgeübt. Wenn der Beton reißt, erzeugt dies Schallwellen, die mithilfe von Sensoren gemessen werden. Die Wissenschaftler können anhand der Daten nicht nur nachvollziehen, dass Risse entstanden sind, sondern auch an welcher Stelle.

Nach dem Heilungsprozess führen die Forscher das Experiment erneut durch. War die Heilung nicht erfolgreich, gibt es kaum neue Schallwellen, da die Risse nach wie vor vorhanden sind. Sind die Risse geheilt, kommt es wieder zu Brüchen – allerdings an anderer Stelle. "Die Lokalisierung der Rissgeräusche zeigt uns also sehr deutlich, ob ein Heilmittel funktioniert", sagt Große.

Untersuchung am Bauteil mit Ultraschall

Die Schallemissionsanalyse ist gut für die Laboranwendung geeignet, für die Untersuchung von großen realen Bauteilen vor Ort setzen die Forscher eine andere Technik ein. "Hier verwenden wir kontinuierliche Ultraschall-Impulse", erklärt Große.

Die Wissenschaftler messen dabei die Zeit, die die Ultraschall-Impulse benötigen, um den Beton zu durchlaufen. Risse im Material behindern das Signal, es benötigt mehr Zeit, um das Material zu durchdringen. Sind die Risse geschlossen worden, durchlaufen die Impulse das Material wieder schneller. Auch die Signalstärke lässt bei dem beschädigten Material merklich nach.

Unter Laborbedingungen zeigen die Experimente bereits vielversprechende Ergebnisse. Im nächsten Schritt werden die Wissenschaftler das selbstheilende Material bei realen Bauteilen (Brücken- oder Tunnelabschnitte) einsetzen. Im letzten Schritt müssen die Technologien dann an gängige Betonherstellungs- und Betoniermethoden angepasst werden.

Das Projekt HealCON wird im 7. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union (FP7/2007-2013) unter der Fördernummer 309451 unterstützt. Die Projektkoordination hat die Universität Gent (Belgien) inne.

Kontakt:
Prof. Dr. Christian Große
Centrum Baustoffe und Materialprüfung
Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung
Tel: + 49.89.289.27221
grosse@tum.de
http://www.zfp.tum.de/

Weitere Informationen:

https://aaas.confex.com/aaas/2016/webprogram/Session12203.html Session auf der Jahrestagung der AAAS
https://mediatum.ub.tum.de/?id=1291076#1291076 Bildmaterial zum Download
https://www.youtube.com/watch?v=rtlBe47k4DQ Selbstheilender Beton (Youtube)

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Veranstaltungsnachrichten:

nachricht Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW
08.12.2016 | Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

nachricht NRW Nano-Konferenz in Münster
07.12.2016 | Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung NRW

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Veranstaltungsnachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops