Biegsamer Beton heilt sich selbst

In gelegentlich feuchter Umgebung reparieren sich Risse im neuen Material von allein

Selbstheilender Beton
Selbstheilender Beton

Ann Arbor (USA) - Ein paar Regentage genügen, um Risse in einem neuartigen Beton wieder zu schließen - danach ist das Material genauso belastbar wie zuvor, berichten Entwickler aus den USA. Das Geheimnis der Selbstheilung: Der Beton ist biegsam. Dadurch entstehen unter Belastung statt fataler Brüche nur feine Risse, die sich mithilfe von Wasser und Kohlendioxid aus der Umgebungsluft wieder schließen. Details berichten die Forscher im Fachblatt "Cement and Concrete Research". Mit ihrem Material ließe sich nicht nur in Erdbebengebieten stabiler bauen, schreiben sie. Auch andernorts könnte es beim Häuser-, Brücken- und Straßenbau Reparatur- und Erneuerungskosten sparen helfen.

"Wir stellten erfreut fest, dass die Proben, wenn wir sie nach dem Verheilen wieder belasteten, sich wie neu verhielten, mit quasi derselben Steifigkeit und Festigkeit", erklärt Victor Li, Professor für Material- und Ingenieurwissenschaften an der University of Michigan. "Wir haben ein Material mit solch feinen Rissen entwickelt, das es sich um das Verheilen alleine kümmert. Selbst wenn man es überlastet, bleiben die Risse klein". Den biegsamen Beton, so genanntes ECC (Engineered Cement Composit), hatten Li und Kollegen über 15 Jahre hin entwickelt. Jetzt setzten sie Proben des Materials unter Zugspannung und danach wiederholt feuchter Luft aus. Die Festigkeit und Steifigkeit vor und nach dem Reißen testeten die Forscher per Schallwellen, mithilfe von Resonanzfrequenzmessungen.

Sie stellten fest, dass das vollständige Selbstheilen zwischen ein und fünf Nass-Trocken-Zyklen funktioniert, und zwar dann, wenn die Risse schmäler als 150 Mikrometer bleiben, am besten noch schmäler als 50 Mikrometer. Das ist weniger als die halbe Breite eines menschlichen Haars. Das Aufreißen der Oberfläche legt frischen trockenen Beton frei, der mit Kohlendioxid aus der Luft und mit Regenwasser zu Kalziumkarbonat reagiert, welches die feinen Risse vollständig schließt. Kalziumkarbonat verleiht in der Natur unter anderem Muschelschalen ihre Härte. Sichtbar bleibt es im Beton als weiße Streifen an der Oberfläche, ähnlich wie Narbengewebe in der Haut, das ebenfalls fester ist als seine Umgebung.. "Es ist wie wenn man einen kleinen Schnitt in der Hand hat, die kann der Körper selbst heilen", so Li, "doch hat man eine große Wunde, so braucht der Körper Hilfe".

Herkömmlicher Beton bekommt bei rund 0,01 Prozent Zugspannung starke Risse und kann keine Lasten mehr tragen. Das ECC-Material hingegen entwickelt nur dünne Risse und bleibt bis zu fünfprozentiger Zugbelastung tragfähig. Der Grund für die Flexibilität liegt in eingebetteten, speziell beschichteten Fasern. Damit reagiert das Material eher wie ein Glas, während herkömmlicher Beton als Keramik gilt, steif und leicht brechend. Traditionell wird Beton deshalb mit eingebetteten Stahlträgern und -gittern verstärkt, welche aber - sind Risse erst einmal aufgetreten - anfällig machen für Korrosion. Ein Patent auf das ECC hat die Universität beantragt, jetzt sucht sie nach Kooperationspartnern für eine Produktion.