Neumodische Betonsanierung

Beseitigung von Rissen in Beton mit Bakterien‚Früher war alles besser‘, lautet die Weisheit. ‚… und Beton musste saniert werden‘, füge ich hinzu. Vor nicht ganz 3 Jahren habe ich schon einmal über ein Forschungsprojekt der TU Delft in den Niederlanden berichtet, in dem es um die ‚Heilung‘ von Rissen in Beton durch Bakterien ging. Damals wurde dem Prinzip nachgesagt, innerhalb von 2 Jahren markttauglich sein zu können. Diese Aussicht auf rissfreien und kostengünstigen Beton war leider ein wenig zu optimistisch. Heute wird weiter in Sachen moderner Betonsanierung geforscht, diesmal nicht nur in den Niederlanden sondern in ganz Europa und auch in Asien.

In einem europäischen Forschungsprojekt mit dem vielversprechenden Namen Healcon soll nun bis Ende 2016 die rentable Verwendbarkeit von Bakterien, von Hydrogel und von Biopolymeren in Sachen Betonsanierung in etwas größerem Maßstab untersucht werden. Die Ausgaben für die Instandhaltung von Beton an Brücken und in Tunneln sollen mit den dort gewonnenen Erkenntnissen um mindestens 2% gesenkt werden können – von den Sanierungskosten ganz zu schweigen. Aus insgesamt 7 Ländern (Belgien, Niederlande, Dänemark, Finnland, Spanien, Portugal und Deutschland) kommen die Teilnehmer an dem Projekt. Vorreiter sind die Universität von Gent in Belgien und die bereits erwähnte TU Delft, die schon seit mehreren Jahren an den selbstheilenden Fähigkeiten von Beton arbeiten.

Die eingesetzten Bakterien müssen schon wahre Überlebenskünstler sein, damit sie ihre Arbeit erledigen können. Um die Bakterien im alkalischen Beton nicht zu töten, wurden extra Bakterien ausgewählt, die aus Seen in Kanada und Russland stammen, die ebenfalls alkalisch sind. Aber auch die Zugabe beim Mischen in den Frischbeton ist eine Herausforderung, will man die Bakterien nicht schon vor dem Einsatz zerstören. Die Wärmeentwicklung im erhärtenden Beton müssen sie genauso abkönnen wie Salzwasser, von dem der Beton später eventuell heimgesucht wird.

Schlussendlich dürfen sie natürlich nicht sofort reagieren, sondern erst wenn sie in Rissen gebraucht werden. Hierzu werden sie zunächst in einer Nährhülle aus Milchsäuresalz eingekapselt. Solange der pH-Wert im Beton hoch ist und die Hüllen durch etwaige Risse im Beton nicht in Kontakt mit Wasser kommen, schlafen die Bakterien gemütlich einen hoffentlich langen Schlaf. Bricht aber die Schutzhülle durch Kontakt mit Wasser und einen lokal niedrigeren pH-Wert auf, wachen die Bakterien auf.

Die Bakterien wandeln dann die Milchsäure und Sauerstoff zu Azetat, Kohlendioxid und Kalk um, der nach und nach den Riss verschließt. Durch den Verbrauch von Sauerstoff bei diesem Prozess wird zudem das Risiko verringert, dass der Armierungsstahl rostet. Clever, nicht wahr? Ist der Riss versiegelt, werden die Bakterien wieder passiv.

Da Risse prinzipiell überall in einer Betonkonstruktion entstehen können, müssen auch die Bakterien im gesamten Beton verteilt werden. Die großen Mengen, die man dafür benötigt, machen es zu einer Herausforderung, eine kostengünstige Kapsellösung zu finden, die die Festigkeit des Betons zudem nicht allzu sehr verringert.

Doch auch die Bakterien selber sind ein nicht unwesentlicher Kostenfaktor, solange man sie aus fernen Teilen der Welt importieren muss. Daher wäre es hilfreich, wenn man sie günstig und industriell herstellen könnte. Auch daran wird zur Zeit gearbeitet, und die Forscher hoffen, dass der rissfreie Beton nur ein paar Prozent teurer sein wird als der normale.

Ein weiterer Lösungsansatz liegt im Einsatz von Mikrofasern. Diese werden auch erst aktiviert, wenn ein Riss entsteht. Sie halten den Beton schon bei der Bildung von kleinen Rissen effektiv zusammen und zwingen diesen dadurch an anderen Stellen zu reißen. Die Folge davon sind viel kleinere Risse anstelle von einem großen.

Und wie schon genannt, untersucht man im Healcon-Projekt auch den Zusatz von Hydrogel. Man setzt dabei voraus, dass sich im Beton noch ausreichend Zementpartikel befinden, die während des Aushärtens des Beton nicht mit Wasser reagiert haben. Dringt nun Wasser in die Konstruktion ein, kann dieser Zement Risse mit einer Größe bis 0,2 mm selber schließen. Für größerer Risse könnten aber Hydrogele eingesetzt werden. Diese saugen Wasser im Beton auf und könnten es im Fall der Bildung von Rissen wieder abgeben, damit es mit dem überschüssigen Zement reagieren kann.

Dies alles funktioniert allerdings nur bei nicht dynamisch belasteten Bauwerken. Weder Bakterien noch Hydrogele verschließen Risse so, als dass diese Nahtstellen als elastisch angesehen werden könnten. Weitere Risse sind beispielsweise bei der dynamischen Belastung durch Fahrzeuge vorprogrammiert. Darum untersucht man auch Biopolymere als Alternative.

Ein kommerziell verfügbares Produkt erwarten die Forscher von Healcon aber nicht vor 2017 auf dem Markt. Mal sehen, ob diese Vorhersage besser passt…

In Südkorea geht man obgleich einen anderen Weg, der wesentlich günstiger sein soll. Hier soll ein Polymer, das auf die rissgefährdete Konstruktion aufgetragen wird, in die kleinen Risse eindringen, durch Sonnenlicht aushärten und die weitere Öffnung des Risses so stoppen. Das Polymer ist in Ureaformaldehyd eingekapselt und wird durch Reißen der Umkapselung freigesetzt. Diese Forschung steht aber noch ganz am Anfang und die Lösung muss ihre Tauglichkeit über die Jahre erst noch beweisen.

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