Nachhaltigkeit und Langlebigkeit sind die wichtigsten Eigenschaften, die Beton heute bieten soll. Forscher der Princeton-University haben daher einen neuen Verbundwerkstoff entwickelt, der Beton 17-mal rissfester und 19-mal dehnbarer macht. Inspiriert von natürlichem Perlmutt, könnte dieser innovative Baustoff die Bauwirtschaft revolutionieren. Bauwerke könnten dadurch nicht nur langlebiger und sicherer werden, sondern auch kosteneffizienter in der Instandhaltung. Der neue Werkstoff verspricht eine deutlich erhöhte Lebensdauer von Bauwerken und bietet somit erhebliche wirtschaftliche Vorteile.
Durch einen neuen Verbundwerkstoff könnte in Zukunft ein besonders rissfester Beton möglich sein, der zugleich sehr dehn- und formbar ist. Entwickelt wurde dieser neue Verbundwerkstoff von Ingenieuren der US-amerikanischen Princeton-University. Die Forscher ließen sich dabei von der Natur inspirieren: Vorbild war das in einigen Muschelarten vorkommende Perlmutt. Es besteht aus sechseckigen Platten des harten Minerals Aragonit, die durch ein weiches Biopolymer zusammengeklebt sind. Das Aragonit im Perlmutt sorgt dafür, dass das Material besonders fest ist. Dagegen ist das verbindende Biopolymer dafür verantwortlich, dass es trotz der Festigkeit flexibel bleibt. Diese Eigenschaften des Perlmutts animierten die Forscher zu ihren Versuchen für einen Verbundwerkstoff, durch den ein besonders flexibler und rissfester Beton entstehen könnte. Laut Angaben der Princeton-University ist der neue Verbundwerkstoff bis zu 17-mal beständiger gegen Risse als gewöhnlicher Zement. Zugleich kann er sich 19-mal besser dehnen und verformen. Ein damit entstehender rissfester Beton wäre also langlebiger, widerstandsfähiger und sicherer als herkömmliche Arten.
Jede Variante war rissfester als klassischer Beton
In der Studie verglichen die Forscher drei verschiedene Varianten von Balken aus Zement und Polymeren mit einem Balken aus klassischem Zement. Die erste Variante bestand aus abwechselnden Schichten von Zementstein und einem dünnen Polymer. Bei der zweiten Variante schnitt das Forschungsteam mit einem Laser sechseckige Rillen in den Zementstein und kombinierte die Zementsteinplatten wiederum abwechselnd mit dünnen Polymerschichten. In der dritten Variante entstanden sechseckige Formen aus Zementstein, die durch die Polymerschicht miteinander verbunden waren. Alle Balken wurden mit einem Dreipunkt-Biegetest untersucht, um die Bruchfestigkeit zu bestimmen. Der Referenzbalken brach bei zunehmender Belastung irgendwann sehr plötzlich und ohne Duktilität auseinander. Als Duktilität bezeichnet man die Fähigkeit eines Werkstoffs zur dauerhaften plastischen Verformung vor einem möglichen Bruch. Sehr rissfester Beton entsteht mit der klassischen Methode also nicht. Alle drei Verbundwerkstoffe waren dagegen besser und beständiger als der Referenzbalken.
Eine Variante des neuen Verbundwerkstoffs überzeugte besonders
Ein besonders rissfester Beton ließe sich am ehesten mit der dritten Variante des Verbundwerkstoffs produzieren. Mit ihren sechseckigen und durch Polymere verbundenen Zementsteinplatten ähnelt sie dem Vorbild Perlmutt am meisten und mit ihr wurden die eingangs erwähnten Verbesserungen möglich. Die Variante ist tatsächlich 17-mal beständiger gegen Risse und 19-mal besser dehn- und verformbar als gewöhnlicher Zement. Dabei erreicht der neue Verbundwerkstoff nahezu die gleiche Festigkeit wie der Balken aus einem massiven Zementleim und könnte sich damit irgendwann als Grundlage für einen Produktionsprozess eignen, bei dem ein besonders rissfester Beton entsteht.
Rissfester Beton: Die Studie schafft die Basis dafür
Erreicht wurden die bisherigen Ergebnisse nur unter Laborbedingungen. Deshalb wird zusätzliche Arbeit und Forschung erforderlich sein, um die Techniken für den Praxiseinsatz reifen zu lassen. Dann könnte eines Tages tatsächlich ein besonders rissfester Beton die Beton-Bauwerke deutlich langlebiger machen.
