Graphenoxid kann als Zusatz zu einer Zementmischung die Festigkeit von Beton um bis zu zehn Prozent steigern und zusätzlich eine elektrische Leitfähigkeit des Materials ermöglichen. Das ergab eine Studie zweier australischer Universitäten. Die Studienergebnisse bieten nicht nur Chancen auf eine verbesserte Betonproduktion im 3D-Druck-Verfahren. Zusätzlich könnte ein smarter Beton entstehen, der feine Materialrisse selbst erkennt.
Die Studie stammt von der University of Melbourne und der ebenfalls in Melbourne angesiedelten RMIT University. Sie gilt als erste Arbeit über Auswirkungen von Graphenoxid auf 3D-gedruckten Beton. Die Möglichkeit, dass durch Graphenoxid ein smarter Beton entsteht, ist bisher ebenfalls weitgehend unerforscht. Bei Graphenoxid handelt es sich um ein Nanomaterial, das häufig für Batterien und elektronische Geräte genutzt wird.
Graphenoxid löst ein altes Problem beim 3D-Betondruck
Verwendet man Graphenoxid als zusätzliches Material für den 3D-Druck von Beton, erleichtert es das Extrudieren. So entsteht eine verbesserte Bindung zwischen den Schichten, was auch zur Maximierung der Festigkeit beitragen kann. Das sorgt zwar noch nicht dafür, dass aus Beton smarter Beton wird, könnte aber ein bisheriges Problem beim Beton-3D-Druck lösen. Denn grundsätzlich ist der 3D-Betondruck vorteilhaft. Durch ihn wird der Verzicht auf Schalungen möglich, was Arbeit, Zeit und Geld spart und Abfall reduziert. Allerdings entsteht beim 3D-gedruckten Beton Schicht für Schicht, was bisher öfters zu schwächeren Bindungen zwischen den Betonschichten geführt hat. Graphenoxid kann das verhindern, wobei es allerdings auf die richtige Mischung ankommt. Ein höherer Graphenoxid-Anteil führt nicht zwangsläufig zu einer erhöhten Festigkeit. Smarter Beton mit einem Graphenoxid-Anteil von 0,015 Prozent des Zementgewichts war in der Studie stärker als der mit einem Graphenoxid-Anteil von 0,03 Prozent.
Smarter Beton für intelligente Gebäude
Da ein mit Graphenoxid entwickelter smarter Beton elektrisch leitfähig ist, entfaltet er künftig eventuell weitere Vorteile. Als smarter Beton könnte der innovative Baustoff einen elektrischen Stromkreis in Betonstrukturen erzeugen, der in der Lage wäre, strukturelle Probleme im Material, Temperaturänderungen und andere Umweltfaktoren zu erkennen. Laut dem Forschungsleiter der Studie, Professor Jonathan Tran von der RMIT University, ließen sich so intelligente Gebäude schaffen, in denen Wände als Sensoren fungieren, um kleine Risse zu erkennen und zu überwachen. Das wäre ein großer Fortschritt. Größere Risse in Betonkonstruktionen lassen sich heute relativ gut und zerstörungsfrei durch Erkennungsmethoden wie Ultraschall- oder Akustiksensoren erkennen. Die Früherkennung kleiner Risse ist jedoch noch immer eine Herausforderung. „Die Ausrüstung für diese Methoden ist oft sperrig, was den regelmäßigen Einsatz zur Überwachung sehr großer Strukturen wie Brücken oder hoher Gebäude erschwert“, sagt Tran. Smarter Beton wäre hier eine Lösung, ist aber noch Zukunftsmusik. In einer nächsten Phase der Forschung wird deshalb die elektrische Leitfähigkeit von Graphenoxid in Beton genauer untersucht und getestet, ob ein smarter Beton sich als potenzielles intelligenter Baustoff eignet.
