Selbstheilender Beton schmilzt auch noch Eis auf der Fahrbahn

Im Winter beschäftigen Schnee und Eis auf den Straßen viele Einsatzkräfte. Schneefräsen und Einsatzfahrzeuge müssen ausrücken, Salz wird verstreut. Ein neuartiger Beton könnte diese Mittel allerdings überflüssig machen. Durch die Einbringung eines Spezialmaterials in den Beton kann dieser Schnee und Eis selbst schmelzen und so beseitigen. Der neue Beton könnte nicht nur wesentliche Zeitersparnisse bei der Wartung von winterlichen Straßen bringen, sondern auch die Lebensdauer der Oberflächen verlängern. Denn Temperaturschwankungen und Streusalz setzen dem Straßenbelag zu.

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Paraffin wird in Beton gemischt

„Eine Möglichkeit, die Lebensdauer von Betonflächen wie Straßen zu verlängern, ist es, die Oberflächentemperatur im Winter über dem Gefrierpunkt zu halten", erklärt der Forscher Amir Farnam New Atlas. "Durch das Verhindern von Gefrieren und Auftauen und die Verringerung der Notwendigkeit des Räumens und Salzens kann die Zerstörung der Oberfläche verringert werden. Deshalb untersuchen wir, wie wir spezielle Materialien in den Beton einbringen können, die eine höhere Oberflächentemperatur aufrechterhalten, wenn die Umgebungstemperatur sinkt."

Bei diesem Material handelt es sich um Paraffin. Das ist eine Art Wachs, welches hauptsächlich aus gesättigten Kohlerwasserstoffen besteht. Es wird sehr häufig verwendet - etwa in Kerzen, Kosmetika und Medikamenten. Paraffin ist ein sogenannter Latentwärmespeicher. Es setzt Wärme frei, wenn es von einem flüssigen in einen festen Zustand übergeht, weil die Umgebungstemperatur sinkt.

Test am Parkplatz der Universität

Bereits in der Vergangenheit testeten die Forscher*innen ihr Produkt unter Laborbedingungen. Nun zeigten sie erstmals, dass der Beton auch bei Realbedingungen funktioniert. Um das Paraffin in den Beton zu bekommen, verwendeten sie zwei verschiedene Methoden. Bei der ersten wurden poröse Kieselsteine verwendet, die in flüssiges Paraffin getaucht wurden und die das Wachs dann ansaugten. Anschließend wurden sie in den flüssigen Beton eingebracht. Bei der zweiten Methode wurden spezielle Mikrokapseln mit Paraffin direkt in den Beton gemischt. 

Dann gossen sie zum Test 3 Platten. Eine mit den Kieseln, eine zweite mit den Mikrokapseln und eine dritte ohne Paraffin. Diese Testplatten sind seit Dezember 2021 auf dem Parkplatz der Drexel University. Mehrmals waren die Betonplatten während dieser Zeit Temperaturen unter dem Nullpunkt ausgesetzt. Sie mussten Schnee, Eis, Regen und sonstige Wetter-Ereignisse aushalten.

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Nicht für alle Straßen geeignet

Mit Kameras und Sensoren beobachteten die Foscher*innen dann die verschiedenen Mischungen. Sie sahen, dass der Beton mit Paraffin eine Oberflächentemperatur von 5,6 bis 12,8 Grad Celsius 10 Stunden lang aufrecht erhalten konnte, wenn die Umgebungstemperatur unter den Gefrierpunkt rutschte. Die vom Beton freigesetzte Hitze ließ ca. 2,5 cm Schnee pro Stunde mühelos schmelzen. Am besten funktionierte der Beton mit den nachträglich hinzugefügten Kieseln. 

Der neue Beton könnte künftig überall dort eingesetzt werden, wo sich wärmere und kältere Wintertage abwechseln. Probleme gab es bei den Paraffin-Platten jedoch, wenn sich mehr als 5 cm Schnee auf den Platten sammelten. Zu lange Kälteperioden sind auch schlecht: Wenn sich das Paraffin im Beton nicht ausreichend erwärmt, kann das die Leistung des Betons beeinträchtigen.