Smarter Stahl aus der Schweiz flickt alte Brücken

An der Schweizer Materialforschungsanstalt Empa wurde ein neues Verfahren entwickelt, das die Sanierung alter Betonbrücken auf ein neues Level heben könnte. Mithilfe von sogenanntem "intelligentem Stahl" soll die Instandhaltung solcher Betonbrücken stark vereinfacht werden. 

Nach einer Nutzungsdauer von einigen Jahrzehnten treten bei Betonbrücken in der Regel Risse auf und der Stahl im Inneren kann zum Rosten beginnen. Dadurch sinkt die Tragfähigkeit, weshalb eine teure Sanierung oder gar ein Neubau ansteht. 

Bisher wurde das meist mit einer zusätzlichen Betonschicht und dem nachträglichen Einbau von herkömmlichen Stahlteilen gelöst. Um die Tragfähigkeit von Brücken wieder zu erhöhen, wurden dabei die Stahlstäbe mechanisch vorgespannt, was extrem aufwändig, komplex und teuer ist. 

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Stahl mit Gedächtnis

Die nun entwickelte Schweizer Lösung setzt hingegen auf einen sogenannten Formgedächtnisstahl (Fe-SMA) in Kombination mit ultrahochfestem Faserbeton. Die Fe-SMA-Stäbe (Iron-based Shape Memory Alloys) werden wie herkömmliche Bewehrungsstäbe hergestellt, schreibt die Empa in einer Aussendung. 

Den Unterschied macht aber der Formgedächtniseffekt, der durch eine spezielle Eisenlegierung ermöglicht wird. Diese Legierung besteht unter anderem aus Mangan, Silizium und Chrom. Durch das erstmalige Strecken der Stäbe verändert sich die atomare Kristallstruktur. Werden die Stäbe anschließend erhitzt - auf etwa 200 Grad Celsius - erinnern sie sich an ihre ursprüngliche Form und versuchen diese wieder anzunehmen. 

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Stahlstäbe bauen Spannung von selbst auf

Bei einer Brückensanierung mit der neuen Methode, würden die Fe-SMA-Stahlstäbe vorgedehnt beziehungsweise vorgeformt auf die Baustelle geliefert und zusammen mit ultrahochfestem Faserbeton in die bestehende Stahlbetonstruktur eingebracht. 

Nach dem Einbau werden die Stäbe entsprechend erhitzt. "Da sie sich zusammenziehen wollen, aber durch den Beton zurückgehalten werden, entsteht eine innere Spannung. Diese inneren Kräfte können Risse schließen, deformierte Elemente anheben und die Lebensdauer einer Brücke verlängern", heißt es von der Schweizer Materialforschungsanstalt, die zur ETH Zürich gehört. 

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Noch nicht wirklich praxistauglich

"Das Schöne an diesem Verstärkungssystem ist seine Einfachheit", sagt die Empa-Forscherin Angela Sequeira Lemos. "Man verankert die Stäbe, erwärmt sie – und sie erledigen den Rest von selbst."

Noch seien die verwendeten Materialien aber relativ teuer. Das System würde sich deshalb vor allem für stark verformte oder bereits geschädigte Brücken eignen – also dort, wo herkömmliche Verstärkungsmethoden an ihre Grenzen stossen, so die Empa.

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