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Das Wunder der Selbstheilung: Wie kann ECC-Beton im Regenwasser eine „Selbstheilung“ bewirken?!
Wenn es um Innovationen bei Baumaterialien geht, rücken technische Zementverbundstoffe (ECC) zunehmend in den Fokus der Branche. Dieses Material ist auch als verstärkter zugfester Zementverbundstoff (SHCC) oder allgemeiner als biegsamer Beton bekannt. Es handelt sich dabei nicht nur um einen Trend in der Baubranche, sondern auch um eine Lösung für die Brüchigkeit von herkömmlichem Beton.
Der Hauptunterschied zwischen ECC und normalem Zement besteht darin, dass er einer Zugspannung von 3–7 % standhält, während dies bei normalem Zement nur 0,01 % beträgt. Dadurch verhält sich ECC eher wie ein duktiles Metall als wie ein sprödes Glasmaterial.
Aufgrund seiner spröden Eigenschaften erleidet herkömmlicher Beton unter Belastung häufig irreversible Schäden. Mit der Einführung von ECC hat sich diese Situation deutlich verbessert. Diese Designinnovationen verleihen ECC nicht nur hervorragende Zugfestigkeitseigenschaften, die Mikrorisskontrolle schafft auch das Selbstheilungspotenzial des Materials.
Die Entwicklungsgeschichte von ECC
Die Entwicklung von ECC geschah nicht über Nacht, sondern war das Ergebnis des ersten systematischen Designs auf Grundlage der Mikroskop- und Bruchmechaniktheorie. Viele namhafte Universitäten weltweit, etwa die University of Michigan und die Universität Tokio, beteiligen sich aktiv an der Forschung und Entwicklung von ECC. Sein Designsystem deckt mehrere Ebenen von Nanometern und Mikrometern bis hin zur makroskopischen Ebene ab, was es ECC ermöglicht, vielfältige Anwendungslösungen auf den Markt zu bringen.
Einzigartige Eigenschaften von ECC
ECC verfügt über eine Reihe einzigartiger Eigenschaften, darunter überragende Zugfestigkeitseigenschaften und eine hervorragende Verarbeitbarkeit. Zur Aufrechterhaltung einer engen Risskontrolle ist nur eine geringe Fasermenge (ca. 2 %) erforderlich. Aufgrund dieser Eigenschaften ist ECC herkömmlichem Faserbeton weit überlegen. Durch die Entstehung solcher Mikrorisse kann ECC größere Strukturfehler bei Spannungsbelastungen vermeiden.
In der natürlichen Umgebung wagt ECC die Selbstreparatur. Sobald bei Kontakt mit Wasser Mikrorisse auftreten, beginnen die nicht umgesetzten Zementpartikel zu hydratisieren. Dabei entstehen verschiedene Produkte, die die Risse füllen und nach und nach ihre mechanischen Eigenschaften wiederherstellen.
Typidentifikation
ECC kann entsprechend den unterschiedlichen Designanforderungen in mehrere Typen unterteilt werden. Beispielsweise eignet sich leichtes ECC durch Hinzufügen von Poren oder Polymerpartikeln zur Reduzierung der Dichte sehr gut für Anwendungen in Hängehäusern, Flößen usw. Bei selbstnivellierendem Beton wird das Mischungsverhältnis so angepasst, dass das Material von selbst fließen kann. Daher eignet es sich zum Füllen von Formen mit komplexen Formen.
Aufsprühbares ECC ist gut pumpbar und eignet sich zur Verstärkung und Reparatur von Tunneln oder Abflussrohren, was die Zweckmäßigkeit und Flexibilität von ECC voll und ganz unter Beweis stellt.
Praktische Anwendungen
Dieses Material wurde in vielen Großprojekten in Japan, Südkorea, der Schweiz, Australien und den Vereinigten Staaten verwendet. Beispielsweise wurde der Mitaka-Damm in Hiroshima mithilfe von ECC repariert und strukturelle Risse erfolgreich reduziert. Diese Anwendungen verifizieren nicht nur die Leistungsfähigkeit von ECC, sondern demonstrieren auch dessen tatsächliche Wirkung in Bauprojekten.
2005 wurde die Mihara-Brücke in Hokkaido für den Verkehr freigegeben. Im Stahlbeton-Fahrbahnbelag der Brücke wurden fast 800 Kubikmeter ECC verwendet. Dadurch wird der Materialeinsatz im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen um 40 % reduziert.
Diese Fälle aus der Praxis demonstrieren einmal mehr die Vorteile von ECC gegenüber herkömmlichem Beton hinsichtlich der Verbesserung der strukturellen Haltbarkeit und seiner potenziellen Reparaturfähigkeiten.
Zukunftsaussichten
Mit dem technologischen Fortschritt und der Entwicklung der Materialwissenschaften wird sich der Anwendungsbereich von ECC zweifellos schrittweise erweitern. Ob in Brücken, Tunneln oder alltäglichen Gebäuden – aufgrund seiner selbstheilenden und haltbaren Eigenschaften ist ECC für zukünftige Bauvorhaben wichtig und kommerziell wertvoll.
Angesichts der immer schwerwiegenderen Umweltprobleme und Materialanforderungen müssen wir jedoch darüber nachdenken, mit welchen innovativen Technologien wir die Leistung von Baumaterialien weiter verbessern und so den Lebensraum der Menschheit schützen können.
