Die Möglichkeit, Risse in Hochleistungsbeton vorherzusagen, macht Bauwerke sicherer. | Bild: James Wheeler/Dreamstime.com

Risse schwächen Betonstrukturen und können zum Einsturz führen. Wie eine neue Studie zeigt, lässt sich mit Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) das Wachstum von Poren im Innern des Materials verfolgen. Dies ermöglicht die Vorhersage von Rissen in Hochleistungsbeton, der in stark belasteten Strukturen von Brückenpfeilern oder Wolkenkratzern verwendet wird.

Beton entsteht durch das Verkleben der Gesteinskörnung, zum Beispiel Sand, mit Zement und Wasser. Der Zement härtet durch das zugefügte Wasser aus, indem die Kalziumsilikat-Moleküle bei der Reaktion mit den Wassermolekülen nadelförmige Kristalle bilden. Mit fortschreitender Reaktion vernetzen sich die Nadeln zu einer festen Struktur, deren Poren mit einer Mischung aus Wasser und Luft gefüllt sind. Der Druck an der Wasser-Luft-Schnittstelle presst den Beton zusammen, diese Belastung kann zu Rissen führen.

Zhangli Hu von der EPFL in Lausanne hat zusammen mit einem Team der Empa in Dübendorf eine neue Methode entwickelt für die Vorhersage, wie sich die relative Feuchtigkeit im Innern von Beton im Lauf der Zeit verändert und mit welcher Wahrscheinlichkeit sich dadurch Risse bilden. Die Methode stützt sich auf die Messung der relativen Häufigkeit grosser und kleiner Poren. Dazu werden Betonproben mit einem Labor-NMR-Gerät untersucht. Bei diesem Ansatz müssen die Proben nicht zerkleinert werden, wie dies bei der direkten Messung der relativen Feuchtigkeit erforderlich ist.

Bei Beton mit relativ hohem Wassergehalt weichen die NMR-Vorhersagen weniger als vier Prozent von direkten Messungen ab, bei Beton mit geringem Wassergehalt sogar weniger als zwei Prozent. «Deshalb ist diese Methode sehr vielversprechend für die Analyse von Hochleistungsbeton», erklärt Hu. «Dieser enthält wenig Wasser und ist gleichzeitig anfälliger auf Risse, die durch Veränderungen der Feuchtigkeit im Innern ausgelöst werden.»

Edwin Cartlidge