Beton dat zichzelf heelt

Binnen het Laboratorium Magnel voor Betononderzoek van de Universiteit Gent werken wij in samenwerking met andere Vlaamse en Europese onderzoeksinstellingen en bedrijven aan de ontwikkeling van zelfhelend beton.

Zelfheling is een principe dat als vanzelfsprekend wordt beschouwd voor vele biologische materialen; als we gewond geraken of een been breken, rekenen we op heling binnen enkele dagen of weken. Ook niet-biologische materialen zoals beton, metaal, polymeren, composieten en coatings, kunnen echter uitgerust worden met zelfhelende eigenschappen. Deze "slimme" materialen worden dan zo ontworpen dat ze de opgelopen schade snel detecteren en hierop reageren: de bouwblokken die de schade kunnen herstellen worden getransporteerd naar het defect en zorgen voor herwinning van de oorspronkelijke eigenschappen. Zo bestaan er al autolakken die scheurtjes vanzelf laten verdwijnen, schietschijven waarin de gaten zich automatisch dichten, elastische materialen die je kan doorknippen en die na een kort contact tussen beide delen opnieuw een stevig geheel vormen.

Wij proberen deze zelfhelende eigenschap nu ook in te bouwen in beton. Beton is een veelgebruikt bouwmateriaal: het is goedkoop, gebruiksvriendelijk en biedt allerlei toepassingsmogelijkheden. Anderzijds kan het makkelijk scheuren onder trekspanningen, zodat agressieve stoffen kunnen binnendringen en de wapening doen roesten. Het repareren van die scheuren is vaak arbeidsintensief, duur en veroorzaakt veel indirecte hinder, zoals verkeersproblemen op het moment dat bruggen, tunnels of wegen hersteld moeten worden. Door zelfheling kan de onderhoudsvrije levensduur van deze constructies verlengd worden.

Om beton zelfhelend te maken onderzoeken we verschillende systemen. Bij een eerste systeem worden de componenten van een polymeer in capsules in het beton gebracht. Als er een scheur optreedt, breken de capsules, en de componenten reageren en vormen het uiteindelijke polymeer dat de scheur afdicht. Voor een tweede oplossing doen we beroep op bacteriële sporen – een slapende vorm van bacteriën – beschermd in poreuze granulaten of microcapsules. Doet zich een scheur voor, dan worden de bacteriën geactiveerd: ze zetten water en nutriënten om in calciumcarbonaat (kalksteen) dat de barst permanent herstelt. Een nieuwe ontwikkeling is dat we de bacteriën verwerken in een "superabsorberend polymeer" of "hydrogel". De hydrogel heeft een dubbelfunctie. In een vochtige omgeving zwelt hij enorm en kan hij zo de scheur snel afdichten. Anderzijds levert de hydrogel aan de bacteriën het essentiële water voor hun werking. Deze bio-hydrogels kunnen momenteel scheuren tot 0,5 mm breed dichten.

Meer informatie is terug te vinden op http://www.concrete.ugent.be. Bekijk ook http://www.youtube.com/user/shesecemin.

 

 

 

Nele de Belie is sinds 2000 professor aan de Universiteit Gent met als onderzoeksdomein Duurzaamheid van betonconstructies. Ze leidt binnen het Laboratorium Magnel voor Betononderzoek de groep "Beton en milieu", waarin een twintigtal onderzoekers zich toeleggen op de studie van microstructuur, duurzaamheid en milieu-impact van beton. Ze ontving reeds verschillende prijzen voor haar werk (o.a. de L’Hermite medaille).