Hinter dem Verfahren steht die Empa, die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt der Schweiz. Ziel ist es, bestehende Stahlbetonbrücken nachträglich zu verstärken, ohne auf aufwendige mechanische Spanntechnik zurückgreifen zu müssen.
Was das Problem bei alten Brücken ist
Nach Jahrzehnten im Einsatz entstehen in Betonbrücken häufig Risse. Gleichzeitig kann die eingebaute Stahlbewehrung rosten. Beides verringert die Tragfähigkeit. In der Folge müssen Bauwerke verstärkt oder ersetzt werden.
Bisher wird dazu meist eine zusätzliche Betonschicht aufgebracht. Darin werden herkömmliche Stahlstäbe mechanisch vorgespannt. Dieses Verfahren ist technisch bewährt, gilt jedoch als arbeitsintensiv und komplex.
Wie der intelligente Stahl arbeitet
Die neue Lösung setzt auf sogenannte Fe-SMA-Stäbe. Dabei handelt es sich um Eisenlegierungen mit Formgedächtniseffekt. Die Stäbe werden vorgedehnt geliefert, in der bestehenden Struktur verankert und anschließend mit einer Schicht aus ultrahochfestem Faserbeton überdeckt.
Nach dem Einbau werden die Stäbe auf rund 200 Grad Celsius erhitzt. Normalerweise würde sich Stahl bei Hitze ausdehnen. Bei dieser speziellen Legierung kommt jedoch eine Umwandlung der inneren Kristallstruktur hinzu. Der zuvor gedehnte Stahl versucht, in seine ursprüngliche, kürzere Form zurückzukehren. Dieser Effekt ist stärker als die reine Wärmeausdehnung. Da die Stäbe fest im Beton eingebunden sind, entstehen Zugkräfte, die das bestehende Bauteil nachträglich vorspannen.
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Versuche mit vorgeschädigten Platten
In Tests untersuchten die Forschenden mehrere fünf Meter lange Betonplatten, die freitragende Brückendecks nachbildeten. Die Platten wurden zunächst gezielt bis zur Rissbildung belastet, um eine sanierungsbedürftige Brücke zu simulieren.
Nach dem Einbau und der Erwärmung der Formgedächtnisstäbe schlossen sich sichtbare Risse. Gleichzeitig reduzierten sich zuvor entstandene Durchbiegungen. Messungen im Inneren der Bauteile sowie an der Oberfläche dokumentierten die Veränderungen.
Nach Angaben der Empa erhöhte sowohl die konventionelle Verstärkung als auch das neue System die Tragfähigkeit deutlich. Unter Alltagslasten zeigte die Variante mit Formgedächtnisstahl eine höhere Steifigkeit.
Wo das System eingesetzt werden könnte
Die Materialien sind derzeit teurer als herkömmliche Lösungen. Das Verfahren dürfte deshalb vor allem bei stark geschädigten oder deutlich verformten Brücken eingesetzt werden, bei denen klassische Methoden an technische Grenzen stoßen. Ein erster Praxiseinsatz an einer realen Brücke steht noch aus.
