der schadenswiderstand von hohlbeton wurde um das 5,6-fache erhöht
2024-10-04
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inspiriert von der harten außenstruktur menschlicher knochen haben ingenieure der princeton university in den vereinigten staaten einen neuen betontyp entwickelt, der rissbildung und plötzlichen schäden standhält und dessen schadensresistenz 5,6-mal höher ist als bei gewöhnlichem beton. relevante artikel wurden in der neuen ausgabe von advanced materials veröffentlicht.
bei der entwicklung dieser neuen betonart ließen sich die forscher von menschlichen kompakten knochen inspirieren. die dichte schale des menschlichen oberschenkelknochens besteht aus ovalen röhrenförmigen strukturen, den sogenannten osteonen. seine form und anordnung verteilen die risse um diese knocheneinheiten herum und verhindern so, dass sie bei einem aufprall brechen.
um den bionischen beton zu gießen, druckten die forscher eine röhrenförmige schalungsform mit polyvinylalkohol in 3d. anschließend gossen sie gummi in die form, um ein negativ der vorlage zu erstellen. schließlich lösten sie den gummi auf, um eine polyurethan-silikonform zu formen, und nutzten diese zum gießen des betons.
dank eines cleveren bionischen designs „fangen“ die hohlrohre des neuen betons risse ein und verhindern, dass sie sich weiter ausbreiten. dies steht im gegensatz zum hinzufügen von materialien wie fasern, kunststoffen usw. zum beton, um dessen festigkeit zu erhöhen. die neue methode kann das wachstum jedes risses kontrollieren, so dass das material nicht auf einmal bricht und fortschreitenden schäden standhalten kann, wodurch das material stärker wird.
die forscher führten dreipunkt-biegeversuche und einseitige kerbbiegeversuche durch. mit einem 2 millimeter dicken diamantsägeblatt und einem rasiermesser schnitten sie kerben in den beton und wiederholten den vorgang mehrmals, um daten über die bruchzähigkeit des materials zu sammeln. die ergebnisse zeigen, dass die schadensresistenz des neubetons mehr als fünfmal höher ist als die von normalbeton. dies führt nicht nur zu sichereren gebäuden, sondern reduziert auch die betonproduktion, was ein großer vorteil für die umwelt ist.
