Neuer zement: natur inspirierte lösung für feste bauwerke
Der Zement, das weltweit am meisten verwendete Baustoff, hat ein strukturelles Problem, das die Industrie seit Jahrzehnten nicht lösen konnte: Risse. Einem Team von Wissenschaftlern der Princeton University in den USA ist es jedoch gelungen, einen völlig neuen Ansatz zu entwickeln, um diese Schwachstellen zu vermeiden.
Statt zu stärken, wird er reorganisiert
Die Forscher haben nicht versucht, eine neue chemische Formel zu erfinden, sondern das bestehende Zementmolekül von innen aus neu zu gestalten. Ihr Schlüssel ist die Kopie einer Struktur, die die Natur bereits Millionen von Jahren perfektioniert hat: die von der Mutterperle.
Das Molluskenschalenmaterial ist bekannt für seine Kombination aus Härte und Flexibilität. Es besteht aus dünnen, elastischen Schichten, die umarrangte, aber trotzdem stabilere, feste Platten umgeben. Wenn es einen Schlag aushält, brechen die Scherben nicht abrupt, sondern die Energie wird abgesunken und die Risse verlieren an Kraft, bevor sie sich weiter ausbreiten können.
Das ist genau das, was Ingenieure jahrzehntelang versucht haben, in Bauwerksmaterialien zu übertragen. Und jetzt hat das Princeton-Team es geschafft, indem es dieses Prinzip in Zement umsetzt, indem es rígide und flexible Bestandteile abwechselnd anordnet, wie zum Beispiel Polymere. Dieses Design ermöglicht es dem Material, Spannungen besser aufzunehmen und anstatt zu brechen, sich anzupassen, die Last zu verteilen und den Fortschritt von Rissen zu bremsen.
Das Ergebnis ist ein Zement, der etwa 17 Mal widerstandsfähiger gegen Risse ist. Es bedeutet nicht, dass er 17 Mal härter ist, sondern dass er viel besser Risse aushält. In der Praxis ändert sich sein Verhalten radikal. Während herkömmlicher Zement progresiv bricht, wenn er anfängt zu reißen, hält dieser neue Materialtyp länger und kontrollierter.
Das hat enorme Auswirkungen auf die Bauwelt. Stärkere, langlebigerer Bauwerke bedeuten weniger Reparaturen und Ersatz, was sich unmittelbar auf die Kosten auswirkt. Es gibt auch eine Umweltbilanz, denn die Herstellung von Zement ist eine der größten CO2-Quellen weltweit. Wenn weniger Material benötigt wird, reduziert sich der Gesamtumfang.
Produzieren, Verkaufen und Integrieren solchen Zements in bestehende Prozesse ist jedoch eine Herausforderung. Der Bauwesen ist ein konservativer Sektor und jede Veränderung muss nicht nur funktionieren, sondern auch wirtschaftlich sein. China hat bereits gezeigt, dass es möglich ist, Wüstenboden in fruchtbaren Ackerland umzuwandeln – innerhalb von 10 Monaten. Die Bauindustrie beginnt, die Natur zu studieren.