Bislang werden Stahl-Armierungen in Betonbauwerken meist hydraulisch vorgespannt. Forscher haben jetzt eine alternative Methode zur Serienreife gebracht: Bewehrungsstäbe aus Formgedächtnislegierungen auf Eisenbasis, die sich beim Erhitzen zusammenziehen.
Verstärkung einer Zwischendecke mit Shape-Memory-Stahl
Empa
Formgedächtnislegierungen sind Funktionswerkstoffe, die in der Lage sind, sich an eine zuvor eingeprägte Form zu erinnern. Diese Reversibilität in der Gestaltänderung ist das Resultat einer temperatur- oder spannungsinduzierten Phasentransformation. Aufgrund dieser einzigartigen Eigenschaften können solche Materialien etwa als Stellelemente in mechatronischen Systemen oder als hoch elastische Federelemente eine Funktion ausführen. Dabei kommt enorme Energiedichte zur Wirkung. Die Funktionsweise von Formgedächtnislegierungen und ihre Anwendung in Aktoren erläutert unter anderem Springer Autor Jörg Wallaschek im Buchkapitel "Sensoren und Aktoren" (Konstruktionselemente des Maschinenbaus 2, ab Seite 661).
Wie jetzt die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) bekannt gibt, ist es dort gelungen, eine Shape-Memory-Stahllegierung zu entwickeln, mit dem sich Betonstrukturen verstärken lassen. Nach rund 15 Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit sei die alternative Methode zur hydraulischen Vorspannung von Stahl-Armierungen in Betonbauwerken serienreif: Es genüge, den Stahl kurz zu erhitzen, etwa durch elektrischen Strom oder mittels Infrarotstrahler. In mehreren Pilotprojekten etwa zur Verstärkung von Stahlbetondecken habe der Formgedächtnisstahl seine Praxistauglichkeit bewiesen, und über das Empa-Spin-off re-fer AG sei das neue Bewehrungsmaterial ab sofort verfügbar.
Chance für alte Gebäude und spezielle Geometrien
Das Produkt memory-steel soll zunächst vor allem dazu verwendet werden, bestehende Gebäude nachträglich zu verstärken. Das sei damit auch in engen Räumen gut lösbar. In Zukunft könnte memory-steel auch ein probates Mittel sein, um Beton-Fertigteile mit einer bislang nicht gekannten Geometrie zu fertigen, so eine Vision der Empa-Forscher. Bei den bislang üblichen, hydraulischen Vorspannungen entsteht Reibung bei gekrümmten Strukturen, was den Einsatz dieser Methode stark einschränkt. Mit einem einbetonierten Formgedächtnisstahl werden nach Empa-Angaben auch stark gebogene Konstruktionen möglich: Das Profil ziehe sich beim Erhitzen gleichmäßig über die ganze Länge ohne Reibungsverluste zusammen und übertrage die Spannung auf den Beton.
Bewehrungsstäbe mit Formgedächtnis
Empa