Verschiedene Elastomere, die einer Farbbeschichtung ähneln, haben sich bei der Erkennung und Überwachung potenzieller Betonrisse an Gebäuden als äußerst hilfreich erwiesen. Ein Großteil der Tunnel- und Brückeninfrastruktur in Europa ist über 50 Jahre alt und nähert sich dem Ende ihrer Lebensdauer, wobei ein erheblicher Instandhaltungsbedarf besteht. Dies birgt die Gefahr weiterer verheerender Unfälle, wie der Einsturz der Morandi-Brücke in Genua in Italien im Jahr 2018 (43 Tote und 16 Verletzte).
Die kostengünstige und skalierbare Technologie der Elastomere, wie sie an der Universität Luxemburg und der Technischen Universität Darmstadt entwickelt wird, könnte die Sicherheit kritischer Infrastrukturen wie Brücken oder Dämme revolutionieren.
‟ Bestehende Lösungen und Sensoren ermöglichen keine preiswertige Erkennung und Überwachung, während unsere Technologie kostengünstig ist und nur eine Kamera als elektronische Ausrüstung benötigt”
Physiker an der Fakultät für Naturwissenschaften, Technologie und Medizin
Farben zeigen, wo sich das Material verschlechtert
Noch bevor der kleine Riss in der Mitte sichtbar wurde, zeigte die blaue Farbe seine Anwesenheit und half bei der Überwachung seiner Ausbreitung (siehe Videolink unten)
Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Forschern und Betonbau-Experten hat gezeigt, dass die Rissbildung in einem sehr frühen Stadium durch eine dünne Schicht dieser cholesterischen Flüssigkristallelastomere (CLCEs) sichtbar gemacht werden kann, die je nach Zustand des Materials ihre Farbe ändert. Außerdem könnte sie auch zur Überwachung des fortschreitenden Risswachstums eingesetzt werden, um vor potenziell katastrophalen Folgen zu handeln. Die Zusammenarbeit wurde in der Fachzeitschrift Structural Health Monitoring veröffentlicht.
Das Team verfeinert derzeit die chemische Zusammensetzung der CLCEs, die in verschiedene Farben geändert oder unsichtbar bleiben können, bis ein Riss auftritt, um so die Umweltbelastung zu minimieren. Obwohl die Technologie ursprünglich für Betonoberflächen entwickelt wurde, könnte sie aber auch problemlos auf Metalloberflächen von Fahrzeugen wie Flugzeugen, Booten, Zügen und Autos angewendet werden.
„Zusammen mit Prof. Numa Bertola von der Universität Luxemburg starten wir nun im Frühjahr 2025 unser erstes Pilotprojekt außerhalb des Labors an einer echten Struktur mit einer Brücke in der Schweiz. Es ist sehr wichtig ist zu sehen, wie sich unsere Lösung unter Außenbedingungen über einen längeren Zeitraum bewährt“, fügte Prof. Jan Lagerwall hinzu.
Das Team prüft derzeit die Zusammenarbeit mit weiteren Partnern sowie potenzielle kommerzielle Möglichkeiten durch die Lizenzierung geistigen Eigentums.
Video von Doktorand Yosuke Pestana Nakamura
Das Forschungsprojekt BriCE – Novel Concrete Bridge Spatially-Distributed Monitoring through Chromatic Liquid Chrystal Elastomers wird vom Institute for Advanced Research (IAS) der Universität finanziert. Das IAS ist das Förderprogramm der Universität für interdisziplinäre und zukunftsweisende Forschungsprojekte.