Zelfhelend beton maakt reparaties overbodig

U rijdt door een Brusselse tunnel wanneer plots een brokstuk op uw wagen valt. Iets wat niemand wil meemaken. Doordat het beton scheurt, kunnen schadelijke stoffen binnendringen en het beton van binnenuit aantasten. Grote stukken komen los en vallen naar beneden op uw wagen...

We hebben beton echter nodig. Het is een relatief goedkoop en sterk bouwmateriaal. De grootste bouwwerken bestaan immers uit beton en dat geeft ons een gevoel van stevigheid en zekerheid. Maar dit veilige gevoel dienen we te vrijwaren. Als we dit niet doen, sluiten de betonnen tunnels voor herstel en lijdt de economie onder het vele fileleed. Een file zonder einde waarin ook u zal staan. Want in de toekomst scheurt het beton opnieuw...

De mens als oplossing
Zelfhelend beton kan zichzelf herstellen zonder hulp van buitenaf. Het nieuwe beton is nog steeds grijs, maar de hulp komt van binnenuit, net zoals in ons lichaam. De mens heeft namelijk de eigenschap zichzelf te herstellen als we ons verwonden of snijden. Een wonde zal na verloop van tijd helen en achteraf is er geen schade meer te zien. Ook de Brusselse tunnels kunnen deze eigenschap hebben, maar dit dienen we te stimuleren.

Beton bestaat voornamelijk uit cement, zand, keien en water. Cement verhardt door contact met water en dat geeft de sterkte aan het beton. Nu zal niet alle cement reageren met water. Als dat cement uiteindelijk toch in contact komt met water van buitenaf, vormen zich nieuwe producten die de gevormde nadelige scheuren opvullen en herstellen. Ook ontwikkelen zich andere producten, zoals de typisch witte kalksteenafzetting die u ook ziet in de scheuren en aan de zijkanten van tunnels.

Er zijn echter twee noodzakelijke elementen om een volledig herstel te bereiken. Dit door de scheuren klein te houden en door voldoende water te voorzien. Dit wetenschappelijk onderzoek lost deze problemen op door extra ingrediënten toe te voegen aan het beton.

Kleine heelbare scheuren
Beton herstelt volledig op voorwaarde dat de scheuren klein genoeg blijven. Dat is ook het geval in ons lichaam. Bij grote scheuren zijn de bouwstenen voor totaal herstel onvoldoende aanwezig. Kleine microvezels bieden de uitkomst. Microvezels zijn dunne vezels - dun zoals mensenharen - die men inmengt in het beton. Door de microvezels zal er zich geen grote nadelige scheur vormen. Bij de start van een scheur zullen de vezels namelijk de scheur overbruggen en stoppen. Dit kunt u inzien als volgt. Als u met uw hand een vinger van uw andere hand vastneemt en dan probeert uw vinger uit te trekken, zult u door wrijving hard moeten trekken. Dit principe is hetzelfde in beton waar vele vezels als vingers dienen om de scheur te overbruggen. Doordat de vezels de kracht opnemen, zal het beton ergens anders scheuren en vormen andere vezels op die locatie een brug. In het beton van tunnels ontstaan dan meerdere kleine scheuren in plaats van één enkele grote scheur. De gevormde kleine scheuren vertonen wel optimale heling en het materiaal herstelt volledig.

Watersponzen
Water is voor beton zoals bloed voor een mens. Zonder water is er dus geen heling. Het water zit vervat in materialen die het water opnemen als een spons. Deze watersponzen ondersteunen het zelfhelingsproces. De zwellende materialen nemen vocht uit hun omgeving op en houden tot honderden keren hun eigen gewicht aan water vast. Vandaar dat u ze ook terugvindt in vaak gebruikte producten. Denk maar aan luiers of slimme pillen die medische stoffen met verloop van tijd afgeven om een ziekte te genezen. De ziekte in dit onderzoek is niet menselijk van aard, maar zijn de scheuren in de Brusselse tunnels. En die scheuren wensen we te herstellen.

Doordat de ingemengde materialen zwellen, blokkeren ze de scheur. Op die manier treden geen ongewenste deeltjes of vloeistoffen meer via de scheuren naar binnen. De agressieve deeltjes tasten zo het beton niet langer aan. Na deze blokkade treedt zelfheling op door het water te gebruiken om complexe helingsproducten te vormen. Het zijn deze producten die zorgen voor de herwonnen sterkte van het materiaal.

Verminderde kosten
De volgende keer dat u door een Brusselse tunnel rijdt, wilt u zich geen zorgen maken of in de file staan. Laat staan dat u een brokstuk op uw wagen wilt. Door bouwwerken vanaf nu op te trekken met dit nieuwe zelfhelende beton, hoeft dit allemaal niet meer en verzacht het fileleed. Zelfhelend beton biedt de perspectieven om de tunnelproblematiek te omzeilen door het probleem aan de bron aan te pakken. De kost waarmee het gepaard gaat, weegt niet op tegen de voordelen. Doordat we extra stoffen toevoegen, stijgt de prijs van een tunnel. Maar bedenk dat het onderhoud en de reparatie kunnen verminderen. Ook is er minder schade voor de economie en zijn er geen files meer door vallende brokstukken. Het zelfhelende beton is in het ideale geval in staat volledig te herstellen zonder verlies van sterkte. Dit verhoogt ons gevoel van stevigheid en betrouwbaarheid.

De volgende stap in dit onderzoek is het nieuwe beton toe te passen in grote constructies zodat het daar ook zijn mogelijkheden zal bewijzen. Zo kan het zelfhelende beton de weg vinden van het laboratorium naar de praktijk.

Met dit nieuwe zelfhelende beton gaan we naar een wereld met minder reparaties, kosten en fileleed. De toekomst is dus niet enkel roos- maar ook grijskleurig, net zoals het beton.

didier snoeck is één van de 8 finalisten van de vlaamse phd cup. u kan de finale op woensdag 28 september (20.00u) volgen via een livestream op canvas.be

Artikel door Didier Snoeck

Didier Snoeck volgde een training in populairwetenschappelijk schrijven door Ann De Ron - www.fishgrowfeet.be