Böjda betongbalkar, sprickor på undersidan av broar, risk för rost för armeringen:I Schweiz, många strukturer håller på att utvecklas på flera år. Ta riksvägar, till exempel:Enligt 2019 års rapport från Federal Roads Office (FEDRO), en stor andel broar byggdes mellan mitten av 1960-talet och 1980-talet — med betydligt lägre trafikbelastning än idag.

Kolfiberförstärkta polymerer (CFRP) har länge använts för att renovera bärande strukturer som stönar under sina belastningar:Platta lameller, fäst på undersidan, motverka belastningen. I "Ebrog"-metoden (för externt limmad förstärkning på spår), till exempel, som har dykt upp först på senare år, smala spår fräss in längsgående i balken i förväg:en förstorad yta för kraftöverföring, som också verkar djupare in i betongen. Denna metod användes för första gången 2018 för en brorenovering i Küssnacht.

Nu utvecklar Empa-forskare metoden vidare i ett Innosuisse-finansierat projekt och i samarbete med S&P Clever Reinforcement Company i Seewen. Teamet som leds av Christoph Czaderski från Empas Engineering Structures-labb testar förspända CFRP-laminat som "aktivt" förstärker betongbalkar:De är bundna med epoxiharts under dragpåkänning. När bandet har härdat, ändarna är avslappnade — och remsorna, som "vill" kontraktera, motverka nedböjningen ännu mer.

Knepigt i detalj

Det som låter enkelt till en början är knepigt i detalj – särskilt vid remsornas ändar, där enorma dragkrafter på upp till 14 ton verkar. För att förhindra att de slits av, de måste fixas tillförlitligt. Tills nu, detta har gjorts med aluminiumplåtar, limmade och säkrade med pluggar – men Empa-teamet har designat U-formade CFRP-byglar specifikt för den nya metoden. Fördelarna:en mer exakt definierad kraftöverföring och, framför allt, en metallfri konstruktion – immun mot allestädes närvarande och fruktad korrosion.

"En lösning gjord av ett enda material är alltid bättre än två som beter sig olika, " förklarar Czaderski. "Särskilt för ankringen, vi utförde många tester i labbet." Teamet drog nytta av erfarenheten vid Isfahan University of Technology i Iran. "Mycket grundforskning gjordes där, " Czaderski förklarar. "Vår postdoktor Niloufar Moshiri kom till oss med idén att kombinera Ebrog-processen med förspänning."

Potentialen är stor, som tester i labbet visar:Processen med förspännings- och CFRP-byglar ökade bärförmågan hos en betongplatta med 77 procent jämfört med den klassiska armeringsmetoden, dvs utan spår och förspänning. Även utan förspänning, skillnaden var fortfarande 34 procent.

Idé av en expert från Iran

För att få ut tekniken på marknaden, storskaliga tester på betongplattor med en spännvidd på sex meter ska ge ytterligare insikter innan ett riktigt renoveringsprojekt kommer att följa senare under 2021. Samtidigt branschpartnern arbetar redan med praktiska aspekter. Experterna utvecklar en industriell process för de U-formade byglarna, som tidigare tillverkats för hand av kolprofiler. Och utrustningen, med vilka lamellerna har förspänts fram till nu, "måste göras om för den nya processen, " förklarar Martin Hüppi, som leder projektet på S&P och har samarbetat med Empa-experterna under lång tid.

Ansträngningar som kan vara värda besväret:Varje struktur som renoveras istället för att byggas om sparar inte bara kostnader utan också CO ₂ utsläpp. Dessutom, processen skulle vara lättare och snabbare att hantera under installationen. "Det skulle också vara rimligt prissatt för byggnadsägare, säger Hüppi, som ser goda möjligheter för många tillämpningar - inte bara för att "föryngra" storskaliga strukturer som broar, men även vid bostadsrenoveringar. "Jag ser absolut en marknad för detta, säger Hüppi, "och med förspänning, du utnyttjar bara materialets fulla potential."