Tyvärr, betong håller inte för evigt. Tidens härjningar tar också ut sina betongkonstruktioner i Schweiz. Förstärkta strukturer som broar påverkas inte bara, men även betongbyggnader utan armering, som dammväggar. En orsak kallas alkali-aggregatreaktionen (AAR). Det kan påverka alla betongkonstruktioner utomhus.

Med AAR, grundingredienserna i betongen är faktiskt problemet:Cement - huvudkomponenten i betong - innehåller alkalimetaller som natrium och kalium. Fukt i betongen reagerar med dessa alkalimetaller för att bilda en alkalisk lösning. Betongens huvudkomponenter är sand och grus, som i sin tur innehåller silikater som kvarts eller fältspat. Det alkaliska vattnet reagerar med dessa silikater och bildar ett så kallat kalciumkalciumsilikathydrat. Detta mineral ackumulerar fukt i sin struktur, vilket får den att expandera och gradvis spricka betongen inifrån.

Det slående här:Samma kemiska reaktion äger rum i många grusbitar i betongen; de små stenarna spricker en efter en. Trycket som kan utövas på en hel struktur på grund av denna mikroreaktion är stort:​​En dammvägg, till exempel, kan expandera med några decimeter. Detta kan orsaka skador på de laterala anslutningspunkterna till berget eller deformationer i slussområdet. Reaktionen sker gradvis, med den första skadan bara märkbar i drabbade strukturer efter tio till 15 år. Dock, den ständiga svällningen av betongen kan på allvar minska konstruktionernas livslängd.

År 2015 lyckades ett team av forskare från Empa och Paul Scherrer Institute (PSI) identifiera strukturen hos den vattenhaltiga kristallen som utlöser svullnad i betong. Denna struktur hade tidigare varit föremål för mycket spekulation.

Upptäckten inspirerade till ett tvärvetenskapligt forskningsprojekt som finansierades av Swiss National Science Foundation (SNSF). Förutom Empa och PSI, två EPFL -institut är också inblandade. Forskningsverksamheten samordnas av Empa -forskaren Andreas Leemann. "Vi vill studera och förstå AAR i alla dimensioner, från atomnivå och längdskalor i Angstrom -området till hela strukturer på en centimeter och meter skala, "förklarar Leemann.

Sex projekt täcker alla dimensioner

Sex delprojekt definierades i SNSF Sinergia-projektet:PSI använder synkrotronstrålning för att studera reaktionsprodukternas struktur för att förklara deras källor. De viktigaste parametrarna för att trigga silikaterna och sammansättningen av reaktionsprodukterna som bildades från början studeras vid EPFL; dessutom, datasimuleringar används för att undersöka svullnadens inverkan på strukturer.

Och på Empa, bildandet av sprickor i betongen undersöks vid rumslig och tidsmässig upplösning med hjälp av datortomografi vid Empa X-Ray Center, och de vattenhaltiga kristallerna syntetiseras i labbet. Detta gör det möjligt för forskarna att få större mängder av ämnet som vanligtvis finns i nano- till mikrometerstora sprickor i grusbitar. Endast med större mängder av ämnet i fråga kan fysiska egenskaper bestämmas exakt, dock. Inte bara ska resultaten hjälpa till att förstå AAR mycket bättre, de bör också avslöja sätt att undvika skador - och därmed kostnader. "Vi är redan på väg att avkoda fenomenet, som bara har förståtts i fragment fram till nu, "säger Leemann. Det fyraåriga projektet påbörjades i maj 2017. De första resultaten är redan inne. Nästa steg kommer att innebära att de enskilda grupperna knyts närmare och bygga vidare på resultaten från partnerna. I slutändan, detta bör ge en mer fullständig bild av AAR som gör att betongkonstruktioners tillstånd och risk kan mätas mer effektivt och att de drabbade byggnadernas öde kan övervakas mer vetenskapligt.