[ziesell]

Forschung: Paraffin macht Beton widerstandsfähiger

Eine Forschungsgruppe der Drexel University hat auf dem Uni-Parkplatz einen selbsterhitzenden Beton getestet. Es zeigte sich, dass er sogar Eis zum Schmelzen bringt.



In Philadelphia (Pennsylvania) erforscht eine Gruppe der Drexel University, wie sich die Haltbarkeit von Beton verlängern lässt. Besonders im Winter werden Betonstraßen stark strapaziert. Das Streusalz, das verwendet wird, um die vereisten Straßen wieder sicher zu machen, und Temperaturschwankungen setzen dem Straßenbelag zu.

"Eine Möglichkeit, die Lebensdauer von Betonflächen wie Straßen zu verlängern, ist es, die Oberflächentemperatur im Winter über dem Gefrierpunkt zu halten", erklärte Mitautor Amir Farnam von der Drexel University New Atlas.

Deswegen untersuche die Forschungsgruppe, wie man "spezielle Materialien in den Beton einbringen kann, die eine höhere Oberflächentemperatur aufrechterhalten, wenn die Umgebungstemperatur sinkt".

Paraffin im Beton

Dabei kam das Team auf Paraffin, eine Art Wachs, das überwiegend aus gesättigten Kohlenwasserstoffen besteht. Es kommt in Kosmetika, Kerzen und Medikamenten vor und gehört zu den sogenannten Latentwärmespeichern. Wenn die Umgebungstemperatur sinkt, geht es von einem flüssigen in einen festen Zustand über und setzt dabei Wärme frei.

Das Material gelangt zum einen durch poröse Kieselsteine in den Beton, die zuvor in flüssiges Paraffin getaucht wurden. Zum anderen können aber auch spezielle Mikrokapseln mit Paraffin direkt in den Beton gemischt werden. Beide Methoden funktionieren auch unter Realbedingungen und nicht nur in Labortests.

Die ersten Tests unter realen Bedingungen

Bereits im Jahr 2021 goss die Forschungsgruppe drei Platten auf dem Parkplatz der Drexel University. Eine ist mit den Kieseln versehen, eine andere mit den Mikrokapseln und als Kontrollobjekt gibt es eine gegossene Betonplatte ohne jeglichen Zusatz.

Seitdem waren die Platten mehreren Wintern und damit auch Temperaturen unter dem Nullpunkt ausgesetzt. Hinzu kamen über das Jahr hinweg noch weitere Wetterbedingungen, denen der Baustoff ausgesetzt war.

Wenn die Umgebungstemperatur unter den Gefrierpunkt sank, hielt der Beton mit Paraffin eine Oberflächentemperatur von 5,6 bis 12,8 Grad Celsius für zehn Stunden aufrecht. Die dabei freigesetzte Wärme ließ pro Stunde etwa 2,5 Zentimeter an Schnee schmelzen.

Das Forschungsteam dokumentierte dies mit Sensoren und Kameras. Dabei zeigte sich, dass die Wirkung des Paraffins bei nachträglich hinzugefügten Kieseln am besten war.

Zu den Forschungsarbeiten

Die Studie wurde am 18. März 2024 in der Fachzeitschrift Journal of Materials in Civil Engineering publiziert: Development of Self-Heating Concrete Using Low-Temperature Phase Change Materials: Multiscale and In Situ Real-Time Evaluation of Snow-Melting and Freeze-Thaw Performance.

Die Studie unter Laborbedingungen wurde im November 2017 in der Fachzeitschrift Cement and Concrete Composites veröffentlicht: Incorporating Phase Change Materials in Concrete Pavement to Melt Snow and Ice.

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