Een nieuw bouwmateriaal genaamd geheugenstaal, ontwikkeld bij Empa staat op het punt om op de markt te komen. Het materiaal kan worden gebruikt om nieuwe en bestaande betonconstructies te versterken. Wanneer het materiaal (eenmalig) wordt verwarmd, voorspanning gebeurt automatisch.

Vandaag, de stalen wapeningen in betonconstructies worden veelal hydraulisch voorgespannen. Hiervoor zijn kanalen nodig voor het geleiden van de spankabels, ankers voor krachtoverbrenging en met olie gevulde hydraulische vijzels. De ruimtevereisten van al deze apparaten creëren de geometrische randvoorwaarden voor elke voorgespannen betonconstructie; de versterking van oudere constructies mislukt daarom soms vanwege de hoge ruimtevereisten van deze beproefde methode.

Na 15 jaar onderzoekswerk, experts van Empa rapporteren nu een alternatieve methode voor serieproductie:legeringen met vormgeheugen op basis van ijzer die krimpen tijdens verwarming en zo de betonconstructie permanent voorspannen. Hydraulische voorspanning kan dus worden vermeden - het is voldoende om het staal kort te verwarmen, bijvoorbeeld, door middel van elektrische stroom of infraroodstralers. Het nieuwe bouwmateriaal zal op de markt worden gebracht onder de naam geheugenstaal. Verschillende proefprojecten, zoals de wapening van verschillende gewapende betonplaten, zijn al succesvol geweest.

Ontwikkeling van geheugenstaal

De ontwikkeling van geheugenstaal begon in de vroege jaren 2000. In voorgaande decennia, Empa was al een pionier in het versterken van beton met koolstofvezelversterkte polymeren (CFRP). Dit leidde tot het idee om legeringen met vormgeheugen te gebruiken voor het voorspannen van beton. De eerste tests met nikkel-titaniumlegeringen waren positief. Echter, het uit de geneeskunde bekende materiaal is veel te duur voor gebruik in de bouwsector. In 2009, Empa-onderzoekers zijn erin geslaagd een op ijzer gebaseerde vormgeheugenlegering te ontwikkelen, waarop ze ook patent hebben aangevraagd. In 2012, onderzoekers rond Julien Michels richtten uiteindelijk het bedrijf Re-fer AG op; Sindsdien is Michels CEO van het jonge bedrijf.

Geheugenstaal is bedoeld voor het versterken van bestaande gebouwen. Bijvoorbeeld, zodra nieuwe ramen, deuren of liftschachten worden geïnstalleerd in de betonconstructie van een oud gebouw, een nieuwe versteviging van de draagconstructie is vaak onvermijdelijk. In industriële gebouwen, het draagvermogen van een oude hangende plaat moet soms worden vergroot. Dankzij geheugenstaal, dergelijke taken kunnen nu ook in krappe ruimtes worden opgelost. Een strip speciaal staal kan met pluggen onder het plafond worden bevestigd en vervolgens worden verwarmd met elektriciteit of een infraroodstraler. Alternatief, de wapening kan ook in beton worden gezet. Eerst, een groef wordt in het oppervlak van de betonplaat gefreesd; vervolgens wordt een geribbelde wapeningsstaaf van geheugenstaal in de groef gestoken en gevuld met speciale mortel. Eindelijk, het profiel wordt met behulp van gelijkstroom verwarmd en zo voorgespannen. Een andere variant is om de wapeningsstaaf in een extra spuitbetonlaag in te bedden.

Prefab betonelementen met speciale geometrie

In de toekomst, geheugenstaal zou ook een beproefde methode kunnen zijn voor het vervaardigen van prefab betonnen onderdelen met een voorheen onbekende geometrie. De tot nu toe gebruikte hydraulische voorspanning zorgt voor wrijving in gebogen constructies, wat het gebruik van deze methode sterk beperkt. Met een geheugenstaalprofiel ingebed in beton, sterk gebogen constructies zijn nu ook mogelijk. Bij verhitting, het profiel trekt gelijkmatig over de gehele lengte samen zonder wrijvingsverliezen en brengt de spanning over op het beton.