Tekniken med självläkande betong kommer att vara som allra mest fördelaktig i infrastruktur där reparationer är kostsamma och störande.
Magdalena Rajczakowska, postdoktor vid Luleå tekniska universitet
Tänk dig att du råkar skära dig i fingret när du står och fixar frukostmackan. Direkt sätter kroppens immunförsvar in och påbörjar läkningen. Inom ett par dagar ser såret bättre ut och någon vecka senare är det förmodligen helt borta. På liknande sätt kan även betong läka sina egna sprickor. En spännande process som både kan förlänga livslängden på betongkonstruktioner och minska behovet av underhåll.
Den naturliga självläkningsprocessen
När betong självläker sker kemiska reaktioner där bland annat icke-hydratiserad cement i bindemedlet reagerar med vatten som tränger in i små sprickor. Denna process bildar nya kristaller, ofta kalciumkarbonat, som fyller och förseglar sprickorna. Självläkningen sker naturligt när betongen utsätts för fukt utan att tillsatser behövs.
Den naturliga självläkningen är dock en ganska långsam process och inom byggindustrin är det förstås en fördel om man kan snabba på den på konstgjord väg. Därför har forskare under många år undersökt olika sätt för att främja självläkning i betong.
Två sådana metoder är bakteriebaserad självläkning och polymerkapsling. Den förra innebär att man tillsätter bakterier och en näringskälla som aktiveras och väcker bakterierna till liv vid sprickbildning när fukt tränger in. Bakterierna börjar då producera kalciumkarbonat som tätar sprickorna. Denna metod har visat mycket goda resultat men det finns också utmaningar. Materialkostnaderna blir höga och det är svårt att få bakterierna att förbli livskraftiga under konstruktionens hela livslängd. Faktorer som temperatur, pH-värde och fuktighet påverkar dessutom bakteriernas förmåga att aktiveras. Det är även svårt att säkerställa en jämn fördelning av bakterier och näringsämnen i betongen.
Vid polymerkapsling integrerar man i stället små kapslar med till exempel epoxiharts i betongen. Om det uppstår en skada i betongen spricker kapslarna och då frigörs läkande material som förseglar sprickan. En nackdel med den här metoden är dock att den blir tekniskt komplex och att det är svårt att applicera kapslarna jämnt i betongen. Dessutom blir självläkningsförmågan begränsad när kapslarna väl har förbrukats.
Naturlig självläkning är alltså för långsamt och fungerar inte särskilt effektivt om yttre förhållanden, som fukt och temperatur, inte är gynnsamma. Konstgjord självläkning är däremot kostsamt och tekniskt komplext. Finns det då några bättre sätt att påskynda självläkningen?
Forskning och nya lösningar
Magdalena Rajczakowska, postdoktor vid Luleå tekniska universitet, har i ett projekt som finansierats av SBUF, Skanska och Trafikverket, undersökt två sätt att förbättra betongens naturliga självläkning: dels genom att ändra betongens sammansättning, till exempel genom att tillsätta fibrer och olika bindemedel, dels genom att stimulera läkningen efter att sprickor har uppstått.
– Betong som innehöll tillsatsmaterial, som slagg eller flygaska, läkte bättre än betong med enbart portlandcement. Betong som hade stora mängder icke-reaktiv cement, gav blandade resultat. Det visar att mer cement inte automatiskt förbättrar självläkningen, säger Magdalena Rajczakowska som genomförde studien tillsammans med forskarkollegorna Andrzej Cwirzen, Hans Hedlund och Karin Habermehl-Cwirzen.
Hon tillägger att vissa fibrer förbättrade läkningen eftersom de drar till sig kalciumjoner, vilket hjälper de kemiska reaktionerna som tätar sprickorna.
För att ytterligare påskynda självläkningen testade forskarna även att tillsätta olika lösningar direkt i sprickorna:
– När vi tillsatte mikrosilika i vattnet bildades små kärnor som underlättade läkningen. Kemiska tillsatser, som vissa typer av fördröjande tillsatsmedel så kallad retarder, visade sig också förbättra hur väl sprickorna försluts.
Forskningsresultaten är intressanta eftersom självläkande betong har potential att minska underhållskostnader drastiskt och förlänga livslängden för konstruktioner som broar och tunnlar. Att då även betong med mer hållbara bindemedel som flygaska fungerar utmärkt, till och med bättre än med konventionella bindemedel, är förstås extra spännande.
Magdalena Rajczakowska påpekar samtidigt att forskningen behöver fokusera på nya bindemedelssystem och fler försök ute på fältet för att förstå hur materialet beter sig under verkliga förhållanden.
Självläkande betong i framtidens infrastruktur
– Tekniken med självläkande betong kommer att vara som allra mest fördelaktig i infrastruktur där reparationer är kostsamma och störande, som broar, tunnlar och vattenhållande konstruktioner, säger hon och fortsätter:
– Vi såg även att betong som skadats av hög värme, till exempel i en brand, kan börja läka sig själv igen om den utsätts för rätt fuktförhållanden.
Nu ser hon fram emot att det ska utvecklas en standardisering för självläkande betong.
– Det är avgörande för att vi ska kunna implementera självläkande betong brett. Dessutom behövs skräddarsydda lösningar för olika konstruktioner och förhållanden.
