In de ochtend van 14 augustus 2018 stortte een deel van de Ponte Morandi in Genua, Italië, in met enkele spijtige slachtoffers tot gevolg. Eens te meer bleek dat het onderhoud en herstel van structuren uit beton heel belangrijk zijn. En aangezien beton nu eenmaal het meest verbruikte bouwmateriaal ter wereld is en we het overal terugvinden, moet het beton dus veilig zijn en ook veilig blijven. Voor velen is het een grijs, saai en gevaarlijk materiaal maar het is eigenlijk magisch en heel veelzijdig. Een materiaal dat zo aangepast kan worden zodat we opnieuw op onze beide oren kunnen slapen en ons geen zorgen hoeven te maken over onderhoud en herstel. Een beton dat zijn eigen scheuren kan herstellen. Utopie zegt u? Het is al realiteit. Door enkele extra stoffen toe te voegen kunnen we het beton zo ontwerpen zodat het zijn eigen scheuren kan herstellen.

Veel mensen zien beton als grijs, saai en gevaarlijk materiaal, maar eigenlijk is het magisch en veelzijdig.

Beton kent iedereen. Vele moderne bouwwerken zoals tunnels, hoge torens en bruggen bestaan eruit. En zelfs de Romeinen gebruikten al een type beton voor hun aquaducten en bruggen, en ook grote structuren zoals het Colosseum. Maar na de val van het Romeinse Rijk geraakte de kennis voor het maken van dit bouwmateriaal eeuwenlang in de vergetelheid tot het herontdekt werd, namelijk bijna een tweehonderdtal jaar geleden in het Verenigd Koninkrijk waarbij geen vulkanisch cement gebruikt werd, maar ongeveer het cement zoals we het nu kennen. En sindsdien werd dit relatief jong materiaal steeds beter en meer onderzocht. En er zijn nog zovele zaken die dieper onderzocht kunnen worden om het materiaal beter te begrijpen en te gebruiken, vandaar dat we er nog steeds veel onderzoek op uitvoeren.

Beton is een heel sterk en makkelijk toepasbaar materiaal, de hoofdreden waarom we het overal terugvinden, maar heeft ook nadelen. Het beton kan grote drukkrachten weerstaan, maar het scheurt door trekkracht, net alsof we een elastiekje kapot zouden trekken. Vandaar dat we ook veel wapeningsstaal in het beton steken, zodat de bouwwerken niet instorten. Maar eens er zich een scheur gevormd heeft, gaat het van kwaad naar erger. Schadelijke stoffen treden naar binnen en veroorzaken corrosie van het wapeningsstaal als je het beton niet snel herstelt. Het gevolg is bezwijken van de constructie, zoals het geval was met de Ponte Morandi. Er werd weinig onderhoud voorzien en net dit was gevaarlijk. Soms is het onderhoud ook niet altijd mogelijk, zijn plaatsen onbereikbaar en kost het gewoon veel te veel. Maar het is gevaarlijk. En nu denken jullie ook allemaal aan de tunnels in Brussel. Geen paniek, die worden momenteel hersteld, met wel veel files tot gevolg.

Een beton dat zichzelf zou herstellen is dus heel interessant. En eigenlijk hoeven we de oplossing niet ver te zoeken. Wij zijn zelf het antwoord. Ons lichaam is in staat zichzelf te herstellen als we ons snijden of een bot breken. Ook beton kan zichzelf herstellen en dit is verre van sciencefiction. Door in te spelen op de samenstelling en het cement, water te voorzien en de scheuren klein genoeg te houden heb ik als bouwkundig ingenieur aan de Universiteit van Gent een beton ontworpen dat zijn sterkte volledig kan herwinnen. Het water op de juiste plaats krijgen en houden is de nieuwe stap.

Hierbij maak ik gebruik van superabsorberende polymeren. Dat is een wit poeder dat duizenden keer het eigen gewicht aan vloeistoffen kan opnemen en kan vasthouden, ook in het beton. Je kan het terugvinden in hygiënische producten zoals luiers om vocht tegen te houden en net die waterhoudende eigenschap hebben we ook nodig in het beton. Als het beton scheurt en water naar binnen treedt, dan zullen deze polymeren die al in het beton zitten ook vloeistof opnemen. Ze zwellen en dichten zo de scheur volledig. We krijgen een zelfdichtend beton en de vloeistofstroom wordt tegengehouden in deze eerste stap. Op die manier treden minder schadelijke stoffen het beton naar binnen en tasten deze het beton minder aan. Misschien heeft u al stromen vloeistof in tunnels of parkeergarages langs de muren en plafonds zien lopen, met alle gevolgen van dien. Dat is nu van de baan met dit nieuwe type beton met deze polymeren.

In een tweede stap geven de polymeren hun water weer af en dit water reageert met de bouwstoffen zoals onder andere het nog steeds beschikbare cement in het beton. Er worden harde en vaste producten gevormd in de scheur. En dit gaat zo door tot de volledige scheur gevuld is. De kleine scheuren kunnen zo volledig dichtgroeien na enkele dagen. Dit is het nieuwe type zelfhelend of zelfherstellend beton. Natuurlijk kan u nu kritisch opmerken dat als de scheur dichtgroeit, de sterkte niet noodzakelijk herwonnen wordt. Dat kan inderdaad gebeuren, maar met dit geoptimaliseerde beton is het wel het geval. We kunnen namelijk de volledige sterkte van het materiaal terugwinnen zonder dat we een herstel of onderhoud uitvoeren. En ook als we het materiaal een tweede keer breken kan het beton een deel van zijn sterkte herwinnen. Niet slecht voor het grijze materiaal, is het niet? Het is dus niet saai en grijs maar veelzijdig en interessant. We krijgen een nieuw, slim en optimaal beton dat zijn scheuren zelf kan herstellen. En door dit materiaal te gebruiken, hoeven we minder onderhoud en herstel uit te voeren. Met een initiële investering in dit beton kunnen we dus op langere termijn de kosten reduceren.

Dus, hoe maak je een brug die nooit instort? Wel, nooit, want er kan steeds iets gebeuren. Maar in de toekomst kan het beton zichzelf herstellen, zal de levensduur veel langer zijn en voelen we ons opnieuw veiliger.

Didier Snoeck is ingenieur aan de UGent. Hij doet onderzoek naar de ontwikkeling van zelfhelend beton met microvezels en superabsorberende polymeren.