Robert Klatt
Ein selbstheizender Beton kann dank Paraffin im Winter das Zufrieren verhindern. Das Material könnte das Salzstreuen überflüssig machen.
Philadelphia (U.S.A.). Im Winter werden die Straßen in vielen Regionen mit Salz eisfrei gehalten. Dies funktioniert aber nur kurzzeitig und schadet der Umwelt, weil die Natrium- und Chloridionen in den Boden gelangen. Forscher der Hebei University of Science and Technology (HEBUST) haben deshalb kürzlich einen Zusatzstoff für gewöhnlichen Asphalt entwickelt, der das Streuen von Salz überflüssig macht.
Wissenschaftler der Drexel University haben nun einen Straßenbelag entwickelt, der sich selbst auftaut. Laut der Publikation im Journal of Materials in Civil Engineering haben sie dafür Paraffin in den Beton eingebracht. Es handelt sich dabei um ein wachsartige Material, das bereits bei einer Temperatur von 5,5 Grad Celsius schmilzt und dabei die Umgebungswärme absorbiert. Dabei kommt es zu einem Phasenwechsel, durch den die Energie nahezu verlustfrei unendlich lange gespeichert wird. Wenn die Temperatur unter 5,5 Grad Celsius sinkt, wird das Paraffin wieder fest und gibt die zuvor absorbierte Energie ab.
Das Paraffin haben die Forscher auf zwei unterschiedliche Arten in den Beton eingebracht. Sie haben dazu poröses Zuschlagmaterial in flüssiges Paraffin getaucht und es anschließend dem Beton beigemischt. Bei der zweiten Methode wurden paraffinhaltige Mikrokapseln direkt in den noch flüssigen Beton gegeben.
Anschließend haben die Wissenschaftler zwei Betonplatten mit den unterschiedlichen Paraffinbeimischungen und eine konventionelle Betonplatte zur Kontrolle gegossen und diese auf dem Gelände der Universität installiert.
Die drei Betonplatten haben seit Ende 2021 32 Frostereignisse und fünf Schneefälle erlebt. Dabei wurden sie permanent von Kameras und Wärmefühlern überwacht. Die Messergebnisse belegen, dass die Platte aus der ersten Produktionsmethode bei Frost über einen Zeitraum von zehn Stunden eine Oberflächentemperatur von 6 bis 13 Grad Celsius gehalten hat. Dies reicht aus, um mehrere Zentimeter Schnee und Eis zu schmelzen.
Der Beton mit den paraffinhaltigen Mikrokapseln gab seine gespeicherte Wärme schneller ab, konnte Schnee und Eis aber nur für etwa fünf Stunden beseitigen. Laut den Forschern liegt dies daran, dass das Paraffin im porösen Material erst bei 3,9 Grad Celsius schmilz, während die Mikrokapseln bereits bei 5,5 Grad Celsius ihre Wärme an die Umwelt abgeben.
Die Studie zeigt zudem, dass die selbstheizenden Betonplatten eine höhere Haltbarkeit haben, weil bei ihnen seltener Frostschäden auftreten. Gänzlich auf Salz verzichten kann man aber auch bei dem neuen Beton nicht, weil dieser nicht mehr als fünf Zentimetern Schnee schmelzen kann und sich zwischen den Frostphasen aufheizen muss. Wenn es über einen längeren Zeitraum kalt ist, muss der Schnell also noch konventionell beseitigt werden.
Journal of Materials in Civil Engineering, doi: /10.1061/JMCEE7.MTENG-17048
