Sensoren ermitteln, wann neue Straßen wieder befahrbar sind

(24.8.2023) „Sprechender“ Beton: So wollen Forscher der Purdue University in West Lafayette/Indiana einen Beitrag zum Klimaschutz und zur Verflüssigung des Verkehrs auf Autobahnen leisten. In die Fahrbahnen werden Sensoren und Datenlogger eingebaut, die das Abbinden des Betons überwachen und dem Bauunternehmen per Smartphone mitteilen, wann die maximale Festigkeit erreicht ist. Erst dann sollte eine neue oder sanierte Strecke für den Verkehr freigegeben werden. Das schützt den Beton vor vorzeitigem Verfall.

Der Sensor übermittelt Daten über die Festigkeit des Betons per Smartphone-App an die Ingenieure. (Bild: Purdue University / Rebecca McElhoe) 

Milliardenhohe Ersparnis

Staus durch Infrastrukturreparaturen kosten in den USA jährlich vier Milliarden Stunden Zeit und verschwendet bis zu elf Milliarden Liter Treibstoff. Dies liegt vor allem an der unzureichenden Kenntnis der Festigkeitsklassen von Beton. Die Methoden, die die Industrie bisher anwendet, erfordern die Prüfung großer Betonproben in einem Labor oder auf der Baustelle. Anhand dieser Daten schätzen die Ingenieure die Festigkeit.

Trotz der Prüfungen können Unterschiede zwischen Labor- und Außenbedingungen durch verschiedene Zusammensetzungen und Umgebungstemperaturen zu ungenauen Schätzungen der Betonfestigkeit führen. Aufgrund dieser Unzuverlässigkeit wird der Beton schon vor seiner optimalen Festigkeit befahren, verschleißt schneller und muss entsprechend früher repariert werden. Mit der neuen Technologie sind die Ingenieure nicht mehr auf Betonproben angewiesen, können den Frischbeton direkt überwachen und gleichzeitig dessen Eigenschaften messen.

Bereits im Einsatz: Hier werden die Sensoren in die Schalung der Interstate 35 in Texas eingebaut. (Bild: Wavelogix, Dr. Luna Lu) 

Das richtige Maß an Zement   

Parallel zum Sensor arbeiten die Forscher um Dr. Luna Lu von Wavelogix an einem auf künstlicher Intelligenz basiertem Verfahren, das den für jeden Bauabschnitt optimalen Mix aus Beton, Sand und Zement ermittelt. Derzeit wird beim Straßenbau viel zu viel Zement eingesetzt. Die Software ermittelt anhand des Klimas der Baustelle und des aktuellen Wetters den optimalen Mix.

Betonguss mitten im Winter in Indiana erfordert beispielsweise eine andere Betonmischung, um das richtige Festigkeitsniveau zu erreichen, als wenn der Beton während des kalifornischen Winters gegossen wird. Die Forscher vermuten, dass die intelligente KI-Software die Menge des Zements bei der Betonmischung um bis zu 25 Prozent reduzieren kann und dabei gleichzeitig den Belag haltbarer macht.