Verjüngungskuren für brüchigen Asphalt

Pechschwarz, extrem dickflüssig und klebrig: Bitumen ist der Leim, der kleine Steine und Sand im Strassenbelag zusammenhält. Empa-Doktorand Etienne Jeoffroy hat eine Möglichkeit entwickelt, ihn wieder zu verflüssigen, um Abnutzungsspuren wie kleine Risse oder Brüche zu verschliessen.

Wie die Materialprüfanstalt in der aktuellen Ausgabe ihres Magazins «Empa Quarterly» beschreibt, mischt Jeoffroy hierfür Eisenoxid-Nanopartikel ins Bitumen. Werden diese Nanopartikel einem Magnetfeld ausgesetzt, erwärmen sie sich und damit auch das Bitumen. Der «Leim» im Asphalt wird dadurch wieder flüssiger und verschliesst Mikrorisse im Material.

Das Bitumen wird normalerweise mit der Zeit brüchig - durch Abnutzung, Temperaturunterschiede und selbst durch Reaktion mit dem Luftsauerstoff. Eine Strasse mit dem von Jeoffroy entwickelten Spezialbelag liesse sich einfach instand halten, indem man sie einmal pro Jahr mit einem Fahrzeug abfährt, das ein magnetisches Feld erzeugt. Der Belag würde so deutlich länger halten, schrieb die Empa.

Das Road-Engineering-Labor der Empa, zu dem auch Jeoffroy gehört, entwickelte bereits vor einigen Jahren einen ähnlichen Ansatz mit Stahlwolle-Fasern. Allerdings liessen sich die Fasern nur schwer mit dem Bitumen mischen, verklumpten und führten so zu lokaler Überhitzung, wenn die Forschenden ein Magnetfeld anlegten.

Ausserdem rosteten die Stahlwolle-Fasern und erwärmten sich im Magnetfeld nur sehr langsam. So langsam, dass man für einen zwölf Kilometer langen Strassenabschnitt zwei Monate gebraucht hätte, um den Asphalt auf dieser Strecke zu «heilen».

Bei seinem neuen Ansatz liess sich Jeoffroy durch Spitzentechnologie aus der Krebsmedizin inspirieren: Bei der sogenannten «magnetischen Hyperthermie» werden Eisenoxid-Nanopartikel in einen Tumor gespritzt, von aussen einem Magnetfeld ausgesetzt und so erhitzt. Auf diese Weise soll der Tumor durch Hitze vernichtet werden.

Mit den Eisenoxid-Nanopartikeln liess sich die Aufwärmzeit drastisch verkürzen. Ausserdem rosten sie nicht. Der grosse Nachteil: Die Nanopartikel aus der Krebsmedizin sind bisher viel zu teuer für die Verwendung im Strassenbau.

Jedoch haben Jeoffroy und seine Kollegen bereits eine viel günstigere Alternative aus einem anderen Wirtschaftszweig gefunden, die ähnlich gut funktionierte. Über die Quelle der alternativen Partikel möchten sich die Wissenschaftler jedoch noch nicht äussern.

Nach den vielversprechenden Ergebnissen im Labor müssen die Wissenschaftler nun noch nachweisen, dass das Verfahren auch «im wirklichen Leben» funktioniert - angesichts der Belastungen auf einer Strasse.