Gestrickte Strassen: Preisgünstig, umweltschonend und nachhaltig
Bitumen, der Stoff, der den Kies in Strassenbelägen zusammenhält, hat viele Nachteile: Da er aus Rohöl gewonnen wird, entstehen bei seiner Herstellung umweltschädliche Gase. Bitumen macht Strassenbeläge ausserdem anfällig für Risse und Verformungen und zudem undurchlässig für Regenwasser. Und darüber hinaus sind Strassenbeläge mit Bitumen - anders als Kiesel-Schnur-Beläge - nicht wiederverwendbar.
Die Idee, Bindfaden als Bindemittel zu verwenden, wurde aus der Kunst geboren, dem Kunstprojekt «Rock Print Pavillon»: stabile, mit Packschnur zusammengehaltene Säulen aus Kies. Laborversuche zeigten, dass Schottersäulen mit einer Höhe von 80 cm und einem Durchmesser von 33 cm einem Druck von 200 kN standhalten, was einer Last von 20 Tonnen entspricht. Die Schnur-«Lismete» besorgte beim Kunstprojekt ein Roboter.
Seid umschlungen, Millionen!
Auch bei den derzeit laufenden Experimenten der beiden Empa-Forscher Martin Arraigada und Saeed Abbasion aus der Abteilung «Beton & Asphalt» sorgt ein Roboterarm für die Auslegeordnung: Er legt die Schnur in einem programmierten Muster auf die übereinander gestapelten Schotterschichten. Für die mechanischen Tests werden fünf dieser Schichten aus Kies und Faden übereinander in einer Testbox mit Gummiboden platziert.
Das Kiesfadenpaket wird dann mit einem Drehteller und mit Druck belastet. Dieser Belastungstest zeigt: Indem die einzelnen Kieselsteine mit dem Faden umschlungen werden, hält das Paket einem Druck von 5 kN - einer halben Tonne - stand, ohne dass sich die Steine viel bewegen. Normalerweise übernimmt im Asphalt das Bindemittel Bitumen diese Aufgabe. Dynamische Belastungstests mit Rolldruck, ähnlich den extremen Bedingungen, denen Strassenbeläge standhalten müssen, sollen demnächst durchgeführt werden.
Suche nach dem besten Strickmuster
Parallel zu ihren Laborexperimenten modellieren die Forscher alles in 3D am Computer mit der Diskreten-Elemente-Methode (DEM). Das soll die Verschiebung einzelner Steine und die auf das Gewinde wirkenden Zugkräfte aufzeigen - etwas, das im Labor nicht untersucht werden kann. Ausserdem sollen verschiedene Muster und Maschenweiten und deren Auswirkungen auf die Stabilität des Pflasters näher untersucht werden.