Kurzfassung
Schweizer Forschende der Empa haben ein innovatives Verstärkungssystem für alte Stahlbetonbrücken entwickelt, das erstmals Formgedächtnisstahl mit ultrahochfestem Faserbeton kombiniert. Das Material zieht sich beim Erhitzen zusammen und spannt Betonstrukturen automatisch vor – ohne aufwendige Spannvorrichtungen. Grossversuche zeigen, dass das System bereits beschädigte Brücken wieder fit macht, Risse schliesst und die Tragfähigkeit verdoppelt.
Personen
- Angela Sequeira Lemos (Empa-Forscherin, Structural Engineering)
- Christoph Czaderski (Empa-Forscher, Structural Engineering)
Themen
- Brückensanierung und Infrastruktur
- Formgedächtnisstahl (Fe-SMA)
- Ultrahochfester Faserbeton (UHPFRC)
- Materialwissenschaft und Baustofftechnik
Clarus Lead
Viele Schweizer Brücken aus den 1970er-Jahren nähern sich dem Ende ihrer Lebensdauer. Ein Empa-Forschungsteam hat nun ein neuartiges Verstärkungssystem entwickelt, das beschädigte Strukturen ohne aufwendige Spannvorrichtungen reaktiviert. Die Kombination aus Formgedächtnisstahl und ultrahochfestem Beton ermöglicht es, bestehende Risse zu schliessen und durchhängende Bauteile anzuheben – durch einfaches Erhitzen auf etwa 200 Grad Celsius. Für Infrastrukturentscheider bedeutet dies eine kostengünstigere Alternative zu konventionellen Sanierungsmethoden, sobald die Materialkosten sinken.
Detaillierte Zusammenfassung
Das Forschungsteam um Angela Sequeira Lemos und Christoph Czaderski ersetzte in ihrem System die herkömmliche Stahlbewehrung durch eisenbasierte Formgedächtnis-Legierungen (Fe-SMA). Diese Materialien besitzen eine einzigartige Eigenschaft: Nach dem Erhitzen «erinnern» sie sich an ihre ursprüngliche Form und erzeugen dabei innere Spannungskräfte, die auf die Betonstruktur übertragen werden. Der Prozess ist elegant in seiner Einfachheit – die Stäbe werden verankert, erhitzt, und erledigen den Rest selbstständig.
In umfangreichen Versuchen in der Empa-Bauhalle testete das Team fünf Betonplatten à fünf Meter Länge, die freitragende Brückendecks simulierten. Eine Platte blieb unverstärkt als Referenz, während die anderen entweder mit konventioneller Bewehrung oder mit Fe-SMA-Stäben versehen wurden. Entscheidend: Die Platten wurden gezielt zum Riss gebracht, um realistische Sanierungsbedingungen nachzuahmen. Während der Aktivierung der Formgedächtnisstähle schlossen sich die Risse sichtbar, und Verformungen bildeten sich vollständig zurück. Modernste Messmethoden – darunter faseroptische Sensoren, die wie Glasfaserkabel funktionieren – verfolgten kontinuierlich die Verformungen im Inneren.
Die Ergebnisse zeigen klare Vorteile: Sowohl die konventionelle als auch die neue Verstärkung verdoppelten mindestens die Tragfähigkeit einer unverstärkten Platte. Unter Alltagsbedingungen (normaler Strassenverkehr) erwies sich das Formgedächtnisstahl-System jedoch als überlegen – es macht Brückenplatten steifer, verzögert bleibende Verformungen und kann bereits vorhandene Schäden reparieren.
Kernaussagen
Erstmalige Kombination: Formgedächtnisstahl wird erstmals mit ultrahochfestem Faserbeton kombiniert, was automatische Vorspannung ohne externe Spannvorrichtungen ermöglicht.
Doppelte Tragfähigkeit: Versuche zeigen eine mindestens verdoppelte Tragfähigkeit gegenüber unverstärkten Platten; unter Alltagsbedingungen ist das neue System überlegen.
Rissschliessung und Anhebung: Das System kann bestehende Risse schliessen und durchhängende Bauteile anheben – ideal für bereits geschädigte Brücken.
Einfache Anwendung: Der Prozess erfordert nur Verankerung, Erhitzung auf ~200°C und Betonüberguss – deutlich weniger Aufwand als konventionelle Methoden.
Kosten und Anwendungsbereich: Materialkosten sind derzeit hoch; das System eignet sich primär für stark verformte oder beschädigte Brücken, wo herkömmliche Methoden an Grenzen stossen.
Kritische Fragen
Langzeitverhalten unter Verkehrslast: Wie verhalten sich die Fe-SMA-Stähle über Jahrzehnte unter zyklischen Belastungen durch realen Strassenverkehr? Wurden Ermüdungstests durchgeführt, oder basieren die Aussagen nur auf statischen Versuchen?
Kostenreduktion und Skalierbarkeit: Die Medienmitteilung erwähnt «relativ teure» Materialien. Welche konkreten Kostenziele hat das Team, und auf welcher Basis wird eine Kostenreduktion durch höhere Nachfrage erwartet – gibt es Marktstudien oder Industrieverträge?
Vergleichbarkeit mit etablierten Methoden: Wurden die Kosten (Material + Arbeitszeit) des neuen Systems mit konventionellen Sanierungsmethoden (z.B. externe Vorspannung, Faserverbundverstärkung) quantitativ verglichen, oder ist der Vergleich rein qualitativ?
Praktische Umsetzung und Qualitätskontrolle: Wie wird sichergestellt, dass die Erhitzung auf Baustellen präzise auf ~200°C erfolgt? Welche Toleranzen sind zulässig, und wie wird die Qualität der Vorspannung überprüft?
Umweltbilanz und Recycling: Wie nachhaltig ist die Fe-SMA-Legierung in Herstellung und Entsorgung? Können die Stähle nach Lebensdauer recycelt werden, oder entstehen Entsorgungsprobleme?
Schnittstelle mit bestehenden Normen: Sind die Materialien und das Verfahren bereits in Schweizer Baustandards (SIA) integriert, oder müssen neue Normen entwickelt werden, bevor der Praxiseinsatz möglich ist?
Langzeitdichtheit und Korrosion: Der Text erwähnt, dass UHPFRC besonders widerstandsfähig gegen Wasser ist. Wie verhält sich die Verbindung zwischen Fe-SMA und Beton langfristig gegenüber Frost-Tau-Zyklen und Chlorideinwirkung (Streusalz)?
Quellenverzeichnis
Primärquelle: Neues Verstärkungssystem für Stahlbetonbrücken: Brücken sanieren mit «smartem» Stahl – Medienmitteilung Empa, 19. Februar 2026
Beteiligte Institutionen:
- Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)
- Ostschweizer Fachhochschule OST
- Empa-Spin-off re-fer
- Verband der Schweizer Zementindustrie cemsuisse
- Innosuisse (Förderung)
Verifizierungsstatus: ✓ 19. Februar 2026
Dieser Text wurde mit Unterstützung eines KI-Modells erstellt. Redaktionelle Verantwortung: clarus.news | Faktenprüfung: 19. Februar 2026