WaveLogix-Betonsensoren melden die Straßenfestigkeit in Echtzeit

Von einem Professor der Purdue University erfundene Betonsensoren werden in zwischenstaatlichen Wiederaufbauprojekten in den USA eingesetzt, um vorzeitige Betonausfälle zu verhindern.

Luna Lu, amtierende Leiterin der Lyles School of Civil Engineering in Purdue, leitet seit 2017 die Entwicklung der Sensoren. Sie gründete 2021 das Startup-Unternehmen WaveLogix, um die Rebel-Betonfestigkeitssensoren zu entwickeln, um sie in größerem Maßstab zu vermarkten und herzustellen. Mit Mitteln der Federal Highway Administration beteiligen sich Staaten mit konkreten Autobahnen an Tests der Sensoren. Indiana und Texas sind die ersten beiden Staaten, die sie einsetzen.

Die Sensoren wurden Anfang des Jahres während der Betonarbeiten an einem Abschnitt der I-35 in Hillsborough, Texas, und an einer neuen I-469-Rampe, die in Indiana in der Nähe von Indianapolis gebaut wird, sowie an Abschnitten der I-70 und I-74 angebracht . An der Studie nehmen auch Staaten teil: Missouri, North Dakota, Kansas, Kalifornien, Tennessee, Colorado und Utah.

Mithilfe der Sensoren können Straßenbauer feststellen, wann Frischbeton reif genug ist, um befahren zu werden, ohne Betonproben entnehmen und analysieren zu müssen. Laut einer Pressemitteilung der Purdue University „überwachen die Sensoren direkt den Frischbeton und messen viele seiner Eigenschaften gleichzeitig genau“. „Der Sensor teilt den Ingenieuren über eine Smartphone-App genau mit, wann die Fahrbahn stark genug ist, um starken Verkehr zu bewältigen.“

Die Betonsensoren werden vor dem Betonieren installiert und mit Beton abgedeckt. Ein Sensorkabel wird an ein wiederverwendbares Handgerät angeschlossen, das automatisch und in Echtzeit Daten zur Betonfestigkeit protokolliert, solange die Daten benötigt werden. Das folgende Video der Purdue University zeigt, wie sie installiert werden:

Die Technologie soll Unstimmigkeiten verhindern, die bei Labortests der Betonfestigkeit auftreten können und dazu führen könnten, dass eine neue Straße zu früh eröffnet und die Lebensdauer des Betons verkürzt wird. Genaue Echtzeitdaten können eine pünktliche Eröffnung der neuen Straßen ermöglichen und künftige Baukosten senken, was auch zu einer Reduzierung der CO2-Emissionen führt, so die Universität.

„Verkehrsstaus, die durch Infrastrukturreparaturen verursacht wurden, haben jedes Jahr vier Milliarden Stunden und 3 Milliarden Gallonen Benzin verschwendet“, sagt Lu. „Dies ist in erster Linie auf unzureichende Kenntnisse und ein unzureichendes Verständnis der Festigkeitsniveaus von Beton zurückzuführen.“

Lus Unternehmen WaveLogix lizenziert die Technologie vom Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization, das Patentschutz für das geistige Eigentum beantragt hat. Die Betonfestigkeitssensoren von Rebel sollen noch in diesem Jahr auf den Markt kommen.

Unterhalb eines Betongusses überträgt dieser schwarze kreisförmige Sensor Daten über die Festigkeit des Betons über ein Kabel, das an ein oberirdisches Handgerät namens Datenlogger angeschlossen ist. Ingenieure erhalten Echtzeitdaten von diesem Gerät über eine Smartphone-App.Fotos der Purdue University/Rebecca McElhoeUnterdessen arbeitet Lu auch an einer Möglichkeit, die Daten der Sensoren zu nutzen, um die CO2-Emissionen im Zusammenhang mit der Betonproduktion und Straßenbauarbeiten zu reduzieren. Mithilfe künstlicher Intelligenz entwickelt WaveLogix eine Möglichkeit, zu verhindern, dass Betonmischungen mit Zement überladen werden, was zu vorzeitiger Rissbildung führen kann.

„Das größte Problem bei Betonmischungen besteht darin, dass wir mehr Zement verwenden, um die Festigkeit des Betons zu erhöhen“, sagt Lu. „Das wird nicht dazu beitragen, die Straße schneller für den Verkehr freizugeben.“

Sie schätzt, dass „überdimensionierte Betonmischungen mehr als 1 Milliarde Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr verursachen“.

Sie erwartet, mit künstlicher Intelligenz den Zementanteil in Mischungen um bis zu 25 % reduzieren zu können und damit Kosten und Umweltverschmutzung zu reduzieren.

„Ich fühle ein starkes Verantwortungsgefühl, durch die Entwicklung neuer Technologien Einfluss auf unsere Infrastruktur zu nehmen“, sagt sie. „Wenn wir im Bereich des Bauingenieurwesens keinen Einfluss auf die Welt nehmen, wird es keine Welt geben, um die wir uns Sorgen machen müssen.“

Luna Lu, Professorin an der Purdue University, hält einen der von ihr erfundenen Betonsensoren in der Hand, um die Betonfestigkeit in Echtzeit aufzuzeichnen. Foto der Purdue University/Rebecca McElhoe