Deutsche Sensoren für Chinas Super-Brücke

Mit 36 Kilometern ist die Hangzhou-Bay-Brücke die längste Überseebrücke in China. Sie verkürzt den Weg zwischen Ningbo und Shanghai um 120 Kilometer. Aber diese Brücke hat noch eine andere Besonderheit: Sensoren, die vor Rost am Bauwerk warnen. Diese Sensoren kommen von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule in Aachen, der RWTH. Michael Raupach ist stolz auf diese hochwertigen Messfühler, denn er hat sie im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelt. An seinem Lehrstuhl wurden sie dann ständig verbessert. Heute werden die Sensoren bereits in anderen Ländern nachgebaut.

Salz - die schleichende Gefahr

"Beton kann zwar sehr gut Druckkräfte aufnehmen, aber keine Zugkräfte. Dann würde er reißen. Und damit das nicht geschieht, wird in den Beton Stahl eingelegt, und der Stahl hält dann den Beton zusammen und nimmt die Zugkräfte auf", erklärt Michael Raupach. Aber Stahl ist bekanntlich anfällig für Rost – ganz besonders, wenn er mit Salz in Berührung kommt. Und die Pfeiler der 1,4 Milliarden Dollar teuren Hanghzou-Bay-Brücke stehen im Wasser. "Das Meersalz kann durch den Beton in den Stahl eindringen und dort Korrosion verursachen", erklärt Raupach: "Dann rostet der Stahl und fängt an, Risse zu bilden, was natürlich große Probleme bereitet."

Ein Frühwarnsystem für die Brücke

Die gewaltige Brücke ist für eine Nutzungsdauer von 100 Jahren geplant. Wäre sie nur 50 Jahre in Betrieb, würde sie sich wirtschaftlich nicht rechnen. Deshalb haben die Architekten schon bei den ersten Entwürfen darüber nachgedacht, was im Laufe eines Jahrhunderts alles passieren könnte. Und eines der möglichen Probleme, das sie auf die Brücke zukommen sahen, war eben das Rosten des Stahls im Beton. Dadurch könnte das riesige Bauwerk in Gefahr geraten. Deshalb sollte ein Frühwarnsystem gegen Rost entwickelt werden.

Ein Professor von der Universität im chinesischen Ningbo, der in Deutschland studiert hatte, kannte das Projekt der RWTH Aachen und stellte den Kontakt zu Michael Raupach und dessen Mitarbeitern her. So gelangten die Sensoren nach China. Sie erkennen Rost, der sich im Stahl festgesetzt hat, mit Hilfe von Strom, der durch den Beton geleitet wird. "So erkennt man, wie ausgeprägt der Rost im Eisen ist", erklärt Ingenieur Jörg Harnisch das Verfahren: "Jedes aufgelöste Eisenteilchen entspricht einer bestimmten Strommenge, und die kann ich messen."

Rost - Gefahr und Energiequelle zugleich

Die Sensoren sind überall in den Pfeilern der Brücke verteilt, sagt Michael Raupach: "Wir haben die Sensoren vor der endgültigen Fertigstellung im unteren, kritischen Bereich der Brücke montiert, wo das Meerwasser ist und wo man später nicht mehr dran kommt. Von da aus wurde dann ein Kabel in die Hohlkästen der Brückenpfeiler gelegt. In diesen Hohlraum können Sie einfach hineingehen, und an der Wand sind dann die Messboxen. Wir messen momentan ein- bis zweimal pro Jahr, das reicht aus."

Die Sensoren selbst, die eine so große Bedeutung für die Sicherheit und die lange Lebensdauer der Brücke haben, sehen eher unspektakulär aus. Sie sind nur halb so groß wie eine Computertastatur und brauchen keine eigene Energiequelle. Wenn Eisen rostet, wird Energie frei, und damit werden die Sensoren versorgt. Müsste Energie von außen zugeführt werden, könnten die Sensoren nicht 100 Jahre lang in Betrieb sein.

Strom stoppt Rost

Ein wichtiges Kriterium ist immer wieder die Langlebigkeit der einzelnen Komponenten und des Materials. So sind zum Beispiel auch die Kabel mit Teflon ummantelt: "Teflon ist ein Kunststoff, der praktisch nicht altern kann und chemisch quasi gegen alles beständig ist, was es gibt", erklärt Michael Raupach.

Für die nächsten Jahre erwarten die Experten von der Aachener Hochschule keine gefährliche Rostentwicklung an der Hanghzou-Bay-Brücke. Für den Fall, dass es doch dazu kommen sollte, stehen sie ständig mit ihren Kollegen von der Universität Ningbo über das Internet in Verbindung. Dann hätten die Aachener Forscher auch schon eine Methode parat, um den Rost an der längsten Überseebrücke Chinas zu stoppen: Sie würden von außen Strom in einer genau berechneten Dosierung durch den Beton leiten und zwar genau an die entsprechenden Roststellen. Dieser Strom kann bereits entstandenen Rost zwar nicht beseitigen, aber die Ausbreitung stoppen, also den elektrochemischen Vorgang der Korrosion. Und auch bei diesem Verfahren gelten die Wissenschaftler von der RWTH Aachen als weltweit gefragte Experten.

Autor: Ingo Wagner
Redaktion: Thomas Latschan