BIOCOM AG 9. Januar 2017

Biofilme gegen Frostschäden am Bau

Bauschäden durch überfrierende Nässe in Mörtel und Beton können schnell teuer werden. Mehr als 12% der Bauschäden in Deutschland gehen einer Analyse des Instituts für Bauforschung e.V. zufolge auf Feuchtigkeit zurück. Einen Ausweg weisen jetzt Wissenschaftler der Technischen Universität München. Das Team um den Mikrobiologen Oliver Lieleg hat zusammen mit Materialwissenschaftlern einen Mörtel mit Lotuseffekt entwickelt, von dem Wassertropfen einfach abperlen. Die Lösung ist eine biotechnologische Innovation, die gerade wegen ihrer Schlichtheit besticht. Lieleg mischte anfangs nämlich einfach einen Biofilm aus im Labor kultivierten Bacillus subtilis-Bakterien in den fertig angerührten Mörtel. Durch den hohen Fettanteil der Bakterien nahm der Mörtel fortan kein Wasser mehr auf (Adv. Materials, doi: 10.1002/adma.201602123). 

Bakterielle Baumeister

Laut Lieleg verhält sich der Hybridmörtel wie handelsüblicher Mörtel. Die Unterschiede erkennt man erst unter dem Elektronenmikroskop. Betrachtet man nämlich den sogenannten Kontaktwinkel, den ein Wassertropfen zum Mörtel ausbildet, so verdreifacht sich dieser durch die Bakterienbeimischung auf fast 90°. Je steiler aber der Kontaktwinkel, desto geringer die Wahrscheinlichkeit, dass der Tropfen die Fläche noch benetzt. Was das Saugvermögen betrifft, verhält sich Lielegs Hybridmörtel wie Teflon. Dahinter steckt nichts anderes als der bekannte Lotuseffekt.Weil die Kontaktfläche des Wassertropfens zur Oberfläche drastisch abnimmt, ist die Oberflächenspannung stärker als die Adhäsionskräfte und der Tropfen perlt ab.

Zusätzlich reduziert die Biofilm-Beimischung auch noch die Kapillarkraft, die Feuchtigkeit bei Mauerwerk, das im Wasser steht, Wände hochsteigen lässt. Beim Bau ist das eindringende Wasser ein ernsthaftes Probelem, das zu Pilzbewuchs oder Mikrorissen führt, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt sinkt. 

Von Mörtel zu Beton

Momentan testet Lieleg gemeinsam mit seinem Kollegen aus den Materialwissenschaften Christian Große, ob der Mörtel den harschen Bedingungen am Bau gewachsen ist. Laut Große kann die Produktionsmenge rasch kosteneffizient hochgefahren werden, denn die Bakterienkultur ist billig. Unterdessen arbeiten die Forscher bereits mit gefriergetrocknetem B. subtilis-Pulver, das sie dem Mörtel vor dem Aufschlämmen beimischen. 

„Biofilme gelten im Allgemeinen als unerwünscht und gefährlich, weil sie mit Krankheitserrregern in Verbindung gebracht werden,” sagt Lieleg. „Deshalb will man sie loswerden. Deshalb war ich sehr erfreut, eine vorteilhafte Anwendung zu finden.” Jetzt untersuchen Große und er, ob sich der Biofilmeffekt auch nutzen lässt, um Beton vor Feuchtigkeit zu schützen.

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