Self-healing materials are able to partially or completely heal damage inflicted on them, e.g., crack formation; it is anticipated that the original functionality can be restored. This article covers the design and generic principles of self-healing materials through a wide range of different material classes including metals, ceramics, concrete, and polymers. Recent key developments and future challenges in the field of self-healing materials are summarised, and generic, fundamental material-independent principles and mechanism are discussed and evaluated.

Self‐Healing Materials

Concrete is very sensitive to crack formation. As wide cracks endanger the durability, repair may be required. However, these repair works raise the life-cycle cost of concrete as they are labor intensive and because the structure becomes in disuse during repair. In 1994, C. Dry was the first who proposed the intentional introduction of self-healing properties in concrete. In the following years, several researchers started to investigate this topic. The goal of this review is to provide an in-depth comparison of the different self-healing approaches which are available today. Among these approaches, some are aimed at improving the natural mechanism of autogenous crack healing, while others are aimed at modifying concrete by embedding capsules with suitable healing agents so that cracks heal in a completely autonomous way after they appear. In this review, special attention is paid to the types of healing agents and capsules used. In addition, the various methodologies have been evaluated based on the trigger mechanism used and attention has been paid to the properties regained due to self-healing.

https://biblio.ugent.be/publication/4144354/file/4144368.pdf

Self-Healing in Cementitious Materials—A Review

http://www.drfixitinstitute.com/download/rebuild_2010/Rebuild%20vol%204%20no%204%20Oct-Nov%202010/Rebuild%20Vol.%204%20No.%204%20Oct-Dec%203rd.pdf

Autogenous healing of engineered cementitious composites under wet–dry cycles

Concrete is one of the most widely used construction materials and has a high tendency to form cracks. These cracks lead to significant reduction in concrete service life and high replacement costs. Although it is not possible to prevent crack formation, various types of techniques are in place to heal the cracks. It has been shown that some of the current concrete treatment methods such as the application of chemicals and polymers are a source of health and environmental risks, and more importantly, they are effective only in the short term. Thus, treatment methods that are environmentally friendly and long-lasting are in high demand. A microbial self-healing approach is distinguished by its potential for long-lasting, rapid and active crack repair, while also being environmentally friendly. Furthermore, the microbial self-healing approach prevails the other treatment techniques due to the efficient bonding capacity and compatibility with concrete compositions. This study provides an overview of the microbial approaches to produce calcium carbonate (CaCO3). Prospective challenges in microbial crack treatment are discussed, and recommendations are also given for areas of future research.

/pdf/bioconcrete-next-generation-of-self-healing-concrete-3pu78w4uk3.pdf

Bioconcrete: next generation of self-healing concrete

Influence of mix composition on the extent of autogenous crack healing by continued hydration or calcium carbonate formation

Autogenous healing and reinforcement corrosion of water-penetrated separation cracks in reinforced concrete

Air leakage characteristics in cracked concrete

Behaviour and Cracking of Slabs as Part of Composite Beams in Regions with Negative Bending Moments

Fussend auf der wissenschaftlichen Entwicklung der Baustatik und der Technologie der Eisengewinnung wird die Geschichte des Eisenbaus im Abriss dargestellt. Triebfeder war der Bau grosser Eisenbruecken, die durch den Ausbau der Strassen- und spaeter der Eisenbahnnetze erforderlich wurden. Die Entwicklung des Eisenbaus ist nahezu identisch mit der Fruehgeschichte des Konstruktiven Ingenieurbaus. Die Disziplin des konstruktiven Bauingenieurs erweist sich als eigenstaendige Neuentwicklung, nicht als Ergebnis einer Aufspaltung des traditionellen Baumeisterberufs in Architekt und Bauingenieur. (A) Titel in Englisch: On the history of iron construction and the development of structural engineering.

Über die Geschichte des Eisenbaus und das Entstehen des Konstruktiven Ingenieurbaus

Als Anfangszeit des Eisenbetonbetonbaus in Deutschland bezeichnet man die Jahre zwischen 1885 und 1905; sie umfasst also rund zwei Jahrzehnte. In dieser Zeit waren es mehrere weitsichtige Maenner, die das Potenzial dieser Bauweise erkannten und versuchten, sie in Deutschland voran zu bringen. Es handelt sich um Conrad Freytag, Gustav Adolf Wayss, Matthias Koenen und Emil Moersch. Zu Ende des 19. Jahrhundert war die Bautechnik schon weit vorangeschritten, aber die Eisenbetonbauweise stand noch immer im Schatten des Stahlbaus und der klassischen Baustoffe Stein und Holz. Dass sich die neue Bauweise noch nicht durchgesetzt hatte, lag nicht zuletzt am Fehlen von Regelwerken zum Eisenbetonbau. Unbewehrter Beton hatte sich aufgrund des in Grossbritannien neu entwickelten Bindemittels Portlandzement zwar schon durchgesetzt, es fehlte aber der Schritt zum bewehrten Beton. Die Entwicklung dieser Bauweise begann Mitte des 19. Jahrhunderts in Frankreich und ist eng verbunden mit den Namen Joseph Monier, Joseph Louis Lambot und Francois Coignet, der schon 1854 in England ein Patent ueber eisenbewehrte Betondecken erhielt. Erst 1884 wurde Moniers Patent in Deutschland durch Conrad Freitag in Lizenz umgesetzt. Massgeblich beteiligt war daran die Firma Freytag und Heidschuch aus Neustadt an der Haardt (heute Neustadt an der Weinstrasse). Schon ein Jahr spaeter stiess zu diesen Geschaeftsleuten der junge Ingenieur Gustav Adolf Wayss, der am Polytechnikum in Stuttgart ausgebildet worden war. Wayss hatte zuvor selbst das grosse Entwicklungspotenzial des Eisenbetons erkannt und versuchte, es durch vielfaeltige Aktivitaeten seiner Firma in Frankfurt am Main zu nutzen. Er wurde damit zum zweiten Pionier dieser Bauweise in Deutschland. Durch direkte Kontakte mit Monier gelang es Wayss, sich die Rechte an dessen Patent fuer ganz Deutschland zu sichern; er ueberliess aber Freytag und Heidschuch das Patenteigentum fuer das Koenigreich Wuerttemberg und den Elsass. Noch 1885 verlegte Freytag wegen besserer Auftragschancen fuer die neue Bauweise seinen Firmensitz nach Berlin. Hier kam er in Kontakt mit dem Regierungsbaumeister Matthias Koenen, der im preussischen Staatsdienst stand. Dieser war ein Ingenieur mit wissenschaftlich fundierten Kenntnissen und hatte zunaechst grosse Bedenken gegen die Eisenbetonbauweise. Schon damals stellte er drei fuer diese Bauweise kritische und grundlegende Fragen: Rostbildung an der Bewehrung, ausreichende Haftung der Eisen im Zementmoertel, Ausdehnungsverhalten infolge Temperatur. Diese Fragen bildeten den Ausgangspunkt fuer die nachfolgende intensive Zusammenarbeit von Wayss und Koenen. Die Fragen konnten durch einfache Versuche und Literaturrecherchen fuer die Bauweise positiv beantwortet werden. Insbesondere die Tatsache, dass Beton und Stahl praktisch den gleichen Ausdehnungskoeffizienten haben, ueberzeugte Koenen. Die anderen Fragen wurden durch Versuche geklaert. Koenen setzte sich fortan vehement fuer die Entwicklung von Berechnungsmethoden fuer den Eisenbeton ein, die er selbst verfasste. Er ist auch Hauptverfasser der so genannten "Monier-Broschuere", der weltweit ersten Darstellung ueber die "Biegemessung von Eisenbetonplatten". Nach langem Zoegern verliess Koenen den Staatsdienst und gab damit dem Draengen von Wayss nach. Er wurde technischer Leiter in der Firma G. A. Wayss und Co. in Berlin. Die durchgefuehrten Versuche und die "Monier-Broschuere" wirkten sich sehr positiv auf die Auftragslage der Firma aus, die danach stark expandierte.Trotzdem kam es zu einer wechselvollen Unternehmensentwicklung, die schliesslich in die Gruendung der Firma Wayss und Freytag muendete. Trotz der Erfolge fehlten fuer die Bauweise immer noch breite wissenschaftliche Grundlagen sowie verbindliche technische Regeln und Vorschriften. Der Durchbruch zur Schaffung entsprechender Grundlagen und Regelungen ergab sich erst durch die Arbeiten von Emil Moersch, der in die Firma eintrat. Er wurde zu einem weiteren Pionier in der Fortentwicklung des Eisenbetonbaus, insbesondere bei der Erarbeitung der ersten Vorschriften des Deutschen Beton-Vereins zu der neuen Bauweise. Abschliessend wird der weitere Berufsweg der Pioniere Freytag, Wayss, Koenen und Moersch beschrieben.

Wieland Ramm

Papers

Autogenous healing and reinforcement corrosion of water-penetrated separation cracks in reinforced concrete

Air leakage characteristics in cracked concrete

Behaviour and Cracking of Slabs as Part of Composite Beams in Regions with Negative Bending Moments

Über die Geschichte des Eisenbaus und das Entstehen des Konstruktiven Ingenieurbaus

Über die Anfänge des Eisenbetonbaus in Deutschland und die Pioniere der ersten Jahre