Vom Vulkanausbruch über Bims bis Leichtbeton

• Bauen mit Bims- und Leichtbeton

(6.8.2008) Leichtbeton hat sich seit langem als Mauerwerksbaustoff auf dem Markt etabliert. Bims ist dabei bis heute der wichtigste Zuschlagstoff, wenn auch nicht der einzige. Wie entstanden die Bims-Vorkommen? Wie wird aus Bims oder anderen Leichtzuschlägen Leichtbeton? Und was charakterisiert diesen Baustoff?

Mit einem Vulkanausbruch fing alles an

Vor ca. 13.000 Jahren markierte ein Vulkanausbruch die Entstehung der deutschen Bims-Vorkommen. Mehr als 40 km hoch wurden gewaltige Massen an Bims und Asche in die Atmosphäre über der Eifel geschleudert. In wenigen Tagen wurden mehr als 5 km³ Magma explosionsartig freigesetzt. Überreste der Eruption lassen sich sogar in Italien und Schweden nachweisen.

Heute kennzeichnet der Laacher See die Stelle, an der das Magma sich den Weg zur Oberfläche bahnte. Eingeschlossene Gase dehnten sich in der unter hohem Druck stehenden Gesteinsschmelze sehr schnell aus. Durch gleichzeitige Abkühlung und Verfestigung entstanden hochporöse Brocken und Körner.

In die Luft geschossen, wurden diese dann durch den vorherrschenden Westwind hauptsächlich in Richtung Osten verteilt. Im Neuwieder Becken nordwestlich von Koblenz lagerten sich auf einer Fläche von 200 km² rund 16 km³ Bims ab. Die Vorkommen bedeckten diese Region mit einer mehrere Meter dicken Schicht.

Eingeschlossene Hohlräume sind entscheidend

Seine charakteristischen Eigenschaften bezieht Bims also aus dem vulkanischen Ursprung: Bei der gasreichen Eruption wurde die Lava durch Wasserstoff und Kohlendioxid aufgeschäumt. Die erstarrte Lava umschloss danach Hohlräume und Poren, die einen Volumenanteil von 85% erreichen konnten. So entstand ein hochporöses glasiges Gestein.

Die vielen eingeschlossenen Poren sind dafür verantwortlich, dass das spezifische Gewicht von Bims kleiner als das von Wasser ist. Trotz dieser porigen Struktur weit der so entstandene Bims jedoch eine hohe Kornfestigkeit auf.

Rekultivierung ist Gesetz: Die Landschaft wird der Natur zurückgegeben

Seit der Mitte des 19. Jahrhunderts wird der Abbau des Bims-Vorkommens zur Steinherstellung betrieben. Bemerkenswert ist, dass fast nur Fachleute erkennen, an welchen Stellen der Bims bereits abgebaut wurde. Schon vor fast 60 Jahren wurde der Abbau gesetzlich geregelt und dabei die naturnahe Rekultivierung sichergestellt. So ist die Natur bald wieder intakt, wenn die Rohstoffgewinnung in einem Gebiet abgeschlossen ist - im Bild rechts eine Bimsabbaugrube nach der Rekultivierung.

Bims, die Herstellung von Leichtbeton und der Einsatz als Baustoff

Der kiesförmige Bims wird im Tagebau gefördert. Nach dem Transport ins Herstellerwerk wird er je nach Qualitätsanforderung sofort verarbeitet oder zunächst durch Absieben, Windsichten oder Waschen von Fremdbestandteilen gereinigt.

Leichtbeton wird überwiegend aus natürlichen Leichtzuschlägen, Zement als Bindemittel und Wasser hergestellt. Bims steht an erster Stelle der natürlichen Zuschläge. Doch auch Lava, Sand, Splitt oder industriell hergestellte Zuschlagstoffe können verwendet werden. In Frage kommen da zum Beispiel Blähton, Blähschiefer oder Blähglas. Die erwünschten Rohstoffeigenschaften und die bauphysikalischen Anforderungen bestimmen die jeweils verwendete Rezeptur.

Die wichtigsten porigen Zuschläge, die Bimskörner, bestehen bis zu 85% aus Luft. Die einzelnen Körner werden mit Zementleim zusammengekittet. Dadurch entsteht die so genannte Haufwerksporigkeit, die sich durch viele Lufthohlräume im Leichtbeton auszeichnet. Die einzelnen Leichtzuschlagskörner werden nur durch den Zementleim miteinander "verklebt", es liegt also keine geschlossene Bindemittelmatrix vor. Leichtbeton mit anderen Leichtzuschlägen hat die gleichen Eigenschaften wie der mit Bims hergestellte.

Die Zuschläge werden mit dem Bindemittel vermengt. Dann entsteht unter Beigabe von Wasser ein plastisch verformbarer Beton. Mit dieser Mischung werden Steinformmaschinen befüllt. Die Masse wird mittels Auflast und Vibration verdichtet, die Steine werden aus der Form gelöst und zum Trocknen in ein Hochregallager transportiert. Das Austrocknen kann ohne Energieeinsatz erfolgen. An der Luft erreichen die Steine nach 24 - 36 Stunden eine Festigkeit, die es ermöglicht, sie mechanisch zu stapeln und auf Paletten zu verladen. Mindestens 28 Tage lagern sie dann noch, bis die für die Verarbeitung erforderliche Festigkeit erreicht ist.

Daneben erzeugt die Leichtbetonindustrie auch großformatige Bauteile aus gefügedichtem Leichtbeton. Vor allem tragende Innenwände werden damit hergestellt. Sie bestehen aus dem Bindemittel Zement, leichten Gesteinskörnungen (Leichtzuschlägen) und anderen, schweren Zuschlägen. Dabei sind die Zuschläge vollständig in die Bindemittelmatrix eingebettet. Es entsteht eine relativ, glatte, geschlossene Oberfläche, die mit einer Fläche aus Normalbeton vergleichbar ist. Leichtbeton kann also je nach Einsatzzweck ...

• haufwerksporig oder
• gefügedicht

.... hergestellt werden. Insgesamt reicht das Angebot von Mauerwerksteinen über Wand-, Dach- und Garagenelemente bis hin zu tragenden Stürzen, Rolladenkästen und Kaminmantelsteinen bzw. -formstücken. Ein kompletter Rohbau aus einem Guss ist so möglich.

Auf der Baustelle werden die fertigen Leichtbetonsteine in der Regel von Hand verarbeitet. Bei Bauteilen über 25 kg sind allerdings Hebezeuge erforderlich. Die Verbindung der Leichtbeton-Bauteile untereinander und mit anderen genormten Baustoffen erfolgt mit Normal- und Leichtmörtel nach DIN 1053-1, mit Dünnbettmörtel oder als Trockenmauerwerk nach Zulassung. Leichtbeton-Mauerwerk und -Bauteile können verputzt, beschichtet oder mit einem Anstrich versehen werden. Ebenfalls möglich ist eine mehrschalige Außenwandkonstruktion.

Energie sparen: Wärmeschutz auch ohne zusätzliche Dämm-Maßnahmen möglich

Die wesentlichen Einflussgrößen auf die Energiebilanz eines Gebäudes sind die Wärmedämmung und die Wärmespeicherung. Außenwände aus Leichtbeton nutzen beide Faktoren. Die haufwerksporige Struktur und die porigen Leichtzuschläge bewirken ein hohes Dämmvermögen. Zusätzlich wird der Wärmeschutz durch eine gezielte Anordnung von Kammern und Schlitzen innerhalb der Steine verbessert. Als massiver Baustoff unterstützt Leichtbeton auch die Wärmespeicherung. Die Bauteile nehmen die Heizwärme auf und geben sie gleichmäßig wieder ab. Das führt zu einer energiesparenden konstanten Raumtemperatur und einem angenehmen Raumklima - siehe auch Beitrag "Neue Broschüre zum Thema Energie sparen mit Leichtbeton" vom 4.5.2008.

Mit Leichtbeton-Mauersteinen und Elementen können die aktuellen Anforderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV) erfüllt werden. Und zwar mit monolithischen Außenwänden ohne zusätzliche Dämm-Maßnamen. KfW-60-Häuser sind damit genauso möglich wie KfW-40- oder Passiv-Häuser. Gleichwohl haben seit Ende 2007 verschiedene Hersteller von Leichtbeton-Mauersteinen auch Produkte mit zusätzlichen Dämmelementen im Angebot - siehe z.B. die Beiträge

• Bims-Leichtbeton-Mauerstein mit 0,065 W/mK (11.1.2008)
• 0,07 W/mK: gefüllter KLB-Plan-Block auf Rekordjagd (12.11.2007)

Schallschutz mit Leichtbeton - 2 dB Bonus inklusive

Schallschutz ist immer auch Gesundheitsschutz. Lärm tut nicht nur den Ohren weh, er macht auch krank, kann das Immunsystem oder Herz-Kreislaufsystem schwächen. Leichtbeton-Wandbaustoffe können eine gute schalldämmende Wirkung immer dann ausspielen, wenn zumindest eine Wandseite mit einer dichten Schlämme oder einem flächendeckenden Nassputz versehen ist.

Die poröse Struktur von Leichtbeton wirkt sich dabei positiv auf die Schalldämmung aus. In der DIN 4109 (11.89) wird diese Erkenntnis anschaulich wiedergegeben. Das eigentlich aus der Massekurve ermittelte Schalldämm-Maß wird für Bauteile aus Leichtbeton um 2 dB erhöht. Voraussetzung in der DIN ist im Moment allerdings noch: die Steinrohdichten sind ≤ 0,8 kg/dm³, bzw. die flächenbezogene Masse ist ≤ 250 kg/m².

Neue Messergebnisse zeigen jedoch, dass die gute Schalldämmung auch bei höheren Rohdichten erreicht wird. Und es ist zu erwarten, dass Leichtbeton im Rahmen der aktuellen europäischen Normung diesen 2 dB Bonus auch in diesem höheren Rohdichtenbereich bekommen wird - siehe auch Beitrag "Neue Broschüre zum Thema Schallschutz mit Leichtbeton" vom 11.7.2008.

Brandschutz gehört dazu

Die DIN 4102 ist die für den Brandschutz gültige Norm. Gemäß dieser Norm werden Baustoffe aus Leichtbeton als der Gruppe A1 zugehörig klassifiziert. Diese aus Brandschutz-Sicht beste Klassifizierung erfordert, dass die Bauteile nicht brennbar sind und keine Anteile brennbaren Materials enthalten.

Wände aus Leichtbeton setzten Feuer einen hohen Widerstand entgegen. Gemäß den Richtlinien der DIN 4102 gehören beidseitig verputzten Wände schon ab einer Wanddicke von 24 cm der Feuerwiderstandsklasse F180-A an. Das gilt für einen Ausnutzungsfaktor von 1,0. Dieser Ausnutzungsfaktor ist das Verhältnis der jeweils vorhandenen Belastung zur höchstzulässigen Belastung der Wand. Bei voller Belastung widerstehen diese Bauteile also 180 Minuten dem Feuer.

Umweltschutz ist mehr als Wärmedämmung

Die Wärmedämmfähigkeit eines Baustoffes ist zwar ein wichtiger Faktor für dessen ökologische Einordnung, doch nicht der einzige. Eine ganzheitlichere Sicht bezieht auch die Gewinnung, Verarbeitung und Wiederverwertbarkeit mit ein.

Beim Brennvorgang für den Rohstoff Bims kam, wie beschrieben, die Natur zu Hilfe. Die notwendige Energie wurde durch einen Vulkanausbruch erzeugt. Darauf aufbauend können Wandbaustoffe aus Bims mit einem Energieaufwand produziert werden, der niedriger ist als bei anderen Mauersteinarten. Auch die Trocknung bzw. Aushärtung der Leichtbeton-Produkte kann ohne Energieeinsatz erfolgen. Außerdem ist es möglich alle Fehlproduktionen direkt zu recyceln und dem Produktionsprozess wieder zuzuführen.