Hochwärmedämmende, monolithische Sichtbetonaußenbauteile aus Architekturleichtbeton

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines hochwärmedämmenden, monolithischen Architekturleichtbetons mit hoher Sichtbetonqualität, der ohne zusätzliche Dämmung die Anforderungen der ENEV 2009 (U-Wert von 0,28 W/(Km²)) erfüllen und mit Kerndämmung einen U-Wert von 0,2 W/(Km²) erreichen kann. Hierzu sollten geeignete Materialien eingesetzt werden, die die Aspekte des nachhaltigen Bauens berücksichtigen und die Recycelfähigkeit der Gesamtkonstruktion möglich machen.

Die Betonzusammensetzung musste widersprüchliche Anforderungen, wie z. B. ausreichende Druckfestigkeit bei geringer Rohdichte sowie geringe Wasseraufnahme trotz aufgeschäumter Zementmatrix erfüllen. Als Bindemittel kam ein Hochofenzement CEM III/B 32,5 N mit langsamer Hydratationswärmeentwicklung zum Einsatz, da aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Architekturleichtbetons die entstehende Hydratationswärme nur sehr langsam abgeführt wird. Die angestrebten Eigenschaften hinsichtlich Wasseraufnahme und Wärmeleitfähigkeit konnten mit einem Leichtzuschlag aus industriell aufgeblähtem Recyclingglas mit nahezu geschlossener Kornoberfläche realisiert werden. Um eine stetige Sieblinie zu erhalten, wurden drei unterschiedliche Blähglas-Fraktionen mit den Korngrößen 0,25/0,5 mm, 1/2 mm und 4/8 mm verwendet. Die gewünschten Betoneigenschaften zum Erreichen von selbstverdichtenden Fließeigenschaften ohne Entmischung wurden durch den Einsatz eines PCE-Fließmittels in Kombination mit einem Stabilisator erreicht. Die angestrebte geringe Trockenrohdichte (< 700 kg/m³) erforderte die Anwendung eines Schaumbildners zum Aufschäumen der Zementmatrix. Zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit wurden des Weiteren schwindreduzierende und hydrophobierende Zusatzmittel zugegeben. Der neu entwickelte, selbstverdichtende Architekturleichtbeton wies ein Setzfließmaß von ca. 680 - 700 mm und eine Frischbetonrohdichte von ca. 720 - 740 kg/m³ auf. Bei Trockenrohdichten deutlich unter 700 kg/m³ wurde eine 28-Tage-Druckfestigkeit von 6,3 MPa (56 d: 8,7 MPa; 90 d: 9,2 MPa) und ein Elastizitätsmodul von ca. 3,5 GPa nach 28 Tagen ermittelt. Die Gaspermeabilität lag trotz der geschäumten Zementmatrix in der Größenordnung eines Normalbetons, wohingegen die kapillare Wasseraufnahme aufgrund des hydrophobierenden Zusatzmittels unterhalb eines durchschnittlichen Normalbetons lag. Die wichtigste Anforderung an den zu entwickelnden Leichtbeton waren seine Eigenschaften hinsichtlich Wärmedämmung, wobei letztendlich ein Wärmeleitfähigkeitswert des Architekturleichtbetons von etwa 0,15 W/(mK) erreicht werden konnte. Hieraus ergab sich ein Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) von 0,28 W/(Km²) bei den hier verwendeten Wandstärken von 50 cm. Der ermittelte U-Wert erfüllt somit die Anforderungen der ENEV 2009 hinsichtlich des Wärmedurchgangskoeffizienten eines Außenbauteils. Mit einer Mineralschaum-Kerndämmung, die in einer Wand eines, auf dem Gelände der TU Kaiserslautern errichteten 7 m x 5 m x 4 m großen Experimentalgebäudes eingebaut wurde, konnte ein U-Wert von 0,2 W/(Km²) erreicht werden. Ein Bauwerksmonitoring mittels Multiringsensorelektroden (eingebaut in Wände und Decke des Experimentalgebäudes aus Architekturleichtbeton) zur Messung der Temperatur und Feuchtgikeitsverläufe wird fortlaufend aufgezeichnet und ausgewertet, um eine abschließende Aussage über die tatsächlichen Wärmedämmeigenschaften und die Dauerhaftigkeit des Architekturleichtbetons bei natürlicher Bewetterung treffen zu können.