Rohdichteklassen und Eigenschaften
Die Trockenrohdichte ist die Leitgröße des Schaumbetons. Ist sie festgelegt, sind Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Schwinden und Kosten innerhalb eines recht engen Bandes mitbestimmt. Diese Seite behandelt die fünf Arbeitsklassen, ihre Eignung und die tatsächlichen Grenzen.
Warum die Rohdichte alles bestimmt
Beim Schaumbeton konkurrieren feste Phase und Porenphase um denselben Kubikmeter. Zusätzliche Luft entzieht tragenden Zementstein in genau dem Maß, in dem sie Gewicht entzieht; nahezu jede mechanische und thermische Eigenschaft folgt daher unmittelbar der Rohdichte. Die Druckfestigkeit gehorcht einem Potenzgesetz der Form f = a·ρn mit einem Exponenten typischerweise zwischen 2 und 3 — deshalb kostet eine Halbierung der Rohdichte weit mehr als die Hälfte der Festigkeit.
Das macht die Ausschreibung ungewöhnlich übersichtlich. Statt Wasserzementwert, Sieblinie und Zusatzmittel gegeneinander abzuwägen, wählt man eine Ziel-Trockenrohdichte und akzeptiert den zugehörigen Eigenschaftsbereich. Der Mischungsentwurf entscheidet dann nur noch, wo innerhalb dieses Bereichs man landet — und zwischen oberem und unterem Rand kann bei gleicher Rohdichte ein Faktor zwei in der Festigkeit liegen, ausschließlich bedingt durch das Porengefüge und damit durch den Schaumbildner.
Die fünf Arbeitsklassen
| Klasse | Trockenrohdichte | fc, 28 d | λ | Schwinden | Typische Verwendung |
|---|---|---|---|---|---|
| Ultraleicht | 75–150 kg/m3 | < 0,3 MPa | 0,04–0,06 W/(m·K) | sehr hoch | Dämmschüttung, Hohlraum- und Ringraumverfüllung |
| Dämmend | 200–300 kg/m3 | 0,3–1,0 MPa | 0,06–0,09 W/(m·K) | 0,25–0,35 % | Dämmplatten, dämmende Dachestriche |
| Leicht, nichttragend | 400–600 kg/m3 | 0,8–3 MPa | 0,09–0,18 W/(m·K) | 0,15–0,30 % | Nichttragende Steine, Bodenestriche, Grabenverfüllung |
| Halbtragend | 800–1000 kg/m3 | 2–8 MPa | 0,18–0,33 W/(m·K) | 0,10–0,20 % | Tragende Steine im niedrigen Geschossbau, Wandplatten |
| Konstruktionsnah | 1200–1600 kg/m3 | 5–25 MPa | 0,32–0,70 W/(m·K) | 0,08–0,15 % | Fertigteile, tragende Platten, Estriche |
Druckfestigkeit
Der Zusammenhang zwischen Rohdichte und Festigkeit ist steil und innerhalb einer gegebenen Produktion gut vorhersagbar — der Proportionalitätsfaktor ist jedoch anlagenspezifisch. Zwei Werke, die bei 600 kg/m3 produzieren, können sich in der 28-Tage-Festigkeit um den Faktor zwei unterscheiden, und der Unterschied liegt im Porengefüge, nicht im Zementgehalt.
Was die Festigkeit bei gleicher Rohdichte erhöht:
- Feinere, gleichmäßigere Poren. Der größte Einzelhebel. Eine engere Porengrößenverteilung mit weniger zusammengewachsenen Poren bedeutet weniger Spannungskonzentrationen. Nambiar und Ramamurthy (2007) haben das über die Porengefügecharakterisierung quantifiziert.
- Feine Zusatzstoffe. Silicastaub und feine Flugasche verdichten den Zementstein in den dünnen Filmen zwischen den Poren, wo der Bruch beginnt.
- Längere Nachbehandlung. Schaumbeton gewinnt deutlich über 28 Tage hinaus an Festigkeit, besonders mit Flugasche. Der 90-Tage-Wert kann 20 bis 40 % über dem 28-Tage-Wert liegen.
- Geringerer wirksamer Wassergehalt — unter Berücksichtigung des vom Schaum eingetragenen Wassers.
Prüftechnischer Hinweis: Die Festigkeit wird an Würfeln oder Zylindern in üblicher Weise bestimmt, der Baustoff reagiert jedoch empfindlich auf den Feuchtezustand bei der Prüfung. Ein wassergesättigter Probekörper liefert deutlich niedrigere Werte als derselbe Körper bei Ausgleichsfeuchte. ASTM C495 regelt das Vorgehen für dämmenden Leichtbeton und sollte befolgt statt improvisiert werden.
Wärmeleitfähigkeit
Der Wärmeschutz ist der häufigste Grund, zu Schaumbeton zu greifen, und hier verdienen die niedrigen Rohdichteklassen ihr Geld. Normalbeton leitet mit rund 1,4 bis 2,0 W/(m·K). Ein Schaumbeton mit 200 kg/m3 bei etwa 0,07 W/(m·K) bewegt sich im Bereich eines leichten Dämmstoffs und bleibt dabei ein mineralischer, nichtbrennbarer, pumpfähiger, zementgebundener Baustoff.
Feuchte zählt mehr, als das Datenblatt vermuten lässt
Veröffentlichte λ-Werte sind fast immer Trockenwerte. Wasser leitet Wärme etwa 25-mal besser als Luft; die Leitfähigkeit im Nutzungszustand bei Ausgleichsfeuchte liegt daher deutlich über dem Trockenwert — bei Schaumbeton in normalem Innenraumklima üblicherweise 20 bis 40 % darüber, in feuchter Umgebung mehr. Mit einem feuchtekorrigierten Wert rechnen und nie annehmen, dass ein frisch eingebautes Bauteil bereits seine Trockenleitfähigkeit erreicht: Bis zur Ausgleichsfeuchte können Monate vergehen.
Das Porengefüge beeinflusst die Leitfähigkeit ebenso wie die Festigkeit: Bei gleicher Rohdichte leiten kleinere und stärker geschlossene Poren weniger, weil sie die Konvektion im Porenraum unterdrücken und den Leitungsweg verlängern. Othuman Mydin (2022) hat Rohdichte, Porosität und Porengröße als getrennte Einflussgrößen auf die Leitfähigkeit von Schaumleichtbeton untersucht.
Trocknungsschwinden
Das ist die ernsteste praktische Schwäche des Baustoffs. Trocknungsschwindmaße von 0,1 bis 0,35 % — 1 bis 3,5 mm je Meter — sind normal, rund eine Größenordnung über Normalbeton. Die Ursache ist strukturell, nicht chemisch: Es gibt kein Korngerüst, das den schwindenden Zementstein behindert, und die enorme innere Oberfläche beschleunigt den Feuchteverlust.
Das Schwinden steigt mit fallender Rohdichte deutlich an, weil der schwindende Zementsteinanteil einen größeren Teil des ohnehin geringen Feststoffs ausmacht und weniger Behinderung vorhanden ist. Praktische Gegenmaßnahmen:
- Mindestens sieben Tage abgedeckt nachbehandeln; das ist nicht optional.
- Einen erheblichen Zementanteil durch Flugasche ersetzen.
- Polypropylenfasern mit 0,1 bis 0,5 Volumenprozent gegen Früh- und Trocknungsrisse zugeben.
- Bauteile — besonders Steine — vor dem Einbau die Ausgleichsfeuchte erreichen lassen.
- Bewegungsfugen für das tatsächliche Schwindmaß bemessen, nicht für einen Normalbetonwert.
Wasseraufnahme und Dauerhaftigkeit
Die Vermutung, ein derart poröser Baustoff müsse Wasser ungehindert aufnehmen, trifft nur zur Hälfte zu. Die vom Schaum erzeugten Poren sind überwiegend geschlossen und für sich genommen kein Transportweg. Wasser bewegt sich durch die Kapillarporosität des Zementsteins zwischen ihnen — also über denselben Mechanismus wie in jedem zementgebundenen Baustoff.
Die volumenbezogene Wasseraufnahme ist daher nicht dramatisch schlechter als bei konventionellem Beton, während die massebezogene allein deshalb alarmierend wirkt, weil die Masse so gering ist. Vergleiche gehören stets auf Volumenbasis. Wo die Poren sehr wohl eine Rolle spielen, ist die Reaktion auf Schädigung: Ist das Porensystem einmal durch Risse oder Schnitte geöffnet, füllt es sich mit Wasser und bleibt gefüllt.
Die Karbonatisierung schreitet schneller voran als im Normalbeton, wegen der offenen Kapillarstruktur und des geringen Bindemittelgehalts je Kubikmeter — einer der Gründe, warum Schaumbeton ohne zusätzlichen Schutz eine schlechte Umgebung für einbetonierten Stahl ist. Das Frost-Tau-Verhalten ist bei trockener Nutzung gut und bei wassergesättigter Nutzung schlecht. Den Sulfatwiderstand haben Indu Siva Ranjani und Ramamurthy (2012) untersucht; er hängt stark von der Bindemittelzusammensetzung ab, flugaschehaltige Mischungen schneiden deutlich besser ab.
Brand- und Schallverhalten
Schaumbeton ist mineralisch und nichtbrennbar und erreicht ohne organische Zusätze die Euroklasse A1. Sein Feuerwiderstand ist besser, als seine Rohdichte vermuten lässt, weil dieselbe geringe Leitfähigkeit, die ihn zum Dämmstoff macht, den Wärmedurchgang verzögert und weil das freie und chemisch gebundene Wasser beim Austreiben Energie aufnimmt. Material niedriger Rohdichte dämmt im Brandfall besser; Material hoher Rohdichte behält mehr Restfestigkeit.
Beim Schallschutz ist die verbreitete Aussage, Schaumbeton dämme Schall gut, zu präzisieren. Die Luftschalldämmung folgt weitgehend der flächenbezogenen Masse; eine leichte Wand ist deshalb ein schlechterer Schallschutz als eine schwere gleicher Dicke — das ist unumgängliche Physik. Was Schaumbeton gut kann, ist Schallabsorption, bei der ein offenes oder teiloffenes Porengefüge Energie abbaut. Zur Minderung der Nachhallzeit einsetzen, nicht zur Erfüllung einer Schalldämmanforderung an eine Trennwand.
Eine Rohdichte ausschreiben
Eine brauchbare Schaumbetonausschreibung nennt mindestens:
- Ziel-Trockenrohdichte mit Toleranz, üblicherweise ±50 kg/m3 oder ±5 %, je nachdem, was größer ist.
- Mindestdruckfestigkeit nach 28 Tagen bei dieser Rohdichte, geprüft nach einem benannten Verfahren.
- Prüfverfahren und Feuchtezustand bei der Prüfung — ohne diese Angabe ist die Festigkeitsanforderung nicht durchsetzbar.
- Nachbehandlungsregime, da es das Ergebnis wesentlich verändert.
- Soweit einschlägig: Wärmeleitfähigkeit mit zugehörigem Feuchtezustand, maximales Trocknungsschwinden und Brandverhaltensklasse.
Die Frischrohdichte nur als Produktionstoleranz vorgeben, niemals als Abnahmekriterium — sie ist eine mischungsabhängige Hilfsgröße. Die Umrechnung steht unter Mischungsentwurf, die zu zitierenden Dokumente unter Normen.
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