Mischungsentwurf und Berechnung
Der Mischungsentwurf für Schaumbeton läuft rückwärts von der Rohdichte. Man legt die Trockenrohdichte fest, leitet daraus die Feststoffe ab, berechnet das verbleibende Volumen und füllt es mit Schaum. Die Rechnung ist einfach genug für die Baustelle — und sie sauber zu führen ist der Unterschied zwischen einem reproduzierbaren Produkt und einer Reihe von Versuchen.
Das Stoffraumverfahren
Jeder Kubikmeter Schaumbeton besteht aus Feststoffen, Wasser und Luft, und die drei Stoffräume ergeben zusammen eins. Man rechnet auf einen Kubikmeter Fertigmaterial und in absoluten Volumina:
VZement + VZusatzstoff + VWasser + VSchaum = 1,000 m3
wobei jeder Feststoffraum die Masse geteilt durch die Reindichte ist: Zement ≈ 3100 kg/m3, quarzitischer Sand ≈ 2650 kg/m3, Flugasche ≈ 2200 kg/m3, Hüttensandmehl ≈ 2900 kg/m3, Wasser = 1000 kg/m3.
Das Verfahren hat vier Schritte:
- Die Ziel-Trockenrohdichte festlegen.
- Bindemittel- und Zusatzstoffgehalt so wählen, dass diese Rohdichte entsteht.
- Einen Wasser-Bindemittel-Wert wählen und das Zugabewasser berechnen.
- Die drei Stoffräume summieren und von 1,000 abziehen — der Rest ist das Schaumvolumen.
Dosiert wird das Schaumvolumen, nicht die Schaummasse. Die Masse ergibt sich einfach aus Volumen mal gemessener Schaumdichte und ist gering: Bei 50 g/l wiegen selbst 700 Liter Schaum nur 35 kg.
Trockenrohdichte aus den Feststoffen
Die ofentrockene Rohdichte ist nicht die Summe der Feststoffe allein, weil Zement einen Teil seines Anmachwassers chemisch bindet und auch bei Ofentrocknung behält. Die in der Schaumbetonliteratur gebräuchliche Arbeitsbeziehung lautet:
ρtrocken ≈ 1,2 × (Zement + Zusatzstoff Typ II) + Zuschlag [kg/m3]
Der Faktor 1,2 berücksichtigt, dass rund 20 % der Bindemittelmasse als chemisch gebundenes Wasser im vollständig hydratisierten Zementstein verbleiben. Es ist eine Abschätzung: Mischungen mit hohem Flugascheanteil oder unvollständiger Hydratation liegen etwas darunter, sehr bindemittelreiche Mischungen etwas darüber. Jedes Werk sollte den eigenen Faktor in den ersten Produktionsläufen gegen gemessene Trockenrohdichten kalibrieren; danach trifft die Vorhersage in der Regel auf 20 bis 30 kg/m3 genau.
Beispiel: Blockmischung 1000 kg/m3
Ziel: 1000 kg/m3 ofentrocken, sandhaltige Mischung für tragende Steine.
Schritt 1 — Feststoffe
Bindemittelgehalt 400 kg/m3 CEM I gewählt. Umgestellt nach der Rohdichtebeziehung:
Sand = 1000 − 1,2 × 400 = 1000 − 480 = 520 kg/m3
Schritt 2 — Wasser
Bei w/b = 0,50: Wasser = 0,50 × 400 = 200 kg/m3
Schritt 3 — Stoffräume
| Bestandteil | Masse | Reindichte | Stoffraum |
|---|---|---|---|
| CEM I | 400 kg | 3100 kg/m3 | 0,129 m3 |
| Sand 0–2 mm | 520 kg | 2650 kg/m3 | 0,196 m3 |
| Wasser | 200 kg | 1000 kg/m3 | 0,200 m3 |
| Grundmischung gesamt | 1120 kg | — | 0,525 m3 |
Schritt 4 — Schaum
Schaumvolumen = 1,000 − 0,525 = 0,475 m3 = 475 Liter
Bei einer gemessenen Schaumdichte von 50 g/l: Schaummasse = 0,475 × 50 = 23,8 kg
Ergebnis
Erwartete Frischrohdichte = 400 + 520 + 200 + 23,8 = 1144 kg/m3 gegenüber einer Ziel-Trockenrohdichte von 1000 kg/m3. Die Differenz von 144 kg/m3 ist das freie Wasser, das beim Trocknen entweicht. 1144 kg/m3 ± 3 % ist der Wert, den der Anlagenfahrer prüft.
Beispiel: Dämmestrich 400 kg/m3
Ziel: 400 kg/m3 ofentrocken, reine Zementmischung für einen dämmenden Dachestrich.
Schritt 1 — Feststoffe
Bei dieser Rohdichte kein Zuschlag; die Mischung besteht aus Zementleim und Schaum. Bindemittel = 400 / 1,2 = 333 kg/m3, aufgerundet auf 335 kg/m3.
Schritt 2 — Wasser
Bei w/b = 0,55, höher, weil die Mischung ohne Fließmittel fließfähig bleiben muss: Wasser = 0,55 × 335 = 184 kg/m3
Schritt 3 — Stoffräume
| Bestandteil | Masse | Reindichte | Stoffraum |
|---|---|---|---|
| CEM I | 335 kg | 3100 kg/m3 | 0,108 m3 |
| Wasser | 184 kg | 1000 kg/m3 | 0,184 m3 |
| Grundmischung gesamt | 519 kg | — | 0,292 m3 |
Schritt 4 — Schaum
Schaumvolumen = 1,000 − 0,292 = 0,708 m3 = 708 Liter; der Baustoff besteht also zu knapp 71 Volumenprozent aus Luft.
Bei 50 g/l: Schaummasse = 0,708 × 50 = 35,4 kg
Ergebnis
Erwartete Frischrohdichte = 335 + 184 + 35,4 = 554 kg/m3 gegenüber 400 kg/m3 trocken. Bemerkenswert ist der relativ viel größere Abstand bei niedriger Rohdichte: 154 kg/m3 sind hier 38 % der Trockenrohdichte, im ersten Beispiel waren es 14 %. Wer eine Frischrohdichtemessung wie eine Trockenrohdichte behandelt, verwirft bei 1000 kg/m3 gutes Material und nimmt bei 400 kg/m3 schlechtes an.
Schaumbildnerverbrauch
Der Schaum wird aus einer verdünnten Lösung erzeugt; der Konzentratverbrauch folgt daher aus Schaumvolumen, Schaumdichte und Verdünnungsverhältnis:
Konzentrat [l] = Schaumvolumen [m3] × Schaumdichte [kg/m3] ÷ (1 + Verdünnungsverhältnis), bei einer Lösungsdichte von rund 1 kg/l.
Für den Dämmestrich mit 400 kg/m3 bei 1:30:
Schaumlösung = 0,708 × 50 = 35,4 kg ≈ 35,4 l → Konzentrat = 35,4 ÷ 31 = 1,14 Liter je m3
Für die Blockmischung mit 1000 kg/m3: 0,475 × 50 = 23,8 l Lösung, also 0,77 Liter je m3.
Etwa ein Liter Konzentrat je Kubikmeter ist über den üblichen Rohdichtebereich ein brauchbarer Planungswert, fallend mit steigender Rohdichte. Damit ist der Schaumbildner ein kleiner Anteil an den Materialkosten und ein großer Anteil am technischen Risiko — was die richtige Reihenfolge für die Auswahl ist.
Frischrohdichte als Produktionskontrolle
Gemessen wird die Frischrohdichte, ausgeschrieben wird die Trockenrohdichte, und beides ist nicht dieselbe Zahl. Der Abstand ist das freie Wasser: Zugabewasser, das weder chemisch gebunden ist noch nach Ofentrocknung verbleibt, zuzüglich des vom Schaum eingetragenen Wassers.
| Trockenrohdichte | Erwartete Frischrohdichte | Differenz | Anteil |
|---|---|---|---|
| 400 kg/m3 | 554 kg/m3 | +154 | 38 % |
| 1000 kg/m3 | 1144 kg/m3 | +144 | 14 % |
Die Ziel-Frischrohdichte für jede Mischung berechnen, auf den Chargenzettel schreiben und an jeder Charge prüfen. Niemals einen Frischrohdichte-Zielwert von einer Mischung auf eine andere übertragen.
Massenermittlung und Zuschläge
Die Volumenermittlung ist gewöhnliche Geometrie, mit zwei schaumbetonspezifischen Korrekturen.
Rechenbeispiel. Dämmender Dachestrich, 250 m2 bei 80 mm Nenndicke:
- Nennvolumen = 250 × 0,08 = 20,0 m3
- Zuschlag für Gefälle und Untergrundtoleranz. Auf einem Dach mit Gefälle liegt die mittlere Dicke typisch 10 bis 20 % über der Nenndicke: mit 12 % → 22,4 m3
- Zuschlag für Einbau und Pumpenvorlauf, 5 bis 8 % → 23,8 m3, bestellt werden 24 m3
Zwei Punkte, die häufig übersehen werden:
- Es gibt keinen Verdichtungszuschlag. Schaumbeton ist selbstverdichtend und verliert beim Einbau kein Volumen, anders als eine verdichtete Schüttung. Ein Verdichtungsfaktor führt zur Überbestellung.
- Es gibt einen Vorlaufverlust. Jede Förderleitung muss angepumpt und gespült werden. Auf langen Leitungen ist das ein reales Volumen und vollständig Verlust.
Für die Kalkulation dann über den Mischungsentwurf in Stoffmengen umrechnen: 24 m3 des oben berechneten Estrichs mit 400 kg/m3 benötigen 24 × 335 = 8040 kg Zement — rund 161 Sack zu 50 kg oder eine Teilsilolieferung —, 4,4 m3 Wasser, 27 Liter Schaumbildnerkonzentrat und 17 m3 erzeugten Schaum.
Anlagenauslegung für die Baustelle
Der Schaumbedarf entscheidet, ob die Anlage mithält. Für dieselbe Baustelle:
- 24 m3 Material × 0,708 m3 Schaum je m3 = 17 m3 Schaum
- Auf sechs produktive Stunden verteilt: 2,8 m3 Schaum je Stunde
Handelsübliche Schaumgeneratoren leisten rund 10 bis über 100 m3/h; der Generator ist daher fast nie der Engpass. In der Praxis begrenzen, in dieser Reihenfolge: die Taktzeit des Mischers, der Pumpendurchsatz in der Förderleitung und — bei jeder Baustelle mit Lagenhöhenbegrenzung — die Zeit, die jede Lage bis zum Ansteifen braucht. Danach auslegen und den Generator nur daraufhin prüfen, dass er für eine sehr niedrige Rohdichte nicht unterdimensioniert ist, wo der Schaumbedarf je Kubikmeter am höchsten liegt.
Zuletzt geprüft: