Bauphysikalische Untersuchung von Lehm mit natürlichen Additiven und Beschichtungen

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung ausgewählter bauphysikalischer Eigenschaften von Lehmbaustoffen in ihrer Reinform verglichen zu solchen mit Additiven und Beschichtungen mit dem Ziel der Verwendung in Trockenbaustoffen wie Lehm- und Trockenputzplatten. Im Detail handelt es sich um die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit in Anlehnung an die DIN EN 12664 nach dem Heizdrahtverfahren, des Wasserdampfdiffusionswiderstandes nach der DIN EN ISO 12572 sowie des Ab- und Adsorptionsverhaltens nach den DIN EN ISO 12571 und DIN 18948. Im Sinne der Nachhaltigkeit soll eine Basis zur Entwicklung eines natürlichen Baustoffes geschaffen werden, welcher möglichst ressourcenschonend hergestellt werden kann und in seinem gesamten Lebenszyklus nach dem Cradle-to-Cradle-Prinzip recyclebar ist. Im Rahmen der durchgeführten Versuche wurden Probekörper in unterschiedlichen Zusammensetzungen hergestellt, nach dem dynamischen Verdichtungsverfahren mittels Proctorverdichtungsgerät verdichtet und entsprechend den Normvorgaben bis zur Massekonstanz konditioniert. Als Ausgangsmaterial wurde S&L Lehmfeinputz 0/2 herangezogen. Die verwendeten Additive, in concreto Holzfasern, Löschkalk und Kasein, wurden der Lehmmischung in jeweils drei unterschiedlichen Masseanteilen beigemengt. Kaliwasserglas, Carnaubawachs und Filz wurden einseitig auf die Probekörperoberfläche angebracht. Durch die Kombination von Lehm mit gelochtem Filz kann das Sorptionsverhalten gegenüber den Referenzprobekörpern signifikant gesteigert werden. Im Fall der Absorption zeigt sich bei den Sorptionsisothermen eine Erhöhung von 25%. Bei der Prüfung des wärmetechnischen Verhaltens zeigt sich für Filz ein um das Sechsfache erhöhter Wärmedurchlasswiderstand. Beim Sorptions- bzw. Desorptionsverhalten zeigt sich, dass alle Probekörper Feuchte schneller abgeben als sie über den selben Zeitraum aufnehmen. Die beigemengten Additive führen gesamtheitlich zu einer Verringerung der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl. Die Probekörper mit Kalk zeigen dabei die größte Reduktion im Ausmaß von 24%. Demgegenüber wirken sich die Beschichtungen Kaliwasserglas und Carnaubawachs in einer Größenordnung von ca. 10% erhöhend aus. Die Wärmeleitfähigkeit wird durch die Zugabe der verwendeten Additive ebenso verringert. Für Löschkalk und Kasein ergeben sich die größten Abweichungen im Rahmen von 35–45%. Die dem Lehm zugesprochenen feuchteregulierenden Eigenschaften können durch den Verbund von Lehm mit gelochtem Filz deutlich gesteigert werden. Um die Oberfläche von Lehmbaustoffen zu stabilisieren, stellt Carnaubawachs eine gute Alternative zu Wasserglas dar. Für die Verwendung von Löschkalk ist es im Hinblick auf eine zukünftige Forschung jedenfalls sinnvoll, dem Lehm zusätzliche materialoptimierende Komponenten beizufügen, um dem augenscheinlich spröden Materialverhalten entgegenzuwirken.

This diploma thesis focuses on the investigation of certain selected building physical properties of clay building materials in their pure form compared to those with additives and coatings, with the aim of using them in dry building materials such as clay panels and dry plaster panels. This involves the determination of thermal conductivity based on DIN EN 12664 according to the hot wire process, water vapor diffusion resistance according to DIN EN ISO 12572 and the sorption behavior according to DIN EN ISO 12571 and DIN 18948. In terms of sustainability a basis for the development of a natural building material should be created. The natural building material should be produced as resource-efficiently as possible and should be recyclable throughout its entire life cycle according to the cradle-to-cradle principle. Within the tests, test specimen in different compositions were produced, compacted according the dynamic compaction method with a Proctor compaction device and conditioned to constant weight according to the norm requirements. S&L clay fine plaster 0/2 was used as raw material. The used additives, concretely wood fibers, slaked lime and casein, were added to the clay mixture in three different mass fractions. Potassium water glass, carnauba wax and felt were added to the test specimen surface on one side. Due to the combination of clay with perforated felt, the sorption behavior significantly increase compared to the reference specimen. In case of absorption, the sorption isotherms show an increase of about 25%. During the examination in terms of thermal behavior felt shows a sixfold increase in thermal resistance. For the sorption and desorption behavior all test specimen show that they emitted moisture faster than they can absorb over the same period of time. The added additives lead to an overall reduction in the water vapor diffusion resistance factor. The test specimen with lime show the largest reduction of 24%. In contrast, the coatings of potassium water glass and carnauba wax have an increasing effect of approximately 10%. The added additives also lead to a reduction of thermal conductivity. For slaked lime and casein, the largest deviations are in the range from 35–45%.The moisture regulating qualities of the clay increase significantly in combination with perforated felt. In order to stabilize the surface of clay building materials, carnauba wax is a good alternative to water glass. In any case, especially with regards to future research, for the usage of slaked lime adding additional material optimizing components to the clay prove necessary to improve the apparent brittle behavior of the material.