Institut für Baustoffe – Fakultät für Bauingenieurwesen – und Geodäsie – Leibniz Universität Hannover – Tag der Promotion: 15.12.2006 – Gutachter: – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Lohaus – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Nabil A. Fouad – _________________________________ – Schaumbetone und Konstruktionsleichtbetone mit porosierter Matrix sind seit geraumer Zeit immer wieder Gegenstand von Forschungsprojekten. Ihre Vorteile liegen in ei-ner geringen Rohdichte bei guter Druck-festigkeit und guten Dauerhaftigkeitseigenschaften. Schwierigkeiten bereitet bislang jedoch die zielsichere Herstellung derartiger aufgeschäumter, zementgebundener Baustoffe. Dies gilt insbesondere für eine Verwendung auf Baustellen, unter den dort üblichen schwankenden Bedingungen. Hier sind die Einflüsse aus Herstellung, Transport und Einbau des Baustoffes so schwer vorherzusagen, dass es bislang nahezu ausgeschlossen ist, ein eng eingegrenztes Eigenschaftsprofil zuverlässig zu erreichen. Daher beschränken sich die Anwendungen hierzulande bislang meist auf untergeordnete Bauaufgaben ohne statisch-konstruktive Relevanz, wie z.B. unterirdische Hohlraumverfüllungen etc. Diese Beschränkung des Anwendungsspektrums wird dem erheblichen Potential, das in den leichten zementgebundenen Baustoffen steckt, bei weitem nicht gerecht. Exemplarisch sei hier nur auf den Wohnungsbau ver-wiesen, bei dem zementgebundene Schäume gleichzeitig statisch-konstruktive und wär-medämmende Aufgaben übernehmen kön-nen. Ganz andere Nutzungsmöglichkeiten für aufgeschäumte, zementgebundene Baustoffe können auch z. B. im Brandschutz oder An-prallschutz liegen. Für solche sicherheitsrelevanten Anwendungen ist es ebenfalls von Bedeutung, bestimmte Materialeigenschaften zielsicher und zuverlässig zu erreichen. – Daher befasst sich diese Arbeit mit der gezielten Herstellung zementgebundener Schäume, als Grundlage für die Weiterentwicklung von extrem leichten, zementgebundenen Baustoffen für vielfältige hochwertige Anwendungen. Im Mittelpunkt der Überlegungen und Untersuchungen stehen Bedingungen und Grenzen für einen physikalischen Lufteintrag in Zementleime und die Stabilisierung der frischen Zementschäume. Die Luft in Form von Blasen bzw. Poren wird als separate Komponente von aufgeschäumten Zementleimen betrachtet, deren Eigenschaften sich aus der Zusammen-setzung und den Eigenschaften des Zementleims in Verbindung mit dem Herstellungs-prozess der Schäume ergeben. – Zunächst wurden schaumtechnologische Grundlagen aus unterschiedlichen naturwissenschaftlichen und technischen Bereichen zusammengetragen. Besondere Schwerpunkte lagen dabei auf der Herstellung und der Stabilität von Schäumen sowie der Bedeutung der flüssigen Phase. Weiterhin wurden Einflüsse verschiedener Rezepturparameter und Ausgangsstoffe auf die Eigenschaften von Zementleimen dargestellt. Berücksichtigung fanden dabei vor allem Auswirkungen auf das rheologische Verhalten, die Mischungsstabilität und den Erstarrungsprozess, da diese die Basis für die gezielte Optimierung von Zementleimen als flüssige Phase eines Schaums darstellen. – Ausgehend von den genannten Grundlagen der Schaumtechnologie, den beton-technologischen Möglichkeiten zur Steuerung von Zementleimeigenschaften und Vorversuchen wurde eine Modellvorstellung für stabile Zementschäume entwickelt. Die Dissertation geht dabei detailliert auf das komplexe Zusammenspiel der verschiedenen Leimkomponenten und deren Einflüsse in den unterschiedlichen Phasen ein. Für die Phase der Herstellung und Verarbeitung der Zementschäume erwies es sich als wichtig, dass sich durch ausreichend hohe Wassergehalte, durch die Zugabe sehr feiner Feststoffpartikel (Silikastaub) und durch relativ hohe Dosierungen von LP- oder Schaumbildnern schnell glatte und damit stabile Blasenwandungen ausbilden können. Die während des Erstarrens und Erhärtens notwendige Stabilität des Zementleims gegen Entmischen und die schaumzerstörende Drainage kann durch die Verwendung organischer Zusatzmittel (organische Stabilisierer und PCE-Fließmittel) erreicht werden. Diese sind geeignet, in hinreichendem Maße Wasser zu binden bzw. in seiner Mobilität soweit einzuschränken, dass trotz höherer Wassergehalte stabile Zementschäume entstehen. Die ebenfalls aus den etwas höheren Wassergehalten resultierenden ausgeprägteren Schwindver-formungen zeigten sich in der Regel beherrschbar. Wesentliche Verformungsanteile werden im Inneren des Schaums durch eine Verschlankung der Zementsteinlamellen zwischen den Poren abgebaut und beeinflussen daher die äußere Bauteilgeometrie nicht. – Die Modellvorstellung mündet in Strategien für eine Rezepturentwicklung stabiler aufschäumbarer Zementleime. Ein zentraler Punkt ist dabei, dass der Wassergehalt an den Erfordernissen des Herstellprozesses ausgerichtet wird, um bereits bei der Herstellung günstige Luftgehalte und Blasenstrukturen zu ermöglichen. Das steht im Gegensatz zu älteren Überlegungen, die durch Reduzierung des Zugabewassers bessere Leimeigenschaften in der Erstarrungs- und Erhärtungsphase sowie eine Erhöhung der resultierenden Festigkeit erreichen wollten, dabei jedoch erhebliche nachteilige Einflüsse durch fehlendes Wasser im Aufschäumprozesses vernachlässigt haben. – In einem umfangreichen experimentellen Teil wurden die dargestellten Erwägungen durch die Entwicklung einer stabilen Zementschaumrezeptur verifiziert. Durch Modifikationen dieser Rezeptur konnten die theoretisch hergeleiteten Zusammenhänge und stofflichen Einflüsse in Versuchen überprüft und weitgehend bestätigt werden. – Die Intention der Arbeit war es, zum Verständnis der Zusammenhänge rund um das Einbringen von Luft in Zementleime beizutragen. Sie soll die breitere technische Nutzung geschäumter, zementgebundener Baustoffe voranbringen, unabhängig davon, ob es sich um Porenbetone, aufgeschäumte Zementleime, Schaumbetone oder Konstruktionsleichtbetone handelt. In allen Fällen sollte es auf Grundlage der gewonnenen Erkennt-nisse möglich sein, zuverlässiger als bisher vorgegebene Materialeigenschaften zu erreichen. –