Wie funktionieren Treibmittel in Leichtbeton und Porenbeton?

Treibmittel sind Stoffe, die bei der Herstellung von Porenbeton und Leichtbeton Gase entwickeln und dadurch eine poröse Struktur mit gleichmäßig verteilten Luftporen erzeugen. Sie werden auch als Schaumbildner oder Porenbildner bezeichnet und entwickeln gasgefüllte Materialien durch ein System von offenen und geschlossenen Zellen. Die entstehende Porosität verbessert die Wärmedämmung und reduziert das Gewicht – zwei zentrale Eigenschaften im modernen Hochbau. Doch wie genau entsteht diese Struktur, welche Treibmittel-Typen gibt es, und worauf müssen Sie bei der Verarbeitung achten?

Wirkungsweise: Wie entsteht die poröse Struktur?

Die poröse Struktur entsteht durch Lösung von Gas oder Gasgemischen mit chemischen Transformationen und Wärme. Treibmittel werden in flüssigen Mitteln gelöst, was zur Schaumbildung führt. Bei der Herstellung von Porenbeton wird beispielsweise Aluminiumgranulat dem Zement-Sand-Gemisch hinzugefügt. Das Aluminium reagiert mit dem alkalischen Zementleim unter Freisetzung von Wasserstoffgas, wodurch sich die Masse ausdehnt und die charakteristischen Poren entstehen.

Die Gasentwicklung kann durch drei Mechanismen erfolgen:

Der Anteil des zweiten Typs in der Herstellung gasgefüllter Baustoffe ist vernachlässigbar, sodass sich die Praxis auf chemische und physikalische Treibmittel konzentriert.

Chemische Treibmittel: Welche Stoffe setzen Gase frei?

Chemische Treibmittel erzeugen Gase durch thermische Zersetzung oder chemische Interaktion mit Komponenten der Mischung. Sie werden sowohl für organische als auch für mineralische gasgefüllte Baustoffe eingesetzt und bilden die größte industrielle Gruppe. Typische Vertreter sind Ammoniumsalze und Carbonate, die bei Temperaturen von 40 bis 100 Grad Celsius NH₃ oder CO₂ freisetzen. Beispiele sind Ammoniumcarbamat (NH₂COONH₄), Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃) und Natriumcarbonat (Na₂CO₃).

Eine zweite Gruppe bilden Mischungen, die aus chemischer Interaktion von Komponenten Gase freisetzen. Dazu zählen Metalle der Gruppe II und III des Periodensystems in Kombination mit organischen oder anorganischen Säuren wie Stearin-, Öl-, Abientin-, Salz-, Schwefel- oder Phosphorsäure. Auch Mischungen aus Carbonaten, Nitraten mit Ammoniumsalzen, Carbiden und Hydriden mit Wasser gehören zu dieser Kategorie.

Physikalische Treibmittel: Niedrigsiedende Flüssigkeiten und Sorbentien

Physikalische Treibmittel sind niedrigsiedende Flüssigkeiten, die durch Sieden, Verdampfung oder Desorption bei wachsender Temperatur oder niedrigem Druck Gase abgeben – ohne chemische Transformationen. Dazu gehören aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ether und Ketone.

Eine zweite Gruppe bilden feste Sorbentien wie aktivierte Kohle, Siliciumdioxid oder Ton, die mit Gasen wie CO₂ oder NH₃ oder mit Dämpfen niedrigsiedender Flüssigkeiten gesättigt sind. Beim Erhitzen erfolgt die thermische Desorption der sorbierten Gase und Flüssigkeiten. Als Treibmittel werden auch Gase wie Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff, Ammoniak und Luft eingesetzt, die unter Druck in die Zusammensetzung eingeführt oder durch mechanisches „Auspeitschen" des Schaums in der Leiste eingebracht werden.

Anforderungen an Treibmittel: Was müssen Sie beachten?

Grundlegende Anforderungen an chemische Treibmittel umfassen die Nähe der Zersetzungstemperatur zur Schmelz- und Erstarrungstemperatur des Polymers, die Freisetzung von Gas in einem engen Temperaturbereich und eine hohe Gasentwicklung. Die Möglichkeit, Temperatur und Druck durch Aktivatoren zu regulieren, ist ebenso wichtig wie das Fehlen von Korrosivität, Toxizität und Brennbarkeit der freigesetzten Gase und Abbauprodukte.

Weitere Kriterien sind gute Löslichkeit und Dispergierbarkeit in Polymerzusammensetzungen, geringe Wärmeentwicklung beim Abbau, kein Einfluss auf die Polymerisations- und Aushärtgeschwindigkeit, Farb- und Geruchslosigkeit der Zersetzungsprodukte sowie Stabilität bei Lagerung und Transport. Wirtschaftliche Verfügbarkeit und geringe Kosten runden das Anforderungsprofil ab.

An physikalische Treibmittel werden unter anderem folgende Anforderungen gestellt: kein Einfluss auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Materials, erleichterte Verschiebung und gute Löslichkeit in der Zusammensetzung, niedriger Dampfdruck bei Raumtemperatur, Fehlen korrosiver Wirkung, Toxizität und Brennbarkeit sowie wirtschaftliche Verfügbarkeit.

Praxis-Take-away: Gasentwicklung gezielt steuern

Die Wahl des Treibmittels bestimmt maßgeblich die Porenstruktur, Festigkeit und Wärmedämmung Ihres Leicht- oder Porenbetons. Achten Sie auf die Zersetzungstemperatur und steuern Sie die Gasentwicklung durch Temperatur und Aktivatoren. Bei der Verarbeitung von Beton mit chemischen Treibmitteln ist die Einhaltung der Temperaturvorgaben entscheidend, um eine gleichmäßige Porosität zu erreichen. Physikalische Treibmittel bieten den Vorteil geringerer chemischer Reaktionen, erfordern aber präzise Druck- und Temperaturkontrolle. Für weiterführende Informationen zur Dauerhaftigkeit und zum Lambda-Wert von Leichtbeton empfehlen sich die aktuellen Normen und Herstellerangaben.