Die Wärmeleitfähigkeit im Boden wird hauptsächlich dadurch beeinflusst, wie viel Luft im Porenraum des Materials enthalten ist. Da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist und isolierend wirkt, führt ein hoher Luftanteil im Boden zu einer verminderten Wärmeableitung. Ist der Porenraum hingegen verdichtet oder sogar mit Wasser gefüllt, kann der Boden Wärme deutlich effektiver ableiten.

Je dichter und kompakter die Materialstruktur ist, desto besser funktioniert die Wärmeleitung. Daher sind bestimmte Eigenschaften im Flüssigboden erstrebenswert:

- Hohe Verdichtungsfähigkeit und geringer Porenraum: Eine dichte Struktur mit minimalem Luftvolumen im Porenraum fördert die Wärmeleitfähigkeit, da weniger isolierende Luft vorhanden ist.
- Wassersättigung im Porenraum: Eine ausreichende Feuchtigkeit unterstützt die Wärmeleitung, da Wasser im Vergleich zu Luft Wärme besser leitet.
- Feinkörniges Material mit guter Verdichtbarkeit: Feinere Körnungen, die sich gut verdichten lassen, fördern die Wärmeleitfähigkeit, da sie eine engere und homogenere Materialstruktur schaffen.

Ein sinnvoller Ansatz zur Optimierung der Wärmeleitfähigkeit im Flüssigboden ist die Beimischung von Sand zu lehmhaltigem Boden. Sand erhöht die Verdichtungsfähigkeit und ermöglicht eine kompakte Struktur, die die Wärmeableitung verbessert. 

Die Herausforderung ist nun, Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit mit einem Rezept, was nur ein Kompromiss aus beiden Forderungen sein kann, zu finden.

Was ist GeopolymerBeton ? Was ist zementfreier Beton ? Was ist alkalisch aktivierter Beton ?

Kurz erklärt : (Ich versuche absichtlich, es einfach zu halten)

Klassischer Beton ist eine mineralische Mischung, die durch einen Zementleim-Bindemittel- , welches kristallin erhärtet und so eine unverformbare Matrix / Struktur von Bindemittel und Zuschlagsstoffe durch Bildung von eine kristallinen Phasen und Verknüpfung untereinander bildet. Man spricht / sprach von KunstStein. Oder künstlich hergestelltem Stein.

Zement hat jedoch einen „negativen“ –  weil bei der Produktion von Zement durch den Prozess der Herstellung viel Energie verbraucht wird – CO2-„Abdruck“ / "Energie-"Abdruck. (zB: Portland-Zement-Klinkerherstellung, Brennen, Mahlen usw.)  

In der Vergangenheit wurde nun viel untersucht / geforscht  und man fand heraus, das man diese kristallinen Phasen durch Einsatz von anderer „Bindemitteltechnik“ auch ohne den Einsatz von Zement herstellen kann. Heisst : Meine mineralische Struktur in meinem KunstStein Beton wird fixiert durch andere Kristallgitter.

Es bieten sich an Harze oder Silikone oder andere Bindemittel. Ersteres kennen wir aus der Herstellung von Fussböden für die Industrie. 

Nun habe ich Zement ausgeschlossen. Hier werden zb. alkalisch aktivierte Bindemittel (AAB) eingesetzt (vergleiche Hier). "Geopolymere werden im Allgemeinen als Calcium arme Systeme mit einem hohen Gehalt an Silicium (als SiO₂) und Aluminium (als Al₂O₃) definiert, bei deren Reaktion die Bildung alumo-silicatische Netzwerke überwiegt. Bei höheren Calcium-Gehalten (z.B. bei Hüttensanden) spricht man von Alkalisch-aktivierten Bindemitteln (AAB), bei deren Reaktion sich auch CSH-Phasen bilden."  

Zu diesen AAB’s wird aktuell noch geforscht. Verschiedene Ausgangsmaterialien / Mischungskomponenten reagieren unterschiedlich. Am bekanntesten dürften für uns Aluminosilikat Bindungen auf Basis netzwerkmodifizierender Kationen (insbesondere Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium) (nach BWI-Betonwerk Intenrational 3-2021). Die Herausforderung aktuell: Die Dauerhaftigkeit der neuen Mischungen muss zuverlässig nachweisbar sein. Und die (Nachweis-)Verfahren dafür sind (noch) nicht standardisiert.  Insbesondere sind hier Korrosion von Stahl,  Frost-Tau-Wechsel und Volumenstabilität wichtig. Aktuell basieren alle Langzeitvorhersagen auf numerisch entwickelten Verfahren – realbezogen liegen nur wenige Erfahrungen vor.

Etwas neues fand ich hier : Neben Alkohol als polimerisches Bindeglied als Besonderheit zementfreier Beton mit Chitin als Baustoff auf dem Mond oder  Mars für 3D-Printing.  Chitin ist ein komplexer Bioploymer, aus dem Panzer von Insekten gemacht sind. (Auch lesen hier)

Wie kann ich das in die Realität umsetzen?  Verlassen wir die Theorie und denken praxisorientiert: 

1. Weglassen von Zement und  Austausch gegen Hüttensand und/oder Flugasche. Es werden sich hier neue Mischungen aus mehr als vier Komponenten bilden. 

2. Nachweis der Gleichwertigkeit zu klassischen Baustoffen über Eigen- und Fremdüberwachung

3. Anwendung. 

An diesem Punkt : "Chapeau" Für die (Beton-) Recycler, die experimentierfreudig neue Wege im Recycling und Upgrading von Recycling Material gehen - denn das ist der Anfang dafür. 

Aber ob ich den Teufel mit dem Belzebub austreibe ? Eine Energiebilanz der Alkali's wurde / ist mir bislang unbekannt  und man beschränkt sich bei der Betrachtung auf die eingesetzte Energie. Das ist, wie zu behaupten, ElektroAutos seien wirklich sauber und über den Abbau von Lithium und Kobald nicht nachzudenken. (Aber anderes Thema!) 

Freunde der Physik wissen um Newtons Energiesätze. So ist's  auch hier. 

Bleibt spannend.

November 2023

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Literaturnachweis (hoffentlich keinen vergessen - sonst sehen Sie es mir bitte nach!): Kurzweilige Literatur gab es zu lesen hier : 

https://www.baublatt.ch/baupraxis/bauen-auf-dem-mars-das-chitin-von-insekten-soll-als-bindemittel-dienen-30156

https://www.baunetzwissen.de/beton/fachwissen/betonarten/polymerbeton-und-geopolymerbeton-8135017

https://www.beton.wiki/index.php?title=Geopolymere

https://www.researchgate.net/publication/237528428_Why_the_pharaohs_built_the_Pyramids_with_fake_stones

https://www.uni-weimar.de/fileadmin/user/fak/bauing/hauptseiten/bauing/forschung/Promotionen_Aktuell/Zusammenfassung_Dissertation_Ufermann.pdf