Leistungsoptimierung ultraleichter Schaumbeton mit dimethiconhaltiger organosiliconverbindung

Bauen mit leichteren, intelligenteren Wänden

Moderne Gebäude benötigen Wände, die nicht nur stabil, sondern auch leicht, feuerbeständig und wärmedämmend sind. Ultraleichter Schaumbeton bietet bereits ein geringes Gewicht und hervorragende Dämmeigenschaften, ist jedoch für anspruchsvolle Anwendungen häufig zu schwach und nimmt zu viel Wasser auf. Diese Studie untersucht, wie ein verbreiteter silikonbasierter Inhaltsstoff, Dimethicon, die winzigen Luftbläschen im Schaumbeton beeinflussen kann, sodass das Material zugleich leichter und stärker wird und zudem besser gegen Wasser und Witterung schützt.

Warum poröser Beton wichtig ist

Schaumbeton entsteht durch das Mischen von Zement, Sand, Wasser und einer Schaumphase voller Luftblasen. Die Blasen machen das Material deutlich leichter, was für hohe Gebäude und energieeffiziente Wände attraktiv ist. Wenn die Blasen jedoch groß und ungleichmäßig sind, verliert der Beton an Festigkeit und entwickelt Durchgänge, durch die Wasser und Salze eindringen können. Ingenieure wünschen sich eine Variante, die die Vorteile luftgefüllten Betons — geringes Gewicht, gute Dämmung, Brandschutz — erhält, ohne das Material in einen brüchigen Schwamm zu verwandeln.

Eine silikonbasierte Wendung im Rezept

Die Forschenden prüften das Hinzufügen kleiner Mengen Dimethicon, einer in Alltagsprodukten weit verbreiteten Silikonverbindung, zu ultraleichtem Schaumbeton. Sie bereiteten mehrere Mischungen mit derselben Zielroh­dichte, aber unterschiedlichem Dimethicongehalt vor, von 0,5 % bis 2,5 % bezogen auf das Zementgewicht. Durch das sorgfältige Dispergieren von Dimethicon in Wasser und anschließendes Einmischen in eine schaumreiche Zementmischung sollte die Bildung und Stabilität der Blasen beeinflusst werden, um die Auswirkungen auf Fließverhalten, Abbindezeit, Wassertransport, Festigkeit und Wärmeleitung zu untersuchen.

Was sich in den winzigen Poren abspielt

Detaillierte Untersuchungen zeigten, dass Dimethicon zugleich als Schaumbildnerstabilisator und wasserabweisender Zusatz wirkt. Es senkt die Oberflächenspannung des Wassers in der Mischung, sodass Blasen leichter entstehen und getrennt bleiben, statt zu großen Hohlräumen zu verschmelzen. Mikroskopische Bilder und Porenmessungen zeigten, dass der Beton mit Dimethicon deutlich mehr kleine, gut geformte Poren und deutlich weniger große, miteinander verbundene Hohlräume enthielt. Diese verfeinerte Innenstruktur verringerte die Geschwindigkeit, mit der Wasser eindringen oder Luft durchströmen kann, und reduzierte das Eindringen schädlicher Chloridsalze um etwa ein Drittel im Vergleich zum unbehandelten Beton.

Stärker, trockener und trotzdem leicht

Die mikroskopischen Veränderungen führten zu überraschend großen Leistungssteigerungen. Bei der besten Dosierung, rund 2 % Dimethicon, verdoppelte sich die Steifigkeit und Druckfestigkeit des ultraleichten Betons mehr als und die Rissbeständigkeit unter Zugbeanspruchung vervielfachte sich, während das Material weiterhin äußerst leicht blieb, mit einer Trockendichte nahe 450 Kilogramm pro Kubikmeter. Das Material schrumpfte beim Trocknen weniger, nahm deutlich weniger Wasser auf und zeigte eine geringere insgesamt verbundene Porosität. Auch das thermische Verhalten änderte sich: Da das Porennetz feiner und die feste Matrix dichter wurde, stiegen die Wärmeleitfähigkeit und die thermische Diffusivität moderat an, blieben aber weiterhin im Bereich für dämmende Baustoffe geeignet.

Den optimalen Bereich finden

Im Vergleich aller Mischungen ergab die Studie, dass etwa 2 % Dimethicon das beste Gleichgewicht bieten: Es bewahrte den ultraleichten Charakter des Betons und brachte zugleich deutlich höhere Festigkeit und Dauerhaftigkeit sowie eine stark verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeits- und Salzeintritt. Höhere Dosierungen brachten nur geringe zusätzliche Vorteile und begannen, die Verarbeitbarkeit zu verschlechtern. Praktisch bedeutet dies, dass ein relativ einfacher silikonbasierter Zusatzstoff spröden Schaumbeton in ein robusteres, wasserabweisendes und weiterhin gut dämmendes Baumaterial verwandeln kann, wodurch er für energieeffiziente, langlebige Wände und andere leichte Bauelemente attraktiver wird.

Zitation: Othuman, M.A.O., Tobbala, D.E., Omar, R. et al. Performance optimization of ultra-lightweight foamed concrete using dimethicone-infused organosilicon compound. Sci Rep 16, 8108 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39334-5

Schlüsselwörter: Schaumbeton, leichte Baustoffe, Silikonzusätze, Porenstruktur, Wärmedämmung