Einfluss der Sandkorngröße auf die thermische Effusivität von ziegellehmversetztem Zementmörtel

Warum sich die Haptik Ihrer Wände auswirkt

Wenn Sie einen Raum betreten, entscheiden die Wände stillschweigend, wie schnell er sich erwärmt oder abkühlt. In heißen oder feuchten Regionen, besonders dort, wo Energie teuer ist, kann die Art und Weise, wie Ziegel Wärme verarbeiten, den Unterschied zwischen einem erstickenden und einem komfortablen Zuhause ausmachen. Diese Studie untersucht eine einfache, aber wirkungsvolle Idee: Durch die Veränderung der Korngröße des Sands und des Tonanteils in Zementziegeln können Bauende steuern, wie Wände Wärme speichern und abgeben — ohne zusätzliche Materialien oder teure Dämmung.

Bessere Ziegel aus lokaler Erde

Die Forschenden konzentrierten sich auf ein gängiges Rezept: Zementmörtelziegel aus Flusssand, lokalem Ton aus Nkolbisson bei Yaoundé in Kamerun, Wasser und Portlandzement. Ton ist attraktiv, weil er reichlich vorhanden, kostengünstig und in der Regel klimafreundlicher ist als viele moderne Materialien. Allerdings schwächt er Ziegel, wenn er unbedacht eingesetzt wird. Das Team stellte eine bisher weitgehend unbeachtete Frage: Verändert die Korngröße des Sands — sehr fein, mittel oder grob — die Fähigkeit des Ziegels, Wärme zu speichern und zu leiten, wenn ein Teil des Sands durch Ton ersetzt wird? Die Antwort könnte helfen, Wände zu gestalten, die Innenräume auf natürliche Weise besser temperieren.

Vom Korn zum Ziegel im Labor

Zur Untersuchung wurde Sand aus dem Sanaga-Fluss sorgfältig gewaschen, getrocknet und in drei Korngrößenklassen gesiebt: fein (0,08–0,5 mm), mittel (0,5–1,6 mm) und grob (1,6–2 mm). Der Nkolbisson-Ton wurde ebenfalls detailliert charakterisiert: Kornverteilung, Plastizität (wie leicht er sich im feuchten Zustand verformt) und die chemische Zusammensetzung mit hohem Anteil an Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Eisenoxid wurden bestimmt. Die Ziegel wurden in standardisierten Formen gegossen, wobei stets die gleiche Gesamt-Trockensubstanz und das gleiche Wasser‑Zement‑Verhältnis eingehalten wurden. Für jede Sandgröße ersetzte Ton zwischen 0 und 60 % der Sandmasse, sodass 63 kleine Prüfziegel entstanden, die 28 Tage aushärteten, bevor Messungen erfolgten.

Messung der Wärmereaktion von Ziegeln

Das Team untersuchte zwei zentrale thermische Eigenschaften. Zunächst wurde die thermische Effusivität gemessen — die Neigung eines Materials, bei plötzlichem Kontakt mit etwas Wärmerem oder Kühlerem Wärme aufzunehmen oder abzugeben. Zweitens wurde die thermische Leitfähigkeit bestimmt, die beschreibt, wie leicht Wärme durch den Ziegel fließt. Spezialisierte Methoden kamen zum Einsatz: eine asymmetrische Heißplatte zur Effusivitätsmessung und ein paralleler Heißdraht, der in die Ziegel eingesetzt wurde, um die Leitfähigkeit zu bestimmen. Jede Kombination aus Sandgröße und Tonanteil wurde mehrfach geprüft, und die Unsicherheiten der Messungen wurden sorgfältig abgeschätzt, um sicherzustellen, dass die beobachteten Trends echt sind und nicht nur experimentelles Rauschen.

Ton kühlt, Korngröße steuert die Wirkung

Die Ergebnisse zeichnen ein klares Bild. Mit steigendem Tonanteil sinken sowohl Effusivität als auch Leitfähigkeit bei allen drei Sandgrößen. Anders gesagt: Die Ziegel werden dämmender und geben Wärme weniger schnell an ihre Umgebung ab. Bei der feinsten Sandklasse betrugen die maximalen Reduktionen etwa 18 % bei der Effusivität und 34 % bei der Leitfähigkeit. Bei mittlerem und grobem Sand fielen die Verringerungen noch größer aus — bis zu rund 26–28 % bei der Effusivität und etwa 44 % bei der Leitfähigkeit bei den höchsten Tongehalten. Bei gleichem Tonanteil wiesen Ziegel mit feinerem Sand tendenziell geringere thermische Werte auf als solche mit gröberem Sand. Feinere Körner vergrößern die Gesamtoberfläche und fördern viele winzige, mit Luft gefüllte Poren, die den Wärmestrom verlangsamen. Grobere Körner bilden dagegen ein kontinuierlicheres Mineralskelett, das Wärme direkter über feste Kontakte leiten lässt.

Was das für komfortable Wohnungen bedeutet

Für den Alltag ist die Botschaft klar: Durch Anpassung des Tons und der Sandkorngröße können Bauende Ziegel gestalten, die Häuser besser vor Außentemperaturschwankungen schützen. Mehr Ton und feinerer Sand ergeben im Allgemeinen stärker dämmende Ziegel, die helfen, Innenräume an heißen Tagen kühler zu halten und die Belastung von Ventilatoren oder Klimaanlagen zu reduzieren. Grober Sand führt zu Ziegeln mit höherer Wärmeleitfähigkeit, was in kühleren Klimazonen nützlich sein kann, wenn schnelles Aufheizen erwünscht ist. Da dieser Ansatz auf der Feinabstimmung lokaler Materialien beruht und nicht auf dem Hinzufügen dicker Schichten synthetischer Dämmung, bietet er eine kostengünstige und CO2-ärmere Möglichkeit, den Innenraumkomfort zu verbessern — besonders in Regionen mit begrenzten Ressourcen, viel Sonnenenergie und hoher Temperaturbelastung.

Zitation: Djouatsa Donfack, A., Yamb Bell, E., Diakhate, M. et al. Effect of sand particle size on the thermal effusivity of clay-admixed cement mortar bricks. Sci Rep 16, 13057 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41726-6

Schlüsselwörter: energieeffiziente Gebäude, Lehmmauersteine, Wärmedämmung, Sandkorngröße, nachhaltiges Bauen