Haustech 4/2019

Mehr Dreck!

Im Labor untersuchen ETH-Studierende die Eigenschaften und möglichen Zuschlagsstoffe von «Flüssiglehm». (Foto: Michael Staub)
Michael Staub /

Aushubmaterial enthält häufig einen grossen Lehmanteil. Eine Gruppe der ETH Zürich will dem unterschätzten «Dreck» zu mehr Einsatzmöglichkeiten verhelfen. Die Vision ist «Flüssiglehm», ein Baustoff, der mit der bestehenden Infrastruktur für Beton verarbeitet werden kann, aber weniger mit CO2 belastet ist.

In einem Labor der ETH Hönggerberg ist eine Gruppe angehender Bauingenieurinnen und Bauingenieure konzentriert an der Arbeit. Die jungen Frauen und Männer erforschen die Eigenschaften verschiedenster Lehm-
mischungen. Was landläufig als «Dreck» 
verunglimpft wird, sieben, messen und wägen sie mit Akribie. Mit automatischen Mischern wird aus Lehm und Wasser eine exakte Mischung hergestellt, in eine Form gestrichen und anschliessend getrocknet. Viele verschiedene Beigaben wie Pflanzenstärke oder zerkleinerte Gipskartonplatten werden ausprobiert. Vielleicht lässt sich so ein Lehmbaustoff entwickeln, der stabil ist und trotzdem eine erhöhte Dämmwirkung besitzt.

«Wir forschen in alle Richtungen», sagt Guillaume Habert. Der Professor für nachhaltiges Bauen beschäftigt sich schon länger mit dem Baustoff Lehm. Seine Vision ist der «Flüssiglehm». Ein Baustoff, der mit der bestehenden Infrastruktur für Beton hergestellt und verarbeitet werden kann, aber die Nachteile des Betons reduziert. Zu diesen zählt Habert den grossen Bedarf an Sand und Kies und die CO2-Belastung durch den Zuschlagstoff Zement.

Anstelle von Zement verwendet die Forschungsgruppe der ETHZ nur mineralische Zuschlagstoffe. Diese sollen einerseits die Fliesseigenschaften (Dispergierung) des Lehms verbessern, andererseits das Aushärten (Koagulation) beschleunigen. Der Anteil dieser mineralischen Zuschlagstoffe macht nur ungefähr 0,2 bis 0,5 Prozent des Volumens aus. Der Lehm kann somit später einmal problemlos rezykliert und wiederverwertet werden, dies im Gegensatz zu «Lehmbeton» mit Zementbeigabe.

Weniger Graue Energie

Der Flüssiglehm steckt noch in der Grundlagenforschung. Im Labor gelingen derzeit Bauteile von etwa einem Meter Höhe, von einer Industrialisierung kann aber noch keine Rede sein. Weshalb lohnt sich die Erforschung des «Drecks», also des Aushubs, in dem neben Lehm ja meistens auch Sand, Kies, Schlamm und Steine enthalten sind? «Wenn der Aushub als Baumaterial verwendet wird, ist der Energiebedarf für die Herstellung relativ gering, vor allem im Vergleich mit Stahl oder Zement. Auch im Vergleich der CO2-Belastung schneidet das Material sehr gut ab», sagt Guillaume Habert.

Ein weiterer Vorteil sei die breite Verfügbarkeit: «Beim Bauen von Fundationen oder Tiefgaragen fällt der Aushub ohnehin an. Sand und Kies für die Betonherstellung werden hingegen oft aus Gewässern entnommen. Der Umweltschutz verlangt jedoch, dass wir die Gewässer schonen. Somit müssen wir mit weniger Sand und Kies auskommen», sagt Habert. Nicht zuletzt würden Baustoffe wie Aushub der Bauwirtschaft den dringend notwendigen Schubs in Richtung Kreislauf- statt Wegwerfwirtschaft geben.

Für die Herstellung von «Flüssiglehm» sind verschiedene Komponenten notwendig, die allesamt im Aushubmaterial vorhanden sind: Ton, Schlamm, Sand und Kies. «Wir brauchen ein bisschen von allem, grobes wie auch feines Material. Die Steinchen sollten aber nicht grösser sein als ein Fünfliber», berichtet Habert. Im Prinzip kann also alles Material verwendet werden – im Gegensatz zur Herstellung von Sand oder Kies, wo Schlamm oder Staub eigens weggewaschen werden müssen. Für die Sortierung der Flüssiglehm-Komponenten kommen gängige Siebe und Maschinen in Frage. Insbesondere Recycling-Betonwerke sind schon mit der nötigen Ausrüstung versehen.

Für die Aufbereitung des Aushubs sind im Vergleich mit normalem Beton mehr Zeit und Arbeitsaufwand nötig. So müsste das Material beispielsweise nach Körnung oder Farbton sortiert werden. Der Preis des Baustoffs wird also höher sein. Jedoch zeigen die langjährigen Erfahrungen mit Recycling-Beton, dass Bauherrschaften durchaus gewillt sind, für umweltverträglichere Bauprojekte etwas mehr zu bezahlen.

Interessanter Innenausbau

Das grösste Potenzial für die Verwendung von Aushub respektive Lehm sieht Guillaume Habert derzeit im Innenbereich. Bekanntlich können Lehmputze die Feuchtigkeit und Temperatur im Innenraum positiv beeinflussen. Das Material ist ein natürlicher Pufferspeicher und kann so viel zu einem gesunden Innenraumklima beitragen. Mit einer Lehmputzschicht von wenigen Zentimetern Stärke sind schon beachtliche Effekte möglich. Zuweilen hilft ein Lehmputz auch, die Gebäudetechnik relativ einfach zu halten, so etwa im neuen Bettenhochhaus des Zürcher Triemlispitals. Nach Meinung von Guillaume Habert hat die Natur hier die Nase vorn: «Es gibt kein konkurrierendes Produkt. Die einzige Alternative zum Lehmputz 
ist eine komplexe Gebäudetechnik, und 
diese ist teurer und benötigt relativ viel Wartung.»

Der knappe Platz auf innerstädtischen Baustellen legt nahe, dass das Aushubmaterial nicht vor Ort aufbereitet werden könnte. Vielmehr müsste man es zu einem zentralen Werk fahren, sortieren, neu zusammensetzen und anschliessend zurück auf die Baustelle bringen. Das muss kein Nachteil sein. «Die Lastwagen transportieren ohnehin den Aushub weg, häufig in eine Deponie. Wenn man sie als Shuttle für das Material setzt, fahren sie einfach beide Wege beladen», sagt Habert. Die zentrale Aufbereitung bietet aus seiner Sicht einen weiteren Vorteil: «Der Boden ist auf jedem Grundstück anders. Manchmal besteht er fast nur aus Ton, einige Meter weiter vor allem aus Kies. Wenn wir den Aushub all dieser Böden mischen und neu sortieren, erhalten wir gewissermassen eine Stadtmischung.» Deren einheitlicher Farbton würde sich im Innenausbau zweifellos besser machen als eine wilde Streuung von Farben und Oberflächen.

Anspruchsvolle Statik

Während Aushub für den Innenputz also relativ einfach genutzt werden könnte, wird es beim «Flüssiglehm» für tragende Bauteile schon schwieriger. Dessen Statik lässt insbesondere im Vergleich mit Stahlbeton noch zu wünschen übrig. Anders als Beton können Lehmbauteile nicht einfach mit Armierungen verstärkt werden. Um die notwendige Festigkeit zu erreichen, kann man die Mauern stärker bauen, dies reduziert jedoch die verfügbare Fläche und steigert in der Tendenz nochmals die Kosten. Ein weiterer Nachteil des Materials ist die Trocknungszeit. Während Beton rasch abbindet und oft schon nach einem Tag genügend tragfähig ist, benötigt der Lehm ungefähr drei bis vier Tage, um vollständig zu trocknen. Danach halten die Lehmwände einem Druck von 5 Megapascal stand, Beton hingegen verkraftet ohne Probleme bis zu 30 Megapascal.

Diese statischen Probleme zu lösen, wird vermutlich noch einige Zeit dauern. Deshalb konzentriert sich Haberts Forschungsgruppe derzeit vor allem auf die Verarbeitung des Flüssiglehms. Die Vision: Das Material soll so einfach wie Beton verarbeitet werden können, und zwar mit der bestehenden Infrastruktur. So könnten zum Beispiel Fahrmischer, Betonpumpen oder Schalungen ohne Anpassungen benutzt werden, was wiederum ökonomisch interessant ist. Auch das Vibrieren nach dem Einbau könnte mit den normalen Geräten stattfinden.

Mehr Festigkeit

Die Vermarktung des «Flüssiglehms» respektive des «nachhaltigen Zements» aus Aushubmaterial hat bereits begonnen. Federführend ist die Oxara AG, ein Spin-Off der ETHZ. «Das Material besitzt gewisse Beschrän-kungen, und damit muss man auch spielen», sagt Guillaume Habert. Jedoch erweist sich Lehm immer wieder als überraschender Baustoff. So ist der Schutz der Mauern gegen aufsteigende Feuchtigkeit sehr wichtig, um statische Probleme zu vermeiden. Fassaden aus Lehmziegeln, Stampflehm oder auch Lehmputz müssen hingegen nicht vor Feuchtigkeit geschützt werden.

«Das Material muss atmen können. Es ist kontraproduktiv, eine Lehmwand mit Zementverputz schützen zu wollen. So staut sich die Feuchtigkeit im Innern der Wand, und die Stabilität leidet», erläutert Habert. Es braucht also ein gewisses Zutrauen in das Material. Hier  könnte ein Besuch in Lyon helfen: Ungefähr 40 Prozent der Bauten im Stadtzentrum bestehen aus Stampflehm – und stehen immer noch.