Forschung: Eigenschaften mineralischer Baustoffe mit Naturfasern verbessern

(16.7.2012) Das Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP) hat zwischen 2008 und 2011 die Eigenschaften von Naturfasern und ihr Potenzial bei der Bewehrung von Beton, Porenbeton und Gips untersucht. Die Forscher ermittelten die grundlegenden Vor- und Nachteile, die Fasern wie Flachs, Hanf oder Jute für diese Aufgabe mitbringen. Für die derzeit noch bestehenden technischen Probleme entwickelten sie erfolgreich wirt­schaftlich machbare Lösungsansätze.

Faserverbundwerkstoffe wie faserverstärkte Betone und Zemente, Gipskarton- oder Gipsfaserplatten enthalten in der Regel Fasern aus Glas, Stahl, Kunststoff oder Koh­lenstoff. Naturfasern wie z.B. Cellulose haben in diesem Segment bislang nur einen geschätzten Marktanteil von 2 Prozent. Dabei weisen sie grundsätzlich interessante Eigenschaften auf, wie zum Beispiel ...

• eine höhere Elastizität,
• eine größere Fähigkeit zur Feuchteregulation sowie
• eine geringere Dichte und damit
• ein geringeres Gewicht als die anorganischen Pendants.

Dem gegenüber stehen allerdings auch noch technische Hemmnisse. Für diese wurden im Projekt des IBP diverse Lösungsansätze geprüft:

• So kann die Fähigkeit der Fasern, große Wassermengen zu speichern und abzugeben, der umgebenden mineralischen Matrix zu viel Feuchtigkeit entzie­hen. Dem begegneten die Forscher mit einer Anpassung der Wasserzuschlag­mengen in den Beton- bzw. Gipsrezepturen.
• Um die Haftung zwischen den Fasern und der Matrix zu verbessern, teste­ten sie außerdem verschiedene Verfahren zur Oberflächenbearbeitung. Die Sila­nisierung mit Glycidoxypropyltrimethoxysilan (GPS) und die Ionisierung bzw. Chelatierung mit Ethylendiamintetraacetat (EDTA) stellten sich als am besten geeignet heraus. Beide Verfahren sind relativ einfach in der Anwendung und die Chemikalien kostengünstig verfügbar.
• Schließlich ist auch die gleichmäßige Einbringung der Fasern ein Problem - sie neigen dazu, in der Matrix zu verklumpen („Agglomeration“). Hier erwiesen sich die Vorvereinzelung der Fasern mittels Reibsiebung und der Einsatz von Intensivmischern mit großen Scherkräften als machbare Lösungen. Auch die Nutzung von elektrostatischen Abstoßungseffekten durch chemische Modifizie­rung mit ionischen Endgruppen unterband die Agglomeration erfolgreich. So können beispielsweise GPS- modifizierte Fasern auch ohne Reibsiebung oder Verwendung von Intensivmischern in alkalischen Matrizes problemlos homogen verteilt werden.

Die Ansätze werden vom IBP als vielversprechend bezeichnet. Hersteller, die sie ent­sprechend weiter entwickeln, sollen mit ihnen interessante, neue Produkte auf den Markt bringen können. Naturfaser-Matrixverbünde eignen sich aufgrund ihrer Eigen­schaften für spezielle Anwendungen: Ihre Fähigkeit zur Feuchtigkeitsaufnahme und Regulierung des Raumklimas prädestinieren sie für den Innenausbau, aufgrund ihrer guten Verformbarkeit und Elastizität eignen sie sich auch für den Bau erdbeben- und explosionssicherer Gebäude.

Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbrau­cherschutz (BMELV) über dessen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert. Der vollständige Abschlussbericht steht unter fnr.de > Projekte & Förderung unter dem Förderkennzeichen 22023105 zum Download bereit.