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Hanfkalk-Berlin

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Eigenschaften

Hanfkalk - ökologisch, vielseitig, dauerhaft und verputzt nicht brennbar

Gebäudehüllen aus Hanfkalk bieten neben einem hohen Grad an Wärmedämmung im Winter und Sommer, auch sehr gute Fähigkeiten Feuchtigkeit im Inneren des Gebäudes zu regulieren. Sie sind einfach zu errichten und für Umwelt und Bewohner unbedenklich, denn sie sind frei von toxischen Substanzen und am Ende ihres Lebens biologisch abbaubar und wiederverwertbar. Die mineralischen Bestandteile im Hanfkalk sind verantwortlich für dessen mechanische Härte, seine Dichte und seiner hervorragenden thermischen Trägheit. Seine hygroskopischen Eigenschaften puffern Temperaturschwankungen und Luftfeuchtigkeit. Darüber hinaus tragen Hanffasern und Hanfschäben als Resonanzabsorber zu den guten Schallschutzeigenschaften bei.

Aus Forschung und Entwicklung

Mit dem Aufkommen von Hanfkalk als Bau- und Dämmaterial wächst auch das Interesse von Universitäten und die Anzahl der wissenschaftlichen Studien über dessen Verhalten in Gebäuden. Insbesondere an der Bath Universität (GB) und Universität in Rennes (FR) sind viele hervorragende Arbeiten entstanden, die den Hanfkalk im Kontext mit anderen Baustoffen mit organischen Zuschlagstoffen untersuchen. Sie ergänzen und bestätigen die Erfahrungen mit Hanfkalk in der Baupraxis.

Folgenden Schlüsselfaktoren sind für das Maß der Eigenschaften des Endmaterials abhängig:

• die Art und Beschaffenheit der Komponenten - damit sind die individuellen Eigenschaften der Hanfschäben und des Bindemittels gemeint,
• dem exakten Mischungsverhältnis der Komponenten,
• der Technik des Mischens und die Verarbeitung (d.h. Einbringen, Platzieren und Verdichten) des Materials.

Qualität und Größe der Hanfschäben entscheiden z.B. über die strukturelle Stabilität des eingebrachten Hanfkalks und beeinflussen auch sein mechanisches Verhalten. Das heißt, wie sich das Material unter der Einwirkung von Kraft zusammendrückt, dehnt, verdreht oder bricht. Die Menge des Bindemittels kann je nach Mischungsverhältnis auch die akustischen Eigenschaften beeinflussen. Und wie das Material während des Einbringens verdichtet wurde, wirkt sich auf die thermischen Eigenschaften aus. Daher ist es für verarbeitende Firmen und Bauherren so wichtig, sich direkt bei den Herstellern zu informieren, um akkurate Informationen über die zu erwartenden Eigenschaften eines spezifischen Hanfkalks zu bekommen.

Leichtigkeit, hohes Absorbtionsvermögen, sehr gute akustische und thermische Eigenschaften

Hanfkalk ist ein Verbundwerkstoff und besteht aus einem durchlässigem pflanzlichen Zuschlagstoff - den Hanfschäben - und einem gewählten Bindemittel. Nach der Zugabe von Wasser verfestigt sich die Mischung und durchläuft während des Vorganges verschiedene Stadien der hydraulischen Erhärtung und/oder Erhärtung durch Karbonatisierung.

Das, was den Hanfkalk von konventionellen Verbundwerkstoffen auf der Baustelle unterscheidet, ist seine extrem porös-durchlässige Beschaffenheit auf einer mikroskopischen Ebene. Die charakteristischen Eigenschaften ergeben sich aus der Verbindung, der von Natur aus bestehenden Flexibilität der Hanfschäbe (aufgrund ihrer durchlässigen Struktur) und der mikroskopischen Offenporigkeit, die bei der Zugabe von Hanfpartikeln im Gusswerkstoff entsteht. Leichtigkeit, hohes Absorptionsvermögen, sehr gute akustische und thermische Eigenschaften zeichnen den Hanfkalk aus und diese sind bei mineralischen Betonen, die harte und nicht- offenporige Zuschlagsstoffe enthalten, nicht zu finden.

Nicht Lastabtragend

Flexibilität und Porosität der Hanfschäbe tragen einerseits zu den nützlichen Qualitäten im Bereich der Elastizität und Biegezugfestigkeit bei. Gleichzeitig bedeuten diese Eigenschaften, das Hanfkalk nicht in lastabtragenden Anwendungen geeignet ist, z.B. als tragendes Bauteil wie eine Aussenwand. Die Werte bei Druckfestigkeitsprüfungen liegen je nach Mischung im Bereich von 1 -2 N/mm² und werden nur erreicht durch eine extrem hohe Verformung unter Druckbelastung. Die Druckprüfungen dokumentieren die Fähigkeit des Materials Energie zu absorbieren. D.h. die Verformbarkeit und geringe Steifigkeit des HK tragen dazu bei Druckbelastungen unter bemerkenswerten Formveränderungen standzuhalten ohne zu brechen. 

Es überrascht daher nicht, dass die prinzipielle Anwendung des Hanfkalks in einem mehrgeschossigen Holzfachwerk nicht auf das Abtragen der vertikalen Lasten fällt. Erst die Mischung mit geringer Dichte erreicht die bevorzugten Dämmeigenschaften. Überraschend ist in diesem Zusammenhang vielmehr das Ergebnis einer Untersuchung der Ecole Nationale des Travoux Public de l’Etat in Frankreich. Sie zeigte, dass gesprühte Hanfkalk- Anwendungen mit einer geringen Rohdichte (200-220kg/㎥) einen wichtigen Einfluß auf die Aussteifung eines Holzbaus haben. Sie wirken sich zu Gunsten der strukturellen Festigkeit aus. Sowohl mit einem Anstieg der Steifigkeit der Struktur als auch mit einem bemerkenswerten Anstieg der Verformbarkeit. Die Ergebnisse weisen auf gute Eigenschaften hin, die den Einsatz von HK in Erdbebenauslegung (d.h. sicherheitstechnische Anforderungen an die Erdbebensicherheit) ermöglichen könnten. In Strukturen, die leicht sind und die Fähigkeit haben den Schockwellen von Erdstößen zu widerstehen ohne zusammenzubrechen. 

Kalk

Hanfkalk besteht im Wesentlichen aus 3 Komponenten:

• Kalk als Hauptbestandteil des Bindemittels
• Hanfschäben als Zuschlagsstoff und
• Wasser

Der Kalk

Die Anwendung von Kalkmörteln und Kalkputzen unterscheidet sich oft erheblich im Vergleich zu modernen Materialien. Gerade aus diesem Grund ist es ratsam ein tieferes Verständnis für die Qualität verschiedener Baukalke zu entwickeln. 

Mörtel und und Putze aus Baukalk sind in ihrem Fertigzustand wasserdampfdurchlässig. Das hat wichtige Auswirkungen für das Verhalten der Bausubstanz. Der Kalk unterstützt die Feuchtigkeitsregulierung innerhalb der Struktur und kann damit die Instandhaltung der verbauten Materialien fördern. Durch die Eigenschaft des Kalks Feuchtigkeit aufzunehmen, können Kalkmörtel und Putze dazu beitragen, die verschieden Feuchtigkeitsgrade im Gebäude zwischenzuspeichern. Das wirkt sich auch günstig auf die Gesundheit der Bewohner aus.

Auf dem deutschen Markt sind verschiedene Arten von Kalk erhältlich, die für die Herstellung von Hanfkalk verwendet werden können. Diese ummanteln und verbinden die Hanfschäben untereinander und sorgen für ein zusammenhängendes festes Gefüge. Sie sind auch in Fertigmischungen mineralischer Bindemittel für Hanfkalk und in der finalen Oberflächenbehandlung enthalten.

Brennen des Kalks

Nach der Rohstoffgewinnung im Kalkwerk wird gebrochenes Kalkgestein in einem Kalkofen mit Kohle oder Erdgas zu Stückkalk gebrannt. Ab einer Temperatur von etwa 1000°C wird das kalkige Gestein entsäuert, das heißt Kohlenstoffdioxid CO2 wird ausgetrieben, es entsteht Branntkalk. Je nach Zusammensetzung des Rohgesteins entstehen verschiedene Kalk-Bindemittel.

Hydraulische Kalke:

Die tonigen/mergeligen Anteile, die zu den hydraulischen Bindemitteln führen, sind in diesem Kalk so hoch, dass die Abbindung auch unter Wasser erfolgt. Je hydraulischer der Kalk ist, desto schneller bindet er ab und desto höher ist seine endgültige Festigkeit wie an den Druckfestigkeitsklassen zu sehen ist.

Gleichzeitig nehmen damit auch seine atmungsaktiven und elastischen Eigenschaften ab. NHL 5 bedeutet hoch hydraulisch, NHL 3,5 für mittelmäßig und NHL 2 für leicht hydraulisch. NHL steht für natürlich hydraulische Kalke. Kalke mit der Kennzeichnung NHL-Z oder HL enthalten Zuschlagsstoffe (Zement, puzzolane Stoffe wie Vulkanasche/Traß oder Ziegelmehl). 

Luftkalke:

Sehr reine Kalke (CL90, CL80) werden als Luftkalke bezeichnet. In aller Regel wird der Branntkalk mit Wasserdampf zu Kalkhydrat oder mit Wasser zu Sumpfkalk gelöscht (Calciumhydroxid ₂) Beginnen diese zu trocknen, tritt über die Karbonatisierung (Bindung von Kohlendioxid (CO2) aus der Luft und Freisetzung von Wasser) eine zusätzliche festigkeitssteigernde Wirkung ein. Dieser Abbindeprozeß benötigt viel Zeit, führt aber zu einem Kalk mit geringer Härte, hoher Elastizität und Diffusionsoffenheit. 

Fertigmischungen

Kalkbasierte Fertigmischungen, die speziell als Bindemittel für die Herstellung von Hanfkalk entwickelt wurden sind urheberrechtlich geschützt und deren exakte Bestandteile ein strenges Geheimnis. Davon bestehen einige, neben verschiedenen Anteilen von Kalk, auch aus Portlandzement und anderen Zuschlägen wie etwa puzzolane Stoffe. Diese können von Vorteil bei der Herstellung einer “leichten Mischung” mit geringerer Dichte sein und sie beschleunigen merklich den Erhärtungs- und Trocknungsprozess.

Andererseits wirft die Verwendung von Zement auch die Frage der erhöhten Umweltbelastung auf. Obwohl der Anteil von Recyclingmaterialien bei der Herstellung von Zement zunimmt, steht sie gegenüber der Herstellung von Kalk nach wie vor für einen höheren Bedarf an Brennstoff und damit auch für höhere CO2-Emissionen und einen höheren Ausstoß von Schadstoffen. 

Kalk beim Bauen mit Hanfkalk

Baukalke können einen hohen Gesamtanteil am Hanfkalk - Bindemittel ausmachen. Sie vereint, wie gesagt, die Eigenschaften im Bereich der Durchlässigkeit und Hygroskopizität. Das ist das Vermögen, auf den Feuchtigkeitsgehalt der Luft durch Wasseraufnahme oder -abgabe zu reagieren. Je nach Art und Menge des verwendeten Kalkes können diese Eigenschaften variieren und sich auf das Verhalten einer Außenwand aus Hanfkalk auswirken. Die Entscheidung für die eine oder andere Kalkart, Luftkalk oder natürlich hydraulischer Kalk, oder gar für eine Mischung beider Kalkarten, ist abhängig vom Verwendungszweck je nach Zielvorgabe sinnvoll.

Während Bindemittel, die reich an Weißkalk sind (z.B. Luftkalk) ein größeres Maß an Wasserdampfdurchlässigkeit und eine stärkere hygroskopische Reaktion aufweisen, zeigen Bindemittel, die hydraulischen Kalk oder sogar einen höheren Anteil Portlandzement enthalten, eine schwächere Änderung ihres Wassergehaltes.

Die Erfahrungen verschiedener europäischer Firmen, die Hanfkalk in Gebäuden seit vielen Jahren einsetzen, führen zu unterschiedlichen Präferenzen… Für die einen bringen reine Luftkalke oder natürlich hydraulische Kalke in einem Vor Ort hergestellten Hanfkalk Verfahren (In-situ-Verfahren) nicht genügend Festigkeit während des Bauprozesses. Denn eine Hanfkalk-Wand, die im In-situ-Verfahren hergestellt wird, muss immer ihr Eigengewicht während der Trocknung tragen können und das benötigt viel Zeit.

Daher werden diese Kalke bevorzugt für die Herstellung von vorgefertigten Anwendungen eingesetzt. Flach auf dem Boden oder in einem Stapelsystem liegend können die Paneele, Tafeln oder Steine aus Hanfkalk langsam trocknen.

Bindemittel für Hanfkalk, die vorrangig in z.B. Großbritannien für das In-situ-Verfahren eingesetzt werden sind entweder Natürlicher Zement oder Fertigmischungen.

Sicherheit:

Bei der Verarbeitung sollte prinzipiell darauf geachtet werden, Hände und Augen zu schützen, Gebrannter Kalk (Calciumoxid) und gelöschter Kalk (Calciumhydroxid) sind stark ätzende, alkalische Stoffe, deren Kontakt mit den Augen zur Erblindung führen kann! Erst der abgebundene Kalk ist wie Kalkstein diesbezüglich harmlos. Für jeden, der mit Kalk erstmalig bauen möchte, ist anzuraten - neben der Literatur - sich auch durch praxisorientierte Kurse damit ausgiebig zu beschäftigen. 

Das Wasser:

Die zugebene Wassermenge hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften: Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Trocknungszeit. 

Hanf

Hanfkalk besteht im Wesentlichen aus 3 Komponenten:

• Kalk als Hauptbestandteil des Bindemittels,
• Hanfschäben als Zuschlagsstoff und
• Wasser.

Nutzhanf – Ein Wegbereiter der Rohstoffwende

Hanf ist eine der wichtigsten Nutzpflanzen neben Flachs, Miscanthus und schnell wachsenden Bäumen wie Weide. Genutzt wird Industriehanf mit einem THC-Gehalt von weniger als 1%, der hauptsächlich für die Faser-Gewinnung (Textilfasern für Bekleidung, Hanf- Stopfwolle, Vlies- und Filzherstellung und als Halbzeug für Faserverstärkung in Polymerwerkstoffen) angebaut wird. Aus den Hanfsamen werden Öle gewonnen, die in Kosmetika, Arznei- und Lebensmitteln ihre Anwendung finden.

Nützliche Eigenschaften für die Landwirtschaft

Eine Hanfpflanze wächst in 18 Wochen auf eine Größe von 3-4 m und produziert damit viel Rohfaser. Sie bevorzugt dabei tiefgründige, humose und N-reiche Böden mit guter Wasserversorgung. Hanf bereinigt den Standort und ist zudem auch eine sehr gute Vorfrucht vor Weizen. Für Landwirte ist Hanf insbesondere attraktiv, weil er eine Grunddüngung zur Aussaat, aber keinen Pflanzenschutz braucht, denn er ist ungenießbar für Insekten. Ebenso braucht Hanf keine Herbizide, weil er zu schnell für jedes konkurrierende Unkraut wächst.Der Stiel der Hanfpflanze, besteht aus einem innenliegenden hohlen, holzigen Kern und einer Außenhaut mit langen Fasern. Dieser Kern ist von einer sehr offenen schwammartigen Struktur.

Bei der Feldröste verbleiben die geschnittenen Hanfstiele im Schwad mehrere Wochen auf dem Acker. Während dieses komplexen mikrobiologischen Prozesses werden Lignin und Pektine abgebaut. Damit lassen sich Holzanteile des Stängels leichter von den Fasern trennen. Die Bastfaserbündel zerfasern besser und nebenbei wird sowohl das Hanfstroh als auch das Fasermaterial weicher und flexibler.Es verbleiben also nach weiterer Verarbeitung der Stiele zwei Materialien - Schäben und Fasern. Die Schäben wurden für viele Jahre als unbrauchbares Nebenprodukt betrachtet und hauptsächlich als Pferdeeinstreu an Stallungen und Farmen verkauft. Dabei haben Schäben und Fasern beide Eigenschaften, die sie besonders nützlich für den Hochbau machen.

Nützliche Eigenschaften für den Hochbau

Hanf hat als hygroskopisches Material das Vermögen, große Mengen an Feuchtigkeit zu regulieren. Dass heißt, bei zu hoher Luftfeuchte wird diese im Hanf gespeichert und bei zu geringer Luftfeuchte wird die gespeicherte Feuchtigkeit wieder abgegeben. Damit wird eine Gleichgewichtsfeuchte angestrebt, die ein angenehmes Raumklima schafft. Dabei ist Hanf ist gegen Wasser außerordentlich widerstandsfähig. Direkte Nässe sollte jedoch, wie bei allen Baustoffen, vermieden werden. Kommt es dennoch zu einem ungewollten Feuchtigkeitseintritt, so ist die Wasserresistenz des Hanfes hinlänglich bekannt (jeder Klempner verdichtet Wasserrohre mit Hanf). Grundsätzlich ist konstruktiv darauf zu achten, dass die Feuchtigkeit wieder an die Außenluft abgegeben werden kann, d.h. eine diffusionsoffene Bauweise wird von bauphysikalischer Seite dringend empfohlen.

Hanffasern sind extrem fest und Widerstandsfähig und Hanf besitzt außerdem ausgezeichnete thermischen Eigenschaften (thermische Leitfähigkeit von 0,048 W/m•K) von denen auch der Hanfkalk profitiert.

Auf Qualität achten

Die Größe und Proportion der Hanfschäben ist vom Typ der Faseraufbereitungsanlage abhängig. Je nach Verwendung trägt die Länge der Schäben zu den gewünschten Eigenschaften der Mischung bei. Während längere Schäben im Hanfkalk sich positiv auf das Wärmeverhalten und die Wasserdampfdurchlässigkeit auswirken, werden kurze, granulatartige Feinschäben für ein dichteres Material wie Putz oder Mörtel verwendet.

Für eine gut funktionierende Hanfkalkmischung sollten die einzelnen Hanfschäben aus Gründen der Verarbeitbarkeit eine Länge von 10mm-25mm besitzen. Sie müssen trocken und frei von Verunreinigungen sein. Bei der Wahl der Schäben sollte auch auf ein Minimum an Schäden durch die Röste geachtet werden.

Während dunkle Flecken im Stengelmark auf überrösteten und damit minderwertigen Hanf hinweisen, spricht eine grüner Stengel für eine ungenügende Röste. Zudem sollten die Schäben so wenig Feinstaubanteile wie möglich enthalten, da diese durch ihre große spezifische Oberfläche, dem Kalk, das zur Erhärtung notwendige Wasser, entziehen können.

Hanf aus der Region und Nachbarländern

Für die Unterstützung einer stärkeren Entwicklung des Hanfanbaus in Deutschland, sind regionale Produkte zu bevorzugen. Optional sind von einzelnen Herstellern aus Frankreich, Italien und Großbritannien über ihre mineralischen Bindemittel hinaus auch deren Hanfschäben in Deutschland erhältlich.

Brandschutz

Eine Vorbehandlung der Schäben mit Brandhemmer oder Fungiziden ist in Verwendung mit einem auf Kalk basierten Bindemittel nicht notwendig. Ist erst einmal die Hanfkalkmischung verarbeitet, bietet der Kalk im Bindemittel einen wirksamen Schutz vor Insekten, Feuchtigkeit und Feuer.

Bauphysikalische Eigenschaften

(am Produktbeispiel Hanf-Lehm Schallschüttung der Hanffaser Uckermark)

Bauaufsichtliche Zulassung: ETA-11/0127
Temperaturleitwertα = 0,153 mm²/s
Wärmedurchgangswert (statisch)λ = 0,065 W/mK
Wärmeverlustwert (dynamisch)1/b = 0,006 m²K/W√s
Trittschallminderung bei 140 mm (+50 mm Estrich) 30 dB
Trittschallminderung bei 100 mm (+Trockenestrich(60kg/m²))25 dB
dynamische Steifigkeit (100 mm) 27 MN/m³
Brandschutzklasse E (entspricht der alten B2)
spezifischer Strömungswiderstand391 Pa s/m
längenbezogener Strömungswiderstand 3,8 kPa s/m²
Druckspannung bei 10% Stauchung 25 kPa
Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl µ = 2 - 3
Dichte (trocken) 220 - 250 kg/m³