Hanfbeton

Hanfbeton oder Hanfkalk ist ^ein Biokompositwerkstoff , eine Mischung aus Hanfschäben und Kalk [1], ^{Sand oder} Puzzolanen , der als Bau- und Dämmstoff verwendet wird . ^{[ 2} ] Er wird unter Namen wie Hempcrete, Canobiote, Canosmose, Isochanvre und IsoHemp vertrieben. ^{[ 3 ] Hanfbeton} ist einfacher zu verarbeiten als herkömmliche Kalkmischungen und wirkt als Dämmstoff und Feuchtigkeitsregulierer. Er ist nicht so spröde wie Beton und benötigt daher keine Dehnungsfugen . ^{[ 3 ]}

Hanfbeton besitzt typischerweise gute Wärme- und Schalldämmeigenschaften, jedoch eine geringe mechanische Festigkeit, insbesondere eine geringe Druckfestigkeit. ^{[ 4 ]} Wird Hanfbeton in vorgefertigten Blöcken verwendet, dient er über seine gesamte Lebensdauer als Kohlenstoffsenke . ^{[ 5 ] [ 6 ]} Das Ergebnis ist ein leichtes, feuerfestes und dämmendes Material, das sich als Putz oder nichttragende Wand eignet und für die meisten Klimazonen ideal ist, da es Dämmung und Wärmespeicherung vereint und gleichzeitig einen positiven Beitrag zum Umweltschutz leistet.

Es gibt einige Erwähnungen der Verwendung von Betonbaustoffen, einschließlich Hanf, wie beispielsweise in Indien im Jahr 1727: „Puckah […] ist eine Mischung aus Ziegelstaub, Kalk, Melasse und geschnittenem Hanf, und wenn es trocken ist, ist es so hart und zäher als fester Stein oder Ziegel.“ ^{[ 7 ]}

Hanfbeton besteht aus dem holzigen Kern der Hanfpflanze (Hanfschäben), einem Bindemittel auf Kalkbasis und Wasser. ^{[ 6 ]} Das Bindemittel besteht entweder aus gelöschtem Kalk oder aus natürlichem hydraulischem Kalk. ^{[ 8 ]} Gelöschter Kalk wird aus reinem Kalkstein hergestellt und härtet durch die Aufnahme von CO₂ _während der Karbonatisierung aus. ^{[ 8 ]} Bei Zeitdruck werden hydraulische Bindemittel in Kombination mit herkömmlichem gelöschtem Kalk verwendet, da Hanfbeton kürzer aushärtet als herkömmlicher Kalk (z. B. etwa zwei Wochen bis einen Monat, um die erforderliche Festigkeit zu erreichen). ^{[ 8 ]}

Um die Abbindezeit zu verkürzen, wird eine geringe Menge Zement, puzzolanisches Bindemittel oder beides hinzugefügt. ^{[ 6 ]} Das Gesamtverfahren erzeugt eine Mischung, die sich zu einem festen, leichten und haltbaren Produkt entwickelt. ^{[ 6 ]}

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  Frisch gemischter Hanfbeton. Bestehend aus Hanfschäben, gelöschtem Kalk und Wasser.
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  Hanfbetonwand
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  Struktur von Hanfbeton

Hanfbeton wird in Frankreich seit den frühen 1990er Jahren und seit Kurzem auch in Kanada für den Bau von nichttragenden, dämmenden Ausfachungswänden verwendet, da er nicht die erforderliche Festigkeit für ein Fundament besitzt und stattdessen vom Tragwerk getragen wird. ^{[ 9 ]} Hanfbeton wurde auch zur Sanierung alter Stein- oder Kalkbauten eingesetzt. ^{[ 10 ]} Frankreich ist nach wie vor ein begeisterter Anwender von Hanfbeton, dessen Beliebtheit dort jährlich zunimmt. ^{[ 11 ]} Kanada hat sich im Bereich der organischen Bautechnologien an Frankreich orientiert, und Hanfbeton hat sich in Ontario und Quebec zu einer immer wichtigeren Innovation entwickelt . ^{[ 12 ]}

Für die Verarbeitung von Hanfbeton werden derzeit hauptsächlich zwei Bautechniken eingesetzt. Die erste Technik besteht darin, Hanfbeton mithilfe von Schalungen direkt vor Ort auf der Baustelle zu gießen oder zu spritzen. ^{[ 8 ]} Die zweite Technik beinhaltet das Stapeln von vorgefertigten Blöcken, die ähnlich wie bei Mauerwerk zur Baustelle geliefert werden. ^{[ 8 ]} Sobald Hanfbeton in die Holzrahmenkonstruktion integriert ist, werden Gipskartonplatten oder Putz angebracht, um die Optik zu verbessern und die Haltbarkeit zu erhöhen. ^{[ 8 ]} Hanfbeton kann für viele Zwecke im Bauwesen verwendet werden, darunter für Dächer, Wände, Decken und als Dämmung. Jede dieser Anwendungen hat ihre eigene Zusammensetzung und Dosierung der verschiedenen Bestandteile. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

Typischerweise weist Hanfbeton eine geringe mechanische Festigkeit auf. Hanfbeton ist ein relativ neuer Werkstoff und wird weiterhin erforscht. Verschiedene Faktoren beeinflussen die mechanischen Eigenschaften von Hanfbeton, darunter die Korngröße des Zuschlags, die Art des Bindemittels, die Mischungsverhältnisse, das Herstellungsverfahren, das Formgebungsverfahren und die Verdichtungsenergie. ^{[ 4 ]} Alle Studien zeigen eine Variabilität der Eigenschaften von Hanfbeton und belegen dessen Empfindlichkeit gegenüber vielen Faktoren. ^{[ 4 ]}

Eine Studie untersuchte die Variabilität und statistische Signifikanz der Eigenschaften von Hanfbeton. Dazu wurden Hanfbetonsäulen zweier Größen mit Hanf von zwei verschiedenen Lieferanten unter Berücksichtigung einer Normalverteilung analysiert. Der Variationskoeffizient (VK) gibt die Streuung der experimentellen Ergebnisse an und ist wichtig für das Verständnis der Variabilität der Hanfbetoneigenschaften. ^{[ 4 ]} Der Elastizitätsmodul weist in mehreren Experimenten durchgehend einen hohen VK auf. Der Elastizitätsmodul von Hanfbeton beträgt 22,5 MPa. ^{[ 4 ]} Elastizitätsmodul und Druckfestigkeit sind zwei korrelierte mechanische Eigenschaften. ^{[ 4 ]}

Die Druckfestigkeit liegt typischerweise bei etwa 0,3 MPa. ^{[ 4 ]} Aufgrund der geringeren Druckfestigkeit ist Hanfbeton für tragende Bauteile im Bauwesen ungeeignet. Die Dichte wird durch die Trocknungskinetik beeinflusst; mit zunehmender spezifischer Oberfläche verkürzt sich die Trocknungszeit. ^{[ 4 ]} Bei der Bestimmung der Dichte müssen die Größe der Probe und der Hanfschäben berücksichtigt werden. ^{[ 4 ]} Im Modell beträgt die Dichte von Hanfbeton 415 kg/m³ ^mit einem durchschnittlichen Variationskoeffizienten (VK) von 6,4 %. ^{[ 4 ]}

Aufgrund seiner geringen Dichte und seiner Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung unter Bewegung eignet sich Hanfbeton für den Einsatz in erdbebengefährdeten Gebieten. ^{[ 17 ]} Hanfbetonwände müssen im Hochbau mit einer Tragkonstruktion aus einem anderen Material kombiniert werden, da die Dichte von Hanfbeton nur 15 % der Dichte von herkömmlichem Beton beträgt. ^{[ 18 ]} Studien in Großbritannien zeigen, dass der Leistungsunterschied zwischen 230 mm (9 Zoll) und 300 mm (12 Zoll) dicken Wänden unbedeutend ist. Hanfbetonwände sind feuerfest, feuchtigkeitsdurchlässig, schimmelresistent und weisen eine ausgezeichnete Schalldämmung auf. ^{[ 19 ]} Limecrete, Ltd. (UK) gibt eine Feuerwiderstandsdauer von einer Stunde gemäß britischen/EU-Normen an. ^{[ 20 ]}

Der Wärmedurchgangskoeffizient ( R-Wert ) von Hanfbeton liegt zwischen 0,67/cm² (1,7/in) und 1,2/cm² (3,0/in) und macht ihn zu einem effizienten Dämmstoff (je höher der R-Wert, desto besser die Dämmung). ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} Die Porosität von Hanfbeton liegt zwischen 71,1 % und 84,3 Vol.-%. ^{[ 24 ]} Die durchschnittliche spezifische Wärmekapazität von Hanfbeton liegt zwischen 1000 und 1700 J/(kg⋅K). ^{[ 24 ]} Die Wärmeleitfähigkeit von trockenem Hanfbeton liegt zwischen 0,05 und 0,138 W/(m⋅K). ^{[ 24 ]} Die geringe Temperaturleitfähigkeit (1,48 × 10 ⁻⁷  m ² /s ) und Effusivität [286 J/(m ² ⋅K⋅s ^−1/2 )] von Hanfbeton verringern die Fähigkeit von Hanfbeton, die thermische Masse zu aktivieren.

Hanfbeton weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,06 bis 0,6 W m⁻¹ ^K⁻¹ [ 25 ^{] [ 16 ] [ 26 ] , eine} Gesamtporosität von 68–80 % ^{[ 25 ] [ 27 ]} und eine Dichte von 200 kg/m³ ^bis 960 kg/m³ ^{[ 16 ] [ 28 ] auf .} Hanfbeton ist zudem ein luftdurchlässiger Baustoff mit hoher Wasserdampfdurchlässigkeit. Seine Gesamtporosität liegt nahe der offenen Porosität, wodurch er erhebliche Wassermengen aufnehmen kann ^{[ 29 ]} . Der Wasserdampfdiffusionswiderstand von Hanfbeton liegt zwischen 5 und 25 ^{[ 25 ] [ 30 ].} Darüber hinaus gilt er mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 2 bis 4,3 g/(m² ^% RH) als ausgezeichneter Feuchtigkeitsregulator. ^{[ 29 ] [ 31 ]} Hanfbeton kann bei Überschuss relative Luftfeuchtigkeit im Wohnraum aufnehmen und bei Mangel wieder abgeben. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} Diese Eigenschaften hängen von der Materialzusammensetzung, der Art des Bindemittels sowie von Temperatur und Luftfeuchtigkeit ab. Aufgrund seiner latenten Wärmewirkung, die auf seiner hohen Wärmekapazität und umfassenden Feuchtigkeitsregulierung beruht, weist Hanfbeton die Eigenschaften eines Phasenwechselmaterials auf. ^{[ 5 ]}

Aufgrund der großen Vielfalt an Hanfsorten variiert die Porosität und damit auch die Wärmedämmfähigkeit. ^{[ 35 ]} Je geringer die Dichte, desto niedriger der Wärmedurchgangskoeffizient , eine wichtige Kenngröße von Dämmstoffen. [ ^{35 ]} An drei kubischen Hanfbetonproben wurde nach 28 Tagen Trocknung der Wärmedurchgangskoeffizient mit dem tragbaren Messgerät ISOMET 2114 bestimmt. [35] Hanfbeton weist einen Wärmedurchgangskoeffizienten von 0,0652 W/(m⋅K) und eine Dichte von 296 kg/m³ auf. [35] Beim Mischen des Hanfbetons ist besondere Sorgfalt geboten, da dies die Materialeigenschaften beeinflusst. ^{Weitere Untersuchungen in} Abhängigkeit ^von der ^{Probengröße sind erforderlich ,} um deren Einfluss auf die Eigenschaften von Hanfbeton zu ermitteln.

In den Vereinigten Staaten ist für die Verwendung von Hanf im Bauwesen eine Genehmigung erforderlich. ^{[ 36 ]}

Hanfbeton hat einen hohen Siliziumdioxidgehalt , wodurch er beständiger gegen biologischen Abbau ist als andere pflanzliche Produkte. ^{[ 37 ]}

Hanfbeton ist ein Produkt aus einem Bindemittel und Hanfschäben, deren Größe und Qualität sowie das Mischungsverhältnis seine Eigenschaften und Leistungsfähigkeit maßgeblich beeinflussen. ^{[ 6 ]} Der größte Nachteil von Hanfbeton ist seine geringe mechanische Festigkeit. ^{[ 4 ]} Aufgrund dieser geringen Festigkeit ist das Material nicht für tragende Konstruktionen geeignet.

Obwohl Hanfbeton nicht für seine Festigkeit bekannt ist, bietet er eine hohe Dampfdurchlässigkeit, die eine bessere Temperaturregulierung in Innenräumen ermöglicht. ^{[ 6 ]} Er kann auch als Füllmaterial in Rahmenkonstruktionen und zur Herstellung von Fertigteilen verwendet werden . [ ^{6 ] Die} Dichte der Hanfbetonmischungen beeinflusst ebenfalls seine Anwendung. Hanfbetonmischungen mit höherer Dichte werden für die Dämmung von Böden und Dächern eingesetzt, während Mischungen mit geringerer Dichte für die Innendämmung und Außenputze verwendet werden. ^{[ 6 ]}

Hanfbetonsteinwände können ohne Deckschicht errichtet oder mit einem Feinputz versehen werden. ^{[ 6 ]} Letzterer verwendet dieselbe Hanfbetonmischung, jedoch in einem anderen Mischungsverhältnis. Da Hanfbeton eine pflanzliche Verbindung enthält, müssen die Wände mit einer Fuge zum Erdreich gebaut werden, um kapillares Aufsteigen von Wasser und Oberflächenabfluss zu verhindern. Die Steine ​​müssen über dem Bodenniveau verlegt werden, und die Außenwände sollten mit Sand und Putz geschützt werden, um Fäulnis zu vermeiden. ^{[ 6 ]}

Wie jede Nutzpflanze absorbiert auch Hanf während des Wachstums _{CO₂ aus der Atmosphäre, weshalb Hanfbeton als} kohlenstoffspeicherndes Material gilt . ^{[ 6 ]} Ein Hanfbetonblock speichert kontinuierlich CO₂ _während seiner gesamten Lebensdauer, von der Herstellung bis zur Entsorgung, und trägt so positiv zur Umwelt bei. ^{[ 6 ]} Eine Lebenszyklusanalyse (LCA) von Hanfbetonblöcken mittels Forschung und Röntgenpulverdiffraktometrie (XRPD) ergab, dass die Blöcke große Mengen Kohlenstoff aus der Photosynthese während des Pflanzenwachstums und durch Karbonatisierung während der Nutzungsphase speichern. ^{[ 6 ]}

Die Ökobilanz von Hanfbetonsteinen berücksichtigt sieben Teilprozesse: Hanfschäben und -verarbeitung, Bindemittelherstellung, Transport der Rohstoffe zum Hersteller, Herstellung der Hanfbetonsteine, Transport der Hanfbetonsteine ​​zur Baustelle, Mauerbau und Nutzungsphase. ^{[ 6 ]} Die Folgenabschätzung jedes Prozesses erfolgte anhand der folgenden Wirkungskategorien: abiotische Ressourcenerschöpfung (ADP), Verbrauch fossiler Brennstoffe (ADP Fossil), globale Erwärmung über einen Zeitraum von 100 Jahren (GWP), Ozonabbau (ODP), Versauerung (AP), Eutrophierung (EP) und photochemische Ozonbildung (POCP). ^{[ 6 ]}

Die Bindemittelherstellung verursacht die größten Umweltauswirkungen, gefolgt von den Transportphasen. ^{[ 6 ]} Die Emissionen sind während der Bindemittelherstellung, insbesondere bei der Kalkkalzinierung und Klinkerherstellung, am höchsten. ^{[ 6 ]} Der hohe Dieselverbrauch während der Transportphasen und bei der Verarbeitung der Hanfschäben trägt maßgeblich zum gesamten Energiebedarf bei und ist zusammen mit der Kalkkalzinierung in Öfen eine Hauptquelle für Emissionen aus fossilen Brennstoffen. ^{[ 6 ]} Die abiotische Ressourcenerschöpfung ist hauptsächlich auf den Stromverbrauch bei der Bindemittelherstellung und, wenn auch in geringem Maße, auch bei der Blockherstellung zurückzuführen. ^{[ 6 ]}  Der Wassergehalt in Hanfbetonmischungen ist entscheidend, da zu viel Wasser die Trocknung verlangsamt und die Kalkkarbonatisierung beeinträchtigt. ^{[ 35 ]}

Die Hauptursache für den ökologischen Fußabdruck von Hanfbeton liegt in der Herstellung des Bindemittels. Schätzungen zufolge können 18,5 % bis 38,4 % der anfänglichen Emissionen aus der Bindemittelproduktion durch die Karbonatisierung zurückgewonnen werden. ^{[ 8 ]} Der spezifische Karbonatgehalt der Blöcke steigt mit deren Alter. ^{[ 6 ]} Während des Hanfwachstums absorbiert die Pflanze CO₂ _, das Bindemittel beginnt nach dem Mischen CO₂ zu binden, und die Wand absorbiert ebenfalls CO₂ _{und wirkt} so den Treibhausgasemissionen entgegen, indem sie als Kohlenstoffsenke fungiert. ^{[ 6 ]} Ein Hanfbetonblock speichert über seine gesamte Lebensdauer Kohlenstoff und kann zerkleinert und als Füllstoff für Dämmstoffe wiederverwendet werden. ^{[ 6 ]} Die Menge des im Lebenszyklus von Hanfbeton gebundenen _{CO₂ wird} auf -1,6 bis -79 kg CO₂e _/ m² ^geschätzt . ^{[ 8 ]} Es besteht ein Zusammenhang: Eine Erhöhung der Bindemittelmasse, die die Dichte des Gemisches erhöht, führt zu einer Steigerung der gesamten geschätzten Kohlenstoffaufnahme durch Carbonatisierung. ^{[ 8 ]}

Um ein umfassendes Umweltprofil von Hanfbetonblöcken zu erstellen, müssen die indirekten Auswirkungen von Landnutzungsänderungen durch Hanfanbau, Instandhaltungsarbeiten und Entsorgung untersucht werden. Um den negativen Umweltauswirkungen von Hanfbetonblöcken entgegenzuwirken, sollten die Transportwege so weit wie möglich verkürzt werden. Da Hanfbeton in der Regel nicht tragend ist, sollten Mischungsverhältnisse erforscht werden, die es ermöglichen, den Zementanteil im Gemisch vollständig zu reduzieren. ^{[ 6 ]}

Hanfbeton ist ein relativ neuer, natürlicher Baustoff, dessen Verwendung in den letzten Jahren in ganz Europa zugenommen hat und der auch in den Vereinigten Staaten immer beliebter wird . Die Hemp Building Foundation reichte im Februar 2022 Unterlagen bei den International Residential Codes (IRC) ein, um den Stoff als nationalen Baustoff zertifizieren zu lassen und so die Bauindustrie mit ihm vertrauter zu machen . ^{[ 38 ]}

Hanfbeton ist ein Baustoff, der aus Hanfschäben, Zuschlagstoffen, Wasser und einem Bindemittel besteht und für nichttragende Wände, Dämmstoffe, Putze und Blöcke verwendet wird. Das Material weist geringe mechanische Festigkeit und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auf und eignet sich daher ideal als Dämmstoff. Hanfbetonblöcke haben eine geringe CO₂-Bilanz und wirken als effektive Kohlenstoffsenken. Für die breite Anwendung von Hanfbeton müssen zwar noch umfassende Normen und Spezifikationen entwickelt werden, doch er bietet vielversprechende Möglichkeiten, die derzeitigen, umweltschädlichen nichttragenden Baustoffe zu ersetzen.

• Faserverstärkter Beton
• Hanf als Baumaterial

 Dieser Artikel enthält Text von S. Bourbia1, H. Kazeoui, R. Belarbi, der unter der CC BY 4.0- Lizenz verfügbar ist.

• Magwood, Chris (2016). Grundlagen des Hanfbetonbaus: Die vollständige Schritt-für-Schritt-Anleitung . Gabriola Island, BC, Kanada: New Society Publishers. ISBN 978-1-55092-613-2OCLC  947134507 .​

• Anwendungsdaten für Hemcrete von Limetechnology