Lichtleitender Beton

Lichtbeton - ein Überblick
Lichtleitender Beton ist ein Material, bei dem lichtleitende Fasern in Beton eingearbeitet werden, so dass Betonelemente aus diesem Material transluzent werden. Dieser Artikel beschreibt Grundstoffe und Herstellverfahren des Materials Lichtbeton. Dabei werden sowohl die Betonbestandteile als auch die Faserwerkstoffe erläutert. Wesentlicher Schwerpunkt sind die Erläuterung des Standes der Technik und realisierte bzw. mögliche Anwendungsbeispiele.

Der Begriff „Lichtbeton“ bezeichnet einen neuartigen Bauwerkstoff, der es ermöglicht, Licht durch ein Betonelement zu leiten. Lichtbeton wird auch als „Lichtleitender Beton“ (engl.: light transmitting concrete oder auch: light conducting concrete) oder „Transluzenter Beton“ (engl.: translucent concrete) bezeichnet.
Die wesentliche Eigenschaft des Lichtbetons ist die optische Transparenz durch das Betonbauteil hindurch. Dies wird in der Regel durch lichtleitende Fasern erzielt. Diese optischen Fasern werden so in die Betonmatrix eingearbeitet, dass sie ein Betonbauteil von einer zur anderen Seite durchdringen. Wird ein Lichtbetonelement durch eine künstliche oder natürliche Lichtquelle auf einer Seite beschienen, wird das Licht durch das Bauteil hindurch geleitet und es entsteht der Effekt eines transparenten Betonbauteils (Abbildung 1).

Lichtbetonelemente finden aufgrund ihrer Ästhetik in der Architektur und Innenarchitektur insbesondere als gestalterischer Akzent Verwendung. Durch die fein verteilten Fasern im Beton kommt es auch zu einem sehr angenehmen Lichteinfall, der aufgrund der geringen optischen Flächenanteile von ca. 5 % etwa mit einer sehr matten Milchglasscheibe vergleichbar ist. Aus Lichtbetonmauersteinen in Kombination mit einer transparenten Wärmedämmung lassen sich auch statisch tragende Außenwände (Abbildung 2) mit gleichzeitiger Tageslichtnutzung kombinieren.

Das Thema „Lichtbeton“ ist nicht neu. Erste Schutzrechte zur Herstellung lichtleitender gegossener Bauelemente mittels durchlaufender Fasern wurden bereits 1985 in Japan angemeldet. Die Ideen aus Japan aufgegriffen haben 2001 die Architekten Áron Losonczi aus Ungarn und Andreas Bittis aus Aachen. Bittis hat in etlichen Artikeln eine frühe und breite Veröffentlichung des Themas erzielt. Seitdem ist der Lichtbeton aus der weltweiten Architektur-Diskussion nicht mehr wegzudenken. Allerdings standen Verkaufspreise und Verfügbarkeit einer kommerziellen Anwendung lange entgegen. Mittlerweile sind neben der „Materialidee“ auch Verfahren zur industriellen Herstellung von Lichtbeton entwickelt worden. Im Vortrag werden exemplarisch zwei Herstellverfahren vorgestellt.

Als Betonmatrices werden typischerweise gießfähige, selbstverdichtende Feinbetone eingesetzt. Die Korngrößen der Zuschläge liegen zwischen 0,1 mm und 6 mm. Größere Korndurchmesser werden nicht verwendet, da sonst die Lichtleitenden Fasern um die Zuschlagskörner herumgeführt werden müssten. Es werden beliebige helle oder farbige, gerundete oder gebrochene Zuschläge verwendet. Um in einem Betonbauteil gleichmäßig verteilte lichtleitende Fasern anzuordnen, müssen die Fasern während des Betoniervorgangs positioniert werden. Idealerweise wird dafür ein lagenweiser Aufbau des Betonelements gewählt, um nach jeder dünnen Betonschicht einzelne Fasern oder Textilien abzulegen. Dabei ist eine hohe Matrixviskosität notwendig, um ein nachträgliches unkontrolliertes Aufschwimmen bzw. Absinken der Fasern zu vermeiden. Durch dieses schichtweise Betonieren in Kombination mit dem Einbringen von Einzelfasern bzw. Textilien können die Abstände zwischen den Faserlagen in Höhenrichtung variabel gestaltet werden. Bei einer Schichtung im Abstand von ca. 2 mm können je nach Faseranzahl und -durchmesser beim fertigen Bauteil 3-6 % optisch wirksame Flächenanteile erreicht werden.

Nach dem Aushärten weist der entstandene Betonblock in Längsrichtung durchlaufende Fasern auf. Durch einen Sägeprozess werden einzelne kleinere Blöcke oder Scheiben mit lichtleitenden Eigenschaften erstellt. Zur Erzielung optimaler Lichtleitung müssen die herausgetrennten Scheiben beidseitig an den Oberflächen geschliffen und poliert werden. Diese lichtleitenden Betonplatten können beliebige Wandstärken aufweisen.

Die Nutzung von Lichtbeton in der modernen Architektur ist nun endgültig möglich. Mehrere kommerzielle Anbieter sind bereits mit serienreifen Produkten am Markt. Designer und Architekten sind nun gefragt, diese spannenden Produkte in aktuellen Projekten umzusetzen.

© Dr.-Ing. Andreas Roye, Geschäftsführer robatex GmbH
Auf ProductConcept veröffentlicht am 27.04.2009 von Dr. Andreas Roye LUCEM GmbH