„Leitfähiger Beton“ steht für zwei verschiedene Dinge: einen Beton, der elektrischen Strom leitet, und einen Beton oder Estrich, der Wärme besser leitet. Beides wird mit ähnlichen Materialien erreicht, meist auf Kohlenstoffbasis, dient aber ganz unterschiedlichen Zwecken und ist sehr unterschiedlich weit entwickelt.
Zwei Bedeutungen: Strom oder Wärme
| Elektrisch leitfähig | Wärmeleitfähig | |
|---|---|---|
| Ziel | Strom fließt durch den Beton | Wärme durchdringt das Material schneller |
| Wie es erreicht wird | Überschreiten der Perkolationsschwelle mit leitfähigen Fasern oder Partikeln | Additive und Gesteinskörnungen, die die Wärmeleitfähigkeit der Matrix erhöhen |
| Anwendungen | Erdung, Enteisung, Abschirmung, Selbstsensorik | Fußbodenheizung, Flächenheizungen, Erdwärmenutzung |
| Reifegrad | Viel Forschung und Pilotprojekte | Kommerzieller Einsatz bei der Fußbodenheizung |
Elektrisch leitfähiger Beton
Normaler Beton leitet Strom nur wenig, und auch das hängt von der Feuchte ab: Der Strom fließt über das Wasser in den Poren. Trocken ist Beton ein schlechter Leiter, feucht etwas besser, doch sein spezifischer Widerstand bleibt hoch und stark schwankend.
Um ihn leitfähig zu machen, wird ein leitendes Material zugegeben: Kohlenstofffasern, Industrieruß (Carbon Black), Graphit, Stahlfasern oder -späne, Kohlenstoffnanoröhren oder Graphen. In geringer Menge passiert nichts; oberhalb einer bestimmten Dosierung, der sogenannten Perkolationsschwelle, berühren sich die Partikel oder liegen sehr dicht beieinander, bilden durchgehende Pfade, und der Widerstand fällt sprunghaft ab. Die Herausforderung besteht darin, das mit einer vertretbaren Dosierung, gut dispergiert und dauerhaft stabil zu erreichen.
Wofür er dient
- Erdung und Blitzschutz: Ein leitfähiger Beton verbessert den elektrischen Kontakt zum Erdreich.
- Enteisung von Verkehrsflächen: Fließt Strom hindurch, erwärmt sich der Beton selbst durch Joule-Wärme und schmilzt Schnee und Eis auf Rampen, Brückenfahrbahnen oder Start- und Landebahnen.
- Elektromagnetische Abschirmung von Räumen mit empfindlichen Geräten.
- Selbstsensierender Beton: Sein Widerstand ändert sich, wenn er sich verformt oder reißt; so kann das Bauwerk selbst als Sensor für die Zustandsüberwachung dienen.
- Anoden für den kathodischen Korrosionsschutz (KKS) in Form leitfähiger Mörtel, die auf die zu schützenden Bauwerke aufgebracht werden.
Wärmeleitfähiger Beton und Estrich
Hier ist das Ziel ein anderes: Die Wärme soll das Material mit möglichst geringem Widerstand durchdringen. Das deutlichste Beispiel ist die Fußbodenheizung, bei der der Heizestrich über den Rohren die Wärme des Wassers bis zum Bodenbelag leiten muss. Je höher seine Wärmeleitfähigkeit, desto schneller kommt die Wärme an und desto niedriger kann die Vorlauftemperatur sein.
Werte aus unseren Referenzprüfungen.
Genau das leistet FloorGraphene, ein flüssiges Additiv, das dem Estrich im Werk oder direkt auf der Baustelle im Fahrmischer zugegeben wird, mit 1,5 kg/m³. Es macht den Boden nicht zur Elektroheizung: Die Anlage bleibt die übliche Warmwasser-Fußbodenheizung, nur leitet der Estrich die Wärme besser. Details im Beitrag Estrich für Fußbodenheizung.
In dieselbe Richtung geht ein Projekt, das Graphenano mit Taiba Gold entwickelt hat: 11 mm dicke Platten mit Graphen und hoher Wärmedurchlässigkeit für ein Strahlungssystem zum Heizen und Kühlen von Wohnungen im Wüstenklima von Dubai. Sie enthalten zusätzlich Phasenwechselmaterialien, die im Tagesverlauf Energie speichern und wieder abgeben.
Was Graphen beiträgt
- Leitfähigkeit: Graphen gehört zu den besten bekannten Leitern für Wärme und Strom.
- Enorme spezifische Oberfläche: Als zweidimensionales Material von nur wenigen Atomlagen Dicke erreicht schon eine kleine Menge ein großes Volumen der Matrix.
- Wechselwirkung mit dem Zement: In Betonzusatzmitteln greift Graphen in die Hydratation ein und verdichtet die Matrix, was Festigkeit und Dauerhaftigkeit verbessert.
Die Schwierigkeit liegt in der Dispergierung: Agglomeriert das Graphen, gehen fast alle Vorteile verloren. Graphenano stellt sein Graphen in Yecla selbst her, mit eigenem Verfahren, und liefert es bereits in seine Additive eingearbeitet, fertig für die Mischung.
