Eigenschaften des Baustoffs

1. Zusammensetzung
Lehm setzt sich zusammen aus Sand und Ton. Der Ton, genauer gesagt die Tonminerale, umschließen die Sandkugeln und kleben sie zusammen. Die sehr unterschiedlichen Korngrößen des Sandes (von 0,002 mm bis Feldsteingröße) und die unterschiedlichen Eigenschaften der Tonminerale ergeben eine sehr große Variationsbreite von Eigenschaften.

Tonmineralien

MineralgruppeQuellung
Kaolinitmäßig
Pyrophylilitekeine
Montmorillonitesehr stark
Beidellitesehr stark
Vermiculitestark
Illitemittel

Korngrößen von Steinen, Sand, Schluff, Ton
(nach DIN 4022 T1)

BenennungKorngröße (mm)spez. Oberfläche (cm²/g)
Steine400-63
Grobkies20-6320
Mittelkies6,3-20
Feinkies2-6,3
Grobsand0,6-2200
Mittelsand0,2-0,6
Feinsand0,06-0,2
Grobschluff0,02-0,062000
Mittelschluff0,006-0,02
Feinschluff0,002-0,006
Ton< 0,002< 20000

Die Zusammensetzung kann dargestellt werden durch das Dreiecksnetz nach Voth oder nach Gewichtsprozent der einzelnen Korngrößen durch eine Sieblinie.

2. Sieblinien
Das Korngerüst ist um so belastbarer, je weniger Zwischenräume für die Tonmineralien als Klebstoff bleiben und je besser die einzelnen Kügelchen des Sandes ineinander passen. Am wenigsten dicht liegen sie, wenn alle Kügelchen gleich groß sind, am dichtesten, wenn sie nicht gleich groß sind und ihre Verteilung auf der Größenskala der Sandkörner, der Sieblinie, die „Fuller-Parabel“ beschriebt. Die Sieblinie erhält man durch Sieben mit verschiedenen Sieböffnungen und Wiegen der Siebrückstände. Bei kleineren Korndurchmessern ist das allerdings nicht mehr möglich.
Wichtig für die Festigkeit ist außerdem die Größe der größten Sand- bzw. Kieskörner und ihre Scharfkantigkeit, mit der sie sich ineinander verzahnen. Schluff liegt in der Korngröße zwischen Sand und Ton, hat aber keine Klebekräfte, sondern verbraucht vermutlich durch seine große Oberfläche viel der wertvollen Klebekräfte der Tonminerale. Das genaue Zusammenwirken von Schluff und Lehm ist allerdings noch unklar.
Für Putze und Massivlehmbauten sind Lehme gut geeignet, die ein festes Korngefüge haben. Sie sollten etwa 10% Tonminerale, 30% Schluff und den Rest Sand gleichmäßig von 0,06 – 2 mm verteilt haben. Bei Leichtlehm wird das Korngerüst von den Zuschlagsstoffen gestellt, die von dem sehr bindigen (d.h. tonhaltigen) Lehm verklebt werden.

3. Was ist Ton

Plättchenstruktur der Tonmineralien
Die Plättchen der Tonmineralien liegen wie ein Kartenhaufen dicht aufeinander. Wird Wasser zugegeben, bilden sich hauchdünne Wasserfilme zwischen ihnen, und das Ganze wird sehr glitschig, bei geringer Wasserzugabe plastisch. Wenn das Wasser verdunstet, ziehen sich die Plättchen mit der flachen Seite gegenseitig an. Der Prozess des Verdunstens und wieder Wasser zugeben, kann, anders als beim Zement, beliebig oft wiederholt werden. Deshalb kann ungebrannter Lehm als Baustoff immer wieder verwendet werden.
Bei der Bearbeitung des Tons durch äußere mechanische Kräfte werden die Plättchen wie kleine Magneten ausgerichtet. Diese Strukturen bleiben auch beim Austrocknen erhalten. Man spricht deshalb vom Gedächtnis oder Geheimnis des Tons.

Wie entsteht Ton
Die Tonmineralien entstehen z.B. beim Verwittern vom Feldspat des Granit. Gleichzeitig werden dann die beiden anderen Bestandteile des Granit, Quarz und Glimmer, frei und vermischen sich mit den Tonmineralien. Diese Verwitterungsprodukte sind von Wasser, Wind und Eis oft weit weg transportiert worden. Je nach endgültiger Lagerstätte hat der Ton bzw. Lehm dann eine sehr unterschiedliche Zusammensetzung und wird als „Berglehm“, „Geschiebelehm“, „Schwemmlehm“, „Lößlehm“, „Schlicklehm“, „Auelehm“, etc. bezeichnet. Damit sind seine technischen Eigenschaften allerdings noch nicht ausreichend beschrieben.

Die bekanntesten Tonmineralien sind Kaolinit, aus dem Porzellan hergestellt wird, Montmorillonit, dem wichtigsten Bestandteil des Bentonit, einem Verwitterungsprodukt aus vulkanischen Aschen, das zum Plastifizieren von Tonen verwendet wird, Illit und Chlorit. Die Tonmineralien sind unvorstellbar kleine Kristallblättchen, etwa ein tausendstel Millimeter klein, deren elektrostatische Aufladung die Klebekraft des Tons ausmacht. Je mehr Sand als Füllmaterial nun im Ton ist, desto magerer nennt man ihn. Fetter Ton besteht etwa zu zwei Drittel aus Tonmineralien, bei 50% spricht man von lehmigem Ton, toniger Lehm hat nur noch ein Drittel, Lehm ca. 20% und sandiger Lehm 10% Tonmineralien. Baulehm soll 10-15% Tonmineralien haben, für Leichtlehmbauweisen bis 30%, der Rest ist Schluff, Sand und ev. Kies. Mergel, also Lehm mit Kalk, ist zum Bauen genauso wenig geeignet wie Lehm, der Mutterboden enthält.

4. Rohdichte (Gewicht)

LehmartDichte (kg/m²)Quelle
erdfeucht, krümmelig1000 – 1500Minke
geschüttet1400 – 1800Niemeyer
sandig, Lößlehme1750Niemeyer
mittelfett1850Niemeyer
fett1900Niemeyer
sehr fett und steinig2200 – 2400Niemeyer
Steine, Stampflehm1700 – 2200Minke