BAUSTOFF LEHM

Das Thema dieses Beitrages suggeriert die Möglichkeit, Lehm exakt zu definieren. Doch weit gefehlt! Unbestritten ist Lehm im Sprachgebrauch wie in der praktischen Verwendung seit Jahrhunderten ein fester Begriff - also anscheinend ein ausreichend bekanntes Material. Trotzdem entzog er sich bisher erfolgreich der industriellen Normung. Warum? Was ist eigentlich Lehm? So einfach seine Erscheinungsformen aussehen, so vielschichtig und in allen Einzelheiten kaum nachvollziehbar ist die Entstehungsgeschichte der einzelnen Lehmarten. Aus dieser Historie resultiert ein äußerst komplexes Material namens Lehm.

Lehm ist eine Materie, die mit ihren Bestandteilen ein sehr bewegtes Eigenleben führt, sich verändern, auf äußere Einflüsse reagieren, sich sogar vermehren kann. Deshalb ist es auch - gegen das Stirnrunzeln des Biologen - nicht völlig abwegig, im Lehm eine Art molekularer Urlebensform zu sehen. Unser Slogan bei Teraform Naturbaustoffe lautet „Lehm (k)lebt", und damit sind die wichtigsten Eigenschaften dieses altbewährten Materials in allgemeinster Form beschrieben!


Was ist Lehm?

Es beginnt mit der Entstehungsgeschichte unseres Planeten. Versetzen wir uns 3500 Millionen Jahre zurück, als die Erde ein wüster, unwirklicher Ort war und das Oberflächengestein gerade auszukühlen begann. Die Atmosphäre bestand aus Dampf und giftigen Gasen. Mit den ersten Wolkenbrüchen bildeten sich die ersten Meere. Einfache Chemikalien wurden vom Wasser aus den Felsen gewaschen oder gelangten mit Kometen und Meteoriten zur Erde. Sedimentschichten entwickelten sich. Die ersten Lebensformen, lediglich komplexe chemische Moleküle, entwickelten sich, und die Evolution des Lebens begann.

Auf der Erde ist nichts starr und gleichbleibend; einzig beständig ist der ewige Wandel. Über einen kaum vorstellbaren langen Zeitraum entstanden immer neue Gesteinsmassen, begleitet von Regenfällen, die sich in Flüsse und Meere ergossen, tektonischen Bewegungen und Vulkanausbrüchen. Hitze, Druck und Klimawechsel sorgten für unterschiedliche Wachstumsbedingungen der Gesteinsformationen und mineralischen Strukturen.

Lehm wird heute als Verwitterungsprodukt der Urgesteine begriffen. Unterschiedliche Entstehungsbedingungen erklären seine weltweit vielfältigen Daseinsformen. In manchen Teilen der Erde liegt eine merkwürdige Tonschicht direkt über dem Gestein der Kreidezeit, entstanden vor etwa 100 Mio. Jahren. Sie enthält Elemente, die auf der Erde äußerst selten vorkommen. Viele Wissenschaftler sehen darin einen Beweis für eine große Katastrophe. Sie vermuten, daß ein Meteorit gigantischen Ausmaßes die Erde traf und sich diese Tonschicht bildete. Zeitgleich starben die Dinosaurier aus. Betrachtet man die jüngere Vergangenheit der Erdgeschichte, etwa die letzten anderthalb Millionen Jahre, so ist festzustellen, daß weite Gebiete Europas mehrmals von dicken Eisschichten überdeckt waren. Sie maßen oft tausende Meter, rissen Felsen mit sich und höhlten die Landschaften aus. Zog sich das Eis zurück, blieben steinige Reste als Hügel und Bergketten aus Geröll und Lehm übrig. Diese Eiszeit endete vor kaum zehntausend Jahren. Erst in der letzten Phase entwickelte sich der denkende Mensch. Und obwohl wir erst nach 3500 Mio. Jahren Evolution auf der Bildfläche erschienen, halten wir uns für die Krone der Schöpfung, ignorieren naturgegebene Spielregeln auf der Erde und sind in jüngster Zeit offenbar bemüht, wichtige Lebensgrundlagen unwiederbringlich zu zerstören.

Unbestritten ist, daß Lehm einen festen Platz in der Erdgeschichte hat. Wer verstehen will, was Lehm ist, kommt an einer mikroskopischen Betrachtung nicht vorbei. Silikate, hauptsächlich von Kalium (K), Natrium (Na), Kalzium (Ca), Magnesium (Mg), Aluminium (Al) und Eisen (Fe) bilden die Hauptmasse der Gesteine und ihrer festen Verwitterungsprodukte, also auch des Lehms. Alle Silikattypen haben ein gemeinsames Strukturelement, die tetraedrisch gebaute SiO4-Gruppe. Gesteine bestehen aus mehreren, bereits mit bloßem Auge unterscheidbaren Mineralien. Die Hauptbestandteile von Granit sind z.B. Feldspat, Quarz und Glimmer. Um beispielsweise Kalifeldspat formelmäßig zu erfassen, fanden die Chemiker


K2A12Si6O16 = K2O · A12 O3 · 6 SiO2

Diese Formel gibt die kleinste vollständige Gruppierung für Kalifeldspat an - ohne daß ein solches abgeschlossenes Molekül existierte. Verwittert Feldspat, wird Wasser aufgenommen, während lösliche Kaliumverbindungen abgegeben werden. Als Rest bleiben die Tone, beispielsweise Kaolinit, eine Formulierung für das kleinste, in der Praxis allerdings nie vorkommende Tonmolekül:


Al2(OH)4Si2O5 = Al2O3 · 2 SiO2 · 2 H2O.

Tone bilden mehrlagige Sandwichstrukturen, bestehend aus übereinanderliegenden Silizium- und Aluminiumoxid-Netzen, also jenen Stoffen, aus denen die Erde im wesentlichen besteht. Diese Netze sind über gemeinsame Sauerstoffatome fest verwebt und weisen nach außen eine negative Oberflächenladung auf. Sie macht es möglich, Wasser zu binden und unter Einfluß von positiv geladenen Gegenionen den Zusammenhalt der Sandwichstruktur zu erreichen. Dieser inneren Struktur entsprechend unterscheiden sich die verschiedenen Tonminerale in ihrem Verhalten gegenüber Wasser und Ionen. Ein typisches, allgemein bekanntes Schichtsilikat ist Glimmer. Lehm ist also ein kompliziertes Gemenge verschiedener Silikatminerale.


Funktionen des Wasser im Lehm

Tonminerale haben nur im Beisein von Wasser eine Existenzberechtigung. Erscheint ein Ton auch noch so trocken, so sind seine einzelnen Netzwerke dennoch von einer Hydrathülle umgeben. Sie trägt dazu bei, daß die einzelnen Sandwichstrukturen aneinander haften. Wir finden also in Tonmineralen drei Arten von Wasser:

1. Strukturwasser, das bereits chemisch beschrieben wurde,
2. Kohäsionswasser als Wasserhülle der Sandwichstrukturen und
3. Porenwasser als frei bewegliche Flüssigkeit.

Der Übergang von Kohäsions- zu Porenwasser ist im wörtlichen Sinn fließend. Ist Wasser ausreichend vorhanden, wird fester Ton plastischer, weil die Tonpartikel durch das Wasser in die Lage versetzt werden, ähnlich wie beim Aquaplaning übereinanderzugleiten. Die Fähigkeit von Tonmineralen, sich im Trockenzustand zu verfestigen, macht sie im Lehm zum Bindemittel für die restlichen Lehmbestandteile Schluff, Sand und Kies, die nichts anderes darstellen als Quarz, Feldspat und Glimmerbruchstücke.

Einen ersten makroskopischen Zugang zum Baustoff Lehm vermittelt die sog. Siebkurve, auch Kornverteilungskurve genannt. Die einheitlich angewendeten Fraktionen bestimmen Gesteinspartikel verschiedener Größe.


Kies 2 ... 60 mm
Sand 0,06 ... 2 mm
Schluff 0,002 ... 0,006 mm
Ton < 0,002 mm.

Je nach Tonanteil unterscheiden wir allgemein fette und magere Lehme.

Soll Lehm ein Baustoff werden, muß er der Bauaufgabe entsprechend aufbereitet werden, was damit beginnt, einen für die Verarbeitung optimalen Wassergehalt einzustellen. Dabei ist die mechanische Bewegung der Masse ein Muß für die Aktivierung der Tonpartikel. Sie schafft die Voraussetzung für deren Neuordnung zu einer plastischen Masse mit möglichst geringem Wasseranteil. Die Plastizität ist nicht etwa notwendig, um kreative Formen auszubilden, sondern eine Grundvoraussetzung für soliden Lehmbau. Nur plastischer Lehm kann gröbere Körner und Fasern gut umhüllen, deren Anteil wiederum über Trockenschwundmaß und Festigkeitseigenschaften mitentscheidet.


Lehm als Baumaterial

In welcher Form und für welchen Zweck der Urbaustoff Lehm auch aufbereitet wird, es treten neben seinen Vorteilen stets Nachteile auf. Als positiv gelten: Lehm ist ausreichend verfügbar und wiederverwendbar, er hat ein sehr gutes Wärmespeichervermögen, vorzügliche hygroskopische Eigenschaften und damit feuchtigkeitsregulierende Fähigkeiten, wirkt geruchsbindend und gibt keine schädlichen Stoffe ab. Als negative Eigenschaften des Baumaterials Lehm werden üblicherweise aufgezählt: Trockenschwindung, Wasserempfindlichkeit, relativ geringe Festigkeitswerte, ungenügende Wärmedämmung. Der Mensch versucht, seitdem er mit Lehm baut, den Lehm durch Zuschlagstoffe oder Zusätze so zu modifizieren, daß seine negativen Eigenschaften gemildert werden, was i.d.R. mit einer Reduzierung von positiv bewerteten Eigenschaft erkauft werden muß.

Seit Jahrtausenden errichtet sich der Mensch Behausungen. Während des größten Teils seiner Geschichte baute er, von Vorschriften unbehindert, nach Regeln der Natur. Diese Weisheit hat sich über Jahrmillionen entwickelt und täglich neu bewährt. Als Menschen die ersten geschlossenen Siedlungen errichteten, war Lehm einer der ersten Baustoffe. Verschiedene Kulturen bauten ganze Städte aus Lehm. Von ihnen sind heute nur noch archäologische Zeugnisse erhalten, so z.B. das vor rund zehntausend Jahren erbaute Jericho, die erste Stadt der Geschichte, die wir heute kennen.

Aus jüngerer Zeit wären als „Lehmstädte" Lyon in Frankreich, Santa Fé in New Mexiko, Moghuta in Kolumbien, Marrakesch in Marokko und Sana in Nord-Jemen zu nennen. Lehmdörfer gibt es bis heute in den Vereinigten Staaten und zu Tausenden in ganz Europa, in den trockenen Regionen Spaniens und Italiens ebenso wie in regenreichen Gebieten wie England, Deutschland, Dänemark und Schweden. Selbst der erste Wolkenkratzer der Menschheit bestand aus Lehmerde: Der im 7. Jh. v. Chr. erbaute Turm von Babel hatte sieben Stockwerke und erreichte eine Höhe von 90 m. Die berühmte Chinesische Mauer, Anfang des 3. Jh. v. Chr. in langen Abschnitten aus Lehmerde errichtet, zeugt, wie viele andere Denkmäler, von der Festigkeit des Baumaterials Lehm. Neben einfachen Behausungen armer Leute wurden aus ihm Pyramiden, Moscheen oder Paläste als Symbole politischer wie religiöser Macht und von majestätischer Schönheit errichtet. Lehm war universelles Baumaterial und keineswegs auf Verwendung in einzelnen sozialen Schichten beschränkt.


Lehmbauweisen

Es werden heute ungefähr zwanzig traditionelle Lehmbaumethoden unterschieden. Neben unterschiedlichen regionalen Varianten kennen wir zwei Hauptverfahren; den Stampflehmbau - pisé de terre - und den Lehmsteinbau - Adobe.

„Pisé de terre" ist eine französische Wortschöpfung und bedeutet gestampfte Erde. Der Stampflehmbau ist uralt und für die europäische Moderne erstmals 1562 in Lyon belegt. Bei dieser Bauweise werden Wände von etwa 50 cm Stärke errichtet, wobei die Lehmerde zwischen zwei Schalbrettern festgestampft wird. Der Lehmsteinbau verwendet Adobes, in Formen gestrichene oder gepreßte und in der Sonne getrocknete Lehmziegel. Aus ihnen werden Mauern und Wände errichtet. Das Wort Adobe ist arabischen Ursprungs. Mit ausgefeilterer Technik können die Steine - mit oder ohne Verschalung - auch zu Gewölben oder Kuppeln geformt werden. Für beide Bauweisen wird Lehmerde ihrer Beschaffenheit und Körnung entsprechend ausgewählt bzw. aufbereitet. Zur Herstellung von Adobes wird der Lehm mit Wasser und Pflanzenfasern vermischt, meist mit zerkleinerten Strohhalmen.

Bestimmte Maßnahmen schützen Lehmbauten vor den Folgen der hohen Erosionsanfälligkeit des Lehms. Eine englische Volksweisheit faßt sie in einem Satz zusammen: „Wenn ein Lehmhaus über Jahrhunderte halten soll, muß es einen guten Hut und feste Stiefel haben." Das bedeutet ein vorkragendes Dach, um die Hauswände vor Regen zu schützen, und ein steinernes Fundament, um Erosionsschäden an den Grundmauern durch rinnendes Wasser oder aufsteigende Feuchtigkeit vorzubeugen. Aber es gibt auch andere uralte Verfahren. So wurden z.B. wasserabstoßende Bitumenprodukte eingesetzt, um die Dauerhaftigkeit von Lehmziegeln zu erhöhen.

Lehmbau hat Tradition, und so hat wohl jede Generation ihre Lehmbaupioniere hervorgebracht. Erwähnt seien v.a. die Arbeiten und Schriften des französischen Architekten François Cointeraux aus Lyon. Er war es, der um 1800 in en Vereinigten Staaten, in Italien, Dänemark, Deutschland und Australien das Interesse für moderne Lehmbauarchitektur weckte. Zur Zeit der französischen Revolution 1789 erfand Cointeraux eine Technik, ehmziegel mit einer mechanischen Presse zu produzieren. Die sehr sorgfältig hergestellten und großformatig gepreßten Ziegel nannte er „Kunststeine". Durch diese Rationalisierung volkstümlicher Traditionen wollte er den Bedürfnissen der neuen französischen Gesellschaft entgegenkommen. Mit seinen Ziegeln schuf er Stadt- und Landhäuser, die den Ansprüchen verschiedener sozialer Schichten entsprachen, ebenso landwirtschaftliche Nutzbauten und Industriebetriebe, die der wirtschaftlichen Entwicklung des Landes dienten.

Nach seiner Auffassung „ist die kostbare Kunst der Herstellung von Stampferde für eine aufgeklärte Nation ein sicheres Mittel, Landwirtschaft, Handel und Industrie florieren zu lassen." Dennoch mußte Cointeraux unablässig gegen Unverständnis und die Vorurteile seinen Zeitgenossen, v.a. von Politikern, kämpfen. Wie sich die Zeiten doch gleichen! Dabei können wir noch heute auf der Basis einer von König Asydis erbauten jahrtausendealten Lehmpyramide in der Nähe Kairos lesen: „Verachte mich nicht, wenn du mich mit den Steinpyramiden vergleichst, ich stehe so hoch über ihnen, wie Jupiter über den anderen Göttern, denn ich bin mit Ziegeln aus dem Schlamm vom Grunde des Sees erbaut."

Seit eh und je bestehen also gegenüber dem Lehm dieselben Vorurteile, und sie wurden stets mit der Behauptung bekräftigt, Lehmbauwerke seien altmodisch, zu wenig ausgearbeitet, ärmlich und wenig widerstandsfähig. Dabei beweisen unvoreingenommene Analysen vorhandener Zeugnisse der Lehmarchitektur häufig das Gegenteil.


Die Aufgabe: Zeitgemäß bauen mit Lehm

Lehmarchitektur ist also durchaus zuverlässig und dauerhaft. Sie bietet beste Voraussetzungen für die Zukunft. Dennoch verdrängte der wirtschaftliche und soziale Fortschritt im Zuge der Industrialisierung die Lehmbauweise zugunsten kostenaufwendiger moderner Materialien. Sie entsprachen dem Bedürfnis, größten Menschenmengen auf geringstem Raum Wohn- und Arbeitsstätten zu errichten; sie ermöglichten den Bau von Großstädten, Industriegebieten und der dazugehörigen Verkehrsanlagen.

Seit einigen Jahren können wir eine von technologischen Verbesserungen ausgehende Neubelebung bei der Verwendung ungebrannter Lehmerde als Baumaterial beobachten. Schritt für Schritt überwinden neue Pioniere des Lehmbaus überall in der Welt altbekannte Widerstände wirtschaftlicher, psychologischer, kultureller, institutioneller und politischer Natur, die der Verwendung des Lehms als Baustoff entgegenstanden und aus wirtschaftlichen Gründen bewußt aufrechterhalten werden. Großindustrielle oder multinationale Konzerne, die moderne Baumaterialien produzieren, Institute, die sich für deren massenhafte Verwendung einsetzen, sind bestrebt, ihren Markt vor Konkurrenz zu schützen. Seit mehr als einem halben Jahrhundert verwendet die orthodoxe zeitgenössische Architektur vorrangig Beton, Stahlarmierungen und Kunststoffe, obwohl der dabei anfallende Energiebedarf und die Auswirkungen auf die Umwelt extrem hoch sind!

Viele Architekten suchen heute aber auch nach einer wirkungsvollen Synthese von traditionellen und modernen Techniken. Sie möchten einen neuen Weg einschlagen, Methoden finden oder wiederbeleben, die unseren Bedürfnissen besser entsprechen als das konventionelle industrielle Bauen. Gesucht werden auch Baumaterialien und -weisen, die leichter anwendbar sind, damit der Mensch den Gegenstand beherrschen kann und nicht von ihm beherrscht wird. Lehmbau ermöglicht beispielsweise igeninitiativen, erlaubt ein direktes Eingreifen von Personen oder Gemeinschaften. Lehmerde ist ein natürliches Material, in zahlreichen Regionen der Welt beliebig verfügbar. Oft sind weder Kauf noch teurer Transport erforderlich oder kostspielige Aufwendungen für industrielle Verarbeitung und - heute i.d.R. in die Zukunft verschobene - problematische Entsorgung.

Die Verwendung von Lehm ist eine Garantie für die Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts, bedeutet Achtung vor der Umwelt und vor dem Leben. Bewohner von Lehmbauwerken - ich gehöre dazu - schätzen das Gefühl von Wärme, Behaglichkeit und Geborgenheit, das sie ermöglichen. Noch sind diese Empfindungen wissenschaftlich nicht leicht belegbar. Die sog. modernen Baustoffe sind und bleiben für die einen Sinnbild von Fortschritt, Reichtum und Wohlstand, für andere ein gigantischer Feldversuch der Chemisierung. Genauso ist Lehm den einen ein fast perfektes Baumaterial, den anderen Ausdruck von Mangel und Armut. Wir haben es mit festgefahrenen Denkweisen zu tun. Ein Umdenken kann am ehesten angesichts überzeugender Lehmbauwerke erfolgen, die mit guten Argumenten präsentiert werden.

Die traditionelle Lehmarchitektur ist über 10.000 Jahre alt, und noch heute lebt mehr als ein Drittel der Menschheit in Häusern aus Lehm. Die Bauweisen und -methoden entsprechen den klimatischen Bedingungen und haben sich den vorhandenen Baumaterialien angepaßt. Heute werden sie in vielen Ländern durch Anwendung neuer Techniken stetig verbessert. Wiederbelebung der Lehmbauweise heißt zwar Rückkehr zur Natur, das aber nicht in nostalgischer Verklärung, sondern aus Einsicht in die Vorteile des guten Brauchs. Die Probleme von heute lassen sich nicht mit Methoden von gestern lösen. Mit modernen Untersuchungsmethoden, z.B. der Zusammensetzung des Bodenmaterials, können heute die intuitiven Maßnahmen erfahrener Bauleute wissenschaftlich verifiziert werden. So ist vor allem eine Verbesserung der Wahl und Dosierung von Zusätzen zum Lehm möglich geworden.

Rückkehr zur Vergangenheit ist keine Alternative zur Gegenwart. Wir tun gut daran, den modernen Lehmbau als innovative Weiterführung einer bewährten Tradition zu begreifen, statt ihn als Relikt vergangener Zeiten abzuurteilen. Die Herstellung natürlichen Lehmbaumaterials ist einfach, die Umwelt wird nicht belastet, Energie nicht verschwendet, eine Entsorgung fällt nicht an. Lehmerde ist ein erstklassiges, ausgesprochen lebendiges Baumaterial, eine Erde mit Zukunft.


Ulrich Barthel

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