Definition Zemente
Zusammensetzung des Zementklinkers
Zementherstellung
Zementtechnische Eigenschaften der Klinkerherstellung
Festigkeitsklassen und Kennzeichnung
Zementsorten, Bezeichnung und kurze Beschreibung
Unverträglichkeit mit anderen Baustoffen
Eigenschaften von Beton
Korrosion von Beton und Stahlbeton durch chemische Verbindungen und Mikroorganismen
Die Karbonatisierung
Je nach den Rohstoffen und den Bedingungen der Herstellung werden die verschiedenen Zementarten unterschieden. Ausgangsstoffe für die Herstellung zum Beispiel von Portlandzement sind vor allem Kalkstein, Ton aber auch Mergel kann verwendet werden. Zunächst erfolgt in einem Brecher die Zerkleinerung zu Brocken von circa 1 kg.
Etwa 70% Kalkstein und 27 % Ton werden in Rohrmühlen fein gemahlen und gemischt. Das Rohmehl wird vor seiner Weiterverarbeitung unter Zusatz von Wasser zu kleinen Kugeln (ca. 1 cm) geformt. Der Brennprozess erfolgt in einem Drehrohrofen, welcher nach dem Gegenstromprinzip funktioniert. Dieser Brennprozess erfolgt bei einer Temperatur von 1400 bis 1500 ºC bis zur Sinterung. (Dabei bilden sich verschiedene "Klinkerphasen", Calciumverbindungen mit Silizium, Aluminium und/oder Eisen). Der Brennprozess erfolgt kontinuierlich. Am unteren Ende fallen die Klinker heraus, die in einer Kühltrommel im Luftstrom abgekühlt werden und unter Zusatz von Gips staubfrei gemahlen werden. In dieser Form wird der Zement angeboten. Fein gemahlener Klinker reagiert mit Wasser so schnell, dass die Verarbeitungszeit zu kurz wäre. Für die Verlangsamung der Reaktionsgeschwindigkeit wird Gips oder Anhydrit (3 bis 5 Massen%) zugegeben.
| Klinkerphase Kurzzeichen 3) |
Erstarren Anfangs- erhärtung |
Hydrations- wärme |
Endfestig- keit |
Verhalten gegen Sulfatwasser |
Sonstiges | |
| C3S | schnelle Erhärtung |
hoch | 500 J/g | sehr hoch | günstig | spalten Ca(OH)2 ab (Korrosions- schutz) |
| C3S | langsame,stetige Erhärtung |
niedrig | 260 J/g | sehr hoch | günstig | |
| C3A | schnelles Erstarren |
sehr hoch | 8701) 13402) |
gering | anfällig (ungünstig) |
erhöhtes Schwinden |
| C4AF beziehungsweise C2(A,F) |
langsame, stetige Erhärtung |
mittel | 420 | gering | günstig | - |
1) Reaktion des C3A nur mit Wasser,
2) Reaktion des C3A mit Wasser und dem Zement enthaltenen CaSO4
3) unter Zusammensetzung des Zementklinkers.
Die Festigkeitsklasse wird durch die Mahlfeinheit des Zements bei der Herstellung bestimmt. Höhere Mahlfeinheit bedeutet höhere Festigkeit.
Zementklinker selbst bindet noch nicht. Erst nach dem Zermahlen zu Pulver ist seine reaktive Oberfläche groß genug, dass er sehr schnell mit Wasser abbindet. Dabei wird Kristallwasser in das Bindemittel eingebaut. Den Vorgang bezeichnet man als Hydration, und Bindemittel, die auf diese Weise abbinden, nennt man hydraulisch. Zemente sind hydraulische Bindemittel.
Fein gemahlener Klinker reagiert so schnell mit Wasser, dass er in reiner Form für Mörtel und Betone nicht verwendet werden kann, weil die Verarbeitungszeit bis zur Verfestigung viel zu kurz wäre. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird deshalb durch Vermahlen des Klinkers mit Gips oder Anhydrit (circa 3 bis 5 Masseprozent) herabgesetzt.
Die Erhärtungsreaktionen von Portlandzement.
Portlandzement / Portuand cement erhält man durch gemeinsames Vermahlen von Portlandzementklinker und Anhydrit beziehungsweise Gips. Weißer Portlandzement ist frei von färbenden Bestandteilen, vor allem von Eisen.
Beim Eisenportlandzement wird dem Klinker neben CaSO4 noch 6 bis 35 G.-% Hüttensand (rasch abgekühlte Hochofenschlacke) beigemahlen.
Hochofenzement / blast furnace cement liegt die Hüttensandbeimahlung zwischen 36 und 80 G.- %.
Hüttensand enthält CaO (40 bis 50 G.-%); Si02 (30 bis 40 G.-%); Al203 (8 bis 18 G.-%); FeO und MnO (zus. bis 3 G.-%); MgO (bis 8 G.-%). Hüttensand hat alleine keine wesentlichen Zementeigenschaften. Diese entwickeln sich jedoch in Anwesenheit von Aktivatoren wie Ca(OH)2 und CaSO4.
Trasszement (Puzzolanzement)wird dem Zementklinker neben CaSO4 Trass beigemahlen, ein natürliches Gestein vulkanischen Urprungs (Tuff, Puzzolan), das für sich allein keine Zementeigenschaften hat. Trasszemente härten langsamer aus und unterliegen speziellen Normen.
Tonerdezement besteht überwiegend aus Calciumaluminat und wird aus Bauxit und Kalkstein hergestellt. Er ist schnellerhärtend bei hoher Hydratationswärme, hitzebeständig und sulfatfest, erreicht jedoch keine hohen Festigkeiten. Typische Zusammensetzung: Al203: 40%; CaO: 35%; Fe203: 15%; Si02: 6%; Rest: MgO etc. Verwendung: Feuerfester Beton, Straßenbau, Unterwasserbauten usw.
Normzemente sind in Festigkeitsklassen eingeteilt. Die nach 28 Tagen erreichten Druckfestigkeiten liegen zwischen 25 und 55 MPa. Es wird ferner zwischen langsamhärtendem (L) und frühhärtendem (F) Zement unterschieden.
Die Festigkeit von Zementstein hängt von der Aushärtungszeit und von der Feuchtigkeit ab. Trockener Zementstein hat eine höhere Festigkeit als feuchter. Auch andere Flüssigkeiten (zum Beispiel Öle) können die Festigkeit herabsetzen. Poren verringern die Festigkeit überproportional, siehe auch im Beitrag Beton.
| CEM I | Portlandzement |
| CEM II /A-S | Portlandhüttenzement |
| CEM II /B-S | |
| CEM II /A-P | Portlandpuzzolanzement |
| CEM II /B-P | |
| CEM II /A-V | Portlandflugaschezement |
| CEM II /A-T | Portlandölschieferzement |
| CEM II /B-T | |
| CEM II /A-L | Portlandkalksteinzement |
| CEM II /B-SV | Portlandflugaschehüttenzement |
| CEM III /A | Hochofenzement |
| CEM III /B |
"Stellte Stahlbeton noch 2002 in 22,6 Prozent der genehmigten Nichtwohngebäude den überwiegenden Baustoff dar, war Stahlbeton im Jahr 2006 bereits in 26,7 Prozent der Gebäude dominierend." (Befragung zur Jahresanalyse 2008 von BauInfoConsult)
Frischer Beton und Zementmörtel greifen an:
Beton und bedingt zementgebundene Baustoffe werden durch Gips und Gipsmörtel durch die Gefahr der Ettringit-Bildung (Volumenvergrößerung) geschädigt. Siehe unter Calziumsulfat
Beispiel des Austrocknungsverhalten von Beton:
a) Lufttemperatur 20ºC, relative Luftfeuchte 50%, Oberflächentemperatur 20ºC, Luftgeschwindigkeit 20 km/h, Verdunstung von der Oberfläche 0,6 kg Wasser je 1 m2 in einer Stunde.
b) Lufttemperatur 30ºC, relative Luftfeuchte 40%, Oberflächentemperatur 30ºC, Luftgeschwindigkeit 30 km/h, Verdunstung von der Oberfläche 1,5 kg Wasser je 1 m2 in einer Stunde.
Quellen:
Hiese, Wolfram; Baustoffkenntnis, 13. Aufl. 1995 Werner Verlag S. 171f
Anorganische Chemie Teil 1 LB für 8. Kl., 1968 Volk und Wissen Volkseigener Verlag Berlin S.36
Lohmeier, Gottfried C.O.; Bergmann, Heinz; Post, Matthias; Praktische Bauphysik, 5. Aufl. 2005 B.G. Teubner Verlag S. 289
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