Zement

Zement ist ein hydraulisches Bindemittel, es erhärtet nach dem Anmachen mit Wasser sowohl an der Luft als auch unter Wasser.

Zementstein ist wasserbeständig und hat eine hohe Festigkeit.

Eigenschaften von Haupt- und Nebenbestandteilen

  • Hydraulische Eigenschaften
    Nach des Wasserzugabe erfolgt eine selbständige Erhärtung durch Hydration sowohl an der Luft als auch unter Wasser.
     
  • Latent hydraulische Eigenschaften
    Es ist ein natürliches hydraulisches Potential vorhanden. Latent hydraulische Zusatzstoffe beginnen selbst erst in Gegenwart von Anregern (Alkali, Kalk, Sulfat) und Wasser mit der Bildung von zementhydratähnlichen Stoffen. Dabei laufen im Wesentlichen die gleichen Reaktionen wie bei der Hydration von Zement ab.
     
  • Puzzolanische Eigenschaften
    Es ist kein hydraulisches Potential vorhanden. Puzzolanische Zusatzstoffe reagieren mit dem bei der Hydration des Klinkeranteils frei werdenden Calciumhydroxid. Dadurch bilden sich zementhydratähnliche Stoffe.
     
  • Inerte Eigenschaften
    Es ist weder hydraulisches noch puzzolanisches Potential vorhanden. Inerte Stoffe gehen keine chemische Reaktion ein, das heisst sie verändern sich nicht, reagieren nicht, tragen nichts zur Festigkeitsbildung bei und verhalten sich neutral im alkalischen Milieu. Inerte Bestandteile verbessern jedoch die physikalischen Betoneigenschaften.
     

Herstellung von Portlandzement

Schritt 1:

Abbau und Brechen des Rohgesteins

 
Kalkstein und Mergel oder Ton werden Abgebaut und bereits im Steinbruch auf Faustgrösse zerkleinert

Schritt 2:

Mischen und Mahlen des Rohgesteins zu Rohmehl

 
Die verschiedenen Rohmaterialien werden in der richtigen chemischen Zusammensetzung zusammengefügt und anschliessend zu feinem Rohmehl zerkleinert.

Schritt 3:

Brennen des Rohmehls zu Klinker

 
Das Rohmehl wird im Wärmetauschturm auf fast 1000° C vorgewärmt und anschliessend bei 1450° C im Drehrohofen gebrannt. Anschliessend wird der glühende Klinker rasch mit Luft abgekühlt. Als Brennstoff werden Kohle, Öl, Erdgas und Alternativebrennstoffe eingesetzt.

Schritt 4:

Mahlen des Klinkers mit Gipsstein und Zusatzstoffen zu Zement

 
Je nach Zementart wird beim Mahlen Klinker durch mineralische Zumahlstoffe ergäntzt, wobei so genannte Portlandkomposit- und Hochofenzemente entstehen.

 

Abkürzungen
 

CEM I
:
Portlandzement
CEM II
:
Portlandhüttenzement, Portlandschieferzement, Portlandkompositzement
CEM III
:
Hochofenzement
CEM IV
:
Puzzolanzement
CEM V
:
Kompositzement

 

Bezeichnungen
 

CEM
=
Zement
I - V
=
Zementart Typ
42.5
=
Festigkeitsklasse
A
=
enthält 6-20% Zusatzstoffe
B
=
enthält 21-35% Zusatzstoffe
M
=
enthält mehr als einen Zusatzstoff
LL
=
Zusatzstoff ist hochwertiger Kalkstein
(V-LL)
=
kieselsäurereiche Flugasche und hochwertiger Kalkstein als Zusatzstoff
N
=
normale Anfangsfestigkeit
R
=
hohe Anfangsfestigkeit
HS
=
hoher Sulfatwiederstand

 

Hauptbestandteile

  • Portlandzementklinker (K)
    Portlandzementklinker wird durch Sinterung einer genau festgelegten Rohstoffmischung (Kalkstein, Mergel, Ton) bei ca. 1450° C hergestellt.
     
  • Hüttensand (S)
    Hüttensand entsteht durch schnelles Abkühlen einer Schlackenschmelze geeigneter Zusammensetzung, die im Hochofen beim Schmelzen von Eisenerz gebildet wird. Hüttensand weist bei geeigneter Anregung hydraulische Eigenschaften auf (auch latent hydraulisch genannt).
     
  • Silicastaub (D)
    Silicastaub entsteht bei der Reduktion von hochreinem Quarz mit Kohle in Lichtbogenöfen bei der Herstellung von Silicium- und Ferrosiliciumlegierungen und besteht aus sehr feinen kugeligen Partikeln mit einem Gehalt an amorphem Siliciumoxid von mindestens 85%. Silicastaub weist puzzolanische Eigenschaften auf.
     
  • Puzzolane
    Puzzolane sind natürliche Stoffe mit kieslesäurehaltiger oder alumosilicatischer Zusammensetzung oder eine Kombination davon.
     
  • Natürliches Puzzolan (P)
    Natürliche Puzzolane sind im allgemeinen Stoffe vulkanischer Ursprungs oder Sedimentgestein mit geeigneter chemisch-mineralogischer Zusammensetzung.
     
  • Natürliches getempertes Puzzolan (Q)
    Natürlich getemperte Puzzolane sind thermisch aktivierte Stoffe vulkanischen Ursprungs, Tone, Schiefer oder Sedimentgesteine.
     
  • Flugasche
    Flugasche wird durch die elektrostatische oder mechanische Abscheidung von staubartigen Partikeln aus Rauchgasen von Feuerungen erhalten, die mit feingemahlener Kohle befeuert werden.
     
  • Kalkreiche Flugasche (W)
    Kalkreiche Flugasche ist ein feinkörniger Staub mit hydraulischen Eigenschaften und/oder puzzolanischen Eigenschaften.
     
  • Gebrannter Schiefer (T)
    Gebrannter Schiefer, insbesondere gebrannter Ölschiefer, wird in einem speziellen Ofen bei Temperaturen von 800° C hergestellt, der in feingemahlenem Zustand ausgeprägte hydraulische sowie puzzolanische Eigenschaften aufweist.
     
  • Kalkstein (L und LL)
    Der Kalkstein, der inerte Eigenschaften aufweist, wird je nach Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (TOC) in zwei Kategorien eingeteilt:
    normaler Kalkstein (L):
    TOC ≤ 0.50 M.-%
    hochwertiger Kalkstein (LL):
    TOC ≤ 0.20 M.-%
     

Nebenbestandteile

Nebenbestandteile sind besonders ausgewählte anorganische mineralische Stoffe, die während der Klinkerherstellung entstehen. Auch Hauptbestandteile in geringen Mengen (0-5 M.-%) können als Nebenbestandteile enthalten sein, es sei denn, die sind bereits Hauptbestandteil des Zements.

Calciumsulfat

Calciumsulfat wird dem Zement bei seiner Herstellung zur Regelung des Erstarrungsverhaltens zugegeben. Calciumsulfat kann in Form von Gips, Halbhydrat oder Anhydrit oder als Mischung davon eingesetzt werden.

 

Hydration des Zements

Das ist eine chemische Reaktion des Zements, wenn er mit Wasser angemacht wird, dabei entsteht erhebliche Wärme (=Hydrationswärme)

Anmachwasser

Das Anmachwasser ist die gesamte im Frischbeton enthaltene Wassermenge. Sie setzt sich zusammen aus:

  • Zugabewasser
  • der Oberflächenfeuchte der Gesteinskörnung
  • gegebenenfalls dem Wasseranteil der Zusatzmittel und Zusatzstoffen

Anforderungen an das Zugabewasser:
Es darf keine Stoffe enthalten die...

  • das Erhärten des Betons verzögern oder verhindern (z.B. Zucker, Humussäuren)
  • unkontrolliert Luftporen einführen und dadurch die Festigkeit des Betons mindern
    (z.B. Algen, Öle und Fette, verschiedene anorganische Salze)
  • zur Korrosion der Bewehrung führen

Gesteinskörnung

Eine qualitativ gute Gesteinskörnung hat gegenüber dem umgebenden, kittenden Zementstein verschiedene Vorteile:

  • höhere Festigkeit
  • bessere Dauerhaftigkeit
  • keine Volumenveränderung infolge Feuchtigkeit

- > Reduktion des Schwindmasses im Beton

  • Aufnahme von Hydrationswärme und damit dämpfende Wirkung auf den Abbindeprozess

Die wichtigsten Eigenschaften der Gesteinskörnung sind:

  • Kornzusammensetzung
  • Gesteinsqualität, Kornform und Oberflächenbeschaffenheit
  • Sauberkeit
  • Rohdichte, Schüttdichte (Raumgewicht) und Feuchtigkeitsgehalt

Begriffe:

feine Gesteinskörnung
ø*   ≤  4mm
grobe Gesteinskörnung
ø*   >  4mm
Feinanteil
ø*   ≤  0.063mm
Mehlkornanteil
ø*   ≤  0.125mm



ø* = Sieblochweite des oberen Begrenzungssiebes der Korngruppe in mm

Ausfallkörnung:         In einer Kornzusammensetzung fehlen einzelne Korngruppen ganz oder teilweise.
Der Einsatz von Ausfallkörnungen kann erforderlich sein für Pumpbeton, zur Verbesserung der Verdichtbarkeit, zur Optimierung des Kieshaushalts usw.

Ausfallkörnung in einer Siebkurve:

--- >  [Bild]

 

Die Korngruppe 0 - 4mm ist wegen ihres hohen Oberflächenanteils an der Gesteinskörnung die Schlüsselkomponente für die Qualität eines Korngemisches.

Ein optimaler Mehlkorngehalt...

  • erhöht die Schmierfilmmenge ohne nennenswerte Erhöhung des Anmachwassers
  • gewährt eine verbesserte Verarbeitbarkeit des Betons
  • verbessert das Wasserrückhaltevermögen und verhindert das "Bluten" des Betons während und nach der Verarbeitung
  • verhindert eine Entmischung beim Einbringen und erleichtert das Verdichten des Betons
  • erhöht die Gefügedichte und damit die Wasserdichtigkeit
  • verbessert die Wirksamkeit von Zusatzmitteln. Dabei muss beachtet werden, dass es sich bei den Feinanteilen nicht um quellfähige Tonmineralien handeln darf.
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