Umgang mit Zement / 1 Zusammensetzung und Herstellung

Schon die Römer kannten Zement. Allerdings verwendeten Sie die Begriffe cementum, cimentum, cäment und cement für Zusatzstoffe, die gebranntem Kalk zugesetzt wurden, um ein Bindemittel herzustellen. Erst im 18. Jahrhundert änderte sich die Bedeutung von Zusatzstoff hin zum eigentlichen Bindemittel. Die erste Erwähnung des Namens Portlandzement in einem Patent erfolgte 1824. Die bahnbrechende Entwicklung war der oxidative Brand der Rohstoffe ab 1850. Der durch die Verwendung oxidativ gebrannter Zemente hergestellte Mörtel und Beton weist eine deutlich höhere Härte auf. Das führte dazu, dass dieser Zement die ursprünglichen Zemente rasch vom Markt verdrängte. Die Bezeichnung Portlandzement begründet sich auf die farbliche Analogie zum Portland-Stein, einem speziellen Kalkstein.

Zement wird heute in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt. Die Rohstoffe (im wesentlichen Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz) werden zusammen vermahlen und getrocknet. Die Mischung wird in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von ca. 1.500 °C zum sog. Zementklinker gebrannt, der dann rasch auf eine Temperatur von unter 200 °C heruntergekühlt wird. Das Sintermaterial wird anschließend zusammen mit Zuschlägen wie Calciumsulfat zu Zement vermahlen. Der oxidative Brand führt aber auch dazu, dass Zement stark in die CO2-Diskussion geraten ist. Aufgrund der hohen Temperaturen wird beim Brennen eine erhebliche Menge CO2 durch das Verbrennen primärer und sekundärer Brennstoffe freigesetzt. Zudem werden die eingesetzten Carbonate zu Oxiden umgesetzt, was eine zusätzliche Freisetzung von CO2 bedeutet.

Durch die Zumahlung von unterschiedlichen Zusatzstoffen, wie Hüttensand, Trass, Flugasche und Kalkstein, können Zemente mit verschiedenen chemischen und physikalischen Eigenschaften hergestellt werden.

Zement wird durch die europäische Norm für Normalzement EN 197-1 geregelt. Diese hat die deutsche Norm DIN 1164 ersetzt. Dabei werden die Zemente in fünf Hauptzementarten unterteilt:

• CEM I: Portlandzemente,
• CEM II: Portlandkompositzemente,
• CEM III: Hochofenzemente,
• CEM IV: Puzzolanzemente,
• CEM V: Kompositzemente.

Portlandzement enthält als Hauptbestandteil Portlandzementklinker. Der Anteil von Nebenbestandteilen darf höchstens 5 % betragen. Bei Portlandzement wird im allgemeinen Calciumsulfat zugemahlen. Durch diesen Sulfat-Zusatz wird die Erstarrungszeit des Zementes geregelt.

Portlandkompositzemente bestehen aus mehreren Hauptbestandteilen, wobei der Anteil des Portlandzementklinkers zwischen 94 und 65 % beträgt. Die Bezeichnung des Zementes gibt Aufschluss über die enthaltene Klinkermenge (A enthält mehr Klinker als B) und die Art der weiteren Hauptbestandteile: S steht für Hüttensand, P für natürliches Puzzolan (meist Trass), V für kieselsäurereiche Flugasche, T für gebrannten Schiefer und L für Kalkstein. Das Angebot von Portlandzement ist in den letzten Jahren deutlich zurückgegangen. Hintergrund ist u. a., dass bei der Produktion von Portlandkompositzementen weniger CO2 freigesetzt wird.

Beim Zusatz von Wasser reagiert der Zementklinker mit dem Wasser. Dabei entsteht eine stark alkalische Lösung, die einen pH-Wert von mehr als 13 aufweist. Dieser hohe pH-Wert ist für den Beton notwendig, da sich aus ihm die Passivierung der beim Hochbau eingesetzten Bewehrungsstähle ergibt. Ein Sinken des pH-Wertes des ausgehärteten Betons, verursacht z. B. durch die Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft, hat eine Aufhebung der Passivierung und ein daraus resultierendes Rosten der Bewehrungsstähle zur Folge.