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.

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.

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.

Herstellung von Portlandzement

Abkürzungen
 

Bezeichnungen
 

Hauptbestandteile

Portlandzementklinker (K)
Portlandzementklinker wird durch Sinterung einer genau festgelegten Rohstoffmischung (Kalkstein, Mergel, Ton) bei ca. 1450° C hergestellt.

Puzzolane
Puzzolane sind natürliche Stoffe mit kieslesäurehaltiger oder alumosilicatischer Zusammensetzung oder eine Kombination davon.

Flugasche
Flugasche wird durch die elektrostatische oder mechanische Abscheidung von staubartigen Partikeln aus Rauchgasen von Feuerungen erhalten, die mit feingemahlener Kohle befeuert werden.

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.-%

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).

Natürliches Puzzolan (P)
Natürliche Puzzolane sind im allgemeinen Stoffe vulkanischer Ursprungs oder Sedimentgestein mit geeigneter chemisch-mineralogischer Zusammensetzung.

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.

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.

Natürliches getempertes Puzzolan (Q)
Natürlich getemperte Puzzolane sind thermisch aktivierte Stoffe vulkanischen Ursprungs, Tone, Schiefer oder Sedimentgesteine.

Kalkreiche Flugasche (W)
Kalkreiche Flugasche ist ein feinkörniger Staub mit hydraulischen Eigenschaften und/oder puzzolanischen Eigenschaften.

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:

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:

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.