Informationen zu Zement

Zement und seine Eigenschaften

Zement (v. lat.: caementum = Bruchstein, Baustein) ist ein hydraulisches Bindemittel für die Baustoffe Mörtel und Beton, d. h. ein anorganischer, nicht metallischer, fein gemahlener Stoff, der nach dem Anmachen mit Wasser infolge chemischer Reaktionen mit dem Anmachwasser selbständig erstarrt und erhärtet und nach dem Erhärten auch unter Wasser fest und raumbeständig bleibt.

Wichtigstes Anwendungsgebiet ist daher die Herstellung von Mörtel und Beton, d. h. das Verbinden natürlicher oder künstlicher Zuschläge zu einem festen Baustoff, der üblichen Umwelteinwirkungen gegenüber dauerhaft ist. Zement ist ein meist graues Pulver, welches in großindustriellen Prozessen aus den Rohmaterialien Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz hergestellt wird.

Aufgrund seiner hohen Festigkeit und der Dauerhaftigkeit von Beton ist Zement weltweit eines der wichtigsten Bindemittel. Zement ist, im Gegensatz zu Kalkmörtel, ein hydraulisches Bindemittel. Als hydraulisch werden Stoffe angesehen, die sowohl an der Luft als auch unter Wasser erhörten und auch beständig sind. Diese Eigenschaften erfüllt Zement.

Er erhärtet nicht wie Kalk unter Aufnahme von Kohlenstoffdioxid aus der Luft, sondern reagiert mit Wasser unter Bildung unlöslicher, stabiler Verbindungen. Diese Verbindungen, die Calciumsilikathydrate, bilden feine nadelfürmige Kristalle aus, welche sich untereinander verzahnen und so zur hohen Festigkeit eines Zementes führen. Diese Eigenschaften machen Zement zu einem Bindemittel, das den hohen Anforderungen im Baubereich entspricht.

Herstellung des Portlandzements

Zement wird heute in modernen Zementwerken in einem kontinuierlichen Prozess aus überwiegend natürlichen Rohstoffen nach dem im folgenden beschriebenen Trockenverfahren hergestellt. Dabei erreichen die Anlagen eine Leistung von 3.000 bis 10.000 Tonnen Klinker pro Tag. Vorgänger des Trockenverfahrens waren Nass- und Halbnassverfahren, bei denen die Rohstoffe im nassen Zustand vermahlen und gemischt wurden. Wegen des hohen Energieaufwands beim anschließenden Trocknen sind diese Verfahren heute jedoch in der Regel nicht mehr konkurrenzfähig.

Die Rohstoffe (in der Regel Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz) werden in Steinbrüchen abgebaut, in Brechern vorzerkleinert und in das Zementwerk befördert. In einer Rohmühle werden alle Rohmaterialien zusammen vermahlen und gleichzeitig getrocknet. Das dabei entstehende Rohmehl wird dann in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von ca. 1450 C zu sogenanntem Zementklinker gebrannt, welcher dann in einem Kühler auf eine Temperatur von unter 200 C heruntergekühlt wird. Die entstehenden graubraunen Granalien werden anschließend in einer Kugelmühle zusammen mit Gips oder Anhydrit zum fertigen Produkt, dem Zement, vermahlen. Diese Zementsorte nannte der Engländer Joseph Aspdin in seinem Patent von 1824 Portland-Cement. Die Bezeichnung lehnte sich an den Portlandstein an, einen Kalkstein, der auf der Halbinsel (Portland) an der englischen Kanalküste als Werkstein abgebaut wurde und den aus Portlandzement gefertigten Kunstprodukten farblich ähnlich war.

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

Die Qualität und Zusammensetzung eines Zementes wird heute ständig im Labor überwacht. Dazu werden in regelmäißgen Abständen automatisch Proben aus der laufenden Produktion entnommen und mit modernen Analysenmethoden hinsichtlich ihrer Eigenschaften untersucht. Dadurch wird gewährleistet, dass auch bei schwankenden Rohstoffeigenschaften ein durchgängig konstantes Produkt hergestellt werden kann.

Der Zement und seine Geschichte

Die Bezeichnung Zement geht auf die Römer zurück, die ein betonartiges Mauerwerk aus Bruchsteinen mit gebranntem Kalk als Bindemittel "opus caementitium" nannten.

Später wurden mit cementum, cimentum, cäment und cement die Zusatzstoffe, vulkanische Asche und Ziegelmehl, bezeichnet, die man dem gebrannten Kalk zusetzte, um ein hydraulisches Bindemittel zu erhalten.

1835 wurde er von dem Ulmer Apotheker Dr. Ernst Gustav Leube wiederentdeckt. Die Bedeutung des Tongehalts für die hydraulischen Eigenschaften des Zements wurde von dem Engländer John Smeaton (1724-1792) entdeckt, die Bedeutung des Sinterns hat anscheinend als erster Isaac Charles Johnson (1811-1911) im Jahr 1844 erkannt.

Der erste deutsche Portlandzement nach englischem Vorbild wurde 1850 in Buxtehude hergestellt. Die Grundlage für die Herstellung des Portlandzements in Deutschland hat Hermann Bleibtreu (1824-1881) geschaffen, der auch zwei Zementwerke in Züllchow bei Stettin (1855) und in Oberkassel bei Bonn errichtete. Entscheidenden Einfluss auf die weitere Entwicklung hatte Wilhelm Michaelis (1840-1911). In seinem 1868 erschienenen Buch mit dem Titel "Die hydraulischen Mörtel" machte er als erster genaue Angaben über die günstigste Zusammensetzung des Rohstoffgemischs.