Zement – das Bindemittel für Beton und Mörtel

Bereits die alten Römer verwendeten beim Bau des Pantheon in Rom eine Art von Zement. Das war vor rund 2.000 Jahren und noch immer kann das beeindruckende Gebäude in der italienischen Hauptstadt bewundert werden. Was mit gebranntem Kalk angefangen hat, wurde im Verlauf der Jahrhunderte immer weiter verbessert und so gibt es heute ganz viele verschiedene Zementarten. Welche das sind, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Das erwartet Sie in diesem Beitrag

• Herstellung von Zement
• Wo kommt Zement eigentlich her?
• So wirkt Zement
• Hauptzementarten und ihre Einsatzgebiete
  • 1. Portlandzement
  • 2. Portlandkompositzemente
  • 3. Hochofenzemente
  • 4. Puzzolanzemente
  • 5. Kompositzemente
• Zementsäcke und ihre Farben
  • Welchen Zement verwenden?

Anfangs war Zement nur ein Zuschlagsstoff, erst später wurde entdeckt, dass er wunderbar als Bindemittel taugt. Zement sorgt dafür, dass eine Mischung aus Wasser, Kies und Sand nicht nur ein Shake aus verschiedenen Stoffen ist, sondern sich in Beton, Mörtel oder Estrich verwandelt. Der Zement setzt eine chemische Reaktion in Gang, an deren Ende ein überaus druckfester Baustoff steht.  Die zauberhafte Verwandlung von Zementleim in Zementstein.

Herstellung von Zement

Grundzutaten von Zement sind Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz. Diese Grundbestandteile werden im Zementwerk gemahlen und bei rund 1450 Grad Celsius gebrannt. Dieser sogenannte Portlandzementklinker wird dann zusammen mit Gips oder Anhydrit nochmals gemahlen, das Ergebnis ist Portlandzement. Durch Zugabe weiterer Zutaten wie Hüttensand, Kalkstein oder Flugasche entstehen weitere Zementarten wie zum Beispiel Portlandkomposit- oder Hochofenzement.

Die Herstellung von Zement ist in den vergangenen Jahren zunehmend in Kritik geraten, da es energieintensiv ist und bei der Herstellung jede Menge Kohlendioxid freigesetzt wird. Mit neuen Herstellungsmethoden und neue Zementarten versucht die Zementindustrie dieses Problem in den Griff zu bekommen. Möglich ist zudem, das Kohlenstoffdioxis einzufangen und zum Beispiel unterirdisch zu lagern. In Norddeutschland entstehen gerade Pipelines für den Transport des Treibhausgases. So kann unter anderem auch zu Firmen transportiert werden, die Kohlenstoff für die Produktion benötigen.

Wo kommt Zement eigentlich her?

Die DIN 197-1 unterscheidet fünf Hauptarten von Zement. Neben dem bereits erwähnten Portlandzement, der als Urvater aller Zemente gilt, schließlich wird er bereits seit 1843 in England hergestellt, sind noch Portlandhüttenzement, Hochofenzement, Puzzolanzement und Kompositzement zu nennen.

Neben den Hauptarten gibt es noch zahlreiche Varianten für besondere Zwecke.  So sind z.B. welche mit niedrigerer Hydratationswärme oder mit hohem Sulfatwiderstand erhältlich. Die einen erhärten extra schnell, die anderen werden besonders hart und wieder andere kommen mit Kälte oder Wärme sehr gut klar.

So wirkt Zement

Beim Erhärten von Beton, also bei der Reaktion von Zement mit Wasser, wird sogenannte Hydratationswärme frei. Sie beginnt an der Oberfläche der Zementkörner und dringt zum Kern vor. So steift das Wasser-Zement-Gemisch zunächst an und wird schließlich fest. Damit der Erhärtungsvorgang vollständig abgeschlossen werden kann, braucht es genügend Wasser. Die Menge ist unterschiedlich, sie liegt durchschnittlich jedoch bei etwa 40 Prozent des Zementgewichts.

Die Wärmeentwicklung kann zu Problemen führen. Im Winter eher weniger, dafür umso mehr bei wärmeren Temperaturen oder massigen Bauteilen. Es bilden sich Spannungen, die schließlich zu Rissen führen können. In diesem Fall werden Zementarten mit einer geringen Wärmeentwicklung verwendet. Wie zum Beispiel Hochofenzemente.

Hauptzementarten und ihre Einsatzgebiete

1. Portlandzement

Die Kurzbezeichnung für Portlandzement lautet nach DIN EN 197-1 CEM I und der Hauptbestandteil ist Portlandzementklinker. Zusätzlich darf diese Zementart höchstens fünf Prozent Nebenbestandteile enthalten. Zu nennen sind hier zum Beispiel anorganische mineralische Stoffe, die zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften und des Wasserrückhaltevermögens dienen.

Einsatzgebiete

Portlandzemente kommen in allen Bereichen zum Einsatz, aus ihnen werden Brücken, Betonelement, Straßendecken und vieles mehr hergestellt. Auch für Putzmörtel, Mauermörtel oder Zementestrich werden sie verwendet.

2. Portlandkompositzemente

Unter den Kurzbezeichnungen CEM II/A und CEM II/B sind die Portlandkompositzemente im Handel erhältlich. Neben Portlandzementklinker enthalten sie noch zwischen 6 und 35 Prozent andere Hauptbestandteile wie Hüttensand (S), kieselsäurereiche Flugasche (V), natürliches Puzzolan (P), Kalkstein (L,LL) oder gebrannter Ölschiefer (T). Als weitere Bestandteile kommen Silicastaub (D), kalkreiche Flugasche (W) oder natürlich getemperte Puzzolane (Q) zum Einsatz.

Einsatzgebiete

Diese Zementart hat vielfältige Anwendungsgebiete und wird zum Beispiel für die Herstellung von Putzen, Mörteln oder Estrichen verwendet.

3. Hochofenzemente

Hochofenzemente sind unter den Bezeichnungen CEM III/A bis C erhältlich. Dabei handelt es sich um Zemente mit einem bestimmten Anteil an feinstgemahlener Hochofenschlacke, wobei die Anteile durchaus variieren. Hochofenzemente punkten durch eine ganz spezielle Festigkeitsentwicklung, bei der die Wärmeentwicklung besonders niedrig ist.

Einsatzgebiete

Aufgrund der niedrigen Wärmeentwicklung werden insbesondere massive Betonbauteile gerne mit Hochofenzementen hergestellt. Zudem haben diese Zemente eine sehr helle Oberfläche, weshalb sie gerne bei hellgrauen oder eingefärbten Sichtbetonflächen eingesetzt werden.

4. Puzzolanzemente

Ebenfalls zu den Hauptzementen bzw. Normalzementen zählen die Puzzolanzemente, die in der Norm mit CEM IV/A und B abgekürzt werden. Diese Zemente bestehen aus Portlandzementklinker und Trass sowie Sulfatträger, der die Erstarrung regelt. Der Zement besitzt ein hohes Wasserrückhaltevermögen, der Mörtel ist besonders geschmeidig und dicht, so dass er sich gut verarbeiten lässt.

Einsatzgebiete

Der auch als Trasszement bezeichnete Puzzolandzement eignet sich besonders für die Herstellung von Fugen-, Mauer- und Putzmörtel. Vom Deutschen Naturwerkstein-Verband wird er zudem zum Verlegen und Verfugen von Naturwerksteinen empfohlen. Zudem kommt er im konstruktiven Ingenieurbau zum Einsatz – allerdings nicht für Spannbeton.

5. Kompositzemente

Die fünfte Gruppe an Hauptzementen sind die Kompositzemente, die nach DIN EN 197-1 als CEM V/A oder CEM V/B im Handel verkauft werden. Diese Zementart hat als Hauptbestandteile Portlandzementklinker und Hüttensand, sowie Puzzolane und/oder kieselsäurearme Flugasche.

Zementsäcke und ihre Farben

Wer Zement selbst im Baumarkt oder Baustoffhandel kauft, muss sich mit unterschiedlichen Festigkeiten und Erhärtungsgeschwindigkeiten beschäftigen. Um die Verwechslungsgefahr – insbesondere auf der Baustelle – zu mindern, sind die Zementsäcke farblich unterschiedlich gekennzeichnet. Das gilt für den Sack an sich und auch für die Aufschrift.

Erläuterungen:

Die Europäische Norm kennt drei verschiedene Festigkeitsklassen mit Normfestigkeiten von 32,5, 42,5 und 52,5 N/mm² nach 28 Tagen Erhärtung.

L, N und R stehen für langsamhärtend (L), normalhärtend (N) und schnellhärtend (R).

Welchen Zement verwenden?

Zement mit der Bezeichnung CEM 32,5 ist der normale Bauzement und vielseitig verwendbar. Wenn der Beton in den ersten Tagen schneller erhärten soll, sind die Klassen CEM 42,5 und CEM 52,5 erste Wahl. Sie sind bei kühlem Wetter zu empfehlen oder wenn die Ausschalung möglichst rasch erfolgen soll. Sonst gibt es keine Vorteile gegenüber einem Zement der Klasse CEM 32,5. Bei warmen Temperaturen sind Zemente der Klasse CEM 52,5 nicht zu empfehlen, da er sich schnell erwärmt. Das führt zu Rissen im Beton.

Wer mehr über die Herstellung von Zement lernen möchte, dem sei dieses Merkblatt vom Verein Deutscher Zementwerke empfohlen.