Was ist Zement eigentlich und was passiert chemisch/physikalisch wenn es zum Beton wird?
Hi
so weit ich aus Baustoffkunde noch weiss…
Zement ist das Bindemittel, das erst mit den Zuschlagstoffe ( Kies, Sand etc) und Wasser zu Beton wird.
Durch Hydratation,…etc…
So also Wasser und Zement ergibt Zementleim und das haftet an den Zuschlagkörnern und verbindet diese dann…und wenn das dann erhärtet, sozusagen das Wasser „aufegbracuht“ ist, wirds Beton…
Naja wie gesgat Baustoffkunde is lang her…
`s Teufli
Was ist Zement eigentlich und was passiert
chemisch/physikalisch wenn es zum Beton wird?
Hallo
Ausgangsstoffe sind kalkige oder tonige Gesteine (tonige Kalksteine, Kalkmergel)
Herstellung: Das Rohgestein wird zu einem Feinmehl oder Feinschlamm vermahlen. Die Rohmischung wird im Schachtofen oder Drehrohrofen bis zur Sinterung (1350-1500°) zu Zementklinker gebrannt.
Der enthaltene Kalk wird vollständig an Kieselsäure, Tonerde und Eisenoxid gebunden.
Kurze Anmerkung: Besuch mal einen Kalksteinbruch bei einem Wolkenbruch (z.B.: Steyrling,OĂ–) - ein unvergessliches Erlebnis.
Der Zementklinker wird in MĂĽhlen mit Zugabe von Gipsw fein vermahlen und abgefĂĽllt.
Die Zementarten werden nach den jeweiligen hauptsächlichen Rohstoff bezeichnet
z.B.: Portlandzement / Eisenportlandzement / Hochofenzement / Traßzement / Sulfathüttenzement …
Portlandzement
Kieselsäure 19-24%
Tonerde + Titanoxyd 4-9%
Eisenoxyd 1,7 - 6%
Kalk 60 - 67%
Magnesia 0,7 - 3%
Sulfat 1-3%
Beton: besteht aus Zement, Zuschlagstoffen, Wasser und gelegentlich Zusätzen
warum Beton hart wird?
das ist eine andere Geschichte - und sollte von einem Chemiker leicht beantwortet werden können.
schöne Grüße
Was ist Zement eigentlich und was passiert
chemisch/physikalisch wenn es zum Beton wird?
Ich hab mal gelesen, dass sich beim Verfestigen mikroskopisch kleine „Nadeln“ ausbilden. Inwieweit das stimmt, weiß ich allerdings leider nicht mehr.
Was ist Zement eigentlich und was passiert
chemisch/physikalisch wenn es zum Beton wird?
Zement besteht im Wesentlichen aus Tricalciumsilikat, welches mit Wasser zu Monocalciumsilikatmonohydrat und Calciumhydroxid reagiert:
3CaO·SiO2 + 3 H2O --> CaO·SiO2·H2O + 2 Ca(OH)2
Das Calciumhydroxid reagiert dann mit Kohlendioxid zu Kalk:
Ca(OH)2 + CO2 --> CaCO3 + H2O
Während der erste Vorgang relativ schnell ist (einige Stunden), dauert das endgültige Abbinden deutlich länger (einige Tage bis Wochen) und sorgt durch die Wasserabgabe dafür, daß es in frischen Betonbauten ziemlich feucht ist.
Hallo,
Das Calciumhydroxid reagiert dann mit Kohlendioxid zu Kalk:
Ca(OH)2 + CO2 --> CaCO3 +
H2O
Wenn wir also genug Beton verwenden ist das CO2-Problem gelöst?
Cu Rene
Nee nix!
Es wird ja bei Kalk und Zementherstellung CO2 freigesetzt .
AuĂźerdem habe ich noch nirgendwo was gefunden , wieviel CO2 in der Luft durch selbiges Problem in der Luft mehr ist .
MfG
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Hallo MrStupid,
zuerst einmal muß ich loswerden, daß ich beeindruckt bin von Deinem theoretischem Wissen. Dann melde ich meine Zweifel an, bezüglich Deiner letzten Erklärung:
Das Calciumhydroxid reagiert dann mit Kohlendioxid zu Kalk:
Ca(OH)2 + CO2 --> CaCO3 +
H2OWährend der erste Vorgang relativ schnell ist (einige
Stunden), dauert das endgültige Abbinden deutlich länger
(einige Tage bis Wochen) und sorgt durch die Wasserabgabe
dafĂĽr, daĂź es in frischen Betonbauten ziemlich feucht ist.
Ich habe gute Kenntnisse ĂĽber die Zementherstellung und weiĂź auch einiges ĂĽber die Verarbeitung. Allerdings kann ich die von Dir genannten Formeln nicht beurteilen. Woran ich zweifle, ist die ZurĂĽckverwandlung des Kalkanteiles des Zementes in Kalk.
Der Hauptanteil des Rohmehles (Ausgangsprodukt des Zementklinkers) ist Kalk. Beim Brennen stellt sich bei 830 °C eine Ausgasphase ein, bei der dem Kalk das CO2 entzogen wird. Das Rohmehl verliert ein gutes Drittel seines Gewichtes. Für Dich ist es ein leichtes, aus der Formel den Gewichtverlust nachzurechnen, ich müßte viel Vergessenes nachlesen.
Im Beton befinden sich etwa 15 % Zement. Wenn das Calciumhydroxid jetzt wieder genug CO2 aufnehmen wĂĽrde um zu Kalk zu werden, dann mĂĽĂźte der Beton doch merklich schwerer werden. Wie schaut das mit dem Volumen aus? WĂĽrden da nicht Spannungen auftreten?
Soweit ich weiß, macht man sich Sorgen wegen eines zu hohen Wasser/Zementwertes (ideal 0,39). Nicht zur Bindung benötigtes Wasser sucht sich seinen Weg nach außen, das Volumen schrumpft und es entstehen (tolerierbare) Haarrisse. Von Volumenszunahme habe ich noch nichts gehört.
Weil ich schon so viel schreibe, kommt’s auf ein paar Zeilen mehr auch nicht an. Dieser Thread hat auch einige Umweltfreunde angesprochen. Die Zementherstellung ist ein extrem CO2 freisetzendes Verfahren (Trotzdem ist Zement nützlich und ich schreibe dies nicht, um „Umweltschützer“ zu mobilisieren). Man stelle sich vor, wieviele mit Diesel betriebene Geräte nötig sind, um das Rohmaterial zu erschließen und zum Werk zu schaffen.
Das Zerkleinern ist ebenfalls energieaufwendig, auch das Brennen, wobei auch aus dem Kalk - siehe oben - CO2 entweicht. Dann muß der Klinker auch noch gemahlen werden und die Ein-Aus-lagerung sowie der Transport benötigt weitere Energie.
Nun, die allererste Klimakonferenz in Rio (damals war CO2 fĂĽr Herrn Trittin nur die Blasen in der Limonade) wurde von Herrn Schmidtheini organisiert und ich glaube, er fĂĽhrte auch den Vorsitz. Es war zum Zwecke des Umweltschutzes. Die Zementherstellung wurde damals bewuĂźt aus den Diskussionen ausgeschlossen. Es handelte sich ja nur um Umweltschutz.
Ich kann natĂĽrlich nicht die BeweggrĂĽnde und Gedanken anderer Menschen interpretieren, aber ich kann eine Meinung haben.
Vielleicht weiß nicht jeder der heute so engagierten Umweltschützer, daß Herr Schmidtheini zufällig Hauptaktionär des weltgrößten Zementimperiums (Holderbank) war (möglicherweise noch ist). Bei mir hat es damals geklingelt!
GrĂĽĂźe Rudolf
Was ist Zement eigentlich und was passiert
chemisch/physikalisch wenn es zum Beton wird?
Hi Joachim,
mit dieser Frage wärst Du im Brett „Biologie und Chemie“ besser aufgehoben 
Was solls, Chemiker schauen auch schon mal bei den Physikern vorbei (wir sind ja gar nicht so).
Also Zement, das ist ein weites Feld. Wenn Du Dir die MĂĽhe machst und die fogenden Artikel durchliest, bleiben wohl kaum noch Fragen ĂĽbrig
Leider sind die Abbildungen und Tabellen nicht in diesen Editor zu kriegen. Wenns Dich interessiert, kann ich sie Dir per emil schicken.
Gandalf
Zement
(von latein.: caementum = Bruchstein, Mörtel). Bez. für feingemahlene hydraul. Bindemittel, d. h. solche mineral. Stoffe, die unter Wasseraufnahme an Luft u. selbst unter Wasser steinartig erhärten u. nach dem Aushärten wasserbeständig sind. Chem. besteht Z. überwiegend aus Calciumsilicaten, -aluminaten u. -ferriten, d. h. aus CaO mit SiO2, Al2O3 u. Fe2O3 in unterschiedlichen Mengenverhältnissen, die beim „Brennen“ der Rohstoffe (Kalkstein, Ton, Kalkmergel, Tonmergel u. a.) bei Temp. bis zu ca. 1500 °C im Klinker entstehen. Diese „Klinkerphasen“ werden mit Kurzz. charakterisiert, in denen C für CaO, S für SiO2, A für Al2O3 u. F für Fe2O3 steht. Die Tab. gibt eine Übersicht über die wichtigsten Klinkerphasen. gibts wie gesagt leider nicht
Die jeweiligen Mengenverhältnisse der Rohstoffe werden mit folgenden Kennzahlen (Moduln) beschrieben:
– Kalkstandard = CaO zu SiO2 + Al2O3 + Fe2O3;
– Silicatmodul = SiO2 zu Al2O3 + Fe2O3;
– Tonerdemodul = Al2O3 zu Fe2O3.
Unter dem „hydraul. Modul“ versteht man das Verhältnis von bas. zu sauren Oxiden.
Bei Zusatz von Wasser zum feingemahlenen Z. („Anmachen“) erfolgt das Erstarren u. Erhärten des Zementleims bzw. der Zementpaste durch exotherme Hydratation der Z.-Inhaltsstoffe, wobei ca. 25% Wasser (bezogen auf das Z.-Gew.) chem. u. weitere ca. 10–15% adsorptiv gebunden werden u. der Zementstein entsteht.
Herst.: Diese läßt sich in 3 Hauptschritte untergliedern:
- Gewinnung, Brechen, Mahlen, Homogenisieren u. Mischen der Rohstoffe;
- Brennen der Rohstoffe zum Klinker, heute fast ausschließlich in Drehrohröfen mit Rost- od. Zyklon-Vorwärmung, früher auch in Schachtöfen;
- Vermahlen der Klinker zusammen mit CaSO4 (zur Regulierung der Erstarrungsgeschw.) u. ggf. mit weiteren latent hydraul. Stoffen wie granulierter Hochofenschlacke (HĂĽttensand), Puzzolanen (Puzzolanerde) wie TraĂź od. gebranntem Ă–lschiefer.
Ausführliche Darst. der Herstelltechnologien finden sich in Lit. , übersichtliche Zusammenfassungen (auch zu den chem. Vorgängen beim Brennen u. Erstarren/Erhärten) in Lit. , s. a. Portlandzement.
Die wesentlichen Eigenschaften von Z. wie zeitlicher Ablauf von Erstarrung u. Erhärtung, Festigkeitseigenschaften u. chem. Widerstandsfähigkeit sind abhängig von Zusammensetzung der Rohstoffe, Mengenanteil der zugemahlenen Bestandteile u. von der Mahlfeinheit. In der Neufassung der DIN 1164-1: 1994-10 wurden unter Einbeziehung europ. Normen bisher gültige Bez. u. Kurzz. geändert. Die Z.-Arten sind jetzt in 3 Hauptarten unterteilt: CEM I (Portlandzement), CEM II (Portlandkomposit-Z.) u. CEM III (Hochofenzement). In der Tab. sind neue u. alte Bez. u. Kurzz. der genormten Z.-Arten einander gegenübergestellt: wie gehabt
Diese sind nach Zusammensetzung u. Anforderungen an physikal. u. chem. Eigenschaften spezifiziert. FĂĽr die PrĂĽfverf. gelten weitere auch europ. Normen, vgl. Lit. .
Von den Norm-Z.-Arten sind Portlandzement, Eisenportlandzement (neue Bez. Portlandhüttenzement), Traß-Zement (neue Bez. Portlandpuzzolanzement) sowie Hochofenzement in eigenen Stichwörtern beschrieben.
Weitere bauaufsichtlich zugelassene, jedoch in Deutschland nicht genormte Z.-Sorten, z. T. nur noch von histor. Interesse sind z. B.
– Traßhochofen-Z. (TrHOZ) aus 25–50% PZ-Klinker, 15–25% Traß u. 35–50% Hüttensand, entwickelt nur geringe Hydratationswärme, Verw. für massige Bauteile u. im Wasserbau;
– Phonolith-Z. (PUZ) aus 65–80% PZ-Klinker u. 20–35% bei ca. 400 °C getempertem Phonolith (z. B. aus Bötzingen/Kaiserstuhl), Verw. wie Traß-Z., nicht zugelassen für Spannbeton;
– Vulkan-Z. (VKZ) aus 67–83% PZ-Klinker u. 17–33% Lava-Mehl (z. B. aus Niederlützen bei Andernach/Rhein), Verw. wie PUZ;
– Sulfathütten-Z. (SHZ) aus (hoch)bas. Hochofenschlacke mit CaSO4-Zusatz (mindestens 3% SO3), wird in Deutschland nicht mehr hergestellt;
– Tonerde-Z. (früher ToZ), Tonerdeschmelz-Z. (TSZ) aus Bauxit u. Kalkstein durch Sintern u. Schmelzen bei ca. 1500–1600 °C hergestellt, besteht hauptsächlich aus Calciumaluminat mit ca. 30–80% Al2O3, 35–40% CaO, 5–15% Fe2O3 u. 3–8% SiO2, erhärtet relativ schnell mit höherer Wärmetönung, hat gute chem. Widerstandsfähigkeit u. ist mit geeigneten Zuschlägen verarbeitet hitzebeständig bis 1600 °C, Verw. im Feuerungs- u. Schornsteinbau, für tragende Bauteile nicht zugelassen;
– Quell-Z. aus PZ-Klinker mit Tonerdeschmelz-Z., Kalk u. Gips, quillt beim Erstarren durch Bildung von höheren Ettringit-Anteilen, hat nur geringe bauprakt. Bedeutung;
– Tiefbohr-Z., ein Spezial-Portland- od. Puzzolan-Z. mit vermindertem Aluminat-Gehalt, verzögerter Erstarrung bei hohem Druck u. hoher Temp. sowie guter Sulfat-Beständigkeit, Verw. für die Auskleidung von Öl- u. Gas-Bohrlöchern;
– Schnell-Z. (Regulated Set Cement) aus kalkreichem PZ mit zusätzlichen Anteilen von Aluminat u. CF2, schnell erstarrend u. erhärtend, Verw. für Ausbesserungsarbeiten, Befestigen von Dübeln, Ankern u. dergleichen.
Wirtschaftliche Aspekte: Weltweit wurden 1997 ca. 1516 Mio. t Z. produziert. In der BRD betrug die Produktionsmenge ca. 31,2 Mio. t = ca. 2,06% der Welt-Produktion. Hieran waren 37 Unternehmen mit 65 Werken u. ca. 12 400 Beschäftigten beteiligt. Es wurde ein Gesamtumsatz von ca. 5,5 Mrd. DM erzielt. Die Verteilung auf die Z.-Sorten betrug: Portland-Z. ca. 75,1%, Hochofen-Z. ca. 13,6%, Portlandkalkstein-Z. ca. 5,6%, Portlandhütten-Z. ca. 3,6%, Portlandölschiefer-Z. ca. 1,2%, sonstige Z.-Sorten ca. 0,9% (alle Zahlenangaben aus Lit. ).
Umweltaspekte: Bereits vor über 100 Jahren begann die deutsche Z.-Ind. mit Maßnahmen zur Minderung der bei allen Produktionsstufen auftretenden Staubemissionen. Mit der Verbesserung der Filter-Technologie nach dem 2. Weltkrieg sank von 1950 bis 1985 das Ausmaß der Staubemission von ca. 3,5% auf ca. 0,05% u. lag ab 1995 bei ca. 0,02% der Produktionsmenge, s. Abb. (Lit. ).
Mit einem Staub-Grenzwert von 50Â mg/m3 Abluft hat Deutschland gemeinsam mit den Niederlanden in Europa die strengsten Werte.
Bei den gasf. Emissionen spielt SO2 nur eine untergeordnete Rolle, da der Schwefel – hauptsächlich aus den verwendeten Brennstoffen – beim Brennprozeß in den Z.-Klinker als Sulfat eingebunden wird. An funktionsfähigen Verf. zur Minderung der beim Brennprozeß entstehenden Stickoxid (NOx)-Emissionen ist intensiv gearbeitet worden. Zum aktuellen Stand der Entwicklungen berichtet Lit. .
Mit den Rohstoffen werden geringe Mengen von Schwermetallen eingeschleppt, die größtenteils in unschädlicher Form in den Z.-Klinker eingebunden werden. Eine Ausnahme bilden Thallium u. Quecksilber, deren Emission durch verfahrenstechn. Maßnahmen begrenzt werden muß. Die Entwicklung solcher Verf. wurde beschleunigt betrieben, seit Ende der 70er Jahre die Kontamination der Umgebung einer Z.-Fabrik in Westfalen mit Thallium-haltigen Emissionen bekannt geworden war (s. Lit. ). Nach Erforschung der Ursachen wurden Maßnahmen u. Verf. entwickelt , deren Umsetzung in die Produktion zur Minimierung der Thallium-haltigen Staubemissionen unterhalb umweltgefährdender Grenzwerte geführt haben .
Im Z. können Spuren (20–100 ppm) von Chromat vorhanden sein, wodurch – ggf. verstärkt durch alkal. Milieu – bei regelmäßig mit Z. in Berührung kommenden Personen allerg. Dermatosen auftreten können. Diese früher häufiger beobachtete „Maurerkrätze“ ist als Berufskrankheit melde- u. entschädigungspflichtig. Über Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Z. am Bau informiert ein Merkblatt, herausgegeben von den Berufsgenossenschaften der Bauwirtschaft, der IG Bauen-Agrar-Umwelt sowie den Verbänden der Bauwirtschaft u. Z.-Industrie.
Eine Reihe von Bindemitteln, die im Sprachgebrauch mit dem Wortteil …zement bezeichnet werden, gehören nach heutiger Definition nicht zu den Z.-Sorten, weil sie entweder nicht hydraul. erhärten od. nicht die für Z. geforderten Mindestfestigkeiten erreichen. Hierzu gehören Magnesitbinder (Magnesia-Z., Sorelzement), Phospatbinder (frühere Bez. Phosphat-Z., Verw. z. B. als Zahnzement), Marmor-Z. (Marmorgips), hydraul. Kalke (frühere Bez. Romankalk, Roman-Z. od. Zementkalk), sog. feuerfeste Z. wie Krater-Z., als Knochen-Z. bezeichneter Knochenklebstoff.
Eine wiederum andere Bedeutung hat der Begriff Z. im Zusammenhang mit Zementation.
Lit.: 1 Duda, Cement Data Book, Bd. 1, Internationale Verfahrenstechniken der Zementindustrie, 3. Aufl., Wiesbaden: Bauverl. 1985. 2 Ullmann (5.) A 5, 489–516; Winnacker-Küchler (4.) 3, 214–253. 3 DIN-Katalog Sachgruppe 5875, Berlin: Beuth (jährlich). 4 Zahlen u. Daten 97/98, Köln: Bundesverband der Deutschen Zementind. 1998. 5 ZKG International 49, Nr. 8, S. 413–423 (1996). 6 ZKG International 51, Nr. 3, S. 144–150; Nr. 4, S. 208–218 (1998). 7 Reinhalt. Luft 39, Nr. 12, S. 457–462 (1979). 8 ZKG International 40, Nr. 3, S. 134–144 (1987). 9 Zement-Jahresbericht 1997/98, S. 30, Köln: Bundesverband der Deutschen Zementind. 1998.
allg.: Härig et al., Technologie der Baustoffe, 13. Aufl. Karlsruhe: Müller 1996 ï Kirk-Othmer (4.) 5, 564–598 ï Scholz, Baustoffkenntnis, 13. Aufl., Düsseldorf: Werner 1995 ï Ullmann (4.) 24, 545–574; (5.) A 5, 490–516 ï Wendehorst, Baustoffkunde (24. Aufl.), S. 290–321, Hannover: Vincentz 1994. – Organisationen: Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e. V., Pferdmengesstr. 7, 50968 Köln ï Europäischer Zementverband (CEMBUREAU), Rue d’Arlon 55, B-1040 Brussels, Belgium ï Verein Deutscher Zementwerke e. V. mit Forschungsinstitut der Zementindustrie, Tannenstr. 2, 40476 Düsseldorf ï s. a. Portlandzement.
E cement
F ciment
I = S cemento
Z 2523…
Quelle: Römpp Lexikon Chemie – Version 2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999