Zement

Zement ist einer der Hauptrohstoffe für die Herstellung von Beton und damit auch für unsere Betonmöbel. Zement gehört zur Gruppe der hydraulischen Bindemittel und zeichnet sich gegenüber den anderen hydraulischen Bindemitteln, wie z. B. hydraulischem Kalk, durch eine wesentliche höhere Festigkeit aus.

Der wichtigste Bestandteil dieser Zemente ist Portlandzementklinker, der mit einem geringen Zusatz eines Sulfatträgers in Form von Gips (CaSO4 × 2H2O) und/oder Anhydrit (CaSO4) zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften, insbesondere der Verarbeitbarkeit, vermahlen wird. Je nach Zementart werden weitere inerte (z. B. Kalksteinmehl) wie auch reaktionsfähige Komponenten (z. B. Hüttensand, Silicastaub, Puzzolane, Flugasche) zugegeben. Die so hergestellten Zementarten sind in der Zementnorm DIN EN 197-1 [4] definiert. Dort werden die Anforderungen an die Zusammensetzung und an die Zementeigenschaften beschrieben.

 

Zementherstellung

 

Herstellung von Zement

Die üblichen Hauptbestandteile der genormten Zemente sind Portlandzementklinker, Hüttensand, Silicastaub, Trass (Puzzolane), gebrannter Ölschiefer, Flugasche und Kalksteinmehl.

Portlandzementklinker wird durch Brennen bis zur Sinterung einer genau festgelegten, fein zerkleinerten und homogenen Mischung von Rohstoffen hergestellt. Das Stoffgemisch zur Herstellung des Klinkers besteht hauptsächlich aus Calciumoxid und Siliziumdioxid und in geringeren Mengen aus Oxiden des Aluminiums und des Eisens, wobei das Masseverhältnis (CaO)/(SiO2) mindestens 2,0 betragen muss.

Das Rohmaterial wird in Steinbrüchen durch Sprengen oder bei losem Gestein durch Abtragen gewonnen, anschließend gebrochen und die Zusammensetzung des Rohguts überprüft. Als wesentliche Voraussetzung für die Güte und Gleichmäßigkeit des Zements muss die Zusammensetzung des ofenfertigen Rohguts weitgehend gleich bleibend gehalten werden. Weist eine Lagerstätte größere Schwankungen in ihrer chemischen Zusammensetzung auf, wird der Rohschotter mit Hilfe von „Mischbetten“ vorhomogenisiert.

Das Rohmaterial wird anschließend entweder trocken oder nass weiterverarbeitet. In Deutschland wird heute vorwiegend das Trockenverfahren angewendet. Bei dieser Aufbereitung werden die nach Kalk- und Tongehalt getrennten Rohmaterialkomponenten über Dosiervorrichtungen in genau geregelten Mischungsverhältnissen einer Mühle zugegeben und zu Rohmehl vermahlen. Nach Bedarf können Korrekturkomponenten wie Quarzsand (SiO2) oder Eisenerz (FeO, Fe2O3) beigemischt werden. Diese gewährleisten eine bestimmte Zusammensetzung des Rohmehls, das vom Werkslabor kontinuierlich analysiert wird.

Das Rohgemisch wird im Zementofen zu Portlandzementklinker gebrannt. Das Brenngut wird je nach Ofenbauart in 40 bis 60 Minuten bei kurzen Drehöfen, bzw. 3 bis 5 Stunden bei langen Drehöfen auf die Sintertemperatur von 1400 bis 1450°C erhitzt, dann 10 bis 20 min auf dieser Temperatur gehalten und nach dem Verlassen des Ofens möglichst schnell abgekühlt.

Beim Erhitzen wird bis etwa 100°C das flüssige Wasser und dann bis etwa 600°C das im Ton adsorptiv und chemisch gebundene Wasser aus dem Brenngut ausgetrieben. Bei Temperaturen von 550 bis 600°C beginnt in Gegenwart von SiO2, Al2O3 und Fe2O3 die Zersetzung des Calciumcarbonats CaCO3 in CaO und CO2 (Entsäuerung des Kalksteins), wobei das Kohlendioxid entweicht. Die Entsäuerung des Kalksteins ist ein Vorgang, der Calcinierung genannt wird und der oberhalb 900°C sehr schnell verläuft. Das Brenngut verliert dabei rund ein Drittel seines Trockengewichtes.Aus Calciumoxid und Siliciumdioxid entstehen Dicalciumsilicat, sowie verschiedene Al2O3 und Fe2O3-haltige Zwischenverbindungen, die jedoch bei der Bildung der Schmelze bei Temperaturen von rd. 1300°C wieder zerfallen.

In der Schmelze liegen praktisch die gesamten ursprünglich in den Rohstoffen enthalten Aluminium- und Eisenoxide vor.

Bei etwa 1450°C reagiert das noch zum Teil in fester Form vorhandene Calciumoxid des Kalksteins mit dem größten Teil des Dicalciumsilikats unter Bildung von Tricalciumsilikat.

Erst bei der Höchsttemperatur in der Sinterzone des Ofens laufen also die, für die Klinkerbildung, wesentlichen Vorgänge ab. Beim anschließenden Kühlen des Klinkers entstehen durch Kristallisation der Schmelze das Tricalciumaluminat und das Calciumaluminatferrit.

Nach einer Zwischenlagerung des gekühlten Klinkers wird er allein oder mit Zusätzen von Hüttensand, Trass, gebranntem Ölschiefer oder anderen geeigneten, reaktionsfähigen Stoffen (puzzolanisch oder latent-hydraulisch) feingemahlen.

Zur Steuerung des Erstarrungverhaltens des Zementes setzt man dem Mahlgut Calciumsulfat in Form von Gipsstein oder Anhydrit zu. Die Menge ist entsprechend dem Höchstgehalt an SO3 (Sulfatgehalt) geregelt. Zum Herstellen von sehr fein gemahlenen Zementen werden in sehr geringen Mengen Mahlhilfen zugesetzt. Dies sind meistens organische Stoffe.