4.2 ZEMENT Heutzutage ist Beton das bei weitem wichtigste Baumaterial. Das Bindemittel Zement wird weltweit in einer Menge von rund 4.1 Milliarden Tonnen pro Jahr (2019) produziert. Er gehцrt zu den hydraulischen Bindemitteln, d.h. es findet eine wasserinduzierte Bin- dungsreaktion statt, die zu einem verfestigten Endprodukt (Zementstein) fьhrt. Der Begriff “Zement” stammt von der rцmischen Bauweise “opus caementitium” (= Werk aus Bruchstein).
Vor mehr als 2000 Jahren errichteten die Rцmer beeindruckende und дus serst dauerhafte Bauwerke nicht einfach durch das Aufeinanderlegen von Ziegeln, sondern mit Hilfe einer zunдchst plastischen Mischung aus Bruchstein, Wasser und einer Mischung aus natьrlichen Puzzolanen mit gebranntem Kalk als hydraulischem Bindemittel. Unser moderner Portlandzement, der das Bindemittel im Beton ist, erhielt seinen Namen von diesem ursprьnglichen Namen des rцmischen Betons. Er basiert auf Klinker, der aus Kalk- stein, Mergel und Ton hergestellt wird, die bei 1’450 °C in Drehrohrцfen gebrannt werden.
Dabei werden chemisch gebundenes Wasser und CO 2 aus den Rohstoffen freigesetzt und die verbleibenden Stoffe zu neuen Mineralphasen gesintert, die das Klinkergranulat bilden. Spдter als Bindemittel im Beton, kommt der Zement mit dem Anmachwasser in Kontakt und absorbiert im Laufe der Zeit einen Teil davon in einer komplexen Hydratationsreak- tion. Dieser Hydratationsprozess wird durch einen Auflцsungsprozess (der Klinkerphasen) und einen Ausfдllungsprozess (der Zementhydrate) herbeigefьhrt. Die neu kristallisierten Hydrate bilden einen kontinuierlichen, filzartigen mineralischen Feststoff, der die Verbin- dung der Gesteinskцrnungen untereinander herstellt.
Auf diese Weise wird der Beton fest und hдrtet aus. 4 A B C Abb 4.1: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von A) Ettringit (Calciumaluminiumsulfathydrat), B) Calciumsilikat- und Calcium- aluminathydraten (CSH, AFm) und C) von Portlandit (CH). Die Eigenschaften von Spritzbeton, die mit Hilfe des Zements in der Mischung erreicht werden, sind: Plastizitдt/Pumpbarkeit der Grundmischung Der Zementleim (einschliesslich Zement, Zusatzstoffe, alle Feinanteile aus der Rezeptur und Wasser) fungiert als Hauptschmiermittel. Zement ist sein vorherrschen- der Bestandteil und weitgehend fьr die rheologischen Eigenschaften der Leimpaste verantwortlich.
Die Gesteinskцrner der Spritzbetonmischung werden von der Leimpaste umhьllt und kцnnen so umeinander gleiten. Die Grundmischung wird zu einem plasti- schen, flьssigen Material, das gepumpt werden kann. Darьber hinaus ist die Leimpaste auch wichtig, um die Oberflдche zwischen der Grundmischung und den Rohren zu schmieren. Beim Nassspritzen sind diese Gleiteffekte fьr die Betonzufuhr zur Dьse von grosser Bedeutung. 31