[Betonpraxis - Holcim] Zement-#1

 

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Allgemeines

 

Zement ist ein hydraulisches Bindemittel. Darunter versteht man einen Stoff, der nach dem Mischen mit Wasser sowohl an der Luft als auch unter Wasser erhärtet. Der sich dabei bildende Zementstein ist wasserbeständig und weist eine hohe Festigkeit auf. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Zementarten. Die europäischen und nationalen Regelwerke unterscheiden zwischen Normalzementen, Normalzementen mit besonderen Eigenschaften und Sonderzementen. Zusammensetzung, Anforderungen und Eigenschaften der Normalzemente sind in der europäischen Norm DIN EN 197-1 geregelt. Für Normalzemente mit besonderen Eigenschaften gilt DIN 1164 Teile 10-12. DIN EN 14 216 behandelt die Gruppe der Sonderzemente, die in Deutschland bisher jedoch nur eine sehr untergeordnete Rolle spielt. Aus ökologischen, ökonomischen und betontechnologischen Gründen werden in Deutschland zunehmend Portland komposit- und Hochofenzemente verwendet. Diese enthalten neben Portlandzementklinker weitere Hauptbestandteile wie z.B. Hüttensand oder Kalksteinmehl. Der verstärkte Einsatz von Klinkersubstituten bringt verschiedene Vorteile. Dem Zementhersteller hilft es, natürliche Rohstoffreserven zu schonen und die Kohlendioxid (CO2) -Emissionen bei der Zementherstellung deutlich zu reduzieren. Der Anwender kann durch den Einsatz von CEM II- und CEM III-Zementen bestimmte Betoneigenschaften, wie z.B. Verarbeitbarkeit, Wärmeentwicklung, Dauerhaftigkeit usw. verbessern.

 

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Geschichtliches

 

Bereits im Altertum benutzten die Römer hydraulisch erhärtende Mörtel. Sie brannten tonhaltigen Kalk und versetzten ihn mit Puzzolanerde oder Ziegelmehl. Zusammen mit geeigneten Gesteinskörnungen entstand daraus «Opus Cae mentitium», der römische Beton, der als Vorläufer unseres Betons gilt und dem Zement seinen Namen gab. Der Engländer J. Aspdin führte um 1824 eine Feinaufbereitung der Rohstoffe Kalkstein und Ton ein und erzeugte durch Brennen ein dem Zement vergleichbares Produkt. Wegen der Ähnlichkeit des daraus hergestellten Betons zum Portlandstein (dauerhafter Kalkstein der Insel Portland), den man in England häufig für Bau zwecke verwendete, wurde dieses Produkt als Portland zement bezeichnet.

 

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Herstellung

 

Die Herstellung von Portlandzement erfolgt aus Rohstoffen, die bezüglich ihrer Zusammensetzung und Korngröße aufbereitet, bis zum Sintern gebrannt und anschließend zu reaktionsfähigem Zementpulver vermahlen werden. Grundsätzlich können bei der Herstellung von Zement vier Produktions stufen unterschieden werden.

- Abbau und Brechen des Rohgesteins

 Für eine Tonne Portlandzement benötigt man gut anderthalb Tonnen Rohgestein in Form von Kalkstein, Mergel oder Ton, da während des Brennens Kohlendioxid und Wasser aus dem Rohgestein ausgetrieben werden. Bereits im Stein bruch (Abb.1.1.1) wird das Rohgestein im Brecher auf Faustgröße vorzerkleinert.

- Mischen und Mahlen der Rohmaterialien zu Rohmehl

 Beim nächsten Verfahrensschritt erfolgt das Zusammenfügen verschiedener Rohmaterial-komponenten, um die richtige chemische Zusammensetzung zu erreichen. In Kugel- oder Walzenschüsselmühlen (Abb. 1.1.2) wird das Gestein weiter zerkleinert und gleichzeitig getrocknet. Es verlässt die Mühle als feines Rohmehl, das in großen Homogenisierungssilos weiter vergleichmäßigt wird.

- Brennen des Rohmehls zu Klinker

 Der Brennprozess bei rund 1450°C (Sintertemperatur) ist ein zentraler Schritt bei der Zementherstellung. Bevor das Rohmehl in den Drehrohrofen (Abb.1.1.3) eingeleitet wird, durchströmtes den Wärmetauscherturm und wird dabei auf fast 1000°C vorgewärmt. Als glühender Klinker verlässt das Brenngut den Ofen und wird anschließend rasch mit Luft abgekühlt. Als Brennstoffe werden Kohle, Öl, Erdgas und vermehrt auch Alternativbrennstoffe wie z.B. Altreifen oder Trocken klärschlamm eingesetzt.

- Mahlen des Klinkers mit Gipsstein und Zusatzstoffen zu Zement

 Damit aus dem Klinker ein reaktionsfähiges Produkt entsteht, wird er in einer Mahlanlage (Abb.1.1.4) zusammen mit wenig Gipsstein als Erstarrungsregler gemahlen. Die Mahlfeinheit steuert die Festigkeitsentwicklung des Zements maßgeblich. Je nach Zementart wird beim Mahlen Klinker durch mineralische Zumahlstoffe (Hüttensand, Steinkohlenflugasche, Silicastaub, Kalkstein siehe Kap.1.5) ergänzt, wobei so genannte Portlandkomposit- und Hochofen zemente entstehen. Vorgemahlene Zemente und Zusatzstoffe können auch in Mischanlagen zu Zementen mit speziellen Eigenschaften gemischt werden. In Intensivmischern werden die Komponenten vollständig gemischt und homogenisiert. Mischanlagen bieten den Vorteil hoher Flexibilität: Kurzfristig können Kleinst- bis Großmengen «just in time» produziert und auf spezielle Kundenwünsche abgestimmt werden (Abb.1.1.5).

 

 

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CO2- Emissionen bei der Zement herstellung

 

Die Herstellung von Zement ist ein energie- und rohstoffintensiver Prozess und wie auch bei anderen Produkten mit der Emission von Kohlendioxid (CO2) verbunden. Der Energieaufwand für die Zement produktion ist erheblich, dennoch entsteht der weitaus größte Anteil der CO2-Emissionen nicht durch den Einsatz von Brennstoffen oder indirekt durch Stromverbrauch sondern ist prozess bedingt (Abb.1.1.6). Bei der thermischen Umwandlung von Kalkstein und Ton zu Zementklinker wird CO2 freigesetzt: CaCO3 + Energie = CaO + CO2

Die Holcim (Deutschland) AG hat in den vergangenen Jahren den Brennstoffenergiebedarf für die Zementherstellung deutlich gesenkt und dabei ein verfahrenstechnisches Optimum nahezu erreicht. Darüber hinaus setzt die Holcim (Deutschland) AG seit Oktober 2007 nur noch regenerativ erzeugten Strom ein. Die Möglichkeiten auf diesen Wegen CO2-Emissionen einzusparen sind daher nahezu ausgeschöpft. Das weitaus größte Potential CO2-Emissionen zu vermeiden bietet die Herstellung von Zementen, bei denen ein Teil des Zementklinkers durch eine CO2-neutrale Komponente ersetzt wird. Latenthydraulischer Hüttensand ist in besonderer Weise als Klinkerersatzstoff geeignet (siehe Kap. Hüttensandhaltige Zemente). Hüttensandhaltige Zemente sind hochwertige Zemente, bei deren Herstellung deutlich weniger CO2 emittiert wird als bei der von reinem Portland zement. Je höher der Hüttensandanteil des Zementes ist, desto geringer sind seine herstellungsbedingten CO2-Emissionen (siehe Abb.1.1.7). Darüber hinaus hilft die Verwendung von Hüttensand die natürlichen Ressourcen zu schonen.

 

 

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- neue Wörter - 

 

1. beständig - 영속적인, 항상, 끊임없는
2. das Substitut - 대체물, 대용품
3. das Altertum - 고대의 유물, 유적
4. das Ziegelmehl - 벽돌가루
5. bezüglich (+2격) - ~과 관계있는
6. aufbereiten - 해명하다, 해독하다, 평가하다, 준비해놓다
7.  der Sinter - 종유석
8. der Mergel - 이회암, 이회토
9. austreiben - 내몰다, 추방하다, 쫓아내다
10. vorzerkleinern - 잘게 조각내다
11. zusammenfügen - 조립하다, 결합하다
12. vergleichmäßigen - 같게하다, 동일하게 하다
13. durchströmen - 뚫고 지나가다, 관통하다
14. maßgeblich - 결정적인
15. bedingen - 초래하다, 영향을 미치다
16. thermisch - 열에 의한, 열의
17. das Optimum - 최상의 상태, 최적
18. latend - 잠재하는
19. hydraulisch - 수력의