Eigenschaften von Kalksandsteinen

Rohdichte  1.400 - 1.800 kg/m3, mindestens 1.000 kg/m3

Vollsteine: 1.800 kg/m3
Lochsteine: 1.400 kg/m3
Vormauersteine: 1.400 kg/m3  
Wärmeleitfähigkeit (a)  0,87 W/m • K 
Verhalten gegenüber Feuchtigkeit  Geringe Dampfdurchlässigkeit, lange Austrocknungszeit 
Mechanische Eigenschaften  Maßhaltig, gut belastbar, können nicht mit Ziegeln vermauert werden, da sie unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen 
Thermisches Verhalten  Guter Wärmeleiter und gute Wärmespeicherfähigkeit 

Umweltverträglichkeit von Kalksandsteinen

Rohstoffe  Reichhaltiges Vorkommen, preisgünstig 
Herstellung  Mittlerer Energiebedarf 
Primärenergiebedarf  290 kWh/m3 
Verarbeitung, Nutzung  Unbedenklich 
Entsorgung  Wiederverwertung aufgrund von Anhaftungen nicht möglich, daher z.Zt. Deponierung (als Bauschutt) 

Zement - Rohstoffe

Als Ausgangsstoff für die Herstellung von Zement wird Kalkstein, Kreide, Ton oder Kalkmergel verwendet.

Herstellungsverfahren

Bei der Herstellung von Zement werden die o.g. Rohstoffe zusammen vermählen. Anschließend wird die Mischung in einem Drehrohrofen auf 1.450 °C erhitzt, bis sie zu so genannten Zementklinkern verschmelzen (Sinterung). Dieser „Klinker“ wird nach dem Abkühlen zu feinem Pulver vermählen.

Um bestimmte Eigenschaften zu erreichen, werden verschiedene Zusatzstoffe zugesetzt. Für Portlandzement wird z.B. Gips in Form von Anhydritstein sowie Hochofenschlacke, Ölschiefer und Puzzolane zugefügt. Diese Zusätze bewirken eine Abnahme der Hydratationsgeschwindigkeit, eine niedrigere Hydratationswärme sowie eine bessere Beständigkeit gegen aggressive Medien.

Durch Zusatz von Wasser wird der Erhärtungsvorgang in Gang gesetzt. Dabei laufen im Zement chemische Reaktionen ab. Es bilden sich neue Verbindungen, bei denen das Anmachwasser als so genanntes Kristallwasser in den Feststoff eingebunden wird (Hydratationsvorgang). Diese Umwandlung erfolgt von außen nach innen in Zementgel. Der Zement quillt dabei auf und nimmt, nachdem die Hydratation abgeschlossen ist, doppelt so viel Raum ein als vorher. Bei diesem Vorgang entwickelt sich Wärme (Hydratationswärme, bis zu 525 J/g), die Geschwindigkeit der Wärmeabgabe ist dabei sowohl von der Reaktionsfähigkeit des Zements, d.h. von der Mahlfeinheit, als auch von der Umgebungstemperatur abhängig. Bei höherer Temperatur wird der Vorgang beschleunigt, bei niedrigeren Temperaturen dagegen verzögert. Entscheidend ist auch die Feuchtehaltung an der Oberfläche, da sonst die Gefahr von Schrumpf- und Schwindrissen besteht.

Für einen vollständigen Hydratationsvorgang ist ein Hydratwassergehalt von 40% erforderlich, d.h. ein Wasser/Zement-Wert (W/Z) = 0,4. Das Ansteifen und Anstarren (Beginn des Erhärtungsvorganges) des Zements verläuft in mehreren Stufen ab und endet mit der Ausbildung eines stabilen Gefüges.

Labiles Gefüge
plastisch 
Labiles Gefüge
erstarrt 
Grundgefüge  Stabiles Gefüge 

Für die Festigkeit von Zement werden bestimmte Werte gefordert. Sie werden gemäß DIN 1164 nach 7 bzw. 28 Tagen bei 20 °C unter Wasser bestimmt. Die Festigkeit ist abhängig von der Porosität, d.h. von dem W/Z-Wert (s.o.). Ab einem Wert von 0,4 enthält der Zement Kapillarporen.

Nach der DIN 1164 muss nach 28 Tagen mindestens eine Druckfestigkeit von 25 N/mm2 erreicht sein.

Eigenschaften

Rohdichte  Zement 2.200 kg/m3
Betonsteine 400 - 2.400 kg/m3
Gasbeton 400 - 800 kg/m3
Leichtbetonsteine 500 - 1.200 kg/m3
Hüttensteine 1.800 - 2.200 kg/m3  
Wärmeleitfähigkeit (λ)  Betonsteine sind gute Wärmeleiter,
l = 0,47 - 0,74 W/m • K,
mit Ausnahme von Leicht- und Gasbetonsteinen:
l = ca. 0,12 - 0,27 W/m • K  
Verhalten gegenüber Feuchtigkeit  Wasserundurchlässig (vorzeitiges Austrocknen erhöht Durchlässigkeit), W/Z-Wert < 0,4
frostbeständig, wenn kein Kapillarwasser vorhanden, Austrocknung und Durchfeuchtung im Hydratationsprozeß führt zu Schwinden und Quellen  
Mechanische Eigenschaften  Raumbeständig gemäß DIN 1164, zu früh aufgebrachte Last führt zu Kriechen, Volumen darf nach Verfestigung nicht mehr geändert werden, sonst bilden sich Risse (Zuschläge nur in geringe Mengen möglich) 
Thermisches Verhalten  Wärmedehnung ist gering (aber abhängig vom Durchfeuchtungsgrad) 
Verhalten gegenüber Chemikalien  Löslich gegenüber Säuren und Laugen, pflanzliche und tierische Fette führen zur Verseifung des Zementkerns (Glycerinestern, sogenannte Ausblühungen) 
Brandschutz  Nicht brennbar 

Verwendung im Bauwesen

Zement wird in verschiedenen Sorten hergestellt und dementsprechend auch in verschiedenen Bauprodukten und -konstruktionen verwendet. Die Zusammensetzung der verschiedenen Zementarten wird in der DIN 1164 geregelt. Die gängigste Sorte für Baubeton ist Portlandzement, daneben wird Hüttenzement (aus Hochofenschlacke), Traßzement (durch Zusatz von Puzzolankalk, dadurch erhöhte Dichtigkeit) sowie hydrophober Zement (Zementpartikel werden mit Wasserabweisenden Substanzen umhüllt) hergestellt.

Beton wird je nach Zuschlagsstoffen, Zement- und Wasseranteil (und somit der Trockenrohdichte) unterteilt in Leichtbeton (bis 2.000 kg/m3), Normalbeton (2.000 - 2.800 kg/m3) und Schwerbeton (über 2.800 kg/m3). Er kann zum einen in Form von Betonsteinen (z.B. Hüttensteine, Hohlblockbetonsteine, Leichtbetonsteine, Porenbetonsteine) oder als Stahlbeton verwendet werden.

Betonsteine und -platten werden für alle Arten von Mauerwerk verwendet (u.a. tragende und Nichttragende Wände, Feuerschutzwände, als Feuerschutz um Stahlteile).

Durch den Zusatz von weiteren Stoffen werden die Eigenschaften der Steine beeinflusst. Porige Zuschläge in Leichtbetonsteinen, wie z.B. Ziegelsplit, Blähton, Naturbims, Tuff, Korkschrot oder Holzmehl erhöhen die Porosität, dadurch nimmt die Wärmeleitfähigkeit ab. Leichtbetonsteine werden in Form von Vollsteinen, Lochsteinen oder als Hohlblock verwendet. Bei Porenbetonsteinen („Gasbeton“, Vollsteine bis 30 cm Quaderform) wird Aluminiumpulver als Treibmittel verwendet. Durch das Aufschäumen entsteht ein feines Porengerüst.

Beim Stahlbeton wird der Beton mit Stahl verstärkt (Bewehrung). Dadurch werden die statischen Eigenschaften erheblich verbessert (u.a. Zugfestigkeit). Die Kombination von Beton und Stahl ist deswegen möglich, weil beide Materialien eine fast gleiche Wärmeausdehnung besitzen. Der Stahl wird z.B. in Form von Matten, aufgerauten oder gedrehten Stangen in den Beton eingearbeitet und verbindet sich mit ihm, so dass Spannungen zwischen beiden übertragen werden können.

Umweltverträglichkeit

Bei der Verarbeitung von Zement und Zementprodukten besteht aufgrund des Chromatgehalts die Gefahr, dass Allergien ausgelöst werden können (Maurerkrätze). Um dies zu verhindern, sollten nach Möglichkeit nur Zementprodukte mit einem Chromatgehalt unter 2 ppm verwendet werden. Diese Produkte sind auf der Verpackung entsprechend gekennzeichnet („chromatarm nach TRGS 613“).