Bindemittel

Stuck Nagel Berlin
Bindemittel sind nach der Zugabe von Wasser erhärtende Substanzen, die pulvrige, körnige und fasrige Stoffe zusammenhalten. Bindemittel sind für die Eigenschaften, Festigkeit und Anwendungsgebiete der einzelnen Baustoffe von größter Wichtigkeit. Bei den Bindemitteln ist zunächst zu unterscheiden zwischen Bindemitteln, die nur an der Luft (nichthydraulische Bindemittel) erhärten sowie Bindemittel, die sowohl an der Luft und auch unter Wasser (hydraulische Bindemittel) erhärten. Die daraus hergestellten Mörtel werden deshalb auch als Luftmörtel bzw. Wassermörtel bezeichnet.
Die wichtigsten Bindemittel für die Herstellung von Putzen sind Gips, Baukalk (Sumpfkalk, Kalkhydrat, hydraulische und hochhydraulische Kalke) , Trass und Zemente. Zu der Gruppe der Bindemittel, die nur an der Luft erhärten gehören alle Arten von Gipsen, Weißkalk und Dolomitkalk sowie Kunstharzdispersion, Kaliwasserglas (Bindemittel für Silikatputze) und Siliconharzemulsionen (Bindemittel für Siliconharzputze). Hydraulische Bindemittel sind Wasserkalk, hydraulischer und natürlich hydraulischer Kalk, Romankalk und alle Arten von Zementen, z.B. Portlandzement, Eisenportlandzement, Hochofenzement, Tonerdezement sowie Traß und Puzzolane unter Zugabe von Kalkhydrat und/oder Zement.
In der Regel werden Bindemittel nicht allein eingesetzt, sondern immer in gewissen Abmischungen. Dies gilt insbesondere für den Trass, der als latent hydraulisches Bindemittel allein keine Festigkeitsentwicklung ergeben würde.
Für die Güte und Beschaffenheit der Bindemittel Gips, Kalk und Zement gelten DIN-Normen und zwar DIN 1168 für Gips ohne werkseitig beigegebene Zusätze, DIN 1060 für Baukalk und DIN 1164 für Zemente. Weitere Normen für Bindemittel gibt es für Anhydritbinder (DIN 4208), Putz- und Mauermörtel (DIN 4211) und für Traß (DIN 51 043).
Mörtel mit diesen Bindemitteln werden in der DIN 18550 für mineralische Putze und für Kunstharzputze in der DIN 18 558 reglementiert. Für Silikat- und Siliconharzputze gibt es keinerlei Regelungen, Richtlinien oder Normen. Bei Silikatputzen richten sich viele Hersteller nach der VOB DIN 18 363 (Maler- und Lackierarbeiten) , in der maximal 5% organischer Anteil für Dispersions-Silikatfarben geregelt ist.



Gips

Bereits in der Antike wurde Gips als Baustoff verwendet. Nachgewiesen hat man dies bei den Türmen von Jericho (ca. 6000 v.Chr.) und der Cheops-Pyramide (ca. 2500 v.Chr.). Grund für die frühe Verwendung des Gipses als Baustoff ist u.a. die niedrige Brenntemperatur von etwa 160° - 170° C. In Europa erlebt Gips seine erste Blütezeit im Barock (ca. 1650-1780). Dort wurden gewaltige Stuckarbeiten in Innenräumen mit reicher Ornamentik und Stuckdekorationen hergestellt. Als wichtigste Bauwerke dieser Zeit gelten die Schlösser von Versailles, Würzburg, Schloß Charlottenburg (Berlin), Sanssouci (Potsdam) sowie der Zwinger in Dresden, der Invalidendom in Paris und der Dom in Fulda.
Gips ist ein schwefelsaureres Calcium (CaSO4), das in Form des Rohgipses in der Natur als Gestein und außerdem als Sekundärrohstoff bei technischen Prozessen (REA-Gips) anfällt. Äußerlich gleicht der Gipsstein einem Kalkstein. Kalkstein ist in seiner Festigkeit etwas weicher. Durch Aufträufeln von Salzsäure kann man Gips- und Kalkstein (CaCO3) voneinander unterscheiden. Während Kalkstein bei der Zugabe von Salzsäure aufbraust (durch Abgabe von Kohlendioxid), ist Gipsstein (CaSO4) als schwefelssaures Calcium gegen Salzsäure unempfindlich.
Man unterscheidet zwei verschiedene Arten von schwefelsaurem Calcium:

Gipsstein (schwefelsaures Calcium mit Kristallwasser)
Anhydrit (schwefelsaures Calcium ohne Kristallwasser)

Der reine Gipsanteil richtet sich nach Art und Herkunft des Rohgipses. Bei Rohgips aus natürlichen Vorkommen liegt er bei ca. 80%, bei Rohgips aus industriellen Prozessen bei ca. 95 bis 100%.
Durch Erhitzen des Dihydrates (CaSO4 * 2 H2O) entstehen, je nach Temperatur, kristallwasserarme oder kristallwasserfreie Phasen des Calciumsulfats. In Abhängigkeit des Brennverfahrens ergeben sich bei ca. 100° bis 170° C ein Halbhydrat (CaSO4 *1/2 H2O) und bei 250 bis 500 C Anhydrit (CaSO4). Diese nach der Zerkleinerung pulverförmigen Stoffe haben die Eigenschaft, dass sie mit Wasser angerührt eine übersättigte Lösung bilden, aus der Calciumsulfat-Dihydrat sehr schnell auskristallisiert und durch das Verfilzen der Kristalle feste Körper bildet.
Der mit Wasser angerührte Gips nimmt aus dem Anmachwasser das durch den Brennprozess ausgetriebene Kristallwasser wieder auf und bildet sich zu Gipsstein zurück. Dieser Kristallisationsprozess wird Hydratation genannt. Aus dem Gips Halbhydrat entsteht wieder einer Dihydrat. Die Hydratation des Gipses bedingt seine Erhärtung; sie ist mit einem Volumenzuwachs von etwa 1-2% verbunden. Das Treiben des Gipses lässt sich durch Leim- oder Kalkzusatz einschränken. Die Hydratation des Gipses ist mit einer Temperaturerhöhung von 30°-35° C verbunden (Hydratationswärme).
Der Hydatatinsablauf steht mit den Versteifungszeiten des Gipses in engem Zusammenhang. Er ist bei verschiedenen Gipsen unterschiedlich. Die Versteifungszeiten der Gipsarten muss der Stukkateur auf der Baustelle untersuchen können Dadurch ist er in der Lage, für jede Arbeitstechnologie die richtige Gipssorte auswählen zu können. Der Versteifungsbeginn ist darin erkennbar, dass die Ränder eines durch den Gipsbrei geführten Messerschnittes nicht mehr zusammenfließen. Gemessen wird die Zeit vom Beginn des Einstreuens bis zum Einsetzen der Versteifung. Das Versteifungsende ist erreicht, wenn beim Eindrücken der Gipsprobe mit der Fingerspitze kein Wasser mehr am Eindrückrand erscheint.
Für verschiedene Arbeiten muss der Gips schneller oder langsamer abbinden. Durch Zugabe von verschiedener Stoffe bindet der Gips unterschiedlich ab. Abbindeverzögerer sind u.a. Leim und Weißkalk. Bei der Zugabe von Kochsalz oder Dihydrat bindet Gips schneller ab. Kräftiges Durchrühren des Gipsbrei und die Verwendung von warmen Anmachwasser sowie dreckige Gefäßen lassen Gipsmörtel ebenfalls schneller abbinden. Da bei den meisten Arbeiten der Gips normal versteifen soll, müssen saubere Gefäße und kaltes Wasser verwendet werden.

Durch Zusätze, die sogenannten Stellmittel, kann man die Eigenschaften und die Verarbeitungsmöglichkeiten des Gipses wesentlich in der gewünschten Weise beeinflussen, so z.B. die Konsistenz, die Haftung oder die Versteifung. Gips besitzt viele Eigenschaften, die von denen des Kalkes oder des Zementes abweichen. Für den Bereich Stuck, Putz, Rabitz und Trockenbau ist Gips besonders gut geeignet. Seine positiven Eigenschaften sind:

sehr gut bildsamer Mörtel, gutes Haftungsvermögen
schnelles Abbinden
hoher Feuerwiderstand
gutes Regelungsvermögen der Luftfeuchtigkeit
gute Wärmedämmeigenschaft
schnelles Trocknen
chemische Neutralität
mit verschiedenen Zusatzstoffen mischbar

Als negative Eigenschaften müssen genannt werden:

Gips eignet sich nicht für Feuchträume (bei dauernder starker Feuchtigkeitsbelastung verliert Gips seine Härte)
Gips schützt (im Gegensatz zu Kalk und Zement Eisen nicht vor dem Rosten
Gips ist, wenn auch geringfügig, wasserlöslich (1g Gips löst sich in ca. 400 ml Wasser)



Gips - ein universell einsetzbarer Stoff

Gips ist einer der ältesten Rohstoffe zur Herstellung von Baustoffen. Bereits vor 4500 Jahren wurde Gips beim Bau der ägyptischen Pyramiden und Tempel als Mörtelbindemittel und Haftgrund für Malereien in Grabkammern und Tempelanlagen eingesetzt.
Heute findet Gips in fast allen Bereichen des Bauwesens Verwendung. Erfahrungen über Jahrtausende zeigen, dass Gips ein vielseitig und Problemlos einsetzbarer Baustoff für den Innenausbau ist.
Seit der Antike ist Gips das Material der Künstler und Kunstliebhaber. Im Barock und im Rokoko erlebte Gips in Form von beeindruckenden Stuckarbeiten seine erste Blütezeit. Noch heute dient das Gipsmodell als Vorstufe zur Bronzeplastik oder zum Abguß bzw. Abdruck bedeutender Kunstschätze.
Modell- und Formgipse machen den Rohstoff für die Industrie nutzbar. Sie sind sorgfältig auf den jeweiligen Verwendungszweck abgestimmt (z.B. für den Einsatz in der feinkeramischen Industrie zur Herstellung der Formgebung von Tassen und Tellern).
Druckgußgips kommt in der Sanitärkeramik zur Anwendung. Hartformgipse eignen sich für den Formenbau bei der Produktion von Dachziegeln. Auch Modell- und Designwerkstätten setzen Gips ein. Wegen seines neutralen pH-Wertes findet Gips zudem in der Medizin und Kosmetik Verwendung.
Hautverträgliche und "atmungsfähige" Gipsverbände unterstützen und fördern den Heilungsprozeß bei Knochenbrüchen. Auch im Zahntechnik-Labor hat sich Gips bewährt.
Ebenso wird Gips als Düngemittelzusatz in der Landwirtschaft und als Bindemittel im Landschaftsschutz genutzt. Er wird ferner zur Herstellung verschiedener Lebensmittel und Körperpflegeartikel (z.B. Zahncreme) benötigt.



Gips- Naturprodukt und Industrieabfall

Von der Gipsindustrie und den Energieversorgungsunternehmen wurden umfassende vergleichende "Untersuchungen zur gesundheitlichen Beurteilung von Naturgips und REA-Gips" (Gips aus Rauchgas-Entschwefelungs-Anlagen) in Auftrag gegeben. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass keine signifikanten Unterschiede zwischen Natur- und REA-Gips in der chemischen Zusammensetzung und im Gehalt an Spurenelementen sind. Natur- und REA-Gips sind nahezu identisch.
In keiner der untersuchten Natur- und REA-Gipsproben konnten medizinisch relevante Dioxine und Furane oder polycyclisch aromatische Kohllenwasserstoffe nachgewiesen werden.
Dioxine und Furane gehören zu den besonders toxischen Verbindungen. Aus diesem Grund wird von Baumaterialien gefordert, dass durch sie keine Belastungen in Innenräumen entstehen.
Die Unbedenklichkeit für die Verwendung von REA-Gips als Baustoff ist durch einen Untersuchungsbericht der Forschungs- und Materialprüfanstalt Baden Württemberg in Stuttgart belegt.
Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass REA-Gips ohne gesundheitliche Bedenken zur Herstellung von Baustoffen verwendet werden darf. Eine mit den Kraftwerksbetreibern vereinbarte Qualitätsanforderung garantiert einen hochwertigen Sekundärrohstoff.
Produkte aus Gips sind für den Bau von Wohn- und Aufenthaltsräumen aus strahlungshygenischer Sicht unbedenklich. Der Gehalt an natürlich radioaktiven Stoffen liegt bei REA-Gips in der gleichen Größenordnung und Konzentration wie bei Naturgips. Entscheidend für die Strahlenexposition sind die Stoffe Radium-226 und Thorium-232. Kalium-40 trägt nur in geringem Umfang bei. Der arithmetische Mittelwert aus etwa 1000 Baustoffproben verschiedener Arten ergab eine Radium-Konzentration von 40 Bq/kg und eine Thorium-Konzentration von 30 Bq/kg. Damit ist Gips deutlich geringer belastet als andere natürliche Baustoffe wie Ton, Sandstein etc.
Künstlich radioaktive Stoffe wie Cobalt-60, Cäsium-134 und Cäsium-137 konnten in REA-Gips nicht nachgewiesen werden.
Trotz der fast identischen chemischen Zusammensetzung von Naturgips und REA-Gips sollten bei Stuckarbeiten nur reine Naturgipse verwendet werden, da der Abbindeprozeß, die Nachbearbeitbarkeit und die Endfestigkeit bei den beiden Gipsarten derart unterschiedlich ist, dass in der Regel Arbeiten mit REA-Gips nicht zu den gewünschten Ergebnissen führt.




Kalk

Baukalke sind gebrannte oder gelöschte Kalke, die in der DIN 1060, Baukalke reglementiert sind. Der Kalk stellt wohl das älteste und einfachste Mörtelbindemittel dar. Er hat den großen Vorzug, dass sein Urgestein fast überall anzutreffen und er leicht herzustellen ist. Die natürlichen Baukalke werden aus kohlensaurem Kalk (Kalkstein ist chemisch betrachtet Calciumcarbonat CaCO3) durch Brennen hergestellt, wobei die chemisch an den Kalk (Calciumoxid CaO) gebundene Kohlendioxid (CO2) ausgetrieben wird.

   CaCO3 → CaO + CO2

Wird dem gebrannten Kalk Wasser zugegeben, setzt sich dieser unter starker Wärmeentwicklung mit dem Wasser zu gelöschtem Kalk (Kalkhydrat) um.

   CaO + H2O → Ca(OH)2

Der gelöschte Kalk wird zu Mörtel angemacht und nimmt nach seiner Verarbeitung im Laufe der Zeit wieder Kohlendioxid aus der Luft wieder auf (Carbonatisierung) und gibt Wasser ab, so dass schließlich wieder kohlensaurer Kalk entsteht.

   Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Diesen chemischen Vorgang bezeichnet man auch als Kalkkreislauf.

Das Brennen des Kalksteins erfolgt unterhalb der Sintergrenze (800 - 1200 °C) und nach Kalkart in Ring-, Schacht- oder Drehöfen. Dabei wird Kohlendioxid ausgetrieben. Es entsteht Brantkalk in stückiger Form. Beim Brennen wird außerdem Feuchtigkeit ausgetrieben, dadurch vermindert sich sein Volumen um ca. 10 - 20%, seine Masse um ca. 40%. Der gebrannte Kalk wird durch das Löschen mit Wasser erhärtungsfähig. Die Einsumpfdauer beträgt mindestens 10 Stunden. Umso hochwertiger der eingesumpfte Kalk ist, desto länger muss er gelöscht werden. Der Putzgrund sowie die umgebende Luft nehmen Wasser aus dem Kalkmörtel auf, was zum Anziehen des Mörtels führt. Durch Aufnahme des Kohlendioxids erhärtet der Kalk. Dieser Vorgang findet von außen nach innen statt, so dass ein Kalkputz eine lange Abbindezeit hat, u.u. sogar mehrere Jahre.

Das Kalkvorkommen erstreckt sich in Deutschland in der Hauptachse auf zwei geologisch wichtige Formationen, die Muschelkalkformation und die Juraformation. Die letztere zieht sich in ganzen Gebirgszügen von großer Mächtigkeit durch das Land. Den besten Kalk, den Weißkalk wird aus der Juraformation gewonnen. Die chemische Zusammensetzung der Kalksteine ist dem Vorkommen entsprechend verschieden, daraus ergeben sich auch die Unterschiede in den verschiedenen Kalkarten.

Ob ein Kalk hydraulisch oder nichthydraulisch ist, hängt vom Tonanteil im Kalkstein ab. Die maßgebenden Bestandteile des Tones sind:

Kieselsäure (SiO2)
Tonerde (Al2O3)
Eisenoxid (Fe2O3)
Magnesiumcarbonat

Diese Stoffe nennt man Hydraulefaktoren.



Baukalke

Kalk
Kalk ist ein allgemeiner Begriff, der die Vielfältigkeit der physikalischen und chemischen Formeln von Calcium- und Magnesiumoxid und/oder Calcium- und Magnesiumhydroxid beinhaltet.
Baukalk
Baukalke sind Bindemittel, deren analytische Hauptbestandteile die Oxide und Hydroxide des Calcium (CaO, Ca(OH)2), mit geringen Anteilen des Magnesiums (MgO, Mg(OH)2, Siliciums (SiO2, Aluminiums (Al2O3) und Eisens (Fe2O3) sind.
Luftkalk
Luftkalke sind Kalke, die vorwiegend aus Calciumoxid oder Calciumhydroxid bestehen und unter Einwirkung von atmosphärischen Kohlenstoffdioxid an der Luft langsam erhärten. Da diese Kalke keine hydraulischen Eigenschaften aufweisen, erhärten sie im allgemeinen nicht unter Wasser.
Ungelöschte Kalke
Ungelöschte Kalke sind Kalke, die vorwiegend aus Calciumoxid und Magnesiumoxid bestehen und durch Brennen von Kalkstein und/oder dolomitischen Gestein hergestellt werden. Beim Kontakt mit Wasser reagieren die ungelöschten Kalke exotherm. Ungelöschte Kalke werden in verschiedenen Korngrößen stückig (Stückkalk) bis feingemahlen (Feinkalk) angeboten.
Branntkalk
Branntkalke sind unglöschte Kalke, die vorwiegend aus Calciumoxid bestehen.
Dolomitkalk
Dolomitkalk sind ungelöschte Kalke, die vorwiegend aus Calciumoxid und Magnesiumoxid bestehen.
Gelöschte Kalke
Gelöschte Kalke sind Kalke, die vorwiegend aus Calcium- und möglicherweise Magnesiumhydroxid bestehen und durch gesteuertes Löschen von Branntkalk entstehen. Beim Kontakt mit Wasser reagieren die gelöschten Kalke nicht exotherm. Gelöschte Kalke werden in Form von Pulver oder als Teig hergestellt.
Kalkhydrat
Kalkhydrat sind gelöschte Kalke, die vorwiegend aus Calciumhydroxid bestehen.
Dolomitkalkhydrat
Dolomitkalkhydrat sind gelöschte Kalke, die vorwiegend aus Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid und Magnesiumoxid bestehen.
Halbgelöschte Dolomitkalke
Halbgelöschte Dolomitkalke sind Dolomitkalke, die vorwiegend aus Calciumhydroxid und Magnesiumoxid bestehen.
Vollständig gelöschte Dolomitkalke
Vollständig gelöschte Dolomitkalke sind Dolomitkalke, die vorwiegend aus Calciumhydroxid und Magnesiumhydroxid bestehen.
Muschelkalke
Muschelkalke sind gelöschte Kalke, die durch Brennen von Muscheln und nachfolgenden Löschen entstehen.
Carbidkalke
Carbidkalke sind gelöschte Kalke, die als Nebenprodukt bei der Herstellung von Acelylen aus Calciumcarbid entstehen.
Kalkteige
Kalkteige sind gelöschte Kalke, die mit Wasser zu einer gewünschten Konsistenz vermischt sind und vorwiegend aus Calciumhydroxid mit oder ohne Magnesiumhydroxid bestehen.
Hydraulische Kalke und natürlich hydraulische Kalke
Hydraulische Kalke und natürlich hydraulische Kalke sind Kalke, die vorwiegend aus Calciumsilikaten, Calciumaliminaten und Calciumhydroxid bestehen und durch Brennen von tonhaltigen Kalkstein und nachfolgendem Löschen und Mahlen und/oder durch Mischen von geeigneten Stoffen und Calciumhydroxid hergestellt werden.
Diese Kalke erstarren und erhärten unter Wasser. Atmosphärisches Kohlenstoffdioxid trägt zum Erhärtungsprozess bei. Sie enthalten mindestens einen Masenanteil von 3% freien Kalks.
Hydraulische Kalke (HL), die durch Brennen (unter 1250C) von mehr oder weniger tonhaltigen Kalkstein, zu Pulver gelöscht, mit oder ohne Mahlung entstehen, werden "Natürlich hydraulische Kalke" (NHL) genannt.
Kalke, denen bis zu 20% geeignete puzzolanische oder hydraulische Stoffe zuzugeben sind, werden "NHL-P" bezeichnet.
Organische Zusatzmittel dürfen bei allen Arten von HL und NHL zugegeben werden.




Klassifizierung von Baukalk

Die verschiedenen Baukalkarten werden nach ihrem Calciumoxid- und Magnesiumoxidanteilen bzw. bei hydraulklischen kalken nach ihrer Druckfestigkeit entsprechend der nachfolgenden tabelle klassifiziert.

  Bezeichnung Kurzzeichen
1 Weißkalk 90 CL 90
2 Weißkalk 80 CL 80
3 Weißkalk 70 CL 70
4 Dolomitkalk 85 DL 85
5 Dolomitkalk 80 DL 80
6 Hydraulischer Kalk 2 HL 2
7 Hydraulischer Kalk 3,5 HL 3,5
8 Hydraulischer Kalk 5 HL 5

Diese Klassifizierung bezieht sich auf die Mindestanforderung für jede Klasse gem. der beiden nachfolgenden Tabellen.

Abkürzungen:
C = Calciumoxid
D = Magnesiumoxid ( Dolomit)
L = Lime
P = hydraulic (hydraulisch)
N = natural (natürlich)





Chemische Anforderung an Kalk

Baukalkart CaO + MgO MgO CO2 SO3 freier Kalk
1 CL 90 ≥90 ≤5 ≤4 ≤2 -
2 CL 80 ≥80 ≤5 ≤7 ≤2 -
3 CL 70 ≥70 ≤5 ≤12 ≤2 -
4 DL 85 ≥85 ≥30 ≤7 ≤2 -
5 DL 80 ≥80 ≥5 ≤7 ≤2 -
6 HL 2 - - - ≤90 ≥8
7 HL 3,5 - - - ≤90 ≥6
8 HL 5 - - - ≤3 ≥3




Druckfestigkeit von hydraulischem Kalk

Baukalk- art Druckfestigkeit ßd N/mm2
7 Tage 28 Tage
HL 2 - 2 bis 7
HL 3,5 ≥1,5 3,5 bis 10
HL 5 ≥2 5 bis 15




Kalk - ein Baustoff mit Geschichte

Weit zurück, bis in die Urgeschichte der Menschheit, reicht der Gebrauch von Kalk in der Anstrich und Putztechnik. Funde in den Höhlen von Altamira und Lascaux belegen, dass der Mensch der Eiszeit neben Brauneisenstein, Manganerde und Kohle auch weißen Kalk als Farbe verwendete. Noch heute fasziniert die Lebendigkeit und Frische der eiszeitlichen Höhlenmalerei den Betrachter. Erstaunlich gut erhalten, ist ihre Beständigkeit nicht etwa dem Erfindungsgeist paläotithischer Kunst-am-Bau Experten zu verdanken, sondern - dem Kalk. Denn beim Trocknen der Oberfläche verbinden sich die reaktivierten Bestandteile des Kalks mit der Kohlensäure der Luft und schaffen so einen festen Überzug, der die Pigmente unlöslich bindet. Auf diese Weise entstand ein Naturfresco.
Spätere Kulturen bliebe es vorbehalten, die bindenden Eigenschaften des Kalks bewußt zu nutzen. Kreter und Ägypter, aber auch Chinesen und Mayas schufen mit seiner Hilfe schon sehr früh Kunstwerke, die uns heute noch erstaunen. Auch im abendländischen Raum entstanden Bauten, bei denen Kalk als Baustoff und in der Putz- und Anstrichtechnik Verwendung fand.
Im Laufe von Jahrhunderten wurden die Putztechniken sowie die malerischen Techniken mehr und mehr verfeinert, und mit Hilfe des Kalk entstanden faszinierende Bauwerke sowie Kunstwerke von bestechender Farbigkeit. Für uns und kommende Generationen gilt der Auftrag, sie als Zeugen vergangener Epochen zu bewahren und zu pflegen.
Dieser Verantwortung gegenüber Tradition und Geschichte gerecht zu werden, erfordert zum einen , sich um den weitestgehenden Erhalt der Originalsubstanz zu bemühen, andererseits eine möglichst originalgetreue und materialgerechte Rekonstruktion und Sanierung, unter Berücksichtigung heutiger Erfahrungen und Erkenntnissen, zu erreichen. Verantwortungsvolle Denkmalpflege erfordert die sinnvolle Verknüpfung kunsthistorischer Erfordernisse mit technischer Machbarkeit. Ziel muss es sein, traditionelle Rezeptkomponenten aus vergangener Zeit mit neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen und modernster Fertigungstechnik zu vereinen.
Sensibilität im Umgang mit gewachsenen historischen Strukturen, profundes Wissen und die Kenntnis einer Vielzahl von Techniken und Materialien und deren Anwendungsmöglichkeiten sind wesentliche Attribute verantwortungsbewußter Denkmalpflege.




Zement

Zement ist ein feingemahlenes hydraulisches Bindemittel für Mörtel und Beton, das nach dem Anmachen mit Wasser sowohl an der Luft als auch unter Wasser durch Hydration erhärtet, hart bleibt und dessen Zementstein wasser- und raumbeständig ist. Die Normzemente werden in der DIN 1164 reglementiert.
Zement hat den hydraulischen Kalk fast gänzlich verdrängt, da er hinsichtlich des Aushärteverhaltens deutliche bessere Eigenschaften aufweist als hydraulischer Kalk.
Der Zement ist ein künstlicher Baustoff, der nicht wie andere Bindemittel in der Natur vorkommt. Heute wird Zement durch Brennen in Drehrohrofen (ca.1.400 °C) hergestellt, in dem aus zerkleinertem Calciumcarbonat und Ton der sogenannte Klinker entsteht (die Bezeichnung Klinker stammt aus der Zeit, als man das Brenngut vor dem Einsetzen in den Ofen noch zu Ziegeln formte). Der Klinker wird anschließend fein gemahlen und mit geringen Anteilen Gips versetzt. Der Gips dient der Erhärtungsverzögerung. Das fertige mehlfeine Produkt ist dann Zement bzw. Portlandzement (PZ). Andere Zementarten werden dadurch hergestellt, dass dem Portlandzementklinker vor dem Mahlen Zusätze wie z.B. Hüttensand, Traß oder Flugasche zugesetzt werden. Diese Zemente besitzen unterschiedliche Eigenschaften.

   Kalkstein  +  Ton → Klinker

Die Erhärtungsreaktion von Portlandzement sind vielfältig und an einigen Punkten wissenschaftlich noch nicht völlig geklärt. Bei der Erhärtungsreaktionen von Portlandzementen sind die kalkreichen Silikate, Aluminate und Ferrite bestrebt, sich mit Hilfe des Wassers in kalkarme Salzhydrate bzw. kalkreiche Ferrithydrate umzuwandeln. Dieser Vorgang wird als hydraulische Umlagerung bezeichnet.
Die Erhärtungsreaktion zwischen Zement und Wasser verläuft je nach Zusammensetzung und Temperatur langsamer oder schneller. Bei dieser Reaktion werden große Mengen Calciumhydroxid Ca(OH)2 frei, das z.B. im Stahlbeton eine basische Umgebung bildet, die für den dort eingesetzten Betonstahl als Korrosionsschutz wirkt. Aus dem Kohlendioxid in der Luft und der Luftfeuchtigkeit bzw. dem Niederschlagwasser bildet sich Kohlensäure. Durch diese Kohlensäure beginnt der Zement bzw. der Beton allmählich zu carbonatisieren, d.h., er verliert ausgehend von der Oberfläche nach innen immer mehr von seiner basischen Wirkung. Diese Umwandlung des Calciumhydroxides (Kalkhydrat) im Beton durch Kohlensäure zu Calciumcarbonat nennt man Carbonatisierung. Dadurch geht der Korrosionsschutz des Betonstahles, der durch die basische Wirkung gegeben ist, jedoch verloren. Aus diesem Grund muss der Betonstahl mit einer Mindestüberdeckung im Beton eingebaut werden. Wenn diese eingehalten wird, bleibt der Betonstahl dauerhaft vor Korrosion geschützt, weil die Carbonatisierung des Betons mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche immer langsamer fortschreitet. Nahezu alle Korrosionserscheinungen an oberflächennahen Betonstählen, die eine Betoninstandsetzung erforderlich machen, sind durch Missachtung der DIN 1045 (Stahlbeton) festgelegten Mindestüberdeckungsmasse entstanden.
Obwohl an das Stukkateurgewerbe nicht die gleichen hohen Anforderungen an den Zement gestellt werden, wie vergleichsweise bei Beton- und Stahlbetonarbeiten, sind seine Qualitäten für einen raum- und wetterbeständigen sowie harten Putzmörtel ebenfalls von großer Bedeutung.
Zemente werden außerdem im Baubereich für den Straßenbau verwendet sowie mit Zusatz von Kunststoffen (kunststoffvergüteter Zement) für Klebemörtel, Sanier- und Sperrputze, Estrich und Spachtelmassen sowie als Injektionsmittel in unterschiedlicher Anwendung. Weiterhin findet er Anwendung in der Zahnmedizin.

Zemente werden nicht nur nach ihren Inhaltstoffen, sondern auch nach ihren Festigkeitsklassen unterschieden. Die Zemente werden in 3 Festigkeitsklassen (32,5-42,5-52,5) eingeteilt und richtet sich nach der Mindestdruckfestigkeit nach 28 Tagen in N/mm².



Normbezeichnung von Zementen

Die Normbezeichnung von Zementen muss mindestens folgende Angaben enthalten:
Benennung nach der Aufstellung Zementarten
Angabe der Norm
Kurzzeichen für die Zementart nach der Aufstellung Zementarten
Zahlenwert für die Festigkeitsklasse nach der Tabelle Festigkeitsklassen

Zemente mit hoher Anfangsfestigkeit werden zusätzlich mit dem Buchstaben R (rapid) gekennzeichnet.

Zemente mit besonderen Eigenschaften erhalten zusätzlich folgende Kennbuchstaben:
NW für Zement mit niedriger Hydrationswärme
HS für Zement mit hohem Sulfatwiderstand
NA für Zement mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt



Geschichte des Zementes

Die Bezeichnung Zement geht auf die Römer zurück, die ein betonartiges Mauerwerk aus Bruchsteinen mit Mörteln aus gebranntem Kalk als "opus caementitum" bezeichneten. Später bezeichnete man die Zusatzstoffe Ziegelmehl und vulkanischer Tuff, die man dem gebrannten Kalk zusetzte, um ein hydraulisches Bindemittel zu erhalten:
Cementum, Cimentum, Cäment und Cement
Technisch gesehen haben wohl die Phönizier den ersten wasserfesten Mörtel aus Kalk und Zement hergestellt. Die Verwendung von Puzzolanen (hydraulisches Bindemittel, z.B. Traß) für die Herstellung von Putz und Mauermörteln ist seit ca. 20 v.Chr. bekannt.
Im Mittelalter erkannten die Baumeister, dass der Traß der Eifelvulkane die gleichen Eigenschaften hat und der Engländer John Smeaton (1742-1792) entdeckte1759, als er nach einem neuen Bindemittel beim Bau des Leuchtturmes von Edystone (England) suchte, die Bedeutung des Tongehaltes für die hydraulischen Eigenschaften des aus einem natürlichen Gemisch von Kalkstein und Ton hergestellten Wasserkalks.
Der Engländer J. Parker nannte 1796 den Romankalk, den er aus den Mergelnieren des Londoner Septarientones brannte, Romancement.
Der Portlandzement wurde erstmals 1824 vom Briten Joseph Aspdin hergestellt. Allerdings entsprach dieser Zement hinsichtlich seiner Zusammensetzung und seiner Eigenschaften noch einem Romankalk, da das Bindemittel noch nicht bis zur Sinterung gebrannt war. Die daraus hergestellten künstlichen Steine glichen dem Portlandstein, einem Kalkstein, der auf der Halbinsel Portland in der Grafschaft Dorsetshire an der Kanalküste abgebaut wird.
Später modifizierte W. Aspdin den Zement seines Vaters, in dem er das Kalk-Ton-Gemisch zum Sintern brachte (1843) und damit die Eigenschaften deutlich verbesserte. Erstmals angewandt wurde der neue Portlandzement beim Bau des Parlamentsgebäudes in London.
Als Erfinder des gesinderten Portlandzement aber gilt Charles Konhson, der Klinker eines Fehlbrandes untersuchte und dabei feststellte, dass ein Verhältnis von Kalkstein zu Ton 5:2 bei scharfen Brennen ein noch besseres Bindemittel ergibt. Seither erfolgten zahlreiche Verbesserungen am Portlandzement auch hinsichtlich der Verwendung von Zusätzen. Der französische Gärtner Joseph Monier stabilisierte 1849 Blumenkübel, indem er Beton mit einem Stahlgeflecht (Moniereisen) verband.
Der erste deutsche Portlandzement nach englischem Vorbild wurde 1850 in Buxtehude hergestellt. Die Grundlage für die Herstellung des Portlandzementes in Deutschland hat H. Bleibtreu (1824-1881) geschaffen, der auch die zwei ersten bestehenbleibenden Zementwerke in Züllchow bei Stettin (1855) und in Oberkassel bei Bonn (1858) errichtete.
Die latent hydraulischen Eigenschaften der granulierten Hochofenschlacke wurden 1862 von E. Langen entdeckt, der nachwies, dass ein Gemisch aus schnell gekühlter Hochofenschlacke und gebrannten Kalk hohe Festigkeit erreichen kann.
G. Prüssing setzte 1892 in dem von ihm gegründetem Zementwerk Vorwohle dem Portlandzement Hochofenschlacke zu.
Die Erzeugung von Portlandzement aus Hochofenschlacke als Rohstoff unter Zusatz von Kalkstein wurde 1882 von Th. Marjes und A. Bender aufgenommen. Nach diesem Verfahren stellten seit 1892 die Portlandzementwerk Stein&Co. In Wetzlar Zementklinker her, den sie mit 30% Hochofenschlacke zu Hüttensand vermahlten. Dieser Zement erhielt 1901 die Bezeichnung Eisenportlandzement, der Hüttensand mit einem höheren Schlackegehalt wird seit 1907 Hochofenzement genannt.
1890 ließ sich der deutsche Ingenieur C.F.W. Döhring die Erfindung des Spannbetons patentieren. Die der Armierung dienenden Stahlseile werden im Stahlbeton künstlich dabei gespannt.
1912 wurde im österreichischen Zementwerk Lorüns (Vorarlberg) der erste Zement mit hoher Anfangsfestigkeit, zunächst hochfester Zement genannt, hergestellt.
Der erste Tonerdezement wurde während des ersten Weltkrieges 1914-1918 in Frankreich aufgrund der auf das Jahr 10908 zurückgehenden Patente des französischen Chemikers J. Bied hergestellt, der fand, dass kristallisierte Schmelzen mit der Zusammensetzung des Monocalciummaluminates hydraulisch erhärten können und hohe Festigkeit erreichen.
Der in Deutschland seit 1925 hergestellte Tonerdeschmelzzement wird aus der bei der Gewinnung von Gießereiroheisen im Hochofen anfallenden Schlacke gewonnen. Seit 1962 ist in der Bundesrepublik Deutschland die Verwendung im wesentlichen auf die Herstellung von feuerfesten Mörteln und Beton bestimmt, bzw. beschränkt.
Weißer Zement wurde erstmals von den Dyckerhoff-Zementwerk in Amöneburg produziert. 1968 wurde Schnellzement (Regulated Set Cement) zum Patent angemeldet. Ein ähnlicher Zement, Jet Cement, wurde 1970 in Japan zum Patent angemeldet. Im selben Jahr wurde in der Bundesrepublik Deutschland Portlandzement und Hochofenzement mit der besonderen Eigenschaft HS (Hoher Sulfatwiderstand) erstmals genormt.
Der Verein Deutscher Cement-Fabriken schuf 1878 die ersten Normen für die einheitliche Lieferung und Prüfung von Portlandzement, die 1887 und 1908 geändert und ergänzt wurden. Im Jahr 1909 wurde außerdem der Eisenportlandzement, 1917 auch der Hochofenzement genormt. Der Deutsche Normenausschuss, der 1917 gegründet worden war, gab erstmals 1932 eine Zementnorm als DIN 1164 heraus, in der die Normen für Portlandzement, Eisenportlandzement und Hochofenzement zusammengefasst wurden.



Hauptbestandteile von genormten Zementen

Portlandzementklinker (K)
Portlandzementklinker ist ein stückiges Produkt, welches beim Brennen (mindestens bis zur Sinterung) eines genau festgelegten Rohstoffgemisches (Kalkstein/Ton/Quarzsand) entsteht. Das Rohstoffgemische kann als Rohmehl, Paste oder Rohschlamm vorliegen, muss fein aufgeteilt, innig gemischt und dudurch homogen sein.
Hüttensand (S)
Hüttensand ist eine schnell gekühlte Hochofenschlacke aus einer Schmelze mit bestimmter, geeigneter Zusammensetzung.
Natürliches Puzzolan (P)
Natürliches Puzzolan ist ein gemahlener Stoff vulkanischen Ursprungs (z.B. Traß nach DIN 51043 aus vulkanischen Tuffgestein) oder Sedimentgestein mit geeigneter chemisch-mineralogischer Zusammensetzung.
Kieselsäurereiche Flugasche (V)
Kieseksäurereiche Flugasche ist ein feinkörniger, hauptsächlich aus kugeligen, glasigen Partikeln bestehender Staub mit puzzolanischen Eigenschaften und bestimmten Zusammensetzungen, welcher durch die elektrostatische oder mechanische Abscheidung von staubartigen Partikeln aus Rauchgasen von Feuerungen gewonnen wird, die mit feingemahlener Steinkohle befeuert wird.
Gebrannter Schiefer (T)
Gebrannter Schiefer ist ein hydraulisch reagierendes Feinmehl mit puzzolanischen Eigenschaften, das beim Brennen von Schiefermaterial (Ölschiefer) gewonnen wird.
Kalkstein (L)
Kalkstein als Kalksteinmehl besitz definierte Eigenschaften für die Zementherstellung.
Nebenbestandteile
Nebenbestandteile können genormten Zementen mit Massenanteilen ≤ 5% zugegeben werden (z.B. Füller).
Calciumsulfat
Calciumsulfat ist Bestandteil des Zementes und wird in geringen Mengen zur Regelung des Erstarrungsverhaltens zugegeben. Das Calciumsulfat kann in Form von Gips, Halbhydrat oder Anhydrit oder als Mischung aus diesen zugegeben werden und aus natürlichen Vorkommen oder industrieellen Verfahren stammen (z.B. REA-Gips: Gips aus Rauchgasentschwefelkungsanlagen).
Zementzusatzmittel
Zementzusatzmittel sind Bestandteile zur Verbesserung der Herstellung oder der Eigenschaften von Zement, die im Sinne der Norm weder Haupt- noch Nebenbestandteile sind, und i.a. mit Massenanteilen ≤1% (bezogen auf den Zement) zugegeben werden (z.B. Mahlhilfsstoffe).



Zementarten

Portlandzement
Portlandzement wird durch das feine Zermahlen des Portlandzementklinkers unter Zusatz von Gipsstein und/oder Anhydrit sowie ggf. anorganischen mineralischen Stoffen hergestellt. Weißer Portlandzement entsteht aus besonders ausgewählten Rohstoffen und wird in einem Verfahren gebrannt, bei dem die Bildung der dunkelfarbigen Zementbestandteile reduziert wird.

Bezeichnung: CEM I
Portlandhüttenzement
Portlandhüttenzement, ursprünglich Eisenportlandzement genannt, wird durch Feinmahlen von Portlandzementklinker unter Zusatz von Gipsstein und/oder Anhydrit sowie ggf. von anorganischen mineralischen Stoffen und 10 bis 35 Massenprozent Hüttensand (schnell gekühlte und infolgedessen glasig erstarrte Hochofenschlacke) hergestellt.

Bezeichnung: CEM II/A-S (mit 80-94% Portlandzement-Klinker und Hüttensand)
CEM II/B-S (mit 65-79% Portlandzement-Klinker und Hüttensand)
Hochofenzement
Der Hochofenzement wird genauso wie der Portlandhüttenzement hergestellt, doch liegt sein Anteil an Hüttensand zwischen 36 bis 80 Massenprozent.

Bezeichnung: CEM III/A ( mit 35-64% Portlandzemnent-Klinker)
CEM III/B (mit 20-34% Portlandzement-Klinker)
Portlandpuzzolanzement
Portlandpuzzolanzement, ursprünglich als Trasszement bezeichnet, entsteht durch das gemeinsame Feinmahlen von 60 bis 80 Massenprozent Portlandzementklinker mit 20 bis 40 Massenprozent Puzzolan (Traß). Ebenfalls sind Gipsstein und/oder Anhydrit sowie ggf. anorganische mineralische Stoffe zugesetzt. Der zugesetzte Traß muss der DIN-Norm 51043 Traß entsprechen.

Bezeichnung: CEM II/A-P (mit 80-94% Portlandzement-Klinker und natürlichem Puzzolan)
CEM II/B-P (mit 65-79% Portlandzement-Klinker und natürlichem Puzzolan)
Ölschieferzement
Ölschieferzement wird hergestellt aus Portlandzementklinker sowie bis zu 30 Massenprozent Schiefer, der in einer besonderen Ofenanlage gebrannt wird.

Bezeichnung: CEM II/A-T (mit 80-94% Portlandzement-Klinker und gebranntem Schiefer)
CEM II/B-T (mit 65-79% Portlandzement-Klinker und gebrannten Schiefer)
Tonerde- und Tonerdeschmelzzement
Tonerde- und Tonerdeschmelzzemente sind in Deutschland nicht genormt und werden aus Kalkstein und Bauxit hergestellt. Sie besitzen einen erhöhten Gehalt an Aluminatphasen (Al2O3 - Tonerde) und besitzen keine Alkalität. Sie sind deshalb für die Stahlbetonherstellung nicht zugelassen. Das durch Brennen auf 1.200 bis 1.600°C gesinterte Gemisch wird staubfein gemahlen. Der Vorgang der Hydratisierung verläuft beim Tonerde-und Tonerdeschmelzzement deutlich schneller als beim Portland-, Hütten- oder Puzzolanzement. Des weiteren bindet Tonerdezement etwa doppelt so viel Wasser und entwickelt beim Abbinden wesentlich mehr Wärme. Der daraus hergestellte Beton und Mörtel ist offenporiger und schützt den Bewehrungsstahl nicht dauerhaft vor Korrosion. Einsatzgebiete sind schnellhärtende Baustoffmischungen. Der hohe Anteil von Aluminatphasen bedeutet eine erhöhte Gefahr von Treibmineralbildung (Eltringit).
HS-Zemente
HS-Zemente (hochsulfatbeständige Zemente) enthalten nur eine geringe Menge an Aluminatphasen (<2-3%). Der Einsatz von HS-Zementen wird zur Vermeidung schädlicher Treiberscheinungen im Beton erforderlich, wenn der Beton stark angreifenden Wassern oder Böden gemäß DIN 4030 ausgesetzt ist. Ebenso sind HS-Zemente als Bindemittel für Putzmörtel einzusetzen, wenn sulfathaltige Untergründe verputzt werden sollen.

Bezeichnung: CEM I Portlandzement- HS
CEM III Hochofenzement-HS

Zementart Benennung Kurzzeichen alte Bezeichnung
Portlandzement Portlandzement CEM I PZ
Portlandkompositzemente Portlandhüttenzement
(Eisenportlandzement)
CEM II/A-S
CEM II/B-S
EPZ
Portlandpuzzolanzement
(Traßzement)
CEM II/A-P
CEM II/B-P
TrZ
Portlandflugaschezement CEM II/A-V -
Portlandölschieferzement CEM II/A-T
CEM II/B-T
-
Portlandkalksteinzemente CEM II/A-L -
Portlandflugaschehüttenzement CEM II/B-SV -
Hochofenzemente Hochofenzement CEM III/A
CEM III/B
HOZ

Legende:
A = größerer Anteil Portlandzementklinker
B = kleinerer Anteil Portlandzementklinker
S = Hüttensand (S für blastfurnace slag)
P = Natürliches Puzzolan P für natürliches Puuzzolan)
V = Kieselsäurereiche Flugasch (V für Cendre volantes)e
T = Gebrannter Schiefer (T für burnt shale)
L = Kalkstein (L für Limestone



Festigkeitsklassen

Festigkeits-
klasse
Druckfestigkeit in N/mm2 nach Kennfarbe Farbe des
Aufdrucks
2 Tagen
(min.)
7 Tagen
(min.)
28 Tagen
(min.)
28 Tagen
(max.)
32,5 ≥ 16 ≥ 32,5 ≤ 52,5 hellbraun schwarz
32,5 R ≥ 10 rot
42,5 ≥ 20 ≥ 42,5 ≤ 62,5 grün schwarz
42,5 R ≥ 20 rot
52,5 ≥ 20 ≥ 52,5  – rot schwarz
52,5 R ≥ 30 weiss




Eigenschaften von Kalkhydrat und Portlandzement

Eigenschaften Kalkhydrat Portlandzement
löschfähig ja nein
carbonatische Härtung ja nein (ja)
hydraulische Härtung nein ja
Frostbeständigkeit nein ja
Salzbeständigkeit nein ja/nein
E-Modul (Putz) 7000 - 10000 N/mm² > 15000 N/mm²
Druckfestigkeit ßd 1-2 N/mm² > 10 N/mm²
Nachbehandlung nein ja (bis 28 Tage)
Wasserbelastbarkeit nein ja
Wasseraufnahme w > 2,0 kg/m²h0,5 w < 1,0 kg/mm²h0,5
υ-Wert 10-20 50-100



Latent hydraulische Bindemittel

Latent hydraulische Bindemittel sind alleine keine Bindemittel, da sie nicht selbstständig abbinden und zählen daher zu den Zusatzstoffen. Latent hydraulische Bindemittel binden nur gemeinsam mit einem Anreger ab.

Latent hydraulische Bindemittel sind:
Puzzolane (vulkanische Erden, Santorinerde, Molererde etc.)
Trass (gemahlener Tuff aus der Eifel oder Suevit Trass-Bayern)
Amorphe Kieselsäure (SiO2 synthetisch)
Ziegelmehl von niedriggebrannten Ziegeln

Vorteile latent hydraulischer Bindemittel:
Plangsame Erhärtung - geringer Spannungsabbau
höhere Sazresistenz
Ausblühfrei durch CaO-Bindung (Alkalifänger)
hohe Dichtigkeit

Nachteile von latent hydraulischen Bindemitteln:
extrem langsame Erhärtung (Monate bis Jahre) bedeutet eine entsprechend lange Nachbehandlung