Elemente und Moleküle, Schulbuch

98 5 GRoSSteCHNISCHe CHeMIe 5.5 BAUStOFFE Zement • Beton • Kalk • Mörtel • Gips Beim Bauen benötigt man neben den eigentlichen Baumaterialien wie Zie- geln noch Bindemittel. Dies sind Stoffe wie Baukalk und Gips, die mit Was- ser zu einer plastischen Masse gemischt werden und nach gewisser Zeit erhärten. Sie werden zum Mauern und Verputzen benötigt. Der Zement dient zur Herstellung des heute wichtigsten Baustoffes, des Betons. Zement Herstellung • Beton • Stahlbeton Zement ist ein künstlich hergestelltes Silicat. Man geht bei der Zementher- stellung von ca. 75 % Kalk und 25 % Ton aus. Dieses Gemisch wird entweder hergestellt, oder man findet es als „Mergel“ in der Natur. Zusätzlich wird Flugasche (zB aus dem Kohlekraftwerk Dürnrohr) zugegeben. Das Gemisch wird in Drehrohröfen bei etwa 1400 °C gebrannt. Dabei entweicht Kohlen - stoffdioxid und es bilden sich wasserfreie Calciumsilicate, Aluminate und Alumosilicate. Das Material sintert dabei zu hartem Zementklinker . Dreh- rohröfen können mit Erdgas, mit schwerem Heizöl oder mit Kohlestaub befeuert werden. Um Brennstoff zu sparen, und zur Altreifenentsorgung werden dem Ausgangsmaterial Altreifen zugesetzt. Sie verbrennen dabei. Das entstehende Schwefeldioxid aus dem Schwefelgehalt der Altreifen wird im Zement gebunden (Abb. 98.1). Nach dem Brennen wird der Zementklinker in Kugelmühlen zu feinem Staub zermahlen. Dem so gewonnen Produkt werden etwa 5 % Gips zur Abbin - deverzögerung zugesetzt. Die Zementherstellung ist sehr energieaufwändig. Für eine Tonne Zement benötigt man ca. 2,6 GJ Wärmeenergie aus Brennstoff und 0,4 GJ elektrische Energie zum Bewegen des Drehrohrofens und der Kugelmühlen. Umwelt- belastungen treten durch den bei der Produktion entstehenden Staub auf, was umfangreiche Entstaubungsanlagen erforderlich macht. Hauptsächlich wird Zement zur Herstellung von Beton verwendet. Dabei wird Zement mit der vier- bis achtfachen Menge Sand und Schotter mit Wasser gemischt. Der Zement reagiert dabei schwach exotherm mit dem Wasser. Es entstehen wasserhältige Silicate, Aluminate und Alumosilicate, die auskristallisieren. Die Kristalle verwachsen miteinander und mit dem zugesetzten Sand zu einer steinharten Masse, dem Beton. Dieses Abbinden beginnt nach ein bis zwei Stunden. Danach ist der Beton nicht mehr verar- beitbar. Die Endhärte erreicht Beton nach etwa 4 Wochen. Dann kann man Schalungen entfernen. Zur Erhärtung benötigt der Beton ausschließlich Wasser. Daher erhärtet er auch unter Wasser, was beim Bau von Brücken- fundamenten wichtig ist. Beton ist ein sehr hartes und druckfestes Material, aber spröde und nicht auf Zug und Verwindung belastbar. Deckenkonstruktionen aus reinem Be- ton würden unter der eigenen Gewichtsbelastung einstürzen. Daher wer- den Stahlstäbe und Stahlgitter in den Beton eingelegt. Der Stahl ist zugfest und übernimmt die Zugbelastung. Der basische Beton (Silicate sind basisch, da Kieselsäuren sehr schwache Säuren sind, ihre Anionen also deutlich ba- sisch reagieren) schützt das Eisen vor Korrosion. Beton und Stahl haben eine gleich starke Temperaturausdehnung. So entstehen bei Temperatur- schwankungen keine Risse. Mit diesem Stahlbeton werden Brücken und Hochhäuser gebaut, die mit der früher angewandten Bautechnik nicht möglich waren (Abb. 98.2). Auch zum Mauern und Verputzen wird heute zunehmend Zement einge- setzt, da dieser härter wird als Baukalk. Meist verwendet man Kalkzement- mörtel, eine Mischung aus Baukalk, Zement, Sand und Wasser. Kugel- mühle Drehrohr- ofen Silo Z Altreifen Erdgas oder Erdöl oder Kohlestaub Zementklinker ZEMENT KALK TON GIPS Sand H 2 O Beton Stahlbewehrung Betondecke Stahlbeton ZEMENT ZEMENT ZEMENT ZEMENT ■ 98.1: Such eine Begründung, warum Import- Zement aus östlichen Nachbarländern bil- liger ist als in Österreich hergestellter! ÜBUNGeN Abb. 98.2: Beton und Stahlbeton Abb. 98.1: Zementproduktion Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des V rlags öbv