LM-A Baustoffkunde 04: Bindemittel – PDF

04 Bindemittel Titelbild Paletten mit Gipskartonplatten Hydrophobierte (grün) und normale Gipskartonplatten (weiss) im Lager des Herstellers gestapelt und zur Auslieferung bereit. Wohn- und Geschäftshaus Badenerstrasse in Zürich, Pool Architekten Bürogebäude mit Kalkputzfassade in Lustenau (AT...

04 Bindemittel Titelbild Paletten mit Gipskartonplatten Hydrophobierte (grün) und normale Gipskartonplatten (weiss) im Lager des Herstellers gestapelt und zur Auslieferung bereit. Wohn- und Geschäftshaus Badenerstrasse in Zürich, Pool Architekten Bürogebäude mit Kalkputzfassade in Lustenau (AT) Fassade aus vorgehängten Faserzementplatten (Abb.2) Arch.: Baumschlager Eberle Architekten (Abb.3) Bindemittel | Heft 04 2 Inhalt Bindemittel Bindemittel plus Allgemeines Besondere Bindemittelprodukte Bindemittel im Bauwesen 4 Polymerbeton 26 Geschichte 5 Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) 27 Einteilung 6 Mineralische Bindemittel 7 Zement Organische Bindemittel 7 Einteilung der Zemente 28 Anwendungsgruppen 8 Abbinde- und Erhärtungsprozess 8 Bitumen Allgemeines 29 Nachhaltigkeit Arten und Anwendungsbeispiele 29 Ökologie und Lebenszyklus 9 Umwelt und Gesundheit 9 Anhang Zement Herstellung 10 Glossar 30 Eigenschaften 11 Planungshilfen 31 Anwendungen 11 Impressum und Bildverzeichnis 32 Kalk Herstellung 12 Kalkkreislauf 12 Eigenschaften 13 Anwendungen 13 Gips Herstellung 14 Einteilung 14 Eigenschaften 15 Anwendungen 15 Bauteile Bauteile aus mineralischen Bindemitteln 16 Herstellung 16 Bauteile mit Zement Allgemeines 17 Betonwaren 17 Betonelemente 18 Betonstein, Betonziegel 18 Splittbeton 19 Faserbeton 19 Porenbeton 20 Kunststein 20 Faserzement 21 Zementgebundene Holzspanplatten 22 Leichtbauplatten (Holzwollplatten) 22 Bauteile mit Kalk Kalksandstein 23 Bauteile mit Gips Vollgipsplatten 24 Gipskartonplatten 24 Gipsgebundene Holzfaserplatten 25 Gipsgebundene Holzspanplatten 25 MFH mit Faserzement-Fassadenverkleidung in Zürich, Architektick Zürich (Abb.4) Bindemittel | Heft 04 3 Allgemeines Bindemittel im Bauwesen 1 1 2 3 5 3 4 1 1 1 2 Mögliche Formen und Anwendungen im Bauwesen 1. Baustoffe und Bauteile mit Zement − Ortbeton − Bauteile und Elemente aus Beton − Mörtel für Mauern, Verputze und Estriche − Porenbeton − zementgebundene Werkstoffplatten 2. Baustoffe und Bauteile mit Kalk − Kalksandstein − Mörtel für Mauern und Verputze Betonwaren (Betonrohre) (Abb.5) Gehwegplatten aus Beton (Abb.6) − Versetzmörtel für Natursteinplatten − Zusatz für Zementmörtel und Beton 3. Baustoffe und Bauteile mit Gips − Mörtel für Wand- und Deckenputze − Mörtel für Kleber und Spachtel − gipsgebundene Werkstoffplatten − Gipskartonplatten, Vollgipsplatten 4. Baustoffe und Bauteile mit kunstoffbasierten Bindemitteln − bindemittelhaltige Holzwerkstoffe − Kleber, Farben 5. Baustoffe und Bauteile mit bituminösen Bindemitteln − Dichtungsbahnen − Gussasphalt − Kleber und Isolierungen Mustersammlung Kunststein (Abb.7) Bindemittel | Heft 04 4 Allgemeines Geschichte Bindemittel zu Bauzwecken kennt man seit vielen Jahrtausen- Der Franzose Louis-Joseph Vicat (1786–1861) legte mit der den, vor allem in Form von Lehm, Gips und gebranntem Kalk. Wiederentdeckung des «römischen Zements» und der Erfin- dung des künstlichen hydraulischen Kalks die Grundlagen für Lehm ist das älteste im Bauwesen verwendete Bindemittel und die Entwicklung von Zement und Kalkmörtel. wurde bereits in prähistorischer Zeit verwendet. Vor allem in den heissen und regenarmen Gebieten des Orients wurden im Als eigentlicher Erfinder des Portlandzements gilt der Englän- Altertum ganze Städte ausschliesslich aus Lehmziegeln errich­ der Joseph Aspdin (1778–1855). In der Patentschrift von 1824 tet. Noch heute wohnt rund ein Drittel der Erdbevölkerung in benutzte er den Ausdruck «Portland cement». Die Bezeich- Lehmhäusern. nung lehnte sich an den Portland-­Stein an, einen Kalkstein, der auf der Halbinsel Portland an der englischen Kanalküste als Gebrannter Kalk (Weisskalk) und Gips als Bindemittel sind seit Werkstein abgebaut wurde und den aus «Portland cement» dem Altertum bekannt. Archäologische Funde belegen sogar gefertigten Kunststein-Produkten farblich ähnlich war. Dieser die noch frühere Verwendung von gebranntem Kalk aus einer «Portland cement» war jedoch noch kein Zement im heutigen Zeit zwischen 7000 bis 5500 Jahre v. Chr. Kalk hatte ­damals vor Sinne, sondern künstlicher Romanzement. Erst durch die Ent- allem den Zweck, Unebenheiten von Steinflächen auszuglei- wicklung eines neuen Herstellungsverfahrens 1844, bei dem chen und die Fugen zu verschliessen. Gips wurde vor­wiegend Ton und Kalk bei höheren Temperaturen bis zur Sinterung zur Verzierung von Innenräumen und wegen seiner leichten erhitzt wurden, konnten die Eigenschaften des Zements weiter Bearbeitbarkeit auch für Bauornamente verwendet. In sehr verbessert werden. Die höhere Festigkeit und Dauerhaftigkeit trockenen Gebieten konnten Gips oder Gips-Kalkmischun­gen dieses Zements trugen wesentlich zur grossflächigen Verbrei- auch als Mörtel eingesetzt werden. tung der Betonbauweise bei. Das deutsche Wort Zement geht auf die lateinische Bezeich- nung des römischen Baustoffs Opus Caementicium zurück. Dieser Baustoff mit hydraulischen Eigenschaften bestand aus gebranntem Kalk als Bindemittel sowie Steinen, Sand und Puz- zolanen als Zuschlag. Damit wurde ein betonartiges Mauer- werk erstellt, das in seiner Verarbeitung und in seinen Eigen- schaften Ähnlichkeit mit dem heutigen Beton hatte und als dessen antiker Vorgänger angesehen werden kann. Bauwerke wie das Kolosseum oder die Kuppel des Pantheons in Rom ­wären ohne den Einsatz von Opus Caementicium zu jener Zeit nicht realisierbar gewesen. Teilweise erhaltene Wand aus Opus Caementicium (Abb.9) Siedlung Çatalhöyük (Jungsteinzeit) in Anatolien mit gekalkten Wänden (Abb.8) Das Kolosseum in Rom mit Mauern aus Opus Caementicium wurde von 72–80 n. Chr. erbaut. (Abb.10) Bindemittel | Heft 04 5 Allgemeines Einteilung Die im Bauwesen üblichen Bindemittel lassen sich, je nach Beschaffenheit der Ausgangsstoffe, in zwei Hauptgruppen ein- teilen: mineralische Bindemittel organische Bindemittel Innerhalb dieser zwei Hauptgruppen werden die einzelnen Produkte nach chemischer Zusammensetzung in je zwei wei- tere Untergruppen eingeteilt. Mineralische Bindemittel Organische Bindemittel hydraulische nichthydraulische bituminöse Kunststoff – Bindemittel Bindemittel Bindemittel Bindemittel Zemente Weisskalk Bitumen Polymere hydraulischer Kalk Gipse Naturasphalt Portlandzement (gemahlener Zementklinker) (Abb.11) Gips (Abb.12) Bindemittel | Heft 04 6 Allgemeines Mineralische Bindemittel Organische Bindemittel Mineralische Bindemittel sind gebrannte, fein gemahlene Stoffe Organische Bindemittel haben ihren Ursprung in der belebten aus anorganischen Ausgangsstoffen wie Kalkstein, Tonmergel, Natur und bestehen, genau wie Holz, aus Kohlenstoffverbin- Gipsstein und verschiedenen Metalloxiden. Mit Wasser ver- dungen. Ähnlich wie bei den mineralischen Bindemitteln macht mischt, entsteht eine klebrige, bindige Masse, die nach einer man sich ihre stark verbindende Eigenschaft zur Herstel­lung bestimmten Zeit erstarrt und erhärtet. von Bauprodukten aus den unterschiedlichsten Grund­mate­ria­ Mit diesem sogenannten Bindemittelleim können, dank lien zunutze. Sie brauchen jedoch nicht mit Wasser vermengt seiner stark verbindenden Eigenschaft, feinere und gröbere zu werden, um den Erhärtungsvorgang einzuleiten. Gesteinskörnungen zu Werkstoffen wie Mörtel oder Beton ver- bunden werden. Gebräuchliche Anwendungen organischer Bindemittel In der Bauindustrie unterscheidet man zwischen ­hydraulischen Bitumen Bindemitteln, die sowohl an der Luft als auch unter Wasser erhärten, und nichthydraulischen Bindemitteln, die nur an der in Asphalt (Strassenbau) Luft erhärten und nicht wasserbeständig sind. in Dichtungsbahnen Grundsätzlich kann auch Lehm als mineralisches Bindemittel Kunstharze (Polymere) und Naturharze bezeichnet werden. Im Gegensatz zu den herkömmlichen mine­ ralischen Bindemitteln, wie Zement, Kalk und Gips, wird Lehm in Holzwerkstoffplatten jedoch nicht gebrannt. Somit findet auch keine chemische in Klebstoffen ­Reaktion beim Abbinden und Erhärten statt, sondern nur ein in Lacken Austrocknen des Anmachwassers. in Naturfarben in Laminatböden Gebräuchliche Anwendungen mineralischer Bindemittel in Polymerbeton in Klebern Beton in Dämmplatten aus Mineralwolle Mauermörtel Putzmörtel Organische Bindemittel werden oft sehr spezialisiert einge- Mörtel für Estriche setzt. In diesem Heft wird darum nicht näher auf sie eingegan- Mörtel für Überzüge gen. Weitere Informationen finden sich in den Kapiteln zu ein- Versetzmörtel zelnen, mit organischen Bindemitteln hergestellten Baustoffen. Kalkstein ist der Rohstoff für viele mineralische Bindemittel. (Abb.13) Polymerbitumendichtungsbahn (Abb.14) Bindemittel | Heft 04 7 Allgemeines Anwendungsgruppen Abbinde- und Erhärtungsprozess Wird ein mineralisches Bindemittel mit Wasser vermischt, Wenn mineralische Bindemittel mit Wasser vermengt werden, erhär­tet die zunächst flüssige Masse zu einem steinartigen führt dies zu einer chemischen Reaktion, die das Erstarren des Material. Durch Variation des verwendeten Bindemittels und entstehenden Bindemittelleims zur Folge hat. Man bezeichnet die ­Zugabe von Gesteinskörnungen als Zuschlagsstoffe kann diesen Prozess als Abbinden. Nach dem Abbindeende beginnt eine Vielzahl von Produkten hergestellt werden. der eigentliche Erhärtungsprozess. Beginn und Dauer der Ab- binde- und Erhärtungszeit sind jeweils vom Bindemittel ab- Je nach dem ob die Produkte Zuschlagstoffe enthalten oder hängig und können sehr unterschiedlich lang sein. Zusätzlich nicht, unterscheidet man zwei Anwendungsgruppen. kann der Abbindebeginn durch chemische Zusatzmittel beein- flusst werden. Am Ende der Erhärtungszeit wird die Baufestigkeit erreicht. Das bedeutet, dass z.B. statische Bauteile ab diesem Zeitpunkt Anwendungsgruppe ohne Zuschlagstoffe die berechnete Tragfähigkeit erreicht haben müssen. Trotz- dem wird der Erhärtungsprozess noch weiter andauern, meis- Bindemittel Wasser tens über Jahre oder sogar Jahrzehnte. Die Bauteile werden Zement also mit zunehmender Lebensdauer immer härter. hydraulischer Kalk Weisskalk Schema des Abbinde- und Erhärtungsprozesses Gips Binde- Zuschlag- Wasser Zusatz- mittel stoffe stoffe Bindemittelleim Schlämme mischen / anmachen Sekunden Minuten Weissputz klebrige Masse erdfeucht plastisch Anwendungsgruppe mit Zuschlagstoffen flüssig verarbeiten Minuten Bindemittel Zuschlagstoffe Wasser Stunden Mörtel Zement Sand Frischbeton hydrau­lischer Kies Estrich Kalk Splitt Weisskalk abbinden Stunden Gips Tage Verleimung Kristallisation Mörtel / Beton erhärten Tage Wochen Mauermörtel Endprodukte Monate Putzmörtel Jahre Erreichen der Endfestigkeit Beton Austrocknen EFH aus Kalksandstein-Sichtmauerwerk (Abb.15) Wohnhaus mit Sichtbeton-Fassade (Abb.16) Bindemittel | Heft 04 8 Nachhaltigkeit Ökologie und Lebenszyklus Umwelt und Gesundheit Abbau und Herstellung Umweltrelevante Aspekte Beim Abbau der Rohstoffe für mineralische Bindemittel im Die Rohstoffe für die Herstellung mineralischer Bindemittel Tagbau wird Energie für das Betreiben der Maschinen und den sind in der Regel in ausreichender Menge und regional verfüg- Transport aufgewendet. Ausserdem führen die entstehenden bar. Der Abbau erfolgt im Tagbau, was üblicherweise mit Abgase und die Staubentwicklung beim Sprengen und Aufbre- grossflächigen Landschaftszerstörungen einhergeht. Durch chen der Gesteine zu Emissionen. die kon­sequente Renaturierung stillgelegter Steinbrüche wird Für die Herstellung der Bindemittel werden hohe Tempe- jedoch wieder neuer Lebensraum für Flora und Fauna ge- raturen benötigt, wobei das Brennen von Zementklinker mit schaffen. rund 1450 °C am meisten Energie beansprucht. Bei diesem Während der Anwendung sind mineralische Bindemittel Prozess sowie beim Brennen von Kalk werden ausserdem wenig kritisch für die Umwelt. Manche mineralisch gebunde- grosse Mengen an CO2 freigesetzt. nen Produkte enthalten Biozide als Schutz vor Algen oder Pil- zen. Durch Auswaschung gelangen diese in den Wasserkreis- Die Herstellung von organischen Bindemitteln benötigt mehr lauf und können in der Folge Gewässer schädigen. Energie als die Herstellung mineralischer Bindemittel. Pro- dukte mit organischen Bindemitteln enthalten in der Folge Gesundheitsrelevante Aspekte auch mehr graue Energie. Die Ausnahme bilden Produkte mit Mineralisch gebundene Baustoffe sind während der Nutzungs- Bitumen als Bindemittel, da Bitumen als Nebenprodukt bei zeit gesundheitlich unbedenklich. Bei der Verarbeitung ist der Erdöldestillierung anfällt und deshalb für die Herstellung Zement jedoch stark reizend und kann sich schädigend auf die keine zusätzliche Energie mehr aufgewendet werden muss. Gesundheit auswirken. Kreislaufwirtschaft Bei kunststoffgebundenen Produkten auf der Basis von Formal­ Recycling ist bei mineralischen Baustoffen das Gebot der Stunde. dehyd, wie es in Klebern, Farben, Lacken sowie in einigen Was nicht recycelt werden kann muss auf Inertstoffdeponien Dämm- und Holzwerkstoffen enthalten ist, kann es in Innen- deponiert werden. Das Deponievolumen ist jedoch besonders räumen über längere Zeit zu gesundheitsschädigenden Emis- in der dichtbesiedelten Schweiz knapp. Problematisch ist die sionen kommen. Es sollten daher wenn möglich formaldehyd- Entsorgung von Gips. Es ist kein Inertstoff aber auch nicht freie, lösungsmittelarme Produkte auf Wasserbasis verwendet brennbar. Somit gibt es keinen sinnvollen Verwertungsweg für werden. Gips. Das Recycling von Gips wird von Herstellern zwar ange- boten, hat sich in der Praxis jedoch noch nicht etabliert. Bituminöse Produkte in Innenräumen, wie z.B. versiegelter Guss­asphalt, können auch nach längerer Zeit noch zu Geruchs­ Die Wiederaufbereitung von bituminösem Belagsmaterial für belästigungen führen. Sie stehen ausserdem im Verdacht die Herstellung neuer Strassenbeläge ist in der heutigen Zeit krebs­erregend zu sein. sinnvoll und relativ einfach durchzuführen. Merkpunkte Merkpunkte V  erschiedene Umweltlabels helfen bei der Wahl Zement ist das weltweit wichtigste Bindemittel. geeigneter Baustoffe für Innenräume, um gesundheits­ Der für den Klimawandel relevante Fussabdruck zemen­ gefährdende Emissionen zu vermeiden. töser Produkte wird vor allem vom hohen CO2-Ausstoss bei der Zementproduktion bestimmt. Organische Bindemittel enthalten meist mehr graue ­Energie als mineralische. Schnitt durch Recyclingbeton aus Mischgranulat (Abb.17) Bei der Verwendung von Holzwerkstoffen in Innenräumen ist auf die Wahl ­emissionsarmer Produkte zu achten. (Abb.18) Bindemittel | Heft 04 9 Zement Herstellung Zement wird in industriellen Grossanlagen hergestellt, die Fabrikationsschema meistens in der Nähe von Kalksteinbrüchen liegen. Der Her- stellungsprozess kann grob in fünf Schritte gegliedert werden. Rohstoffe Gewinnen und Brechen Homogenisieren und Lagern Misch- Rohstoffgewinnung bett Für die Herstellung von Zement werden die natürlichen Roh- stoffe Kalkstein und Ton verwendet, die häufig als natürliches Gemisch vorliegen und dann als Mergel bezeichnet werden. Sie Steinbruch Brecher liefern die Grundstoffe Kalzium, Silizium, Aluminium und Eisen. Rohmehl Elektrofilter Trocknen Rohstoffaufbereitung Brennen und Mahlen Die abgebauten Rohstoffe werden in Brechern zu faustgrossen Zyklon­ vorwärmer Stücken zerkleinert und anschliessend in der Rohmehlmühle gemahlen. Mit der Beimischung von natürlichen Hilfsstoffen, Drehofen wie z.B. Quarzsand oder eisenoxidhaltigen Stoffen, können die Rohmühle Eigenschaften des fertigen Zements beeinflusst werden. Brennen Das Rohmehl wird im Drehrohrofen bei einer Temperatur von 1’450 °C gebrannt. Durch Sinterung entsteht als Zwischenpro- Klinker Mahlen (andere Haupt­bestandteile) dukt der Zementklinker in Form von Walnussgrossen Brocken. Lagern und Homogenisieren Klinkersilo Sulfat- Sichter Mahlen träger Nach einer raschen Abkühlung wird dieser Zementklinker Klinker ­zusammen mit Kalkstein und Gips in der Zementmühle zu ­Zement gemahlen. Je nach Verwendungszweck werden wei­ tere Zusätze wie Flugasche oder Hüttensand beigemengt, Zementmühle um die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Zement Zements zu variieren. Verladen Lagern Abfüllen und Verladen Der gemahlene Zement wird je nach gewünschten Anforderun- gen fertig gemischt, in Silos gelagert oder direkt für den Trans- port verladen. Dieser erfolgt entweder offen in Silowagen oder in Säcke abgefüllt für kleinere Baustellen. Bei der Herstellung von Zement fallen grossen Mengen an CO2 Gas an. Durch die Verbrennung von Siedlungsabfällen, Altöl und Feststoff alten Autoreifen für die Wärmeerzeugung kann der Anteil von Primärenergieträgern wie Erdöl, Kohle oder Erdgas reduziert werden. Kalksteinbruch (Abb.19) Vertikal-Rohmühle zum Mahlen und Mischen der Rohstoffe (Abb.20) Bindemittel | Heft 04 10 Zement Eigenschaften Anwendungen Allgemeine Eigenschaften Zement ist sehr vielseitig einsetzbar. Als Bindemittel für Beton, Mörtel oder Estriche zählt er zu den wichtigsten und meist­ hydraulisches Bindemittel verbauten Baustoffen überhaupt. Wegen seiner hydraulischen mechanisch widerstandsfähig Eigenschaften erhärtet Zement, im Gegensatz zu Gips und hohe Druckfestigkeit Weisskalk, auch unter Wasser. alkalisch (ph-Wert gegen 12) Zement findet in sehr vielen Bereichen und Produkten des schützt Stahl vor Korrosion Bauwesens Anwendung: frost- und wetterbeständig resistent gegen viele Umweltgifte Beton, Stahlbeton empfindlich gegen Säure und Sulfat Mauermörtel ätzend Putzmörtel Estrichmörtel Hydratation Hartbeton Die Hydratation von Zement ist ein mehrstufiger chemischer Betonwaren Prozess. Der Zement und das beigemischte Wasser bilden feine Betonelemente nadelförmige Kristalle, die mit der Zeit immer weiter wachsen. Betonstein Dabei füllen sie zunächst die Zwischenräume zwischen den Splittbetonplatten einzelnen Zementpartikeln und Gesteinskörnungen auf und Porenbeton verkanten und verzahnen sich danach immer mehr. Infolge Faserzement dieses Prozesses wird der flüssige Zementleim zunächst zäh- Kunststein flüssig, bis er schliesslich erstarrt und dann erhärtet. Beim zementgebundene Holzspanplatten chemischen Prozess der Hydratation wird Wärme freigesetzt – Leichtbauplatten die sogenannte Hydratationswärme. Gartenbauartikel Die gewünschte und in den jeweiligen Normen beschriebene Festigkeit muss in der Regel spätestens nach 28 Tagen erreicht werden. Wasser und Zement reagieren aber auch nach dieser Frist noch miteinander, sodass die Festigkeit noch über Monate zunehmen kann. Durch die Zementhydratation entstehen im Wesentlichen zwei neue mineralische Stoffe: k leine nadelförmige Kristalle aus Calciumsilikathydraten (CSH) grosse plattige Calciumhydroxid-Kristalle (Ca(OH)2) mit hoher alkalischer Wirkung (schützt beim Stahlbeton die Bewehrung vor Korrosion) Drehrohrofen zur Herstellung von Zementklinker (Abb.21) Zementmühle zum Mahlen des Zementklinkers (Abb.22) Bindemittel | Heft 04 11 Kalk Herstellung Kalkkreislauf Kalk wird bereits seit der Antike als Baustoff eingesetzt. Heu- Der Kalkkreislauf beschreibt die Umwandlung vom Rohstoff tige Baukalke werden hauptsächlich als mineralische Binde- Kalkstein zum Baustoff. mittel für Mauer- und Putzmörtel und zur Bodenverbesserung (Bodenverfestigung) verwendet. Brennprozess Damit aus dem Rohstoff Kalkstein (Calciumcarbonat CaCO3) Es wird unterschieden zwischen Luftkalken, die nur an der Luft ein Bindemittel entsteht, wird er auf 900 °C erhitzt. Dabei ent- erhärten, und Kalk mit hydraulischen Eigenschaften. weicht Kohlenstoffdioxid (CO2) und es entsteht Branntkalk (Calciumoxid CaO). Branntkalk ist ungemahlen als Stückkalk Luftkalk und in gemahlener Form als Weissfeinkalk im Handel erhält- Nichthydraulischer Kalk (Luftkalk) wird aus Kalkstein (CaCO3) lich. oder Dolomitgestein (CaCO3 ∙ MgCO3) gewonnen. Aus reinem Kalkstein hergestellter Kalk wird als Weisskalk bezeichnet. Löschprozess Durch Zugabe von Wasser wird der Branntkalk gelöscht und Hydraulischer Kalk man erhält Calciumhydroxid (Ca(OH)2), auch als Löschkalk bzw. Hydraulischer Kalk wird aus Kalkmergel hergestellt. Kalkmer- Kalkhydrat bezeichnet. Dabei werden zwei Arten des Löschens gel enthält neben dem an sich nichthydraulischen Kalk auch unterschieden. Beim Trockenlöschen mit wenig Wasserzugabe Hydrau­lefaktoren wie Kieselsäure, Tonerde und Eisenoxid. entsteht das pulverförmige und nichthydraulische Bindemittel Beim Brennen von mergelhaltigem Kalk­stein bei 900 bis Weisskalk. Beim Nasslöschen mit mehr Zugabewasser ent- 1200 °C bilden sich aus dem Calciumoxid (CaO) und den steht nach einiger Zeit der teigige Sumpf- und Grubenkalk. ­Hydraulefaktoren sogenannte Klinkermineralien. Diese bil- Dieser wird unter anderem als Bindemittel für Kalkfarben ver- den die Ausgangslage für die Herstellung der pulverförmigen wendet. Produkte aus hydraulischem Kalk. Erhärtungsprozess Beim Erhärtungsprozess wird Kalkhydrat durch die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft und die gleichzeitige Abgabe von Wasser (H2O) wieder zu Calciumcarbonat (Kalk­ stein). Damit schliesst sich der Kreislauf. Kalkkreislauf CO2 Zersetzung oberhalb 898 °C: «Kalkbrennen» Calciumoxid Branntkalk, Ätzkalk, gebrannter Kalk CaO Calciumcarbonat «löschen» In der Natur in Eierschalen, Gehäusen von Meerestieren etc. CaCO3 H2O Calciumhydroxid H2O Löschkalk, gelöschter Kalk, Kalkhydrat: bei Wasserüberschuss «abbinden» «Kalkbrei» zum Bereiten von Kalkmörteln Ca(OH)2 CO2 Kalkfabrik Netstal, Glarus (Abb.23) Bindemittel | Heft 04 12 Kalk Eigenschaften Anwendungen Nichthydraulischer Kalk Nichthydraulischer Kalk (Weisskalk, Stückkalk, Weissfeinkalk) (Weisskalk, Stückkalk, Weissfeinkalk) erhärtet nur an der Luft Weissfeinkalk als Bindemittel für Kalksandsteine langsamer Abbindeprozess Mörtel für Deckputze alkalisch (schützt Bewehrung vor Korrosion) als Zementmörtelzusatz zur Erhöhung der Plastizität atmend (Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe) Basis für Kalkfarben ätzend Kalkanstrich (Kellerwände innen) ungelöschter Kalk reagiert heftig mit Wasser Sinterwasser als Bindemittel für Fresko-Malerei (grosse Wärmeentwicklung) Beim Strassenbau wird Kalk zur Bodenverbesserung in den Boden eingemischt und macht den Strassenunterbau Hydraulischer Kalk widerstandsfähiger gegen Frost (Weissfeinkalk). erhärtet an der Luft und im Wasser Hydraulischer Kalk geringere Druckfestigkeit als Zement plastisch (gut verarbeitbar) P  utz- und Mauermörtel elastisch (weniger rissanfällig als Zement) (über Terrain, nicht dauernder Feuchtigkeit ausgesetzt) alkalisch (schützt Bewehrung vor Korrosion) Versetzmörtel für Natursteinplatten atmend (Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe) Zusatz von Pumpbeton ätzend Zusatz für Sichtbeton Stückkalk (Calciumoxid CaO) (Abb.24) Kalkabbau in Netstal (Abb.25) Bodenverbesserung mit Versteinerter Ammonit aus Kalkstein Weissfeinkalk (Abb.27) (Abb.28) Weisskalkhydroxid (Ca(OH)2) (Abb.26) Kalksandstein (Abb.29) Bindemittel | Heft 04 13 Gips Herstellung Einteilung Das Bindemittel Gips wird im Bauwesen im Wesentlichen für Gipsarten ohne Zusatzstoffe Putz, Stuck- und Estricharbeiten verwendet sowie zur Her­ stellung verschiedener Gipsbauplatten. Die Gesamtheit der Produkte wird unter dem Begriff Baugips zusammengefasst. Eigenschaften Anwendung Anhand der Rohstoffgewinnung werden zwei Arten von Gips Stuckgips härtet schnell aus S  tuck­ unterschieden: ornamente Naturgips Putzgips h  ärtet langsamer aus H  and- und REA-Gips als Stuckgips ­Maschinenputz länger verarbeitbar im Innenausbau Naturgips Gips kommt in der Natur hauptsächlich in Form von Gipsstein vor, der sowohl im Tagbau als auch im Untertagbau abgebaut wird. Technisch gesehen spricht man dabei von Calciumsulfat-­ Dihydrat (CaSO4·2H2O). Dieses enthält also Wasser, das in der kristallinen Struktur des Gipssteins gebunden ist (Kristallwas- Gipsarten mit Zusatzstoffen ser). Gips, der kein Kristallwasser enthält, wird Anhydrit ge- nannt und kommt in der Natur ebenfalls vor. Eigenschaften Anwendung Der abgebaute Gipsstein wird in Drehrohröfen gebrannt, wobei Mörtelgips l ange Verarbei­ W  and und ihm das Kristallwasser teilweise oder ganz entzogen wird. Bei tungsdauer durch Deckenputz Temperaturen bis rund 300 °C entsteht Stuckgips, der noch ge- Beimischen ringe Mengen gebundenes Wasser enthält. Bei 300 bis 1000 °C von Verzögerern entsteht dann Anhydrit. Die fertig gemahlenen Endprodukte werden zur Weiterverarbeitung und den Transport entweder in Haftgips b esonders gute B  efestigung Säcke abgefüllt oder in Containern gelagert. ­Oberflächenhaftung von Bauteilen Bei der Verarbeitung des Bindemittels Gips entsteht durch Fugengips F  ähigkeit zur A  usfugen die Zugabe von Wasser wieder das Ausgangsprodukt Calcium- ­Wasserrückhaltung von Bauplatten sulfat-Dihydrat. verzögerte Härtung und Rissen REA-Gips Spachtelgips F  ähigkeit zur S  pachteln REA-Gips gehört zu den technischen Gipsen. Er fällt als Neben­ ­Wasserrückhaltung von Wandun­ produkt bei der Entschwefelung von Rauchgasen in Industrie- verzögerte Härtung ebenheiten anlagen an. Die Bezeichnung REA ist eine Abkürzung für Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage. Estrichgips langsame Aushärtung Estriche REA-Gips ist chemisch identisch mit Naturgips und kann da- hohe Festigkeit (Calciumsulfat) rum in gleicher Weise zu Baugips verarbeitet werden. Je nach REA ist seine Reinheit und Qualität so hoch und die Schadstoff- belastung so gering, dass er den Naturgips weitgehend erset- zen kann. Gipsformation von Capo Bianco, Sizilien (Abb.30) REA-Gips aus Kohlekraftwerk (Abb.31) Bindemittel | Heft 04 14 Gips Eigenschaften Anwendungen Baugips Gipsmörtel kurze Abbindezeit Wandputz schwindet nicht Deckenputz feine, glatte Oberfläche Calciumsulfat-Estrich (Unterlagsboden) gut verarbeitbar und formbar Kleber für Vollgipsplatten gute Haftfestigkeit Fugengips feuerhemmend Spachtelgips wärmedämmend Haftgips schalldämmend atmend (Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe) Bauteile aus Gips korrodiert ungeschützte Metallteile ätzend Gipskartonplatten Vollgipsplatten gipsgebundene Holzfaserplatten gipsgebundene Holzspanplatten Gips-Stuck Gipskristallstufe (Abb.32) Ziehen eines Stuckprofils (Abb.33) Calciumsulfat-Estrich (Abb.35) Gipsputz aufbringen (Abb.36) Eine Sandrose besteht aus in Gips eingebetteten Sandkörnern (Abb.34) Leichtbauwand mit Metallständer und Gipskartonplatten (Abb.37) Bindemittel | Heft 04 15 Bauteile Bauteile aus mineralischen Bindemitteln Herstellung Ein Bauteil oder Bauelement ist eine künstlich hergestellte, Die Herstellung von Bauteilen erfolgt mit kleinen Unterschie- vorfabrizierte Komponente eines Bauwerks, durch deren Ein- den immer nach dem gleichen Prinzip. Die verschiedenen satz der Bauprozess vereinfacht und zeitlich verkürzt werden Rohmaterialien werden zusammen mit dem Bindemittel und kann. Je nach Anwendung kann die Grösse von Bauteilen sehr Wasser vermengt und in die gewünschte Form gebracht. Je unterschiedlich sein. Durch die Art ihrer Verarbeitung sind nach­dem werden die Bauteile mit Bewehrungsstahl oder -fasern mineralische Bindemittel sehr geeignet für die Herstellung von verstärkt und schliesslich ausgehärtet. Bauteilen, weshalb die Auswahl an Produkten sehr gross ist. Herstellungsschritte Produkte aus Zement Bindemittel Zuschlagstoffe weiteres Betonwaren Zement Kies Zugabewasser Betonelemente Kalk Sand Zusatzmittel Betonsteine und -ziegel Gips Splitt Zusatzstoffe Splittbetonsteine und -platten Faserbetonelemente Porenbetonsteine und -platten Aufbereiten und Mischen Kunststein dosieren im gewünschten Verhältnis Faserzement maschinelles Mischen der Komponenten zementgebundene Holzspanplatten Formen Leichtbauplatten Mischgut in Holz-, Stahl- oder Kunststoffschalung Produkte aus Kalk Verdichten durch Vibrieren Kalksandstein Erhärtungprozess meist an der Luft in Werkhallen Produkte aus Gips einige Produkte mittels Dampf oder Wärme (im Autoklav) Vollgipsplatten Gipskartonplatten gipsgebundene Holzfaserplatten gipsgebundene Holzspanplatten Treppenvorfabrikation 1960 (Abb.38) Vorfabrizierte Betonelemente 1960 (Abb.39) Bindemittel | Heft 04 16 Bauteile mit Zement Allgemeines Betonwaren Vorfabrizierte Bauteile mit Zement als Bindemittel werden in Rohmaterialien grosser Anzahl seit Ende des Zweiten Weltkriegs produziert. Der Wirtschaftsaufschwung in den 1950er Jahren verlangte Sand effiziente und günstige Bauprodukte. In der Folge entstanden Zement Firmen, die sich auf die Vorfabrikation von Bauteilen speziali- Wasser sierten. Zement als hydraulisches Bindemittel bringt viele Vor- evtl. Bewehrung teile für vorfabrizierte Bauteile, da diese in trockenen wie auch in feuchten und nassen Bereichen eingesetzt werden können. Herstellung Sie sind ausserdem sehr druckfest sowie frost- und witte- rungsbeständig. Rohmaterialien mischen Gemisch in Schalung geben (Formgebung) Bauteile aus Zement können als Betonwaren, Betonelemente vibrieren, verdichten oder Betonsteine und -platten hergestellt werden. Je nach aushärten und ausschalen Anforderungen an die Zugfestigkeit werden die Bauteile mit evtl. nachbehandeln (schleifen, polieren) oder ohne Bewehrung produziert. Eigenschaften Die Produktepalette vorfabrizierter Bauteile ist umfangreich. Sie reicht von kleinteiligen Produkten wie Pflästerungen oder widerstandsfähig gegen Wasser und bedingt gegen Säuren Rasengittersteinen, bis zu grösseren Bauteilen wie Treppen, widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchung Deckenelementen, Lichtschächten, Balkonen oder ganzen hohe Druckfestigkeit Raum­zellen. Durch den Einsatz vorgespannter Bewehrungen viele Gestaltungsmöglichkeiten, Oberflächen und Farben können sogar Brücken als Bauteile hergestellt und verbaut werden. Anwendung Pflästerungen für Wege, Plätze und Strassen Betonrohre mit Formstücken Fensterbänke und -stürze Bund- und Randsteine Rasengittersteine Treppenstufen mit Rampen- Pflastersteine (Abb.42) Pflästerung (Abb.41) Rasengittersteine Tramstrasse Zürich (Abb.40) Betonrohre (Abb.43) Bindemittel | Heft 04 17 Bauteile mit Zement Betonelemente Betonstein, Betonziegel Rohmaterialien Rohmaterialien Sand Sand Kies Zement, Weiss-/Farbzement Zement, Weiss-/Farbzement Wasser Wasser Bewehrung Herstellung Herstellung Rohmaterialien mischen Formgebung mit Stangenpresse Rohmaterialien mischen aushärten an der Luft Bewehrung verlegen, teilweise vorgespannt evtl. Oberflächenbehandlung (schleifen, stocken o.ä.) Gemisch in Schalung geben (Formgebung) vibrieren, verdichten Eigenschaften aushärten und ausschalen evtl. Oberflächenbehandlung (schleifen, stocken o.ä.) hohe Druckfestigkeit widerstandsfähig gegen Wasser und bedingt gegen Säuren Eigenschaften massgenau gute Schalldämmung widerstandsfähig gegen Wasser und bedingt gegen Säuren guter Feuerwiderstand widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchung hohe Druckfestigkeit Anwendung viele Gestaltungsmöglichkeiten, Oberflächen und Farben guter Feuerwiderstand Sichtmauerwerk innen und aussen Kellerwände Anwendung Mauerwerk im Erdreich, Schächte Dacheindeckungen Fassaden-, Wand- und Deckenelemente Stützen, Träger, Unterzüge, Stürze Brunnen- und Pflanzentröge Licht- und Liftschächte Treppen, Treppenpodeste Hangsicherungen, Stützmauern Rohre Schächte Betonstein aus Weisszement, Zement-Sichtstein in Obersaxen, eingefärbt (Abb.45) Markus Albrecht 1985 (Abb.46) Brunnentrog Pfingstweidpark, Zürich (Abb.44) Marktplatz Frauenfeld, Antoniol & Huber 1996 (Abb.47) Bindemittel | Heft 04 18 Bauteile mit Zement Splittbeton Faserbeton Rohmaterialien Rohmaterialien Sand Sand Splitt, 3 – 6 mm Korndurchmesser Zement, Weiss-/Farbzement Zement Wasser Wasser Glas-, Kunststoff- oder Kohlestofffasern Herstellung Herstellung Rohmaterialien mischen Rohmaterialien mischen in Stahlformen (Schalung) giessen je nach Bauteil giessen, spritzen oder formen aushärten an der Luft aushärten an der Luft Eigenschaften Eigenschaften porös wasserdicht widerstandsfähig gegen Wasser und bedingt gegen Säuren dünnwandig, formbeständig massgenau hohe Zug- und Druckfestigkeit frostbeständig Anwendung Anwendung Filterplatten bei Kelleraussenwänden Schalungssteine Fensterbänke, Stürze, Dachrandelemente Hohlblocksteine ausbetoniert Rinnen Brunnen- und Pflanzentröge Fassadenelemente Fassadenelemente aus Glas­faser­ Fensterbank aus Glasfaserbeton beton (Abb.49) (Abb.50) Filterplatten aus Splittbeton (Abb.48) Glasfaserbeton-Fassadenelemente in Helsinki, Huttunen Lipasti Pakkanen (Abb.51) Bindemittel | Heft 04 19 Bauteile mit Zement Porenbeton Kunststein Rohmaterialien Rohmaterialien Quarzsand Sand Zement, Branntkalk Kies Wasser Zement, Weiss-/Farbzement Treibmittel (Aluminiumpulver) Wasser Bewehrung, Stahl-, Kunststoff-, Glasfasern Herstellung Herstellung Rohmaterialien mischen in grosse Rohblöcke giessen, treiben lassen Rohmaterialien mischen Mauer-/Decksteine zuschneiden Gemisch in Schalung geben (Formgebung) unter Dampf und Druck aushärten aushärten und ausschalen evtl. nachbehandeln (schleifen, polieren o.ä.) Eigenschaften Eigenschaften porös, leicht, dämmend mittlere Druckfestigkeit hohe Druckfestigkeit leicht verarbeitbar, sägbar widerstandsfähig gegen Wasser und bedingt gegen Säuren guter Feuerwiderstand massgenau diffusionsoffen nicht brennbar in vielen Farben und Mustern erhältlich Anwendung Anwendung Mauersteine, Deckenelemente Dämmplatten, Innendämmungen Treppenläufe, Treppentritte Fenster- und Türeinfassungen, Fensterbänke Abdeckplatten bei Brüstungen Boden-/ Wandplatten Kunststein-Bodenplatten (Abb.53) Kunststein-Brunnen Münsterhof (Abb.54) Vermauern von Porenbetonstein (Abb.52) Kunststein-Brunnen Münsterhof in Zürich, Romero Schaefle Partner (Abb.55) Bindemittel | Heft 04 20 Bauteile mit Zement Faserzement Rohmaterialien Zement Wasser Kalksteinmehl, Faserzement-Recycling-Mehl Bewehrungsfasern Zellstoff-Fasern Farbpigmente Luftporen Herstellung Rohmaterialien mischen Mischung in dünnen Schichten auf Gewebe aufbringen in Formen pressen Wohnüberbauung in Meilen, Neff Neumann Architekten (Abb.57) auf Formate schneiden an der Luft aushärten evtl. Farbbeschichtung, sandstrahlen oder bedrucken Eigenschaften beliebig formbar sehr dünn wetterfest widerstandsfähig gegen Wasser und Säuren massgenau feuerhemmend brüchig Anwendung Gartensessel Eternit AG, Entwurf Willi Guhl (Abb.58) grossformatige Fassadenplatten kleinformatige Schindeln Dacheindeckungen, Well- oder Schieferplatten Fensterbänke, Leibungen, Brüstungen Innenausbau, Brandschutzverkleidungen Pflanzentröge, Gartenmobiliar Manessehof in Zürich, Technopark in Zürich, Itten +. Brech­ Marbach und Rüegg 1984 (Abb.59) bühl, Ruggero Tropeano 1993 (Abb.60) Bedachung aus Faserzement-Wellplatten (Abb.56) Überbauung Zollhaus in Zürich, Enzmann Fischer Architekten (Abb.61) Bindemittel | Heft 04 21 Bauteile mit Zement Zementgebundene Holzspanplatten Leichtbauplatten (Holzwollplatten) Rohmaterialien Rohmaterialien Holzspäne mit Mineralsalzen imprägniert Holzwolle (Nadelholz) mit Mineralsalzen imprägniert Zement Zement (z.T. Magnesit) Wasser Wasser Herstellung Herstellung Rohmaterialien mischen Rohmaterialien mischen Mischung verdichten und Platten formen Mischung verdichten und Platten formen unter Dampf und Druck aushärten im Trocknungsofen aushärten Kanten fasen Oberfläche geschliffen oder ungeschliffen Eigenschaften Eigenschaften schall- und wärmedämmend widerstandsfähig gegen Wasser, Säuren und Schädlinge hohe Druckfestigkeit in verschiedenen Farben erhältlich widerstandsfähig gegen Wasser, Säuren und Schädlinge nicht brennbar massgenau witterungs- und frostbeständig nicht brennbar witterungs- und frostbeständig Anwendung schwer zu verarbeiten in verschiedenen Farben und Mustern erhältlich Aussen- und Innenverkleidungen Akustikdecken Anwendung Brandschutzverkleidungen, Innenverkleidungen Innenausbau Akustikdecken und Verkleidungen Bodenverlegeplatten Zementgebundene Holzspanplatte Brandschutzbekleidung aus Zementgebundene Holzwollplatte Akustikdecke aus zementgebunde- (z.B. Duripanel, Cemspan) (Abb.62) Duripanel (Abb.63) (Abb.65) nen Holzwollplatten (Abb.66) Brandschutzverkleidung von Serverraum (Abb.64) Garageneinfahrt mit Schalldämmung aus Holzwollplatten (Abb.67) Bindemittel | Heft 04 22 Bauteile mit Kalk Kalksandstein Rohmaterialien Herstellungsprozess Kalksteinmehl aus gebranntem Kalk Mischen Kalk Sand Wasser Quarzsand (90 %) Wasser evtl. Farbpigmente Herstellung Rohmaterialien mischen und «löschen» Rohling pressen im Autoklav (Dampfhärtekessel) 5 Std. aushärten Pressdruck Pressen Eigenschaften hohe Druckfestigkeit nicht dauerhaft feuchtigkeitsunempfindlich massgenau gute Schalldämmung guter Feuerwiderstand Hitze und Dampfdruck Härten diffusionsoffen Anwendung Mauerwerk innen und aussen Sichtmauerwerk innen und aussen Kellertragwände (hohe Druckfestigkeit) Normalformate Länge Breite Höhe 25 cm oder 12 cm 10 cm 19/14/6.5 cm 25 cm oder 12 cm 12 cm 19/14/9/6.5 cm 25 cm oder 12 cm 14.5 cm 19/14/9/6.5 cm 25 cm oder 12 cm 18 cm 19/14/9/6.5 cm 25 cm oder 12 cm 20 cm 19/14/9/6.5 cm Altersheim Zürich-Wiedikon, Martin Wohnüberbauung Waidmatt in Zürich, Spühler Architekt, Zürich (Abb.69) ADP Architekten (Abb.70) Dampfhärtekessel (Autoklav) für Kalksandsteinaushärtung (Abb.68) Wohnresidenz in Zürich, sam Architekten (Abb.71) Bindemittel | Heft 04 23 Bauteile mit Gips Vollgipsplatten Gipskartonplatten Rohmaterialien Rohmaterialien Baugips Baugips Wasser Wasser evtl. Bewehrungsfasern (Mineral- oder Glasfaser) evtl. Bewehrungsfasern (Mineral- oder Glasfaser) Karton beidseitig als Trägermaterial (Kaschierung) Herstellung Herstellung Rohmaterialien mischen Mischung verdichten und Platten formen Rohmaterialien mischen Trocknung mit warmer Luft Mischung verdichten und auf Karton zu Platten formen evtl. hydrophobieren Trocknung mit warmer Luft evtl. hydrophobieren Eigenschaften Eigenschaften nicht brennbar einfach verarbeitbar nicht brennbar feuchtigkeitsempfindlich einfach verarbeitbar niedrige Druckfestigkeit feuchtigkeitsempfindlich niedrige Druckfestigkeit Anwendung Anwendung nicht tragende Wände Vorsatzschalen und Verkleidungen nicht tragende Wände, Trockenbau feuerhemmende Verkleidungen Vorsatzschalen und Verkleidungen feuerhemmende Verkleidungen Akustikdecken- oder Verkleidungen Akustikdecke in Cafeteria, Zürich Fugen und Verschraubung sichtbar (Abb.73) verspachtelt (Abb.74) Vollgipsplatte (Alba) (Abb.72) gelochte Gipskartonplatte (Abb.75) Bindemittel | Heft 04 24 Bauteile mit Gips Gipsgebundene Holzfaserplatten Gipsgebundene Holzspanplatten Rohmaterialien Rohmaterialien Zellulosefasern (15 %), aus Recyclingpapier Holzspäne (15 %), Nadelholz Gips Gips Wasser Herstellung Herstellung Rohmaterialien mischen trockene Mischung auf laufendes Band streuen Rohmaterialien mischen bewässern Mischung verdichten und Platten formen unter Druck und Wärme pressen und entwässern in Pressen unter Wärme aushärten Eigenschaften Eigenschaften nicht brennbar nicht brennbar einfach verarbeitbar einfach verarbeitbar feuchtigkeitsempfindlich feuchtigkeitsempfindlich niedrige Druckfestigkeit niedrige Druckfestigkeit Anwendung Anwendung Innenausbau Innenausbau Verkleidungen an Decke und Wand Verkleidungen an Decke und Wand Brandschutz- und Schallschutzverkleidungen Brandschutz- und Schallschutzverkleidungen Brandschutzverkleidung mit Mit Fermacell beplankte Holz­ Fermacellplatten (Abb.76) elemente (Abb.77) gipsgebundene Holzfaserplatte (Fermacell) (Abb.78) gipsgebundene Holzspanplatte (Sasmox) (Abb.79) Bindemittel | Heft 04 25 Besondere Bindemittelprodukte Polymerbeton Polymerbeton ist auch unter den Bezeichnungen Mineralguss, Eigenschaften Reaktionsharzbeton oder Kunstharzbeton bekannt. glatte, porenarme Oberfläche Im Gegensatz zu herkömmlichem Beton kommen bei Polymer- formbeständig beton nicht Zementpulver und Wasser als Bindemittel zum wasserdicht Einsatz, sondern ausschliesslich Reaktionsharze. Dies sind frostbeständig entweder Duroplaste wie Epoxidharz (EP), Polyesterharz (UP) UV-unempfindlich und Polyurethane (PUR) oder Thermoplaste wie Polymethyl- korrosionsbeständig methacrylat (PMMA). Sie haben die Aufgabe die Gesteinskör- widerstandsfähig gegenüber aggressiven Chemikalien nung, die auch hier aus Sanden, Kiesen und zusätzlich aus Gesteinsmehl besteht, zu einem zusammenhängenden Mate­ Anwendung rial zu verbinden. Zusätzlich können auch nicht mineralische Zuschlagstoffe beigemengt werden. Der Massenanteil der Reak­ Rohre tionsharze am fertigen Beton beträgt lediglich zwischen 5 und Rinnensysteme 15 %. Kabelkänale Lichtschächte Die Aushärtung der anfangs flüssigen Bindemittel erfolgt nach Fassadenverkleidungen der Zugabe sogenannter Reaktionsmittel, die den Prozess der Gartenartikel Polymerisation, und somit des Erhärtens, in Gang setzen. Fensterbänke Polymerbeton verfügt über eine gute Chemikalienbeständig- keit und eine hohe Festigkeit. Ausserdem erhärtet er sehr schnell und ist in dieser Hinsicht gegenüber dem herkömm­ lichen Beton im Vorteil. Durch Variation der Art und Menge der Harze und Gesteinskörnungen lassen sich die Eigenschaften von Polymer­beton sehr individuell und genau beeinflussen. Entwässerungsrinnen (Abb.81) Polymerbetonmuster (Abb.82) Bruchkante von Polymerbeton (Abb.80) Polymerbetonschacht (Abb.83) Bindemittel | Heft 04   plus 26 Besondere Bindemittelprodukte Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) Für Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) wird als Bindemittel Eigenschaften Hoch­ofenzement anstatt wie üblich Portlandzement verwen- det. Er weist bei ansonsten gleicher Zusammensetzung ein hohe Druckfestigkeit dichteres Gefüge als Normalbeton auf, was einige Vorteile mit hohe Duktilität sich bringt. Dazu gehören eine geringere Porosität, was das resistent gegen Chemikalien, Salze und Meerwasser Eindringen von Flüssigkeiten erschwert, sowie weniger Riss- geringe Porosität bildung durch Wärmespannung. Letztere Eigenschaft ist be- geringes Trocknungsschwinden sonders wichtig, da der erhöhte Zementanteil von UHPC auch eine grössere Wärmeentwicklung bei der Hydratation zur Folge Anwendung hat. Brücken mit grosser Spannweite Die hohe Druckfestigkeit und die Resistenz von Ultra-Hoch- hochbelastete Druckglieder leistungsbeton gegen Chemikalien und Salze eröffnen eine filigrane, weitgespannte Fertigteile Vielzahl interessanter Anwendungsmöglichkeiten, wie beispiels­ bei aggressiven Umweltbedingungen anstelle von Stahl weise den Bau von Gebäuden mit sehr schlanken Stützen, (z.B. in mariner Umgebung) Decken- oder Wandelementen. Aufgrund der hohen Duktilität eignet sich Hochleistungsbeton besonders gut für den Bau von Brückenflächen und Lagerhallen sowie für dünnwandige Schalenbauten und stark belastete Stützen. Museum Mucem mit UHPC-Fassadenelementen, Marseille (Abb.84) Fassade aus 10 cm starkem UHPC-Gitterwerk (Abb.85) Bindemittel | Heft 04   plus 27 Zement Einteilung der Zemente Zementarten Festigkeitsklassen In der Norm SN EN 197-1 werden fünf Hauptzementarten Die Zemente werden in den Festigkeitsklassen 32,5, 42,5 und unter­schieden: 52,5 hergestellt. Die Festigkeiten werden durch Prüfung von Mörtelprismen ermittelt. Portlandzement CEM I Die Anfangsfestigkeit der Zemente wird mit den Kennbuch- Portlandkompositzement CEM II staben L, N und R angegeben. Hochofenzement CEM III Puzzolanzement CEM IV n  iedrige Anfangsfestigkeit Kompositzement CEM V (Kennbuchstabe L = Low) normale, übliche Anfangsfestigkeit Diese Hauptzementarten werden entsprechend der Zugabe- (Kennbuchstabe N = Normal) menge ihrer Hauptbestandteile in weitere 27 Zementarten hohe Anfangsfestigkeit ­unterteilt. (Kennbuchstabe R = Rapid) Hauptbestandteil Kurzzeichen im Anteil Festig­keits­klasse Druckfestigkeit (N/mm2) M-% Anfangsfestigkeit Normfestigkeit Portlandzement – CEM I 0 2 Tage 7 Tage 28 Tage Portlandhütten- Hüttensand (S) CEM II / A-S 06–20 32.5 L ≥ 12 ≥ 32.5 ≤ 52.5 zement CEM II / B-S 21–35 32.5 N – ≥ 16 Portlandsilica­ Silicastaub (D) CEM II / A-D 06–10 32.5 R ≥ 10 – staubzement 42.5 L ≥ 16 ≥ 42.5 ≤ 62.5 Portlandpuzzo- natürliches CEM II / A-P 06–20 42.5 N ≥ 10 – lanzement ­Puzzolan (P) CEM II / B-P 21–35 42.5 R ≥ 20 – künstliches CEM II / A-Q 06–20 52.5 L ≥ 10 ≥ 52.5 – ­Puzzolan (Q) CEM II / B-Q 21–35 52.5 N ≥ 20 – Portlandflug­ kieselsäurereiche CEM II / A-V 06–20 52.5 R ≥ 30 aschezement Flugasche (V) CEM II / B-V 21–35 kalkreiche Flug­ CEM II / A-W 06–20 asche (W) CEM II / B-W 21–35 Portland­ gebrannter CEM II / A-T 06–20 Normbezeichnungen schieferzement ­Schiefer (T) CEM II / B-T 21–35 Für eine eindeutige Zuordnung eines Normzements braucht es Portlandkalk­ Kalkstein (L) CEM II / A-L 06–20 folgende Angaben: steinzement CEM II / B-L 21–35 Kalkstein (LL) CEM II / A-LL 06–20 Zementart CEM II / B-LL 21–35 Normbezug Portlandkom­ alle Haupt­ CEM II / A-M 12–20 Kurzzeichen der Zementart und weiterer Hauptbestandteile positzement bestandteile sind CEM II / B-M 21–35 Festigkeitsklasse mit Hinweis auf die Anfangsfestigkeit möglich (S, D, P, Q, V, W, T, L, LL) Beispiel: Hochofen­ Hüttensand (S) CEM III / A 36–65 Portlandzement der Festigkeitsklasse 52,5 mit hoher Anfangs- zement CEM III / B 66–80 festigkeit. Portlandzement SN EN 197-1 – CEM I 52,5 R CEM III / C 81–95 Puzzolanzement Silicastaub (D) CEM IV / A 11–35 Puzzolane (P, Q) CEM IV / B 36–55 Flugasche (V, W) Kompositzement Hüttensand (S) CEM V / A 18–30 Silicastaub (D) CEM V / B 31–49 Puzzolane (P, Q) Flugasche (V, W) Zementsack 25 kg (Abb.86) Bindemittel | Heft 04   plus 28 Bitumen Allgemeines Arten und Anwendungen Bitumen gehört zu den organischen Bindemitteln und kommt Je nach Herstellung und Anwendungsgebiet werden vier Arten im Bauwesen vor allem im Zusammenhang mit Abdichtungen von Bitumen unterschieden: und im Strassenbau zum Einsatz. Destillationsbitumen Geschichte Hochvakuumbitumen Das Wort Bitumen stammt vom lateinischen Begriff pix tumens, Oxidationsbitumen was übersetzt Erdpech bedeutet. Schon in der Antike wurde Polymermodifizierte Bitumen ­Bitumen in den Gebieten Mesopotamiens zum Verkleben von Mauerwerk und Abdichten von Gebäuden verwendet. Gewonnen Destillationsbitumen wurde es aus Naturasphalt, einem natürlich vorkommenden Destillationsbitumen kommen vor allem im Strassenbau zum Gemisch aus Bitumen und mineralischen Beimengungen. Einsatz. Sie sind weich bis mittelhart. Herstellung Hochvakuumbitumen Das heute im Bauwesen gebräuchliche Bitumen ist ein künst- Hochvakuumbitumen werden durch die Weiterverarbeitung lich gewonnenes Destillat aus Erdöl, das erstmals Ende des bzw. -destillation von Destillationsbitumen gewonnen. Sie sind 19. Jahrhunderts als Destillationsrückstand bei der Herstel- eher hart und kommen daher vor allem für Gussasphalt, Est­ lung von Schmierölen aus Erdöl anfiel. Mit dem Beginn der riche, Lacke und Isoliermaterialien zur Anwendung. industriellen Herstellung gelang es, sich von natürlichen Bitu- menvorkommen unabhängig zu machen und Bitumen in jeder Oxidationsbitumen gewünschten Härte zu erzeugen. Oxidationsbitumen kommen für die Herstellung von Klebern, Isolierungen von Rohrleitungen sowie Dach- und Dichtungs- Durch neu entwickelte Herstellungsverfahren, wie die Vakuum- bahnen zur Anwendung. Sie entstehen durch Einblasen von destillation und das sogenannte Blasverfahren, konnte die Bitu­ Luft (Blasverfahren) in Destillationsbitumen. Durch die Varia­ menqualität weiter verbessert werden. Letzteres Verfahren tion von Ausgangsprodukt, Temperatur und Blaszeit lassen erlaubt die Herstellung von Oxidationsbitumen, das sowohl sich die Eigenschaften von Oxidationsbitumen beeinflussen. ­einen hohen Erweichungspunkt als auch eine hohe Härte auf- Dies vor allem in Bezug auf ihre Wärme- und Kältebeständig- weist. Diese Kombination war eine wichtige Voraussetzung für keit. den Einsatz von Bitumen im Dachbereich. Als Ausgangspunkt für die Herstellung kommt heute in erster Linie Schweröl zum Polymermodifizierte Bitumen Einsatz. Durch die Vernetzung von Destillationsbitumen mit Polymeren lassen sich sehr strapazierfähige Bitumen herstellen. Diese Eigenschaften polymermodifizierten Bitumen kommen aufgrund ihrer guten Eigenschaften vor allem für stark beanspruchte Verkehrs­ wasserunlöslich flächen im Strassen- und Flughafenbau sowie für die Herstel- wasserundurchlässig und weitgehend dampfdicht lung hochwertiger Dach- und Dichtungsbahnen zum Einsatz. reagiert nicht mit Wasser oder Luft gute Haft- und Klebeeigenschaften geringe Wärmeleitfähigkeit grosse thermische Ausdehnung recyclebar Oxidationsbitumen (Abb.87) Vibrationswalze bei Asphaltierarbeiten (Abb.88) Bindemittel | Heft 04   plus 29 Anhang Glossar Autoklav Mergel Ein Autoklav ist ein gasdicht verschliessbarer Druckbehälter, Mergel ist ein in Mittel- und Westeuropa häufig vorkommen- der für die thermische Behandlung von Stoffen im Überdruck- des Sedimentgestein. Das Gestein enthält sowohl Kalk als bereich eingesetzt wird. Auch Dampfkochtöpfe oder Sterilisier­ auch silikatische Bestandteile meist kleiner Korngrösse (Ton töpfe sind Autoklaven. und /oder Schluff). Gröberes Material (Sand und Kies) kann In der Baustoffindustrie werden für die Dampfhärtung vorhanden sein. Bei höheren Kalkgehalten spricht man von Stein­härtekessel eingesetzt, die zum Aushärten von Kalksand­ Kalkmergel, bei hohem Tongehalt von Tonmergel. stein und Porenbeton verwendet werden. Nichthydraulische Bindemittel Destillat Die nichthydraulischen Bindemittel erhärten nur an der Luft Die Destillation ist ein thermisches Trennverfahren, bei dem und sind nicht wasserbeständig. Für den Abbinde- und Erhär- eine Flüssigkeit erhitzt wird. Dank der verschiedenen Siede- tungsprozess benötigen diese sogenannten Luftbindemittel punkte der enthaltenen Stoffe können diese durch gezielte das Kohlendioxid CO2 aus der Luft. Kondensation ausgeschieden werden. Die so gewonnenen Pro- Zu den nichthydraulischen Bindemitteln gehören Weisskalk dukte werden als Destillate bezeichnet. und Gips. Duktilität Puzzolane (P, Q) Duktilität bezeichnet die Eigenschaft eines Werkstoffes, sich Puzzolane sind vulkanischen Ursprungs (z.B. Trass, Lava) oder unter hoher Belastung dauerhaft plastisch zu verformen, bevor werden aus Tonen, Schiefer und Sedimentgesteinen gewonnen es zum Bruch kommt. Baustoffe mit niedriger Duktilität bre- (Phonolith). Sie haben kein eigenes Erhärtungsvermögen und chen ohne ausgeprägte vorangehende Verformung (z.B. Glas). reagieren erst dann zu festigkeitsbildenden und wasserunlös- Baustoffe mit hoher Duktilität können sich sehr stark verfor- lichen Verbindungen, wenn sie nach dem Anmachen mit Was- men bevor sie brechen oder reissen (z.B. Stahl). ser mit Calciumhydroxid (Portlandzementklinker) in Berührung kommen. Der Name «Puzzolan» ist von der süditalienischen Flugasche (V, W) Stadt Pozzuoli abgeleitet, die östlich von Neapel nahe des Flugaschen sind kieselsäure- oder kalkreiche, staubartige Par­ Vesuvs liegt. Puzzolane werden als natürliches Puzzolan (P) tikel, die in Elektrofiltern zur Abgasreinigung von Kohlekraft- oder als natürliches getempertes (thermisch behandeltes) werken abgeschieden werden. Puzzolan (Q) (z.B. Phono­lith) für die Zementherstellung einge- setzt. Hüttensand (S) Beim Schmelzen von Eisenerz im Hochofen fällt Hochofen- Sinterung schlacke an. Durch Granulation, d.h. durch schnelle Abküh- Bei der Sinterung werden feinkörnige mineralische oder lung der bis zu 1500 °C heissen, flüssigen Schlacke mit Wasser metal­lische Materialien bis in Schmelzpunktnähe erhitzt. entsteht Hüttensand, ein überwiegend glasig erstarrter, latent ­Dabei erweichen sie, werden teigig und verkleben, ohne dass hydraulischer Stoff. Fein vermahlen entwickelt Hüttensand bei die Ausgangsprodukte vollständig miteinander verschmelzen, entsprechender Anregung (z.B. durch das Calciumhydroxid sondern lediglich «zusammengebacken» werden. aus dem Zementklinker) hydraulische Eigenschaften. Zellulosefaser Hydraulische Bindemittel Die Zellulose (auch Cellulose) ist der Hauptbestandteil pflanz- Hydraulische Bindemittel erstarren und erhärten in einer che- licher Zellwände und damit das am häufigsten vorkommende mischen Reaktion mit dem Anmachwasser selbständig und Biomolekül. Diese molekularen Zelluloseketten übernehmen bleiben nach dem Erhärten auch unter Wasser fest und raum- als reissfeste Fasern in Pflanzen statische Funktionen. beständig. Zellulose ist in Wasser und den meisten organischen Sie bestehen aus Verbindungen zwischen einer nichthydrau­ ­Lösungsmitteln nicht löslich. lischen Base, dem Kalk, und sogenannten Hydraulefaktoren: Siliciumdioxid SiO2, Aluminiumoxid (Tonerde) Al2O3 und Eisen­ Zementklinker oxid Fe2O3. Zementklinker (Portlandzementklinker) ist der gebrannte Be- Zu den hydraulischen Bindemitteln gehören alle Zement­ standteil des Zements. Die Rohstoffe (Kalkstein und Mergel) arten und der hydraulische Kalk. werden gemahlen und anschliessend bei etwa 1’450 °C bis zur Sinterung erhitzt. hydrophobieren Unter hydrophobieren versteht man eine Oberflächenbehand- lung, die einen Baustoff wasserabweisend macht. Der Begriff setzt sich aus den zwei griechischen Worten hydro (Wasser) und phobos (Furcht) zusammen und bedeutet sinngemäss wassermeidend. Eine Hydrophobierung wird in der Regel auf mineralische Baustoffoberflächen aufgebracht, wenn das Ein- dringen von Wasser durch feine Risse und Kapillarkanäle ver- hindert werden soll. Bindemittel | Heft 04 30 Anhang Planungshilfen Internetadressen ACO-Hochbau www.aco-hochbau.de Creabeton www.creabeton-materiaux.ch Elementwerk Istighofen www.betonelementwerk.ch Eternit www.eternit.ch FBB Unternehmen www.fbb.ch Holcim Schweiz www.holcim.ch www.holcimpartner.ch Hunziker Kalksandstein www.hunziker-kalksandstein.ch Kalkfabrik Netstal www.kfn.ch Knauf www.knauf.ch K. Studer www.studer-frick.ch Rigips www.rigips.ch Stahlton www.stahlton-bauteile.ch Ytong www.ytong.ch Normen und Vorschriften SIA 242 (2012) Verputz- und Trockenbauarbeiten SIA 244 (2016) Kunststeinarbeiten SIA 266 (2015) Mauerwerknormen Bindemittel | Heft 04 31 Impressum Bildverzeichnis Die neue Baustoffkunde AdobeStock: Abb. 1 (Titelblatt), 10, 13, 18, für den Hochbau 19, 87, 88 | LM-A LernMedien-Archi­­ Heft 04: Bindemittel tektur GmbH: Abb. 2, 4, 6, 14, 16, 25, 28, 1. Ausgabe, August 2021, Auflage 2000 30, 40, 41, 44–47, 49, 53–55, 58–67, 69–79 © LM-A LernMedien-Architektur GmbH Scherrer Zement­waren AG: Abb. 5 MMB AG Baldegg: Abb. 7 | Wikimedia Autoren Commons – Elelicht: Abb. 8, indeedous: Markus Albrecht, Architekt FH Abb. 31, H. Zell: Abb. 32, Didier Descouens: Thomas Erhardt, dipl. Architekt ETH Abb. 34, | Welt.de: Abb. 9 | Baustoff Dominik Osterwalder, dipl. Arch. FH SIA Wissen: Abb. 11 | Handwerker Gewerbe: Heiner Gabele, dipl. Arch. ETH Abb. 12 | Emsländer Baustoff­werke GmbH: Abb. 15 | Holcim Schweiz AG: Abb. 17, 86 Redaktionsteam Gebr. Pfeiffer SE: Abb. 20 | IBU-tec: Heiner Gabele, dipl. Arch. ETH Abb. 21 | InformationsZentrum Beton Beat Deola, dipl. Arch. ETH / SIA GmbH: Abb. 22 | Kalkfabrik Netstal AG: Enno Köppen, dipl. Ing. Arch. SIA Abb. 23, 24, 26 | BOSTAB GMBH: Abb. 27 KS-ORIGINAL GmbH: Abb. 29 | dako pr Fachberatung corporate communications: Abb. 35 Nachhaltigkeit: ecobau Blauarbeit.de: Abb. 37 | Element AG: Abb. 38, 39 | Scaravalle Company: Abb. 42 Gestaltung, Layout Konrad Hegner AG: Abb. 48 | Huttunen Team hp Schneider, Elsau Lipasti Pakkanen Architekten: Abb. 51 Natascha Schwank, Elsau Alsecco GmbH: Abb. 50 | Ytong: Abb. 52 Anderhalden AG: Abb. 56 | Neff Neumann Planbearbeitung Architekten: Abb. 57 | KSV, Verband LM-A LernMedien-Architektur GmbH Schweizer Kalk­sandstein Produzenten: Abb. 68 | BauNetz: Abb. 80, 83 | MEA Druck und Ausrüstung Bau­technik GmbH: Abb. 81 | mineralit Truninger-Plot24 AG, Zürich GmbH: Abb. 82 | Pxhere.com: Abb. 84 Beton Lana GmbH: Abb. 85 Versand Stiftung Züriwerk, Zürich Es war nicht in allen Fällen möglich, die Rechteinhaber der Abbildungen zu An der Entwicklung dieses eruieren. Berechtigte Ansprüche Lehrmittels waren folgende Berufs­ werden im Rahmen üblicher Vereinba­ fachschulen beteiligt: rungen abgegolten. − Baugewerbliche Berufsschule Zürich − Berufsbildungsschule Winterthur Hinweis − Berufsbildungszentrum Bau Die in diesem Heft abgedruckten und Gewerbe Luzern Bilder entsprechen nicht immer − Berufsbildungszentrum des der Verordnung über die Sicherheit Kantons Schaffhausen und den Gesund­heitsschutz der − Berufsschule Aarau Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer − Berufs- und Weiterbildungszentrum vom 29. Juni 2005. Es betrifft dies Rapperswil die Helmtragpflicht und der korrekte − Bildungszentrum Bau und Mode Seitenschutz mit Geländerholm, Kreuzlingen Zwischenholm und Bordbrett und die − Gewerbliches Berufs- und Sicherung bei Arbeiten auf Dach­ Weiterbildungszentrum St. Gallen flächen. − Gewerbliche Berufsschule Wetzikon − Gewerblich-industrielles Bildungszentrum Zug Haftungsausschluss Dieses Lehrmittel ist für die Aus­ Herausgeber bildung von Baufachleuten entwickelt LM-A LernMedien-Architektur GmbH worden. Es vermag Studium und www.LM-A.ch Beizug der einschlägigen Normen sowie die Weisungen und Richt­­linien Die LM-A LernMedien-Architektur der Verbände im konkreten Anwen­ GmbH ist eine unabhängige Gesell­ dungsfall nicht zu ersetzen und schaft, die in Zusammenarbeit mit den er­­hebt keinen Anspruch auf Vollstän­ Nord- und Ostschweizer Berufs­fach­ digkeit. Die in diesem Lehrmittel schulen Lehrmittel für die Aus­bildung zusammengestellten Informationen, von Baufachleuten herstellt. die abge­bildeten Pläne und Fotos entsprechen dem aktuellen Stand der Bau­tech­nik im Zeitpunkt der Druck­ Dank legung. Alle Rechte vorbehalten. Wir danken allen Personen, Insti­­tu­ tionen und Firmen, die uns inhaltlich, Massgebend für die Planung und materiell und finanziell bei der Ent­ Ausführung von Bauten sind die im wick­lung und Realisierung des neuen betreffenden Zeitpunkt rechtlich Lehrmittels unterstützt haben. verbindlichen Normen des Schwei­ze­ rischen Ingenieur- und Architek­ten­ vereins (sia) sowie die Weisungen ISBN: 978-3-906312-85-9 978-3-906312-64-4 und Richtlinien der entsprechenden Fach­verbände bzw. der Produkt­her­ steller und -verarbeiter. Die LM-A LernMedien-Architektur GmbH lehnt jegliche Haftung, auch für Folge­ schäden, aus der Verwendung dieses Lehrbuches ab.