Anorganische Bindemittel

9.3.1 Einleitende Bemerkungen – Historisches

Die Bezeichnung Bindemittel fur eine bestimmte Gruppe pulverformiger anorganischer Verbindungen leitet sich von deren Fahigkeit ab, Gesteinskomungen (fruher: Zuschlag – stoffe) wie Sand, Kies oder Gesteinsbrocken ,,einbinden“ zu konnen. Mit Wasser zu einem Bindemittelleim verarbeitet, erhartet die zunachst form – und gieBbare Mischung aus Bin­demittel, Zugabewasser und Gesteinskomung im Verlaufe bestimmter physikalisch-chemi- scher Vorgange zu einem kunstlichen Stein. Das Bindemittel bewirkt eine feste Verkittung der Gesteinskomung. Das klassische Bindemittel ist von alters her der Kalk. Er wird vor- wiegend fur Mauer – und Putzmortel, aber auch zur Herstellung von Kalksandsteinen und Porenbetonsteinen verwendet.

Nach ihrem Erhartungsverhalten werden die Bindemittel in nicht hydraulische (Erhartung ausschlieBlich an der Luft) und hydraulische Bindemittel (Erhartung sowohl an der Luft als auch unter Wasser) eingeteilt. Zu den nicht hydraulischen Bindemitteln gehoren neben den Luftkalken vor allem die Baugipse bzw. Anhydritbinder und die Magnesiabinder, zu den hydraulischen Bindemitteln die Zemente und die hydraulisch erhartenden Kalke.

Historisches. Als altestes kunstlich hergestelltes Bindemittel muss der Gips angesehen werden. Ahnlich wie beim Kalk kann nur spekuliert werden, wie der Mensch die besonde- ren Eigenschaften, die Gips so wertvoll machen, entdeckt haben konnte. Vielleicht haben Gesteinsbrocken aus Gips zur Begrenzung eines Feuers gedient, sind durch die Hitze mur – be geworden und zu Pulver zerfallen bzw. zu Pulver zerstoBen worden. Bei Kontakt mit Wasser entstand dann eine formbare mortelahnliche Masse, die an der Luft erhartete. Gips kam bereits Jahrtausende vor unserer Zeitrechnung zum Einsatz. Der alteste gesicherte Nachweis fur die Verwendung von Gips geht auf die Jungsteinzeit (~ 9000 v. Chr., Klein – asien) zuriick. In der Stadt Catal Huytik, heutige Tiirkei/Sudanatolien, wurde gebrannter Gips als Gipsputz verwendet. Weitere Funde stammen aus Israel (~ 7000 v. Chr.). Gips wurde beim Bau der Turme von Jericho (~ 2500 v. Chr.) und beim Bau der Chefren – Pyramide (~ 2000 v. Chr.) eingesetzt. Der gezielte Gebrauch von Gips ist wahrscheinlich auf die Griechen zuruckzufuhren. Sie bezeichneten dieses Gestein als,,Gypsos“. Von den Griechen ubemahmen die Romer die Grundkenntnisse im Umgang mit diesem Bindemittel und verbreiteten sie bis in die Gebiete Mittel – und Nordeuropas. Mit dem Niedergang des Romischen Reiches geriet auch der Baustoff Gips in Vergessenheit, er wurde erst im 11. Jahrhundert in den Klostem wiederentdeckt. Die Bildhauer und Bauleute des 15. Jahrhun – derts entwickelten in der Fruhrenaissance die Technik des Brennens von Gips und seine Anwendung von Neuem. In der Folgezeit wurde Gips auch in Deutschland zu einem haufig eingesetzten Baustoff (Mauersteine, Gipsestrich, Mauer – oder Putzmortel und „Gipsbe – ton“). Dass Gips eine feuerhemmende Wirkung besitzt, wurde beim groBen Brand von London (1666) entdeckt. Eine erste Bltitezeit erreichte der Gips zur Zeit des Barock und Rokoko, da es gelang, mit Gips kunstlichen Stuckmarmor tauschend echt nachzuempfin – den. Heute ist Gips aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Neben einer Vielzahl unterschiedlicher Bauprodukte gibt es eine Reihe von Spezialgipsen z. B. fur die Keramik – industrie, die Landwirtschaft, fur GieBereien und Ziegeleien sowie fur medizinische Zwe – cke.

Fast ebenso alt wie die ersten erhaltenen Gipsputze sind Funde, die den Einsatz von ge – branntem Kalk als Bindemittel dokumentieren. Sie stammen aus der Zeit zwischen 7000 und 5500 v. Chr. aus der Region am unteren Donaulauf. Zum Beispiel bestanden die FuB – boden von Htitten der Siedlung Lepenski Vir aus Kies und Sand sowie einem Kalk – Wasser-Gemisch als Bindemittel. Das Kalkbrennen und – loschen wurde wahrscheinlich, ahnlich wie beim Gips, zufallig bei der Hitze – und der nachtraglichen Wassereinwirkung auf Kalkstein an Feuerstellen entdeckt. Erste Belege fur eine gezielte Kalkherstellung stammen aus Mesopotamien (2000 v. Chr.). Die Romer entwickelten eine Technologie des Kalkbrennens, wahrend ihrer Zeit entstanden auch in Deutschland die ersten Kalkofen und Loschgruben.

Die ersten Bindemittel, die nach heutigem Verstandnis hydraulisch zu nennen sind, wurden beim Bau der Zistemen von Jerusalem 1000 v. Chr. eingesetzt. Indem man dem gebrannten Kalk Ziegelmehl zusetzte, wurde ein hydraulischer Mortel erhalten, der sich durch eine hohe Dauerfestigkeit auszeichnete. Eine ganze Reihe spaterer Bauwerke der Griechen und Romer auf dem Gebiet des Hafen-, Briicken – und Wasserleitungsbaus waren ohne ge – eignete hydraulische Zusatze wie Ziegelmehl, vulkanische Aschen oder Trass, zum Kalk nicht realisierbar gewesen.

Als (bisheriges!) Endglied in der langen Entwicklungsgeschichte der Bindemittel ist der Zement anzusehen. Der Begriff,,Zement“ tauchte erstmals – wenn auch mit einer vollig anderen Bedeutung als heute – bei den alten Romem auf. Sie nannten die Zuschlagstoffe, die sie fur ihr Gussmauerwerk („Opus Caementitum“ – Romerbeton) einsetzten, als Cae – mentum. Spater wurden die hydraulischen Zusatzstoffe vulkanischen Ursprungs bzw. Zie – gelmehle als Ciment (Frankreich), Cement (England) oder Zyment (Deutschland) bezeich – net. Mit dem Untergang des Romischen Reiches gingen auch zahlreiche theoretische und praktische Erfahrungen und Erkenntnisse der romischen Baukunst verloren. Die Rezeptu – ren zur Herstellung hydraulischer Bindemittel gerieten in Vergessenheit oder wurden ver – nichtet. Im Mittelalter fanden iiberwiegend Baustoffe Verwendung, die wenig dauerhaft waren.

Die modeme Geschichte des Bindemittels Zement geht auf den Englander J. Smeaton (1724-1792) zuruck. Er beschaftigte sich in den Jahren 1756/59 intensiv mit dem Problem der Hydraulizitat von Kalken. Dabei erkannte er die besondere Bedeutung des Tongehaltes im Kalkstein fur die Herstellung hydraulischer Bindemittel. Angeregt durch diese Untersu – chungen stellte J. Parker 1796 erstmals industriell hydraulische Kalke her. Er nannte sein Bindemittel, das durch Brennen aus den sogenannten Mergelnieren des Londoner Septa- rien-Tones hergestellt wurde, ,,Romancement“. Als Geburtsjahr des Portlandzements gilt im Allgemeinen das Jahr 1824. In diesem Jahr meldete der englische Maurermeister Joseph Aspdin ein Patent zur Herstellung eines Zements an, der aus einer Schlamme aus Kalk und Ton bei hohen Temperaturen erbrannt wurde. Das Produkt, das nachfolgend zu einem fei – nen Pulver zermahlen wurde, bezeichnete er als Portlandzement, da es im abgebundenen Zustand dem graustichig-weiBen Farbton des auf der Insel Portland gewonnenen Kalksteins ahnelte. Dieses Bindemittel entsprach nach unserem heutigen Verstandnis immer noch einem hydraulischem Kalk und nicht einem Portlandzement. J. Aspdin brannte sein Ge – misch unterhalb der Sintertemperatur. Den ersten Portlandzement nach heutiger Nomen – klatur stellte sein Sohn William Aspdin im Jahre 1843 her, indem er bei deutlich hoheren Temperaturen brannte. In der Folgezeit entwickelte sich die englische Zementindustrie sprunghaft, die Zementqualitat wurde zunehmend verbessert. Im Jahre 1853 wurde in Ziill-

chow bei Stettin durch H. Bleibtreu das erste deutsche Zementwerk errichtet. In den Fol – gejahren entwickelte sich die deutsche Zementindustrie stetig und erfolgreich, so dass die teuren englischen Importe immer mehr zuruckgedrangt werden konnten. 1862 entdeckte E. Langen die latent-hydraulischen Eigenschaften von glasig-erstarrter Hochofenschlacke (Huttensand). Die Anregung granulierter Hochofenschlacke durch Portlandzement geht auf G. Prtissing zuriick. Er stellte 1882 den ersten Huttenzement mit einem Huttensandanteil von 30% her. Zwischen 1914-1918 wurde in Frankreich der erste Tonerdezement herge – stellt. In den nachfolgenden Jahren stellten sich die Zementproduzenten auf immer spe- ziellere Anforderungen ein: Herstellung von Zementen mit hohem Sulfatwiderstand, Her – stellung von fruhfesten Zementen und Zementen mit niedriger Hydratationswarme.

Die gegenwartige Entwicklung auf diesem Sektor ist gekennzeichnet durch die Forderung nach hoheren (Friih)-Festigkeiten (Einsatz von Silicastaub, Fasem) und ressourcenscho – nender Produktion. Fiir letztere Forderung gibt es zwei prinzipielle Wege: Zum einen wer­den Moglichkeiten untersucht, naturliche Roh – und Brennstoffe (Kalk-Ton-Gesteine und Kohle) durch Sekundarstoffe wie z. B. Altreifen bzw. Klarschlamme zu substituieren. Ein zweiter interessanter Weg ist die Reduzierung des Klinkeranteils im Zement durch Zu – mahlstoffe oder geeignete Sekundarrohstoffe. Auf diese Weise wlirde die C02-Emission deutlich gemindert.