Beton, eine Mischung aus Zement, Sand, Kies und Wasser, zu einem Brei geformt.
Welche Chemie verbirgt sich hinter seiner Herstellung ?

S. Boivon
Ist der Beton noch in flüssigem Zustand, können wir ihn in eine Form gießen. Nach ein paar Stunden ist er fest genug, so daß wir die Form ablösen können. Der Beton wird abgebunden, wie wir sagen. Für diesen Abbindeprozeß braucht man Zement. Zement ist kein Naturstoff wie Wasser oder Sand. Man muß ihn herstellen. Zement ist eine Mischung aus Kalkstein und lehmhaltigem Gestein, die wir in einem Ofen auf 1450 Grad erhitzt haben. Nach dem Zerkleinern erhält man ein feines Pulver aus Calciumsilicat, Calciumaluminat und Ferroaluminat.

Ich bereite eine Mischung aus Zement und Wasser vor, an der wir das Abbinden studieren können. Der Zementbrei wird in ein Gerät gestellt, mit dessen Hilfe wir verfolgen können, wie sich seine Konsistenz im Verlauf des Abbindeprozesses entwickelt. Die Werte werden auf einem Bildschirm ausgeschrieben. Die noch flüssige Mischung übt einen schwachen Druck auf die Flügelblätter aus. Das überträgt sich hier als geringe Konsistenz, die sich zunächst wenig entwickelt.

Im Lauf der Zeit verstärkt sich der Druck auf die Flügelblätter als Folge der zunehmenden Konsistenz. Ein starker Anstieg der Kurve bedeutet, daß sich die Konsistenz verdickt : Der Abbindeprozeß setzt ein. Nach einigen Stunden ist der Brei an den Flügelblättern erstarrt. Es handelt sich nicht um das Ergebnis eines Trocknungsprozesses, wie man oft glaubt, sondern um die Folge einerchemischen Reaktion.

Der Ablauf kan unter dem Elektronenmikroskop verfolgt werden. Vor dem Abbinden sind die Zementkörner in ihrem Ausgangszustand. Sie haben im Brei Kontakt zum Wasser. Das Calciumsilicat verbindet sich mit dem Wasser zu Calciumsilicathydrat. An der Oberfläche entwickeln sich Körner in Form von kleinen Fasern. Die Reaktion geht weiter: Die kleinen Fasern beginnen sich zu vermischen und verbinden sich schließlich zu einem kompakten Netz, in dem die Körner zusammengeschweißt sind.
Wenn man den chemischen Vorgang des Abbindens versteht, kann man ihn kontrollieren, beschleunigen. Dafür benutzen wir einen Beschleuniger des Typs Natriumsilicat. Natriumsilicat löst sich leicht auf. Es zerfällt in positive Natrium-Ionen und negative Silicat-Ionen. Die Silicat-Ionen verbinden sich mit den Calcium-Ionen der Zementlösung zu Calciumsilicathydraten. Wenn man mehr Calciumsilicathydrat herstellt, kann man also das Abbinden beschleunigen.

Ein Abbindeprozeß von wenigen Minuten statt von mehreren Stunden - solches Tempo ist gefragt auf den Baustellen!