zement Hightechprodukt aus der Natur Von der Herstellung zur Anwendung

zement Hightechprodukt aus der Natur Von der Herstellung zur Anwendung

Ein Baustoff mit grosser Geschichte

...zur Neuzeit

Bereits vor 5000 Jahren verstanden es die Ägypter, aus gebranntem

Nachdem der Caementum im Mittelalter in Vergessenheit geraten war,

Kalk und Gips eine dem Zement ähnliche Masse herzustellen, mit der sich Steine dauerhaft verbinden liessen.

liess 1824 der Engländer Joseph Aspdin ein dem Zement vergleichbares Produkt patentieren, das er durch die Feinaufbereitung von Kalkstein und Ton und anschliessendes Brennen erzeugte. Weil die daraus herge-

Von der Antike...

stellten künstlichen Steine dem auf der britischen Kanalinsel Portland

Opus caementitium – die Bezeichnung «Zement» ist aus dem Lateinischen abgeleitet. Sie steht für ein aus Kalkstein, Mergel und Ton herge-

vorkommenden Kalkstein glichen, wurde seine Erfindung als Portlandzement bekannt.

stelltes hydraulisches Bindemittel, das nach dem Anmachen mit Wasser

Im 19. und im 20. Jahrhundert wurden die Zusammensetzung und die

zu Zementstein mit hoher Festigkeit erhärtet. Diese Eigenschaft war

Produktionsprozesse des Bindemittels Zement laufend weiterentwickelt

vor rund 2000 Jahren auch den Architekten und Baumeistern des Römi-

und verbessert – ein wesentlicher Grund dafür, dass der Beton zum

schen Reichs bekannt. Mit dem «römischen Beton», einem Vorläufer unseres modernen Baustoffs, schufen sie in der Ewigen Stadt grossar-

Universalbaustoff unserer Zeit werden konnte. Heute wird Zement in verschiedenen Qualitäten für unterschiedlichste Anwendungen angebo-

tige Werke, die ohne diese geniale Erfindung nie hätten entstehen

ten: ein Hightechprodukt aus natürlichen Rohstoffen, ohne das unser

können: zum Beispiel das Pantheon, den fantastischen Tempelbau mit

modernes Bauwesen undenkbar wäre.

der grössten gemauerten Kuppel der Welt, oder das monumentale Kolosseum als mächtigstes Gebäude der Antike, und auch unzählige Wohnhäuser, Strassen, Brücken, Thermen, Häfen, Zisternen, Wasserleitungen und Abwasserkanäle in ganz Europa, die vielerorts noch heute von der hoch entwickelten römischen Baukunst zeugen.

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3

6 Rohstoffreiche Schweiz

Inhalt

Schonung der natürlichen Ressourcen

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Einsatz alternativer Rohstoffe

20 Zement – eine Hauptkomponente von Beton

5

Was es zur Betonherstellung braucht Beton mischen, transportieren, verarbeiten Für jede Aufgabe den passenden Beton Beton für Sicherheit und Komfort Beton im ökologischen Kreislauf

8 Aus Naturstein wird hochwertiger Zement Das Rohmaterial: Kalkstein und Mergel Die Aufbereitung: Mahlen und Mischen Der Brennprozess: Rohmehl wird zu Klinker Der Finish: Zement entsteht

12 Für jede Anwendung die richtige Qualität Zement ist nicht gleich Zement

3

Andere Bindemittel Überwachung der Zementqualität Zur rechten Zeit am rechten Ort

26 Besser bauen mit Beton

6

Der Universalbaustoff unserer Zeit Beton im Infrastrukturbau Beton im Hochbau

30 Die Schweizer Zementindustrie

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Aus bescheidenen Anfängen... ...zum bedeutenden Wirtschaftszweig Die jüngste Vergangenheit Der Markt heute Die Schweizer Zementhersteller

16 Von der Umwelt – für die Umwelt Eine verantwortungsbewusste Umweltpolitik:

4

CO2-Reduktion Vermehrter Einsatz alternativer Brennstoffe: Schonung der Ressourcen Im rekultivierten Steinbruch erblüht neues Leben:

36 Anhang Noch mehr Wissenswertes über Zement und Beton Kontaktadresse

ein Beitrag zur Artenvielfalt

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Schonung der natürlichen Ressourcen Für die Herstellung von Zement werden in erster Linie Kalksteine, Tone oder Mergel benötigt. In grossem Mass kommen diese Sedimentgesteine im Jurabogen und in den nördlichen Voralpen, in geringeren Mengen ebenfalls in den Südalpen vor. Tonreicher Molassemergel ist zudem auch im Mittelland, in den grenznahen Gebieten des Juragebirges und den nördlichen Kalkalpen reichlich vorhanden. Die Unternehmen der Schweizer Zementindustrie sind sich bewusst, dass sich diese im Lauf der Erdgeschichte angereicherten Materialien nur in geologischen Zeitspannen von Jahrmillionen erneuern. Sie pflegen deshalb einen äusserst sorgsamen Umgang mit diesen wertvollen Ressourcen. Einsatz alternativer Rohstoffe

Rohstoffreiche Schweiz

Um die natürlichen Rohstoffe aus den Steinbrüchen nachhaltig zu schonen, werden sie in der Schweiz – soweit dies technisch und chemisch möglich ist –

Bodenschätze sind in der Schweiz rar. Eine Ausnahme bilden die reichen Vorkommen an nichtmetallischen mineralischen Rohstoffen wie Kies, Kalk und Mergel. Sie sind für unser Land von grosser wirtschaftlicher Bedeu-

schon seit Jahren durch alternative Materialien ersetzt. Tunnelausbruch, unverschmutzter Aushub, durch Ölunfälle verunreinigte Böden sowie einzelne Komponenten aus Altlastensanierungen lassen sich damit sinnvoll wieder

tung. Der Abbau, die Veredlung und die Verarbeitung sichern – direkt

verwenden, anstatt dass sie in aufwändigen Verfahren entsorgt werden müssten.

und indirekt – sehr viele Arbeitsplätze. So auch in der Schweizer Zement-

Sogar Aschen aus dem Brennprozess der Zementklinkerherstellung entsprechen weitgehend den Rohmaterialien und werden damit im Zementofen selber zum

industrie, die ihren Bedarf an Rohmaterialien zu hundert Prozent aus einheimischen Ressourcen decken kann.

Produkt. Damit haben zum Teil Substitutionsbrennstoffe mit hohem Aschegehalt (z.B. Trockenklärschlamm) den Charakter von alternativen Rohmaterialien. Dem Einsatz alternativer Rohstoffe sind jedoch durch die genau definierte chemische Zusammensetzung des Zementes Grenzen gesetzt. Richtmass für die schweizerische Zementindustrie ist und bleibt die hochwertige Qualität

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des Produktes Zement.

1 Kalksteinbruch: die Löcher für Sprengladungen werden gebohrt 2 Mergelsteinbruch: das Gestein wird von der Sohle abgeschürft

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Das Rohmaterial: Kalkstein und Mergel Aufgrund ihrer natürlichen Zusammensetzung sind Kalkstein und Mergel – Letzterer auch dank seines Aluminiumgehalts – für die Zementherstellung hervorragend geeignet. Um eine Tonne Zement zu produzieren, werden rund anderthalb Tonnen Rohmaterial benötigt. Vor Jahrmillionen im Jurameer abgelagert, werden diese Gesteine im Tagbau abgebaut. Während der harte Kalkstein in den Steinbrüchen von den Kalkfelsen abgesprengt werden muss, lässt sich der weniger harte Mergelfels in der Regel ohne Sprengung mit Bulldozern abschürfen. Probebohrungen ermöglichen es, das neue Rohmaterial schon vorgängig im Zementlabor genau zu analysieren und auf seine Eignung hin zu prüfen.

Aus Naturstein wird hochwertiger Zement

Das abgebaute Material wird im Kalksteinbrecher bzw. im Mergelbrecher zu faustgrossen Stücken zerkleinert und anschliessend in der Rohmateriallagerhalle zwischengelagert. Dank dieser Lagerhaltung lassen sich auch Phasen überbrücken, während deren der Abbau oder die Förderung unterbrochen sind.

Die Zementherstellung ist ein aufwändiger Prozess mit zahlreichen Verfahrensschritten. Auf dem ausklappbaren Umschlag am Ende dieser Broschüre ist er bildlich dargestellt.

2 1 1 Die Sprengung in der Kalksteinwand wurde gezündet 2 Der gesprengte Kalkstein wird von Pneuladern auf Dumper geladen und zum Brecher geführt 3 Rohmehlmühle: Kalkstein wird zu Steinmehl vermahlen

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Die Aufbereitung: Mahlen und Mischen

Der Brennprozess: Rohmehl wird zu Klinker

Über ein Förderband gelangt das Rohgestein aus dem Lager zur Rohmehlmühle.

Die auffälligste Landmarke einer Zementfabrik ist der Wärmetauscherturm. Hier

Zuerst wird das Material durch warme Ofengase getrocknet, dann mittels Mahlwalzen unter grossem Druck gemahlen und schliesslich auf seine Feinheit –

wird das Rohmehl in Zyklonen – Stahlzylindern mit 4 bis 6 m Durchmesser – durch heisse Ofenabgase auf rund 1000 °C vorgewärmt und bereits teilweise

die durchaus mit Backmehl vergleichbar ist – hin geprüft.

kalziniert, d.h. entsäuert. So gelangt es auf direktem Weg in den Zement-

Hochwertiger Zement zeichnet sich durch seine genau definierte chemische

Drehrohrofen, wo der eigentliche Brennprozess stattfindet. Beim Ofen handelt es

Zusammensetzung aus. Wenn im Rohmaterial gewisse Elemente fehlen oder in ungenügender Menge vorhanden sind, können sie durch Hilfsstoffe ersetzt

sich um ein etwa 50 bis 70 m langes, leicht geneigtes Stahlrohr mit 4 bis 5 m Durchmesser, das sich um die eigene Achse dreht. Hier werden die Mineralien

werden. So wird beispielsweise in der Rohmehlmühle Quarzsand zugemischt,

des Ofenmehls in einem chemischen Prozess bei 1450 °C umgewandelt und zu

um einen zu geringen Siliziumgehalt des Rohmaterials zu kompensieren.

Klinkermineralien – hauptsächlich Kalzium-Silikat-Kristallen – gesintert. Dieser

Im Homogenisierungssilo wird daraufhin das gesamte Rohmehl gleichmässig

Zementklinker mit dem Aussehen von rot glühendem Kieselstein wird in einem

durchmischt. Damit wird sichergestellt, dass es Gramm für Gramm die identische chemische Zusammensetzung aufweist.

Kühler mittels kalter Luft sehr schnell auf rund 100 °C abgekühlt. Im Klinkerbrecher werden grosse Klinkerstücke vor dem Weitertransport und der Zwischenlagerung in Hallen oder Silos zerkleinert. Auch wenn der Klinker in dieser Form noch nicht verwendbar ist, weist er doch schon alle Eigenschaften auf, die später den Zement ausmachen. Der Finish: Zement entsteht In der Zementmühle – in der Regel eine Kugelmühle mit 2 oder 3 Kammern – wird der Klinker zerschlagen und je nach späterem Einsatzbereich zu Zement mit einem bestimmten Feinheitsgrad gemahlen. Nebst dem Mahlgrad sind auch in der Zementmühle beigemengte Haupt- und Nebenbestandteile wie Kalkstein, Steinkohlenflugaschen, Hüttensand oder andere Zusätze entscheidend für die spezifischen Qualitäten des Zements und für die unterschiedlichsten Anwendungen. So lassen sich aus ein und demselben Klinker verschiedene Zementsorten herstellen. Mit der Beigabe von ca. 5 Prozent Gips wird zudem ein zeitlich optimales Abbinden bei der Verarbeitung gewährleistet.

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1 Im Zement-Drehofen erfolgt der eigentliche Brennprozess 2 Vom Drehofen kommt der glühende Zementklinker auf den Kühlrost

3 Wärmetauscherturm: das Wahrzeichen jeder Zementfabrik 4 Rohmateriallagerhalle: gebrochener Kalk und Mergel warten auf die Mahlung 5 Kugelmühle: der Klinker wird zum gewünschten Feinheitsgrad gemahlen

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Zement ist nicht gleich Zement Die Produktqualität von Zement und Beton ist nach europäischen Normen geregelt. Für Zement ist es die SN EN 197-1, für Beton die SN EN 206-1. Bei den Produktspezifikationen nach SN 197-1 werden in der Schweiz fünf Zementarten (CEM I bis V) unterschieden (siehe Tabelle nächste Seite). Aufgrund ihrer Normdruckfestigkeit (MPa) nach 28 Tagen werden die Zemente in drei Festigkeitsklassen eingeteilt: 32,5 / 42,5 / 52,5. Durch die unterschiedliche Abbindegeschwindigkeit bzw. Anfangsfestigkeit ist eine weitere Unterteilung der drei Klassen möglich: Zemente mit normaler Festigkeit nach zwei Tagen werden mit dem Zusatz «N» (= Normal), solche mit hoher Festigkeit nach zwei Tagen mit «R» (= Rapid) gekennzeichnet. Generell gilt: Je feiner der Zement gemahlen wird,

Für jede Anwendung die richtige Qualität

desto schneller ist seine Festigkeitsentwicklung. In der Schweiz wurden in der Vergangenheit praktisch ausschliesslich Zemente aus Portlandklinker hergestellt. Aufgrund ökologischer Überlegungen fördert die schweizerische Zementindustrie jedoch gezielt die zunehmende Verwendung

Je nach seiner Zusammensetzung und Mahlfeinheit weist Zement unterschiedliche technische Eigenschaften auf, die sich auf

von Portlandkompositzementen (CEM II), die einen bedeutenden Anteil an reinem Kalkstein aufweisen.

Fliessgeschwindigkeit, Härtungszeit und Normdruckfestigkeit des Baustoffs Beton auswirken.

3 1 1 Betonlabor: die Gefügestruktur von Beton wird untersucht 2 Betonlabor: Betonwürfel dienen zur Prüfung der Druckfestigkeit von Beton 3 Zementproduktionslabor: ein Laborroboter analysiert Rohmehlproben

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Massenanteile in Prozent Bezeichnung

Benennung

Klinker

CEM I

CEM I

Portlandzement

95 – 100

CEM II

CEM II/A-S CEM II/B-S

Portlandhüttenzement

80 – 94 65 – 97

6 – 20 21 – 35

0–5 0–5

CEM II/A-D

Portlandsilicastaubzement

90 – 94

6 – 10

0–5

CEM CEM CEM CEM

II/A-P II/B-P II/A-Q II/B-Q

Portlandpuzzolanzement

80 65 80 65

– – – –

94 79 94 79

6 – 20 21 – 35 6 – 20 21 – 35

0 0 0 0

– – – –

5 5 5 5

CEM CEM CEM CEM

II/A-V II/B-V II/A-W II/B-W

Portlandflugaschezement

80 65 80 65

– – – –

94 79 94 79

6 – 20 21 – 35 6 – 20 21 – 35

0 0 0 0

– – – –

5 5 5 5

Nebenbestandteile

Alle schweizerischen Zementwerke verfügen über ein zertifiziertes Qualitäts-

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managementsystem nach ISO 9000. Es stellt sicher, dass sämtliche Arbeitsabläufe optimiert, rückverfolgbar und standardisiert sind. Die Qualität und die

CEM II/A-T CEM II/B-T

Portlandschieferzement

80 – 94 65 – 79

6 – 20 21 – 35

0–5 0–5

CEM CEM CEM CEM

Portlandkalksteinzement

80 65 80 65

94 79 94 79

6 – 20 21 – 35 6 – 20 21 – 35

0 0 0 0

80 – 94 80 – 94

6 – 20 21 – 35

0–5 0–5

35 – 64 20 – 34 5 – 19

36 – 65 66 – 80 81 – 95

0–5 0–5 0–5

II/A-L II/B-L II/A-LL II/B-LL

Portlandkompositzement

CEM II/A-M CEM II/B-M CEM III

Zusatzstoffe

Überwachung der Zementqualität

Zementart

– – – –

– – – –

5 5 5 5

CEM III/A CEM III/B CEM III/C

Hochofenzement

CEM IV

CEM IV/A CEM IV/B

Puzzolanzement

65 – 89 45 – 64

11 – 35 36 – 55

0–5 0–5

CEM V

CEM V/A CEM V/B

Kompositzement

40 – 64 20 – 38

18 – 30 31 – 50

0–5 0–5

Normkonformität der Produkte werden mit einer lückenlosen Überwachung über den gesamten Herstellungsprozess hinweg garantiert – von den Laboranalysen des Rohmaterials bis zur Festigkeitsprüfung der Endprodukte. Damit wird der geforderte Nachweis der Normerfüllung nach SN EN 197-1 laufend erbracht. Das Verfahren zur Konformitätsbewertung und zur Zertifizierung von Zementen ist in der SN EN 197-2 definiert. Die Eigenproduktkontrolle wird zudem durch eine zusätzliche Fremdüberwachung ergänzt. Zur rechten Zeit am rechten Ort Zement aus Schweizer Werken ist immer in der richtigen Qualität und in der richtigen Menge zur rechten Zeit am rechten Ort verfügbar. Das ist nur möglich dank sorgfältigster Planung aller Produktionsprozesse und permanenter Optimierung der Distributionslogistik. Nur etwa 6 Prozent der gesamten Zementproduktion werden als Sackzement über den Baumaterialhandel abgesetzt oder in Hobbymärkten angeboten. 94 Prozent werden – als so genannte Silozemente – lose verkauft und gehen in Transportbetonwerke, Ortbetonanlagen oder zu Betonwarenherstellern. Diese Just-in-time-Lieferungen ersparen den Abnehmern eine aufwändige Lagerhaltung. Wenn immer möglich erfolgen die Transporte in speziellen Bahnsilowagen via Schiene. Über Kurzdistanzen und für die Feinverteilung werden hingegen LKWs eingesetzt.

Andere Bindemittel Zement ist unter den Bindemitteln in Pulverform, die nach Zugabe von Wasser erhärten, weitaus das wichtigste. Daneben gibt es hydraulische Kalke, die bei tieferer Temperatur gebrannt werden. Aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften können sie die Festigkeit von Zement nicht erreichen. Das Gleiche gilt für Gips, der entweder zu Platten verarbeitet oder als Wand- und Deckengips sowie für Stuckaturen verwendet wird. Seit einigen Jahren sind auch so genannte Spezialbindemittel für den geotechnischen Einsatz auf dem Markt erhältlich. Dabei handelt es sich um nicht normierte, speziell auf den Anwendungszweck abgestimmte Mischungen, die vor allem in den Bereichen Bodenstabilisierung, Fundationsschichtverfestigung und Hochdruckinjektionen eingesetzt werden.

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1 50% des Zements werden auf der Schiene zu den Kunden gebracht

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Eine verantwortungsbewusste Umweltpolitik: CO2-Reduktion Bezüglich ökologischer Produktion ist die schweizerische Zementindustrie weltweit führend, sowohl bei der Schonung der Ressourcen wie bei der Verwertung alternativer Brennstoffe und der Reduktion der Emissionen. Als erste Industriebranche in der Schweiz hat sie die Umsetzung des CO2-Gesetzes an die Hand genommen: Im Rahmen einer CO2-Zielvereinbarung mit dem Eidgenössischen Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK) werden die aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehenden Emissionen bei der Zementherstellung bis ins Jahr 2010 um 44,2 Prozent reduziert. Darüber hinaus hat sich die Zementindustrie zu einer freiwilligen Reduktion der aus der Verarbeitung von Kalkstein resultierenden geogenen Emissionen um 30,3 Prozent verpflichtet. Als Teil der Schweizer Wirtschaft leisten die Zementhersteller den grössten Beitrag dazu, dass die Schweiz ihre im Kyoto-Protokoll eingegangenen Verpflichtungen einhalten kann.

Von der Umwelt - für die Umwelt Die Zementproduktion ist rohstoff- und energieintensiv. Doch die Schweizer Zementhersteller wissen, was sie der Umwelt zu verdanken haben – und was sie ihr schuldig sind. Nachhaltigkeit ist für sie kein Schlagwort, sondern gelebte Realität, was nachfolgend an drei Beispielen erläutert wird.

4 1 Brennprozess: die CO2-Emissionen werden dank alternativer Brennstoffe massiv reduziert 2 Steinbruch: die Natur erobert sich ihren Raum zurück

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Vermehrter Einsatz alternativer Brennstoffe:

Im rekultivierten Steinbruch erblüht neues Leben:

Schonung der Ressourcen

ein Beitrag zur Artenvielfalt

Zementklinker wird in Drehrohröfen bei 1450 °C gebrannt. Die dafür eingesetzten fossilen Primärenergieträger wie Schweröl und Kohle werden seit längerer Zeit

Auf den schonenden Abbau der für die Zementproduktion benötigten natürlichen Rohstoffe und die teilweise Substitution durch alternative Materialien wurde

mehr und mehr durch Substitutionsbrennstoffe ersetzt. Um die ehrgeizigen Ziele

bereits im ersten Kapitel dieser Broschüre hingewiesen. Ein grosses Anliegen für

bei der Reduktion der CO2-Emissionen zu erreichen, haben die Zementhersteller

die Schweizer Zementhersteller ist auch die Rekultivierung oder Renaturierung

dafür innovative Prozesse entwickelt und beträchtliche Investitionen getätigt. So kann heute mit gegen 250 000 Tonnen Tiermehl, Trockenklärschlamm, Altöl,

von abgebauten Kalk- und Mergelsteinbrüchen. Bei der Rekultivierung werden die Abbauflächen wieder hergerichtet und für

Lösungsmitteln, Altpneus und Kunststoffabfällen bereits mehr als die Hälfte des

die Land- und Forstwirtschaft nutzbar gemacht. Dabei wird zuerst Gestein, das

jährlichen Brennstoffbedarfs für die Klinkererzeugung gedeckt werden. All diese

nicht für die Zementherstellung verwendet werden kann, ausgebracht und

Stoffe müssten sonst deponiert oder in Verbrennungsanlagen ohne Nutzen

darüber – als fruchtbarer Boden für den Neuanbau von Kultur- und Waldpflan-

entsorgt werden. Beim ökologisch sinnvollen Einsatz alternativer Energieträger, vor allem bei der Verwertung von Trockenklärschlamm, wird die Schweizer

zen – eine Mutterbodenschicht angelegt. Bei der Renaturierung dagegen entstehen in den Steinbrüchen Biotope oder

Zementindustrie durch das BUWAL unterstützt.

biotopartige Areale als ökologische Ausgleichsflächen. An diesen feuchten oder trockenen Standorten findet eine Vielfalt seltener Tier- und Pflanzenarten die idealen Ödeflächen als neuen Lebensraum.

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1 Kohle: wichtiger Energieträger für die Zementproduktion 2 Altpneus: sinnvoller Einsatz als Substitutionsbrennstoff 3 Im rekultivierten Steinbruch wird Boden wieder nutzbar gemacht 4 Der renaturierte Steinbruch Musital bei Rekingen AG erblüht zu neuem Leben

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Was es zur Betonherstellung braucht Ein Kubikmeter Festbeton wiegt rund 2450 kg. Nach Gewichtsanteilen enthält er etwa 13/16 Sand und Kies, 2/16 Zement und 1/16 Wasser. Zement ist das ideale hydraulische Bindemittel, das eine anwendungsgerechte Erhärtung des Betons gewährleistet. Das Anmachwasser, das für den Hydratationsprozess und eine gute Verdichtung des Betons unerlässlich ist, muss spezifische Anforderungen erfüllen. Grundsätzlich sind dafür Meteorwasser, Grundwasser oder Recyclingwasser geeignet. Natürliche Trinkwasservorkommen werden bei der Betonherstellung geschont. Gesteinskörnung (Sand und Kies) wird je nach den geforderten Eigenschaften des Betons in unterschiedlichen Korngrössen beigemengt. Diese Rohstoffe

Zement - eine Hauptkomponente von Beton

stammen aus einheimischen Vorkommen in Form von Fluss- und Seeablagerungen oder Fels. Durch die Beigabe von Recycling-Gesteinskörnung können diese natürlichen Ressourcen geschont werden. Betonzusatzmittel und -stoffe können bei der Herstellung des Betons beigege-

Der Baustoff Beton ist ein künstlich hergestellter Stein aus einem Gemisch von Zement, Wasser und Gesteinskörnung (Sand und Kies). Im zuerst breiartigen Zustand ist er beliebig formbar, bevor er erhärtet

ben werden, damit er spezifische Anforderungen erfüllt – wie z.B. längere Verarbeitbarkeit, plastischere oder weichere Konsistenz, erhöhte Dichtigkeit gegenüber Wasser und Gasen, gute Frost- und Frost-/Taumittelresistenz oder

und seine hohe Druckfestigkeit gewinnt. Entscheidend für die Beton-

erhöhte Festigkeit. Mit mineralischen Zusätzen wie Gesteinsmehlen,

qualität sind die genaue Zusammensetzung der einzelnen Komponenten

Steinkohlenflugasche und Silicastaub lassen sich auch mechanische Eigenschaften, Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit des Betons günstig beeinflussen.

und deren optimales Verhältnis zueinander.

5 1 Eine Betondecke wird betoniert

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Beton mischen, transportieren, verarbeiten

Für jede Aufgabe den passenden Beton

Entsprechend der für jede Qualität genau definierten Betonrezeptur werden die

Die Herstellung von Beton nach SN EN 206-1 erfolgt aufgrund der geforderten

Teilkomponenten mit höchster Präzision dosiert und maschinell zu einer homo-

Eigenschaften oder der definierten Zusammensetzung. Bei Beton, der nach Eigenschaften bestellt wird, ist der Produzent für die Erstprüfung verantwortlich.

genen Masse gemischt. Transportbeton muss nach der Herstellung im Werk so rasch als möglich auf die

Kriterien dazu sind die Druckfestigkeit des Betons (Druckfestigkeitsklasse), die

Baustelle gebracht und verarbeitet werden. Damit die Qualität auch über längere

Dauerhaftigkeit in Bezug auf Umwelteinflüsse (Expositionsklasse, Chlorid-

Strecken gewährleistet bleibt, werden Fahrmischer oder Silowagen eingesetzt.

gehaltsklasse) und die Verarbeitbarkeit (Grösstkorn und Konsistenzklasse). Innerhalb der Druckfestigkeitsklassen wird unterschieden zwischen Normal- und

Auf Grossbaustellen oder auch im Tunnelbau ist Beton in grossen Mengen zu verarbeiten. Hier wird er meist – als so genannter Ortbeton – in unmittelbarer Nähe des Bauwerks produziert.

Schwerbeton sowie konstruktivem Leichtbeton.

Je nach Konsistenz und örtlichen Gegebenheiten wird der Beton auf der Bau-

verschiedenster Betonwaren, aber auch für Fundamente, Keller und Deckenkon-

stelle über Förderband, mittels Kübeln und Kran, mit vertikalem Fallrohr, Beton-

struktionen eingesetzt werden. Schwerbeton weist eine hohe Dichte auf und bewirkt damit eine gute Abschirmung vor radioaktiver Strahlung. Im Wohnbau

pumpe, Rutsche oder Rinne gleichmässig in die vorgefertigte Schalung gegossen und gut verdichtet. Bis der junge Beton eine ausreichende Festigkeit erreicht

Mit seinen universellen Eigenschaften kann Normalbeton für die Herstellung

wird er u.a. für die Erstellung von Strahlenschutzräumen verwendet. Konstrukti-

hat, wird er mit geeigneten Massnahmen nachbehandelt und vor vorzeitigem

ver Leichtbeton ist mit seinem geringen Eigengewicht prädestiniert für den Bau

Austrocknen geschützt.

von weit gespannten Brücken, Hochhäusern und für Fertigteile. Muss der Beton nicht nur Druckkräften, sondern auch Zug- und Biegezugkräften

Neben Transport- und Ortbeton kommen im Bauwesen auch vorfabrizierte Betonelemente zum Einsatz, die als Fertigteile zum Bauwerk transportiert und eingebaut werden.

Einbringungsarten

standhalten, wird dies durch Bewehrung, in der Regel mit speziellem Betonstahl, sichergestellt.

Klassifikation

> Betonpumpe

> Beton nach Zusammensetzung

> Förderband

> Beton nach Eigenschaften

> Kübel > Rinne oder Rutsche > Kübel mit Fallrohr

Betonarten > Pumpbeton > Spritzbeton > Spezielle Betonarten Selbstverdichtender Beton Farbbeton Leichtbeton Schwerbeton Recyclingbeton Unterwasserbeton

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Verwendungszweck

Beton für Sicherheit und Komfort Beton bietet optimale Voraussetzungen für ökologisches Bauen. Die Herstellung

> Hochbau Wohnhäuser Verwaltungsgebäude Industriebauten Schulhäuser Universitäten Spitäler Museen Konzerthallen Theater Sportanlagen Parkhäuser usw.

basiert auf natürlichen, einheimischen Rohstoffen und erfordert vergleichsweise wenig Primärenergie. Nebst seiner grossen Festigkeit zeichnet sich das Fertigprodukt durch eine hohe Wärmespeicherkapazität aus. Beton steht für Wertbeständigkeit und Sicherheit, für Lärm- und Brandschutz. Und er ist baubiologisch unbedenklich, weil er keine gesundheitsschädigenden Stoffe abgibt. Beton im ökologischen Kreislauf Betonrecycling gehört bereits zum Grundprozess in der Abfallwirtschaft. Weil sich ausgedienter Beton problemlos wiederverwerten lässt, werden wert-

> Betonwaren Wandelemente Deckenelemente Treppen Säulen Stützen, Pfeiler Kanalisation Kabel- und Leitungsbau Strassen- und Platzbeläge Hangsicherungen Umgebungs- u. Gartengestaltung usw.

volle Ressourcen geschont. Beim Recycling wird der Beton zerkleinert und zu Betongranulat aufbereitet. So kann er als Gesteinskörnung – als Ersatz von Sand und Kies – neuem Baustoff beigegeben werden. Die technischen und ökologischen Anforderungen an das Betonrecycling sind in Normen, Empfehlungen und Richtlinien festgelegt.

> Tiefbau Tunnels Brücken Strassen Bushaltestellen Kreisel Flugpisten ARAs Kraftwerke usw.

2 1 Bei Raron VS wird eine Eisenbahnbrücke gebaut 2 Im Tagbau wird ein Tunnel erstellt 3 Drehmischer und Betonpumpen bringen Fertigbeton zum Einsatzort 4 Eingebrachter Beton wird vibriert

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Der Universalbaustoff unserer Zeit Als Universalbaustoff hat Beton viele Gesichter. Mit seinem einzigartigen Leistungsausweis bezüglich Festigkeit, Verarbeitbarkeit, Dauerhaftigkeit und Umweltfreundlichkeit ist er zu einem der wichtigsten Baustoffe überhaupt geworden. In unseren Breitengraden bestehen weit mehr als die Hälfte aller Bauwerke aus Beton. Dank der spezifischen Eigenschaften und nahezu grenzenloser Gestaltungsmöglichkeiten finden wir Betonanwendungen in praktisch allen Lebensbereichen. Beton im Infrastrukturbau Infrastrukturbauten für den Verkehr, den Wasserkreislauf und die Energieversorgung werden durch verschiedenste Einwirkungen extrem beansprucht. Hier kommen die Qualitäten von Beton voll zum Tragen, denn dieser Baustoff bietet

Besser bauen mit Beton

Sicherheit und Beständigkeit. Strassen und Autobahnen sind ständig steigenden Verkehrs- und Achslasten ausgesetzt. Auf Rollwegen, Start- und Landebahnen von Flughäfen nehmen Belastungen und Beanspruchung ebenfalls dauernd zu. Auch beim Bau von Brücken, Tunneln oder im Bahnverkehr, wo die Hochgeschwindigkeitszüge feste Fahrbahnen erfordern, wird Beton den höchsten Anforderungen gerecht. Neben Sicherheit und Dauerhaftigkeit werden heute wirtschaftliche Überlegungen bei Bau und Unterhalt immer wichtiger. Auch hier wartet der Baustoff Beton mit Bestwerten auf.

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1 Bahn 2000 in Aarau AG: Brücken, Tunnel und Industriebauten aus Beton 2 Die Verzasca-Staumauer am Lago di Vogorno TI 3 Bau der Sunnibergbrücke der Umfahrung von Klosters GR

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Dies gilt ebenfalls für den gesamten Wasserkreislauf – von der Trinkwasser-

Beton im Hochbau

versorgung über die Kanalisation bis zur Abwasserreinigung –, der mit verschie-

Die funktionellen und ästhetischen Vorzüge des Betons werden in allen Sparten

densten Bauwerken wie Rohrleitungs- und Schachtsystemen, Kläranlagen und Regenrückhaltebecken sichergestellt wird. Hier sind Schlag- und Druckfestigkeit

des Hochbaus genutzt: im öffentlichen, industriellen und gewerblichen Bereich und im Wohnungsbau. Ob Spital-, Schul- oder Verwaltungsgebäude,

bei unterschiedlichen geologischen Bedingungen sowie Dichtheit und Bestän-

Industrie- oder Produktionshalle, Werksanlage, Parkhaus, Ein- oder Mehrfami-

digkeit gegenüber aggressiven Stoffen unerlässlich. Für wirtschaftliche, sichere

lienhaus – Beton überzeugt in allen Einsatzbereichen durch seine vielfältigen

und ökologisch sinnvolle Lösungen ist Beton der Baustoff der ersten Wahl. Strom aus Wasserkraft und aus Kernkraftwerken ist für die Energieversorgung in

Qualitäten und die individuelle Anwendung.

der Schweiz lebenswichtig. Kraftwerksanlagen mit ihren Staumauern, Wasserfassungen und -schlössern, Ausgleichsbecken und Druckstollen zählen zu den imposantesten Bauwerken überhaupt. Wie auch die Reaktorschutzmäntel von Kernkraftwerken wären sie alle ohne Beton undenkbar.

1 ARA Aïre 2, Genf: rundum geschlossene und gedeckte Klärbecken 2 Kanalisation Stadt Bern: MeteorwasserRückhaltebecken mit Wirbelfallschacht 3 Naters VS: Hochwasserschutz am Kelchbach 4 Kloten ZH: Tunnel der FlughafenErschliessungsstrasse

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5 Flughafen Zürich Kloten: Dock E, Terminal (Midfield) 6 Flughafen Zürich Kloten: Dock E, Terminal (Midfield) 7 Bregenz (A): Kunsthaus 8 Paspels GR: Schulhaus

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Aus bescheidenen Anfängen... Neben hydraulischem Kalk wurde in der Schweiz (Aarau) schon 1833 auch Romanzement fabriziert. Seine Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Haltbarkeit waren jedoch weit entfernt von jenen des um 1830 in England erstmals industriell hergestellten Portlandzements. Für die grossen, im Entstehen begriffenen Schweizer Eisenbahnprojekte und den Brückenbau wurden deshalb bald einmal beträchtliche Mengen Portlandzement aus Frankreich und Deutschland importiert, wo Mitte des 19. Jahrhunderts die ersten Zementfabriken entstanden waren. Es brauchte einen Pionier und Visionär wie Robert Vigier, Spross einer alteingesessenen Solothurner Patrizierfamilie, um die grosse Zukunft des Portlandzements in der Schweiz vorauszusehen. Er erkannte, dass die Rohmaterialvorkommen im Jurabogen weit günstiger lagen als in den Nachbarländern. Auch

Die Schweizer Zementindustrie

die unentbehrliche Wasserkraft stand reichlich zur Verfügung. Nach intensiven Studien, ersten Versuchen und etlichen Rückschlägen war es 1871 so weit:

Das 19. Jahrhundert war geprägt von einem raschen Anstieg der Bevölkerung. Die damit einhergehende Expansion von Wirtschaft, Industrie und Verkehr führte zu einer bisher nie gesehenen Zunahme der Bau-

Robert Vigier erbaute in Luterbach bei Solothurn die erste schweizerische Portlandzementfabrik.

tätigkeit. Nebst den herkömmlichen Baustoffen Holz, Bruchstein und Luftkalk waren für technische Bauten dringend neue Bindemittel gefragt.

7 1 Das Prinzip der Kugelmühle – hier ein Modell von 1872 – ist bis heute gültig 2 Reuchenette BE: Portlandzementfabrik um 1896 3 Robert Vigier von Steinbrugg, Gründer der ersten Portlandzementfabrik der Schweiz, 1871

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...zum bedeutenden Wirtschaftszweig

Die jüngste Vergangenheit

Ab 1879 wurde die Portlandzementherstellung in der Schweiz mehr und mehr

In der Nachkriegszeit ab 1946 nahm die Nachfrage nach Bauleistungen inner-

ausgebaut – neue Zementfabriken entstanden. Obwohl mengenmässig im Vergleich zu anderen Ländern zunächst noch unbedeutend, war der Schweizer

halb des inländischen Absatzmarktes erheblich zu. Die Zementindustrie wurde dadurch zu einem jener Zweige der Schweizer Binnenwirtschaft, die am

Portlandzement vielen ausländischen Produkten bereits qualitativ überlegen.

stärksten expandierten. 1965 umfasste sie 17 produzierende Werke mit einer

Mit der Gründung der Eidg. Materialprüfungsanstalt im Jahr 1880 und ihren

Lieferkapazität von insgesamt 4,5 Mio. Tonnen. Nach einem weiteren Anstieg auf

Qualitätsprüfungen wurde er laufend verbessert. 1881 wurde der Verein Schweizerischer Zement-, Kalk- und Gipsfabrikanten – die heutige cemsuisse –

gegen 6 Mio. Tonnen in den frühen 70er-Jahren ging die Gesamtproduktion in den folgenden Rezessionsjahren wieder zurück. Im Zeitraum von 1970 bis 1985

gegründet. Dieser Verein führte u. a. die ersten Festigkeitsnormen ein.

stellte die schweizerische Zementindustrie pro Jahr durchschnittlich gut 4 Mio.

Die Nachfrage nach hydraulischen Bindemitteln stieg weiter an: Neben zahlrei-

Tonnen Zement her.

chen Bahn-, Wasser- und Festungsbauten, Flusskorrektionen, Kraftwerken und Fabrikanlagen wurde hochwertiger Zement nun auch im Wohnbau, für Schulhäuser, Verwaltungsgebäude, Spitäler und die Kanalisation in grossen Mengen

Der Markt heute Der Beginn des dritten Jahrtausends war gekennzeichnet durch einen weltwei-

benötigt. Der vermehrte Einsatz von Beton – und ab etwa 1895 auch von

ten Abwärtstrend an den Börsen, der sich auch auf die Bauwirtschaft stark

Eisenbeton – führte zu einem weiteren Anwachsen der schweizerischen Zement-

auswirkte. So waren die letzten Jahre geprägt von Konzentrationen, Eigentümer-

industrie. Das Ziel, ausreichende Produktionskapazitäten für die Versorgung im Inland bereitzustellen, wurde 1910 erreicht. Während 1896 noch 2982 Wagen zu

wechseln und Restrukturierungen. Dieser Wandel manifestiert sich in folgenden Zahlen: Während 1986 7 Unternehmen mit insgesamt 11 Fabriken über

10 Tonnen Portlandzement aus dem Ausland eingeführt werden mussten,

eine jährliche Produktionskapazität von rund 5,8 Mio. Tonnen Zement verfügten,

konnten 1917 fast achtmal so viel, nämlich 23 185 Wagen, exportiert werden.

betrug die Jahreskapazität 2003 noch rund 4,1 Mio. Tonnen, verteilt auf 3 Unternehmen mit 7 Zementwerken.

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1 Vigiers berühmt gewordene Betonbrücke an der Landesausstellung 1883 in Zürich 2 Belastungsprobe nach Abschluss der Ausstellung

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Die Schweizer Zementhersteller Holcim (Schweiz) AG, Zürich, ist die Schweizer Tochtergesellschaft des weltweit

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tätigen Baustoffkonzerns Holcim. Produziert wird in den Zementwerken Brunnen, Eclépens, Siggenthal und Untervaz. Neben Zement gehören auch die

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Bereiche Kies und Beton zu den Kernaktivitäten des Schweizer Marktführers. Jura-Cement mit ihren beiden Fabriken in Wildegg und Cornaux ist Teil der in

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Aarau domizilierten JURA-Holding, die zum irischen Baustoffkonzern CRH plc gehört. Tochtergesellschaften der Holding sind in den Bereichen Kies und Beton sowie im Baumaterialhandel tätig. Vigier Cement AG ist eine Tochtergesellschaft der Vigier Holding AG, Luterbach, und produziert Zement in ihrem Werk Péry-Reuchenette. Die zur französischen

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Vicat SA gehörende Holding ist zudem in den Bereichen Kies und Beton sowie in der Betonwarenproduktion tätig.

Holcim (Suisse) SA, Eclépens Juracime SA, Cornaux Vigier Cement AG, Péry Jura-Cement, Werk Wildegg Holcim (Schweiz) AG, Siggenthal Holcim (Schweiz) AG, Brunnen Holcim (Schweiz) AG, Untervaz

1 Holcim (Schweiz) AG, Werk Untervaz GR 2 Jura-Cement, Werk Wildegg AG 3 Vigier Cement AG, Werk PéryReuchenette BE

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Noch mehr Wissenswertes über Zement und Beton www.holcim.ch www.juracement.ch www.vigier.ch www.cemsuisse.ch www.fskb.ch Betonpraxis, Holcim (Schweiz) AG, Zürich Betonstrassenpraxis, Holcim (Schweiz) AG, Zürich Kontaktadresse cemsuisse, Verband der Schweizerischen Cementindustrie Marktgasse 53, 3011 Bern Telefon 031 327 97 97, Fax 031 327 97 70 [email protected], www.cemsuisse.ch

Impressum Herausgeber cemsuisse Verband der Schweizerischen Cementindustrie Text Jürg P. Stoller, Bern cemsuisse Gestaltung Studio Longatti, Biel Fotos cemsuisse / Jura-Cement / Holcim (Schweiz) AG / Vigier Cement AG / Unique Airport – Ralph Bensberg, Titelbild; S. 26; S. 28, Bilder 4, 5, 6 / Michael Fontana S. 27, Bild 1 Druck Vetsch+Co AG, Köniz Ausgabe Mai 2004

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