Was ist der Unterschied zwischen Zement und Beton?

Zement ist ein feines graues Pulver, das als Bindemittel fungiert. Beton ist der ausgehärtete Verbundwerkstoff, der durch das Mischen von Zement mit Wasser, Sand und grober Gesteinskörnung entsteht. Im Alltag werden die Begriffe oft synonym verwendet (ein „Zementlaster“ liefert tatsächlich Beton), aber im Ingenieurwesen und in Normen bezeichnen sie unterschiedliche Dinge.

Die Kurzfassung

Zement ist ein Inhaltsstoff; Beton ist das fertige Material. Eine typische Betonmischung besteht volumenmäßig aus etwa 10–15 % Zement, 60–75 % Gesteinskörnung und 15–20 % Wasser [1]. Zement ist massenmäßig die kleinste Komponente und die einzige, die chemisch reagiert.

Was Zement ist

Zement ist ein hydraulisches Bindemittel – ein Pulver, das durch Erhitzen von Kalkstein mit Ton oder Schiefer auf etwa 1.450 Grad Celsius in einem Drehrohrofen und anschließendes Vermahlen des entstandenen Klinkers mit etwa 5 % Gips hergestellt wird [2]. „Hydraulisch“ bedeutet, dass er durch die Reaktion mit Wasser erstarrt und nicht durch Trocknung.

Portlandzementklinker enthält vier Mineralphasen [3]: C3S (Alit, Frühfestigkeit), C2S (Belit, Spätfestigkeit), C3A (frühe Reaktionskinetik) und C4AF (Farbe und geringe Festigkeit). Die Mineralogie wird im Artikel über die chemische Zusammensetzung von Klinker behandelt. Klinker wird im Zementherstellungsprozess produziert; die Öfen, in denen er hergestellt wird, sind die Anlagen, für die Oswal Ofenabdichtungssysteme baut.

Hydraulisches Bindemittel: Ein Material, das durch eine chemische Reaktion mit Wasser erstarrt und Festigkeit entwickelt und nach dem Erhärten auch unter Wasser stabil bleibt.

Zement wird der Baustelle in zwei physikalischen Formen zugeführt. Sackware wiegt in Indien üblicherweise 50 kg und an anderen Orten 25–42,5 kg; loser Zement wird per Silofahrzeug an Silos in Transportbeton- und Fertigteilwerken geliefert. In beiden Fällen ist das Bindemittel, das das Zementwerk verlässt, dasselbe feine Pulver mit einer spezifischen Oberfläche nach Blaine von etwa 300–400 m²/kg für gewöhnlichen Portlandzement und 350–450 m²/kg für Kompositzemente [2]. Ohne Wasser ist es inert; einmal gemischt, beginnt es innerhalb einer Stunde zu erstarren und gewinnt über Monate hinweg weiter an Festigkeit.

Was Beton ist

Beton ist ein Verbundwerkstoff aus Zementleim und Gesteinskörnung. Zement und Wasser bilden einen Leim, der die Partikel der Gesteinskörnung umhüllt und sie während der Hydratation des Zements zu einem gesteinsähnlichen Festkörper bindet [4]. Die Gesteinskörnung macht volumenmäßig 60–75 % des Betons aus und fungiert als inertes, lasttragendes Skelett [5]. Der Wasserzementwert (w/z-Wert, bei Konstruktionsbeton üblicherweise 0,4–0,6) ist die wichtigste Variable für die Festigkeit [1].

Eine repräsentative M30-Mischung für Konstruktionsbeton enthält etwa 320–360 kg/m³ Zement, 180–200 Liter Wasser (was einen w/z-Wert von etwa 0,50 ergibt), 700–750 kg/m³ feine Gesteinskörnung (Sand) und 1.150–1.250 kg/m³ grobe Gesteinskörnung (10–20 mm Schotter), plus 0,5–1,5 % chemische Zusatzmittel bezogen auf die Bindemittelmasse. Die Senkung des w/z-Werts von 0,55 auf 0,40 mittels eines Fließmittels kann die 28-Tage-Würfeldruckfestigkeit bei gleichem Bindemittelgehalt von etwa 30 MPa auf über 50 MPa steigern, da die Festigkeit maßgeblich von der Porosität des gehärteten Zementsteins bestimmt wird und die Porosität weitgehend davon abhängt, wie viel Wasser aufgenommen werden muss, bevor die Hydratation es verbraucht.

Vergleich im Überblick

Der USGS berichtet, dass 70–75 % des US-Zementabsatzes an Transportbetonhersteller gehen – eine nützliche Bestätigung dafür, welches Material die konstruktive Arbeit leistet [7]. Der Rest verteilt sich auf Fertigteilwerke, Bodenstabilisierung, Ölfeldzementierung und den Einzelhandel für Sackware.

Wie aus Zement Beton wird: Der Zeitplan der Hydratation

Beton gewinnt an Festigkeit, weil Zement in einer als Hydratation bezeichneten Abfolge mit Wasser reagiert und dabei Calciumsilicathydrat-Gel (CSH-Gel) bildet, das die Gesteinskörnung in einem kontinuierlichen Festkörper einschließt [3]. CSH ist die primäre lasttragende Phase und macht etwa 50–60 % des Volumens des vollständig hydratisierten Zementsteins aus. Die Abfolge hat klar definierte Meilensteine. In den ersten 15 Minuten reagiert C₃A fast augenblicklich mit Wasser, aber Gips greift ein, um diese Reaktion zu drosseln und die Verarbeitbarkeit während der sogenannten Ruhephase zu erhalten. Der Erstarrungsbeginn erfolgt etwa 45–90 Minuten nach dem Mischen, das Erstarrende nach etwa 6–10 Stunden. Nach 24 Stunden hat die Alit-Hydratation genug CSH gebildet, um einer typischen M30-Mischung eine Druckfestigkeit von 8–12 MPa zu verleihen. Nach 7 Tagen erreicht die Mischung 65–75 % ihrer 28-Tage-Festigkeit; nach 28 Tagen ist die konventionelle Bemessungsfestigkeit erreicht. C₂S trägt danach weiterhin langsam bei und steigert die Festigkeit zwischen 28 und 90 Tagen um weitere 10–20 % und darüber hinaus inkrementell, sofern feuchte Bedingungen fortbestehen.

Warum die Verwechslung teuer ist

Die alltägliche Ungenauigkeit zwischen Zement und Beton ist bei einer Baustellenbesichtigung harmlos, in der Beschaffung jedoch kostspielig. Eine Spezifikation, die „Zement“ fordert, wenn Beton gemeint ist, kann weder kalkuliert noch geprüft werden; ein Lieferschein, der Beton ausweist, wenn der Käufer Zementpulver erwartet hat, führt zur Annahmeverweigerung bei Ankunft. ACI 318 und IS 456 halten die beiden Begriffe in den Bemessungsnormen streng getrennt, und Transportbeton-Lieferscheine enthalten Parameter des Mischungsentwurfs (Bindemittelgehalt, w/z-Wert, Setzmaß, Zusatzmittel), die am Tor des Zementwerks keine Bedeutung haben. Für den Kontext auf der Herstellerseite: Zement ist das Produkt einer Ofenlinie, deren Phasenchemie in der chemischen Zusammensetzung von Klinker festgelegt wird, und zunehmend ist dieses Bindemittel selbst eine Mischung, bei der zementgebundene Zusatzstoffe einen Teil des Klinkers ersetzen, noch bevor es das Betonwerk erreicht.