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Portlandzement ist der am häufigsten verwendete Bindemittel in Beton, Mörtel und Injektionsmasse. Es ist ein feines graues Pulver, das durch Erhitzen von Kalkstein und Ton auf etwa 1450 Grad Celsius in einem Ofen hergestellt wird. Der entstehende Klinker wird mit Gips gemahlen und anschließend zu einer Körnung von typischerweise 15 bis 45 Mikrometern gemahlen. Der Name stammt von seiner Ähnlichkeit mit Portland-Stein, einem Kalkstein, der an der englischen Küste abgebaut wird; der Zement selbst enthält keinen Portland-Stein.

Portlandzement bindet durch eine Hydratationsreaktion, wenn er mit Wasser vermischt wird. Die Anfangsbindung erfolgt innerhalb weniger Stunden; die volle Festigkeit entwickelt sich über Wochen und Monate. Eine typische Betonmischung enthält 10 bis 15 Prozent Portlandzement nach Gewicht, der Rest besteht aus Feinkörnung (Sand), Grobkörnung (Kies oder Splitt), Wasser und manchmal Zusatzmitteln. Der Zement entwickelt Druckfestigkeit mit vorhersehbarer Geschwindigkeit: etwa 70 Prozent seiner 28-Tage-Festigkeit nach 7 Tagen, wobei dies je nach Temperatur und Wassergehalt variiert.

Varianten und Normen

Portlandzement wird in den meisten Normen nach Festigkeitsklasse eingeteilt. Die europäische Norm EN 197-1 unterteilt ihn in CEM I 42,5 und CEM I 52,5, wobei die Zahlen die Mindestdruckfestigkeit in Newton pro Quadratmillimeter nach 28 Tagen angeben. Die amerikanische Norm ASTM C150 definiert Type I Portland cement. Varianten mit höherer Festigkeit bei frühem Alter erreichen durch feinere Mahlung oder höheren Silikatgehalt schneller ihre Festigkeit. Sulfatbeständiger Portlandzement (Type V nach ASTM) wird verwendet, wenn Beton mit sulfathaltigen Böden oder Grundwasser in Kontakt kommt. Weißer Portlandzement wird aus Rohstoffen mit niedrigem Eisen- und Manganoxidgehalt hergestellt und dient zu Verkleidungszwecken.

Der Hauptschadensmechanismus ist Karbonatisierung, bei der atmosphärisches Kohlendioxid mit der Zementpaste reagiert und deren pH-Wert senkt, wodurch die Stahlbewehrung zu korrodieren beginnt. Schlechte Nachbehandlung, hohe Wasser-Zement-Wert (über 0,5), Sulfatexposition und Frost-Tau-Wechsel beschleunigen alle den Verschleiß. Alkali-Silika-Reaktion kann auftreten, wenn Zement und Gesteinskörnung reaktive Silikamineralien enthalten, was über Jahre zu Ausdehnung und Rissbildung führt.

Portlandzement dominiert die Betonproduktion seit über 150 Jahren, weil er billig, zuverlässig und weit verbreitet ist. Er steht jetzt in Konkurrenz zu zusätzlichen puzzolanischen Stoffen wie Flugasche, Hochofenschlacke und Silicafume, die mit Portlandzement gemischt oder teilweise durch ihn ersetzt werden können. Diese Composite-Zemente reduzieren die Kohlendioxidemissionen bei der Herstellung und können die Dauerhaftigkeit in aggressiven Umgebungen verbessern, aber sie binden langsamer ab und erfordern andere Baustellen-Praktiken.