Zo vanzelfsprekend als het woord 'cement' is, zo weinig weten velen eigenlijk over het product. Door cement zijn zowel oudere als hedendaagse bouwconstructies mogelijk geworden. Zonder het snel hardende en sterke cement geen Romeinse bouwwerken, maar ook geen bruggen of wolkenkrabbers. Genoeg redenen dus om meer kennis over dit product op te doen.
Wat is cement?
Cement is een bindmiddel en wordt in verschillende sterktes geproduceerd. Het wordt samengesteld uit een bepaald percentage hoogovencement of portland cement. Afhankelijk van de gewenste sterkte wordt dit vermengd met bijvoorbeeld leisteen, hoogovenslak en puzzolanen. Wanneer het fijngemalen product met water in contact komt, verandert het in een plastische substantie, die vervolgens weer verhardt (zelfs onder water).
Definities
- Hoogovenslak: een afvalproduct van de ijzerproductie (hoogovens).
- Puzzolanen: chemische verbindingen die als toeslagstof in cement worden gebruikt.
Het productieproces
Het volgende stappenplan geeft een gesimplificeerde omschrijving van het productieproces van cement.
- De kalkwinning.
- Het breken en zeven van het kalksteen.
- Het drogen van de kalk.
- Vermenging van de kalk met silicium-, ijzer- en aluminiumoxides.
- Voorverwarming doormiddel van cyclonen.
- Verhitting. Na dit proces verlaat het kalkproduct de oven als klinker.
- De klinkers worden afgekoeld en opgeslagen in speciale silo's.
- Tweede vermenging van de klinkers met het juiste percentage toeslagstoffen.
- Malen en zeven van het product.
- Het eindproduct wordt gedroogd en opgeslagen in silo's.
Toepassingen
Cement is een grondstof die als bindmiddel gebruikt wordt voor uiteenlopende toepassingen. De meest voorkomende eindproducten waarvoor cement als grondstof dient zijn de volgende.
Beton
Beton bestaat uit het bindmiddel cement, gemengd met toeslagmateriaal zoals zand en grind of eventuele extra middelen. Door de toevoeging van water wordt het geheel hard, waardoor een soort kunstmatige steensoort overblijft. De eenvoud van dit proces, in combinatie met de kracht van het eindproduct, maakt beton een wereldwijd gebruikt bouwmateriaal.
Mortel
Mortel is een mengsel van cement, water en zand (en grind). Mortel, of specie, is in feite een fijn type beton. Het wordt gebruikt voor toepassingen op kleinere schaal, zoals metselen, tegelen, voegen en stukadoren.
Vezelcementproducten
De meest omstreden toepassing van cement is het kankerverwekkende vezelproduct asbest. Inmiddels is het een verboden product dat is vervangen door gelijksoortige (onschadelijke) vezelcementproducten. Het product wordt vaak als dakbedekking toegepast.
De herkomst en geschiedenis van cement
Het woord cement komt van het Franse 'ciment', afgeleid van het Latijnse caementum, wat zoveel betekent als “het verbinden van gehouwen steen". De oorsprong van cement ligt bij de oude Grieken, die een metselspecie maakten door kalk te verbranden en dit als bindmiddel te gebruiken. De Romeinen verbeterden later de Griekse receptuur door baksteengruis of vulkanisch zand uit Pozzuoli toe te voegen; de term puzzolaan dankt daar nog zijn naam aan. Het cement dat hierdoor ontstond wordt Romeins beton genoemd en heeft materiaaleigenschappen die vergelijkbaar zijn met modern Portlandcement. Dankzij Romeins beton kunnen we nog steeds de Romeinse architectuur zien, zoals het Pantheon in Rome.
cement in Nederland en historische ontwikkelingen
Met het vertrek van de Romeinen uit Nederland verdween de kennis over cement. In de middeleeuwen bouwde men hoofdzakelijk met hout. Dat veranderde in de 13e eeuw met tras, waarmee schelpkalk werd verrijkt tot een stevig cement, bekend als Dordts cement. In de 18e eeuw leidde dit tot verdere eksperimentele ontwikkelingen, zoals Amsterdamse cement uit klei gewonnen uit de IJ. Portlandcement werd voor het eerst in de 19e eeuw in Engeland geproduceerd en bevat hoofdzakelijk cementklinkers. Hoogovencement onderscheidt zich doordat klinkers worden vermengd met hoogovenslak, wat snelle uitharding bevordert en betere weerstand biedt tegen sulfaten en chloride. Dit maakt hoogovencement steeds vaker een voorkeur boven Portlandcement, mede vanwege milieuvriendelijkere eigenschappen door hergebruik van restafval uit de hoogovens.
Technische inzichten en chemische samenstelling
Cement is een hydraulisch bindmiddel. De klinkerbestanddelen omvatten basische oxiden zoals SiO2, Al2O3, Fe2O3. Portlandcement wordt gemaakt door cementklinker met gips te malen; Portlandklinker bevat doorgaans 55-58% C3S, 12-19% C2S, 5-12% C3A en 3-7% C4AF. De toevoeging van gips reguleert de uithardingstijd. Mortels kunnen cementmortels, kalkcementmortels of gipsmortels zijn, afhankelijk van het bindmiddel. Kalkmortels hangen samen met poederreacties met CO2 en kunnen kunstmatig gedroogd worden. Gietvloercementen en andere types bieden specifieke toepassingen in vloeren en constructies. Verfsystemen en constructieve lagen maken gebruik van bindmiddelen zoals polymeer-combinaties, verdunners en pigmenten voor gewenste kleur en prestatie.
De milieu-impact en innovaties
De productie van cement draagt aanzienlijk bij aan de CO2-uitstoot wereldwijd. De huidige technieken proberen emissies te verlagen door efficiëntere processen en het gebruik van alternatieve grondstoffen. Een baanbrekende ontwikkeling is de elektrochemische productie van cement, waarbij kalksteen en silica bij lage temperaturen reageren en uiteindelijk bruikbaar cement vormen met aanzienlijk lagere CO2-uitstoot. Dit proces levert naast cement ook waterstofgas op als bijproduct en kan fossiele brandstoffen in de productie tot nul reduceren als het op grote schaal wordt toegepast.
1) How jaag je schaalvergroting in CO2-reductie aan? Rondetafel magazine Beton & Staalbouw
Korte samenvatting van cementsoorten en hun kenmerken
- Portlandcement: meest gebruikt, snelle uitharding, geschikt voor prefab beton en onder water.
- Supersulfatcement: geschikt voor bouwwerken in zout water en zure grond.
- Pozzolana-cement: op basis van vulkanisch materiaal; waterdichte constructies.
- Kalkcement: vaak voor binnenwerk en stucwerk.
- Gietvloercement: krachtig en slijtvast voor vloeren.
Mortel en afwerkingssystemen
Mortel combineert cement met zand en water en wordt gebruikt voor voegen, metselen en afwerking. Mortels kunnen cementkalkmortels of gipsmortels zijn, elk met eigenschappen zoals vorstbestendigheid, wateropname en warmtebescherming. Het isolatiesysteem van een gebouw bestaat uit meerdere lagen, waaronder mortel of lijm, isolatiemateriaal en een afwerklaag. De verf- en lakindustrie maakt gebruik van bindmiddelen, verdunners en pigmenten om kleur, glans, hechting en weerstand te geven, terwijl vernislaag als beschermende coating dient.
Klimaat en ecologie
De ecologische voetafdruk van cement is aanzienlijk: de productie is wereldwijd verantwoordelijk voor circa 8% van de CO2-uitstoot. Onderzoekers zoeken naar oplossingen om cement duurzamer te maken, zoals het gebruik van elektrochemische routes en alternatieve bindmiddelen. Deze ontwikkelingen kunnen grote impact hebben op klimaat en leefbaarheid als ze schaalbaar worden toegepast.
Grondstoffen voor cement zijn natuurlijke mineralen zoals kalksteen, mergelkalsteen, mergel en kleimineralen. De winning vindt meestal plaats in de nabijheid van cementfabrieken. Klinker vormt de kern van cement, metoxide-samenstelling zoals SiO2, Al2O3 en Fe2O3 die de bindende eigenschappen bepalen. Dergelijke chemische samenstellingen leiden tot de verschillende cementtypen zoals Portlandcement en hoogovencement, elk met specifieke toepassingsgebieden en prestaties.