Warum härtet Zement auch unter Wasser aus?

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Dass Zement auch unter Wasser aushärtet, liegt daran, dass der Prozess chemisch gesehen kein Trocknungsvorgang, sondern eine chemische Reaktion ist.

Hier sind die Details, warum das funktioniert:

1. Hydratation statt Trocknung

Wenn man Zement mit Wasser mischt, verdunstet das Wasser nicht einfach (wie bei Wasserfarben oder Schlamm), sondern es verbindet sich chemisch mit den Bestandteilen des Zements. Diesen Vorgang nennt man Hydratation. Die Klinkerbestandteile des Zements (vor allem Calciumsilikate) reagieren mit den Wassermolekülen und bilden neue Kristalle (Calcium-Silikat-Hydrate).

2. Zement ist ein „hydraulisches“ Bindemittel

In der Baustoffkunde bezeichnet man Zement als hydraulisches Bindemittel. Das bedeutet:

  • Er benötigt Wasser zum Abbinden.
  • Er ist nach dem Aushärten wasserbeständig.
  • Er benötigt keine Luft (keinen Sauerstoff oder Kohlendioxid), um fest zu werden.

Im Gegensatz dazu steht zum Beispiel herkömmlicher Luftkalkmörtel. Dieser benötigt Kohlendioxid ($CO_2$) aus der Luft, um hart zu werden. Würde man Kalkmörtel unter Wasser setzen, würde er weich bleiben. Zement hingegen trägt das „Reaktionsmittel“ (das Wasser) direkt bei sich oder nimmt es aus der Umgebung auf.

3. Das Kristallwachstum

Während der Hydratation wachsen mikroskopisch kleine Kristallnadeln aus den Zementkörnern heraus. Diese Nadeln verzahnen und verfilzen sich ineinander. Da dieser Prozess auf molekularer Ebene direkt an der Oberfläche der Zementkörner stattfindet, spielt es keine Rolle, ob das Gemisch von Luft oder von noch mehr Wasser umgeben ist – solange das Verhältnis von Zement zu Wasser in der Mischung stimmt.

Ein interessanter Nebeneffekt:

Zement härtet unter Wasser oft sogar besser und gleichmäßiger aus als an der Luft.

  • An der Luft besteht die Gefahr, dass das Wasser zu schnell verdunstet (besonders bei Hitze oder Wind). Wenn das Wasser weg ist, bevor die chemische Reaktion abgeschlossen ist, „verdurstet“ der Beton, wird spröde und bekommt Risse.
  • Unter Wasser ist immer genügend Feuchtigkeit für die vollständige Hydratation vorhanden. Deshalb werden frische Betonflächen oft mit Wasser besprüht oder mit Folien abgedeckt (Nachbehandlung).

Zusammenfassend: Zement härtet unter Wasser aus, weil das Wasser kein Feind des Festwerdens ist, sondern ein notwendiger Reaktionspartner, der die Kristallbildung auslöst.