Cement en Bindmiddelen

Cement is het meest gebruikte bindmiddel voor beton. Cement verhardt door toevoeging van aanmaakwater en lijmt de toeslagmaterialen. Naast cement kunnen andere bindmiddelen worden toegepast. Deze kunnen onder bepaalde voorwaarden een deel van het cement vervangen. 

Cement is een kant-en-klaar, in de cementfabriek samengesteld poeder dat voldoet aan de eisen in de cementnorm (NEN-EN 197-1). Cement moet voldoen aan een groot aantal eisen ten aanzien van bijvoorbeeld samenstelling, sterkte, vormhoudendheid en binding. In Nederland worden drie soorten cement op grote schaal gebruikt: portlandcement, portlandvliegascement en hoogovencement. De verschillende cementen hebben door hun specifieke eigenschappen ook specifieke toepassingsgebieden.

Portlandcement heeft als eigenschap dat het vrij snel uithardt. Bij portlandvlieggascement verloopt de sterkteontwikkeling langzamer. De eindsterkte is minimaal gelijk, maar bij een gelijke betonsamenstelling kan beton met portlandvliegascement op de langere termijn een grotere dichtheid bereiken. Hoogovencement met hoog slakgehalte kan een zeer dichte structuur opleveren, waardoor agressieve stoffen, zoals chloriden en sulfaten, moeilijk indringen. Dit maakt hoogovencement geschikt voor toepassingen in contact met zeewater, water of grond die sulfaten bevat en andere agressieve milieus. 

Kristalvorming in cement

Als cement reageert met water dan vormen zich in de poriën tussen de cementkorrels kristallen. Deze kristallen groeien in elkaar, tot een dichte structuur, raken ook de zand- en grindkorrels, er ontstaat een fysisch-mechanische verbinding. Zolang er water is, gaat de kristalvorming door. Wel steeds langzamer omdat de poriën steeds kleiner worden.

Het water wordt deels chemisch gebonden (in de kristalvorming), in de steeds kleiner wordende poriën wordt het water fysisch gebonden. Door de binding van het water stijft de betonspecie op, en verhardt. In die fase van opstijving en begin van verharding is het van belang het jonge, verse beton niet te bewegen/trillen, want dat verbreekt de broze structuur.

Alternatieve bindmiddelen voor beton

Bij de productie van beton, in de betoncentrale, kan naast cement ook één van de bestanddelen uit de onderstaande tabel als grondstof voor beton worden gebruikt. Onder bepaalde voorwaarden kan deze grondstof een deel van het gebruikte cement vervangen. Dit noemen we in de praktijk de bindmiddelfunctie. Een bindmiddel is een combinatie van een cement plus één of meer van de hiergenoemde bestanddelen die in de betoncentrale met elkaar worden gemengd.

De regels voor het toekennen van een bindmiddelfunctie staan in de betonvoorschriften (NEN-EN 206-1 en NEN 8005). Ruimere mogelijkheden voor het toekennen van bindmiddelfuncties en de toepassing van verschillende materialen zijn beschreven in CUR-Aanbeveling 48. Het voordeel van bindmiddelen is dat op de eigenschappen van het mengsel wordt gestuurd. De stabiliteit van het beton kan worden vergroot door poederkoolvliegas of kalksteenmeel toe te voegen. Krimp kan worden beperkt door het gehalte aan portlandcementklinker in het mengsel te verlagen.

De basis voor de meeste cementen is portlandcementklinker. Gemalen is dit een CEM I, portlandcement. Dit noemen we een hydraulisch bindmiddel, dat wil zeggen dat het reageert met water tot een verhard product dat daarna niet meer in water oplosbaar is.

Productieproces cement

De belangrijkste grondstoffen voor portlandcement zijn mergel en/of kalksteen (zij leveren CaO), zand en klei (SiO2 en Al2O3). Daarnaast worden nog wat ijzerhoudende toeslag en poederkoolvliegas gebruikt. Een fijn gemalen mengsel van deze stoffen wordt verhit tot circa 1450 oC . Het hele proces van verhitten en sinteren gebeurt in een grote draaiende oven.

Aanduiding cementsoorten

Cementsoorten worden aangeduid met CEM, gevolgd door het nummer voor de hoofdsoort in Romeinse cijfers. Hierna volgt een schuine streep met daarachter de letters A, B of C. Soms wordt deze aanduiding gevolgd door een horizontale streep en een hoofdletter die aangeeft welk hoofdbestanddeel naast de portlandklinker is gebruikt. Daarna volgt een vermelding van de sterkteklasse van het cement. Voor specifieke toepassingen, waarbij cement met een hoge sulfaatbestandheid (SR) of een lage warmteontwikkeling (LH), dan wel erg lage warmteontwikkeling (VLH) wordt vereist, is tijdig overleg met een betonfabrikant noodzakelijk.

• Portlandcement: CEM I 32,5 R/42,5 N, CEM I 42,5 R/ 52,5 N, CEM I 52,5 R
• Portlandvliegascement: CEM II/B-V 32,5 R
• Hoogovencement: CEM III/A 32,5 R/42,5 N, CEM III/B 32,5 R/42,5 N

Normen en aanbevelingen

• NEN-EN 197-1, Cement Deel 1: Samenstelling, specificaties en conformiteitscriteria voor gewone cementsoorten.
• NEN-EN 197-2, Cement Deel 2: Conformiteitsbeoordeling.
• NEN-EN 197-4, Cement Deel 4: Samenstelling, specificaties en conformiteitscriteria voor hoogovencementen met lage beginsterkte.
• NEN 3550 Gewone cementsoorten volgens NEN-EN 197-1, met aanvullende speciale eigenschappen definities en eisen.
• NEN-EN 14216, Cement Samenstelling, specificaties en conformiteitscriteria voor bijzondere cementsoorten met erg lage hydratatiewarmte.
• NEN-EN 196-2, Beproevingsmethoden voor cement
• Deel 2: Chemische analyse van cement.
• NEN-EN 196-6, Beproevingsmethoden voor cement
• Deel 6: Bepaling van de fijnheid.
• NEN-EN 196-8, Beproevingsmethoden voor cement
• Deel 8: Hydratatiewarmte – Oplosmethode.
   

Milieubelasting
Voor het produceren van portlandcement wordt kalksteen/mergel als belangrijke grondstof gebruikt. Om van kalksteen portlandcementklinker te maken, moet deze tot een hoge temperatuur worden verhit. Voor het verkrijgen van portlandcement wordt de portlandcementklinker gemalen en wordt er een bindtijdregelaar aan toe gevoegd. Tijdens dit proces komt CO₂ vrij, maar door het gebruik van biomassa of alternatieve brandstoffen bij de productie wordt de CO₂-uitstoot aanzienlijk beperkt.