Produktgruppeninformation
Zement
Begriffsdefinition
Zement ist ein feingemahlenes hydraulisch, erhärtendes Bindemittel. Als hydraulische Bindemittel bezeichnet man mineralische Stoffe, die sowohl an der Luft wie auch unter Wasser steinartig erhärten und nach dem Aushärten wasserbeständig sind.
Der wichtigste Bestandteil von Zement ist Portlandzmentklinker. Dem fertigen Zement können weitere Bestandteile wie Hüttensand (S), Silicastaub (D), Puzzolan natürlich (P) oder natürlich getempert (Q), Kalkstein (L), Flugasche kieselsäurereich (V) oder kalkreich (W), gebrannter Schiefer (T) oder Kalkstein (LL) zugemahlen werden. Je nach Zusammensetzung wird unterschieden in:
- CEM I: Portlandzement
- CEM II: Portland (komposit) zement
- CEM III: Hochofenzement
- CEM IV: Puzzolanzement
- CEM V: Kompositzement
Eine Tabelle zur Zusammensetzung von Normalzementen mit den zulässigen Rezepturen für die jeweiligen Zementarten findet man in DIN EN 197-1.
Das vorliegende Produktdatenblatt konzentriert sich auf die Beschreibung des Lebenszyklus von Portlandzement. Informationen zu den weiteren Hauptbestandteilen in Zement sind im Datenblatt „Betonzusatzstoffe“ zu finden.
Wesentliche Bestandteile
Ausgangsstoffe für die Herstellung von Portlandzementklinker sind Kalkstein und Ton), wobei Calciumcarbonat, CaCO3, mit 65 bis 90 Masse-% überwiegt. Den restlichen Anteil bilden wechselnde Mengen an Tonmineralien, im wesentlichen Aluminiumsilicate sowie geringe Mengen u.a. von Magnesiumcarbonat, Eisencarbonat, Eisenoxid und Quarz.
durchschnittliche chemische Zusammensetzung → Lebenszyklus / Reiter Rohstoffe
Charakteristik
Zement wirkt alkalisch (Reizung der Augen, Haut etc.) und reagiert mit Wasser unter Bildung eines wasserbeständigen Bindemittelsteins.
Besonders wichtige Eigenschaft hinsichtlich Umwelt- und Gesundheitsrelevanz
In Deutschland verursachen die Zementwerke etwa 17% der industriellen und ca. 3% der gesamten CO2-Emission. CO2 entsteht nicht nur aus der Verbrennung, sondern zu etwa 60 % auch rohstoff-/prozessbedingt bei der Entsäuerung des Kalksteins. Die Zementklinkerproduktion gilt außerdem – neben Verkehr und Energieerzeugung – als Hauptverursacher von Stickstoffoxiden. Die seit 2019 stark gesenkten Tagesgrenzwerte sind nur mehr mit modernen Technologien erreichbar.
Der zunehmende Einsatz von Sekundärbrennstoffen führte zu einer deutlichen Reduktion des Einsatzes an nicht erneuerbaren Energieträgern. Die Zugabe von Betonzumahlstoffen (siehe Zementarten und -zusammensetzung) und Betonzusatzstoffen wirkt sich positiv auf die Ökobilanz des Bindemittels aus.
Zement führt aufgrund seiner Alkalität zu Verätzungen der Haut und der Augen. Bei der Verarbeitung zementhaltiger Produkte sind daher persönliche Schutzmaßnahmen erforderlich (u.a. Augenschutz, Handschutz, Hautschutz, Körperschutz). → Lebenszyklus / Reiter Verarbeitung
Hinweise für die Produktauswahl
Je niedriger der Anteil an Portlandzement im fertigen Zementbindemittel ist, desto niedriger sind in der Regel die Umweltbelastungen für die Herstellung, d.h. CO2-Emissionen und PEI in der Ökobilanz verbessern sich. Es lohnt sich, die Bindemittelrezeptur für den jeweiligen Einsatzzweck so zu optimieren, dass eine möglichst geringe Menge an Portlandzementklinker benötigt wird (siehe Tabelle Tabelle zur Zusammensetzung von Normalzementen nach DIN EN 197-1).
Lieferzustand
- Pulverförmig in Säcken oder Silos
Anwendungsbereiche (Besonderheiten)
- Beton (z.B. für Hoch- und Tiefbau, Straßenbau u.v.m.)
- hydraulisch gebundene Tragschichten, Bodenverfestigung
- Zementestrich
- Putz
- Mauermörtel
Umweltdeklarationen
Die folgende Tabelle liefert eine Übersicht zu Zeichen & Deklarationen, die für die Produktgruppe relevant sind. Neben Herstellererklärungen, Informationen in Sicherheitsdatenblättern (SDB) oder allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen (abZ) können diese den Nachweis für umwelt- und gesundheitsrelevante Kriterien in Planung und Ausschreibung (s. Reiter Planungsgrundlagen) ermöglichen. Detaillierte Informationen finden sich außerdem in den einzelnen Produktgruppen.
Übersicht Umweltdeklarationen: Beton, Betontrennmittel, Betonzusatzmittel, Betonzusatzstoffe
Stand 08/2024
Beton: |
Betontrennmittel (keine eigene Produktgruppe in WECOBIS, → Ortbeton → Betonertigteile) |
Betonzusatzstoffe | |||||
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Umweltzeichen |
Umweltzeichen gehören zu den freiwilligen Produktkennzeichnungen. Sie bieten die Möglichkeit, Unterschiede von Produkten innerhalb einer Produktgruppe hinsichtlich ihrer Umwelt- und Gesundheitsrelevanz festzustellen, auch wenn sie keine allgemeinverbindlichen Gebote oder Verbote aufstellen können. Inhalt aufklappen |
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Blauer Engel DE-UZ 178 / Biologisch abbaubare Schmierstoffe und Hydraulikflüssigkeiten (Ausgabe 2022) |
./. | ./. | ./. |
+ |
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Blauer Engel DE-UZ 216 / Umweltfreundliche Betonwaren mit rezyklierten Gesteinskörnungen für Bodenbelag im Freien |
+ (derzeit nur |
- (indirekt / nur für Beton- |
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./. |
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./. | |
+ Zertifiziert werden Unternehmen der Transportbeton- und Betonfertigteilindustrie. Die Zertifizierung umfasst sowohl das Betonunternehmen bzw. -werk als auch dessen Lieferkette. |
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Österreichisches Umweltzeichen / Richtlinie UZ 39: mineralisch gebundene Bauprodukte2 | (+) | - | - | ./. | - | - | |
EU Ecolabel (Blume) / Schmierstoffe |
./. | ./. | ./. | + | ./. | ./. | |
Nordic Swan Ecolabel | - | - | - | - | - | - | |
natureplus Umweltzeichen / Dacheindeckungen |
(+) (Betondachsteine) |
- |
- |
- |
- | - | |
IBO-Prüfzeichen3 | +
(für Betonfertigteile + Transportbeton) |
+
(für mineralische Schüttungen) |
- | - | - | - | |
eco-INSTITUT-Label | - | - | - | - | - | - | |
Cradle to Cradle4 / Built Environment and Furnishings |
+ (z.B. Betonsteine, Fertigteile) |
- | - | - | - | - | |
GISBAU Klassifizierungs-system |
Das GISBAU Klassifizierungssystem ermöglicht es durch den GISCODE oder GISBAU Produktcode, Produkte von denen die gleichen Gesundheitsgefahren ausgehen, in einer Gruppe zusammenzufassen. Die Klassifizierung ist auf den Arbeitsschutz ausgerichtet. Gemäß Minimierungs- und Substitutionsgebot der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) ist grundsätzlich das Produkt mit den geringstmöglichen Belastungen zu verwenden. (siehe unten: Ersatzproduktgruppe prüfen?) Inhalt aufklappen |
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- | - |
ZP1 Zementhaltige Produkte, chromatarm (ZP2 seit 2005 verboten) |
BTM 01 Betontrennmittel-Emulsionen, kennzeichnungsfrei BTM 05 ...-Emulsionen, konservierungs- BTM 10 ..., kennzeichnungsfrei BTM 15 ...-Emulsionen, Allergiegefahr d. Kons.m. BTM 50 ..., entzündbar, entaromatisiert |
BZM 10 Betonzusatzmittel, kennzeichnungsfrei |
- | ||
GefStoffV: Prüfung von Alternativen erforderlich? (Minimierungsgebot) |
- | - | - | ab BTM 30 erforderlich | bei BZM 50 erforderlich (enthält Formaldehyd) | - | |
geringstmögliche Belastung innerhalb der gleichen GISCODE-Produktgruppe (ggf. erst nach Prüfung von Alternativen) | - | - | - | BTM 01 Betontrennmittel-Emulsionen, kennzeichnungsfrei | BZM 10 Betonzusatzmittel, kennzeichnungsfrei | - | |
Umweltprodukt-deklaration (EPD) |
Die Umweltproduktdeklaration (EPD = Environmental Product Declaration) eines Produktes macht Aussagen zum Energie- und Ressourceneinsatz und in welchem Ausmaß ein Produkt zu Treibhauseffekt, Versauerung, Überdüngung, Zerstörung der Ozonschicht und Smogbildung beiträgt. Außerdem werden Angaben zu technischen Eigenschaften gemacht, die für die Einschätzung der Performance des Bauproduktes im Gebäude benötigt werden, wie Lebensdauer, Wärme- und Schallisolierung oder den Einfluss auf die Qualität der Innenraumluft.1 Inhalt aufklappen |
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EPD1 | + | - | + | - | - | - | |
Branchen-EPD1 | + | - | + | - | + (in Kategorie "Grundstoffe und Vorprodukte") |
- | |
Umweltindikatoren |
Einheitliche Werte zu Umweltindikatoren wie z.B Primärenergieaufwand, Abfall, Abiotischer Ressourcenverbrauch, Ozonabbaupotential, Treibhauspotential usw. liefert die Datenbank ÖKOBAUDAT des Informationsportals Nachhaltiges Bauen. Inhalt aufklappen |
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ÖKOBAUDAT-Datensätze |
1.3.05. Betonfertigteile und Betonwaren |
1.2.01. Sand und Kies |
1.1.01 Zement |
- | 1.4.06. Betonzusatzmittel |
1.2.08. Kraftwerksnebenprodukte Für die anderen Betonzusatzstoffe (Gesteinsmehl, Silicastaub, Trass) gibt es derzeit keinen eigenen Gliederungspunkt in ÖKOBAUDAT. |
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Hinweis: |
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Sonstige freiwillige Produkt-Deklarationen |
Die Plattform baubook beispielsweise bietet für Händler und Hersteller von Bauprodukten die Möglichkeit einer online-Deklaration z.B. anhand der deutschen BNB/QNG-Kriterien oder der österreichischen ÖkoBauKriterien. Inhalt aufklappen |
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baubook BNB/QNG Produktinformationen | Unter "BNB und QNG Produktinfos" findet man Produkte, die den Anforderungen von BNB 1.1.6 und QNG 313 entsprechen. Hersteller können ihre Produkte in der Plattform deklarieren und die Nachweisdokumente hinterlegen. Durch baubook erfolgt eine Prüfung der Einhaltung der Anforderungen vor Freischaltung. siehe baubook Produktinformationen zu BNB und QNG |
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baubook ÖkoBauKriterien |
Unter "ÖkoBauKriterien" findet man eine Sammlung von Kriterien und Produkten, die derzeit vor allem in Österreich, insbesondere in der Stadt Wien, für die ökologische Ausschreibung verwendet werden. |
+ | Zeichen / Label bzw. Produktkennzeichnungen für diese Produktgruppe vorhanden |
(+) | derzeit kein Produkt aus dieser Produktgruppe zertifiziert |
- | Zeichen / Label bzw. Produktkennzeichnungen für diese Produktgruppe nicht vorhanden bzw. Produktgruppe nicht im Geltungsbereich |
./. | Zeichen / Label für diese Produktgruppe nicht relevant |
x | Produkte aus dieser Produktgruppe können die Kriterien des Zeichens/Labels definitionsgemäß nicht erfüllen |
1 Die hier als vorhanden markierten EPDs und Branchen-EPDs sind als Auswahl ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu verstehen und finden sich z.B. auf den Seiten der ÖKOBAUDAT Datenlieferanten.
2Österreichisches Umweltzeichen Richtlinie UZ 39: mineralisch gebundene Bauprodukte. Version 6.0. Ausgabe vom 1. Jänner 2020. (zuletzt aufgerufen am 23.08.2022): „Im fertigen Produkt müssen entweder nachwachsende Rohstoffe oder Recyclate enthalten sein. Zumindest eine der folgenden Fraktionen muss mit nachstehenden Mengen im Produkt enthalten sein:
- mineralische Recyclate: 25 Massen%
- nichtmetallische Recyclate: 15 Massen%
- metallische Recyclate: 5 Massen%
- nachwachsende Rohstoffe: 20 Massen% An die Recyclate gelten folgende Anforderungen:
- Als Recyclat gelten jene Materialien, die nach Gebrauch und geeigneter Aufbereitung wieder als Rohstoffe eingesetzt werden. Eigene Produktionsabfälle, die wieder in der Herstellung Verwendung finden, gelten nicht als Recyclat.
- Der Anteil an Verunreinigungen im Recyclat darf maximal 1 Massen% betragen. Kontaminierte Böden, Bauteile und Baurestmassen sowie gefährliche Abfälle gemäß Abfallverzeichnisverordnung dürfen nicht als Rohstoffe verwendet werden.
- Bei der Verwendung mineralischer Recyclate müssen die Anforderungen der Richtlinie für Recycling-Baustoffe (Ausgabe Jänner 2016, brv.at) bzw. der Richtlinie für Recycling-Baustoffe aus Hochbau-Restmassen eingehalten werden. 3 IBO-Prüfzeichen für Bauprodukte: Kriterien zur Zertifizierung von Transportbeton. Version 1.0.1-201901, Jänner 2019. Hrsg: IBO – Österreichisches Institut für Bauen und Ökologie GmbH. (zuletzt aufgerufen am 23.08.2022):
Transportbetone müssen abhängig von der Betonsorte einen Mindestanteil an Recycling-Gesteinskörnungen nachweisen:
Betonsorte | Mindestanteil RC-Gesteinskörnung in M-% bezogen auf Gesamtmenge der Gesteinskörnung |
Sauberkeitsschicht (C8/C10) | 70 |
Sauberkeitsschicht (C12/C15) | 45 |
C08/10 X0 | 60 |
C12/15 X0 | 25 |
C16/20 XC1, C16/20 XC2 | |
C20/25 XC1, C20/25 XC2 | 12 |
C25/30 XC1, C25/30 XC2 |
Die RC-Gesteinskörnungen müssen der ÖNORM B 3140 und der Recycling-Baustoffverordnung (RBV) entsprechen und als Gesteinskörnung zur Herstellung von Betonen klassifiziert sein (Qualitätsklasse H-B nach RBV). Das Produkt wird einer Prüfung auf organische Bestandteile, Metalle/Metalloide sowie auf radioaktive Nukleide / Strahlung unterzogen. 4 Bei Cradle to Cradle-Zertifizierungen gibt es insgesamt 4 Bewertungsstufen von Bronze bis Platin in 5 Kategorien. Zur Einordnung der Qualität gehört also immer auch das tatsächlich erreichte Bewertungsniveau, was z.B. bei Bronze (insbesondere in Material Health) noch relativ niedrig ist! 5 CSC-Zertifikat / Technisches Handbuch – R-Modul. Concrete Sustainability Council Hrsg: Bundesverband Transportbeton (BTB). Stand: 10.12.2020. (zuletzt aufgerufen am 28.01.2022):
Unternehmen der Beton-, Zement- und Rohstoffindustrie können ein CSC-Zertifikat des Concrete Sustainability Council erwerben. In Deutschland wird das CSC-Zertifikat vom Bundesverband Transportbeton (BTB) betrieben. Das CSC-Zertifikat wird von BREEAM, LEED und der DGNB anerkannt.
Für Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen (R-Beton) gibt es eine ergänzende Zertifizierung durch das sogenannten „R-Modul“. Anforderungen (Musskriterien) an den Erwerb des CSC-R Moduls sind:
- Das Betonwerk selbst muss CSC-zertifiziert auf dem Niveau Silber oder höher zertifiziert sein und über ein dokumentiertes Qualitätsmanagement (z.B. ISO 9001) verfügen (Musskriterien).
- Die Recyclingmaterialien müssen aus rückverfolgbaren Quellen stammen (Musskriterium).
- Das Betonwerk muss sicherstellen, dass der Verbrauch an Recyclingmaterial konkret erfasst wird und die Gesamtmenge an Recyclingmaterial, die für die Produktion von Recyclingbeton verwendet wurde, offengelegen.
- Das gesamte extern bezogene R-Material muss nach den entsprechenden lokalen Normen (z.B. DIN EN 12620) zertifiziert sein.
Es muss ein Mindestgehalt an Recyclingmaterial eingesetzt werden. Der Mindestgehalt muss 10 Volumen-% des Volumens der Gesteinskörnungsfraktion(en), die ganz oder teilweise durch R-Material ersetzt werden darf, betragen. Betonhersteller mit einer gültigen Zertifizierung nach dem CSC-R-Modul können auf der CSC-Standortkarte gefunden werden. Aktuell (Jänner 2022) sind Betonwerke in Nordrhein-Westfalen und in Baden-Württemberg nach dem CSC-R-Modul zertifiziert.
Technisches
Technische Daten
Zemente unterscheiden sich nicht nur durch ihre Zusammensetzung aus den verschiedenen Hauptbestandteilen, sondern auch hinsichtlich ihrer Feinheit, Erstarrungszeiten, Druckfestigkeit (≥ 22,5, ≥ 32,5, ≥ 42,5 und ≥ 52,5)und Anfangsfestigkeit (L = niedrige Anfangsfestigkeit, N = normale Anfangsfestigkeit, R = hohe Anfangsfestigkeit).
Die Bezeichnungen der Zemente (z.B. Hochofenzement EN 197-1 –CEM III/B 42,5 N) geben eindeutige Informationen zu der Zementart und zugrundeliegenden Norm, der Kurzbezeichnung der Zementart, der Festigkeitsklasse und der Anfangsfestigkeit.
Baustoffklasse nach DIN 4102-1
A1 (nicht brennbar)
Färbung
i.d.R. grau z.T. weiß bzw. rot-braun
Technische Baubestimmung
Die allgemeinen Anforderungen an bauliche Anlagen und die Verwendung von Bauprodukten werden in den Landesbauordnungen geregelt. Bei Bedarf können diese allgemeinen Vorgaben durch Technische Baubestimmungen konkretisiert werden. Das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) macht im Auftrag der Länder die Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB) bekannt, die als Grundlage für die Umsetzung in Landesrecht dient.
Weitere Informationen dazu bzw. produkt- und bauartspezifische Informationen siehe
→ DIBt / Informationsportal Bauprodukte und Bauarten
→ DIBt / Zulassungs- und Genehmigungsverzeichnisse
Technische Regeln (DIN, EN)
DIN 1164 |
|
Zement mit besonderen Eigenschaften |
-10 |
2013 |
Teil 10: Zusammensetzung, Anforderungen und Übereinstimmungsnachweis von Zement mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt |
-11 |
2003 |
Teil 11: Zusammensetzung, Anforderungen und Übereinstimmungsnachweis von Zement mit verkürztem Erstarren |
-12 |
2005 |
Teil 12: Zusammensetzung, Anforderungen und Übereinstimmungsnachweis von Zement mit einem erhöhten Anteil an organischen Bestandteilen |
DIN EN 197 |
|
Zement |
-1 |
2011 |
Teil 1: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement |
-2 |
2012 |
Teil 2: Konformitätsbewertung |
DIN EN 14216 |
2004 |
Zement - Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Sonderzement mit sehr niedriger Hydratationswärme |
ZEMENT-MERKBLATT B 1 |
2006 |
Zemente und ihre Herstellung |
Quellen
Beton.wiki - Ein Lexikon der InformationsZentrum Beton GmbH. (Online-Quelle), zuletzt abgerufen am 23.08.2023
Betontechnische Daten, kostenfrei bestellbar bei den großen Zementherstellern wie z.B. HeidelbergCement, Dyckerhoff, Schwenk, Holcim
Literaturtipps
Weigler H.: Beton Arten Herstellung Eigenschaften, Ernst&Sohn, 1989, Berlin
Rühl, R.; Kluger, N. (Hrsg.) Berufsgen. der Bauwirtschaft: Handbuch Bauchemikalien, ecomed Verlagsgesellschaft AG & Co. KG, 1995, Hauptbd., Landsberg am Lech
Stark, J. und Wicht, B.: Zement und Kalk: Der Baustoff als Werkstoff. 1. Auflage, Birkhäuser Verlag, Berlin, (2000).
Rohstoffe / Ausgangsstoffe
Hauptbestandteile
Ausgangsstoffe für die Herstellung von Portlandzementklinker sind Kalkstein und Ton, wobei Calciumcarbonat, CaCO3, mit 65 bis 90 Masse-% überwiegt. Den restlichen Anteil bilden wechselnde Mengen an Tonmineralien, im wesentlichen Aluminiumsilicate sowie geringe Mengen u.a. von Magnesiumcarbonat, Eisencarbonat, Eisenoxid und Quarz.
Durchschnittliche chemische Zusammensetzung von Portlandzementklinker
-
CaO (60 -69%)
-
SiO2 (20 - 25%)
-
Al2O3 (4 - 7%)
-
Fe2O3 (0,2 - 5 %)
-
MgO (0,5 - 5%)
-
Na2O + K2O (0,5 - 1,5%)
- SO3 (0,1 - 1,3%)
Quelle: J. STARK and B. WICHT: Zement und Kalk: Der Baustoff als Werkstoff. 1. Auflage, Birkhäuser Verlag, Berlin, (2000).
Andere Bestandteile neben Portlandzementklinker
Hüttensand (granulierte Hochofenschlacke), Silicastaub, Puzzolane (z.B. Trass, Flugasche, gebrannter Ölschiefer, Kalkstein. Zusätzlich wird Calciumsulfat (Gips, Anhydrit) zur Erstarrungsregelung (verzögertes Erstarren am Anfang nach der Wasserbeigabe) zugegeben.
Durch die Zugabe weiterer und anderer Bestandteile zum Klinker können geringe Mengen an Spurenelementen (z. B. Schwermetalle) in den Zement eingetragen werden. Diese Spurenelemente werden bei der Hydratation des Zementes in die entstehende Zementsteinmatrix eingebunden und somit immobilisiert.
Zementzusatzmittel
Zementzusatzmittel werden zur besseren Herstellung oder zur Verbesserung der Eigenschaften von Zement eingesetzt. In der Regel handelt es sich um organische Bestandteile. Gemäß DIN EN 197 dürfen sie dem Zement mit nicht mehr als insgesamt 1 M.-% zugesetzt werden.
Wesentliche Zementzusatzmittel sind Mahlhilfen wie Glykole, Polyamine oder Triethanol-Amin, die alle zur chemischen Gruppe der Amine (organische Stickstoffverbindungen) gehören. Die Dosiermengen der Mahlhilfen betragen unter 0,2 % (im Allgemeinen unter 0,05 %), bezogen auf den Zement. Sie erleichtern den Mahlvorgang, wodurch weniger Energie verbraucht wird und geringere Emissionen an Staub und Lärm entstehen. Die Amine werden bei der Hydratation des Zementes in der Matrix fest eingebunden und stellen somit während der Nutzungsphase keine Gefahr für die Umwelt dar.
Umwelt- und Gesundheitsrelevanz
Gewinnung der Primärrohstoffe
Die Rohstoffe werden ausschließlich im Tagebau gefördert: Gewinnung im Großsprengverfahren, Verladen des Gesteins mit Löffelbaggern oder Radschaufelladern auf Schwerlastwagen, Anlieferung zu den Brechwerken. Die Zementwerke liegen in unmittelbarer Umgebung der Abbaustätten. Dies bedingt kurze Transportwege.
Verfügbarkeit
Die Rohstoffe sind (noch) in ausreichendem Maße vorhanden. Teilweise muss ein Teilrohstoff (Quarz, Kalk), der in den lokalen Abbaustätten nicht (mehr) vorhanden ist, aus der weiteren Umgebung angeliefert werden. Dies führt zu einer erhöhten Belastung der Umwelt (höherer Energieverbrauch, erhöhte Lärm- und Schadstoffemission, etc.). Teilweise werden auch Sekundärrohstoffe wie Kalkschlämme oder Gießerei-Altsande verwendet. Statt des reinen Portlandzementes (CEM I) werden inzwischen standardmäßig Portlandkomposit- bzw. -hüttenzemente (CEM II bzw. CEM III) angeboten und verwendet, um Primärrohstoffe zu schonen.
Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen
Recyclingmaterialien, die bei der Zementherstellung Einsatz finden, sind Hüttensandmehl (Nebenprodukt bei der Stahlherstellung), Silicastaub (fällt bei der Herstellung von Silicium- und Ferrosiliciumlegierungen an) und Flugasche (feiner Staub, der bei der Rauchgasreinigung von Kohlekraftwerken anfällt).
Radioaktivität
In jedem Baumaterial aus mineralischen Rohstoffen ist ein natürlicher Anteil an Radionukliden enthalten. Dieser Anteil ist abhängig von der geologischen Herkunft und der Beschaffenheit des Materials.
Radionukleide können zu einer Strahlenexposition durch Gamma-Strahlung oder durch Inhalation von Radon-und seinen kurzlebigen Zerfallsprodukten erfolgen. Zum Schutz der Bevölkerung vor Strahlenbelastungen werden in Deutschland daher seit mehr als 40 Jahren Untersuchungen und Bewertungen der natürlichen Radioaktivität in Baumaterialien durchgeführt. In einer Studie des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS) wurden in Deutschland keine Baumaterialien festgestellt, die zu einer erhöhten Strahlenexposition durch radioaktive Strahlung oder Radon in Räumen führen könnten. Bei den derzeit handelsüblichen Bauproduktgruppen sind daher aus der Sicht des Strahlenschutzes keine Einschränkungen erforderlich, siehe ausführliche BfS-Informationen zu natürlichen Radionukleiden in Baustoffen. Allerdings ist auch weiterhin die vorgegebene Beschränkung des Anteils an Reststoffen aus industriellen Prozessen wie z. B. Schlacken, Schlämme oder Stäube zu beachten.
Bei Nutzung von Stäuben aus industriellen Prozessen, z.B. Flugaschen oder Silicastaub, sowie bei Rohstoffen vulkanischen Ursprungs wie Trass können die Gehalte der natürlichen Radionuklide angereichert sein.
Das Bundesinstitut für Strahlenschutz (BfS) publizierte in 1) eigene Messungen, Literaturangaben und rechnerische Abschätzungen für die Produktgruppe „Beton“. Dabei wurde die gesamte Spannweite der spezifischen Aktivitäten von natürlichen Zuschlägen (Kies, Sand) und künstlichen Zusätzen (Flugasche, Hochofenzement) zur Betonherstellung berücksichtigt. Laut BfS wird der für die strahlenschutzfachliche Bewertung relevante Wert von 1 mSv/a unter Berücksichtigung des natürlichen Untergrundes nur in Ausnahmefällen erreicht oder unwesentlich überschritten.
Quellen
1) Gehrcke K., Hoffmann B., Schkade U., Schmidt V. , Wichterey K.: Fachbereich Strahlenschutz und Umwelt: Natürliche Radioaktivität in Baumaterialien und die daraus resultierende Strahlenexposition, Online Quelle (abgerufen im November 2020)
Herstellung
Prozesskette
Herstellungsprozess
Zuerst werden die Rohstoffe in Brecheranlagen zerkleinert und die einzelnen Komponenten im nötigen Verhältnis vermengt. Anschließend erfolgt die Mahlung der Rohmischung in sogenannten Mahltrocknungsanlagen (Rohrmühlen mit einer Füllung aus Stahlkugeln oder Walzmühlen mit Stahlwalzen) und die Homogenisierung des Rohmehls. Bei Temperatur von ca. 1450 °C werden die Rohstoffe im Drehrohrofen zum Zementklinker gebrannt. Der Klinker wird nach dem Brennen mit Sulfatträger zur Regulierung der Erstarrungsgeschwindigkeit und je nach gewünschter Zementart mit den jeweiligen Haupt- und Nebenbestandteilen gemischt und gemeinsam vermahlen (Sulfatgehalt: 3,5 - 4,5%). Bei unterschiedlichen Mahlbarkeiten können die weiteren Zumahlstoffe auch nach der Mahlung des Klinkers zugemischt werden.
Umweltindikatoren / Herstellung
Einheitliche Werte zu Umweltindikatoren (z.B. Primärenergieaufwand, Treibhauspotential) von Bauprodukten liefert die Online-Datenbank ÖKOBAUDAT des Informationsportals Nachhaltiges Bauen. Die Plattform ÖKOBAUDAT stellt Umweltprofile bereit, die als erforderliche Datengrundlage für die Ökobilanzierung (Lebenszyklusanalyse) von Gebäuden eingesetzt werden.
In der Herstellung von Bauprodukten ist ein großer Anteil der verursachten Umweltbelastungen auf den Verbrauch von nicht erneuerbaren Energieträgern zurückzuführen. Der in den Datensätzen geführte "kumulierte Primärenergieaufwand nicht erneuerbar" (Graue Energie, PENRT) ist daher ein wichtiger Umweltindikator für den Ressourcenverbrauch und i.d.R. gleichgerichtet mit dem Treibhauspotential (GWP), einem wichtigen Indikator der Umwelt(aus)wirkungen.
Für Bauprodukte gibt es Herstellungs- und End-of-Live-Datensätze in der ÖKOBAUDAT. Aus dem Bereich der Grundstoffe/Ausgangsstoffe findet man dort nur für direkt als Bauprodukte einsetzbare Materialien entsprechende Datensätze wie z.B. für Bindemittel (Gips, Zement, Kalk usw.) oder Zuschläge (Gesteinskörnungen). Datensätze zu Kunststoffen als Ausgangsstoffe findet man dort nicht.
→ Datenbank der ÖKOBAUDAT
Energieaufwand
Die meiste Energie wird beim Zementklinkerbrand verbraucht. Als traditionelle Brennstoffe finden Steinkohle und Braunkohle, in geringerem Umfang auch Petrolkoks und Heizöl Verwendung. Daneben kommen zunehmend Sekundärbrennstoffe zum Einsatz, so z. B. Altreifen, Kunststoffabfälle, Klärschlamm, Altöl etc. (Anteil im Mittel in Deutschland 69 % im Jahr 2020).
Der Einsatz von Sekundärbrennstoffen ist genehmigungspflichtig. Hierbei wird sichergestellt, dass der Einsatz weder die Klinkereigenschaften, noch die Abgasemissionen verschlechtert. Vorsorgend auf Brennstoffebene wird dies normalerweise durch dauerhafte Qualitätskontrollen der Schadstoffbelastung erreicht.
Bei der Herstellung von Zementen wird außerdem Energie zur Mahlung der Rohstoffe und des gebrannten Zementklinkers benötigt. Hierfür kommt v.a. elektrische Energie zum Einsatz.
Im Vergleich zu anderen Bindemitteln wie Gips und Kalk, die sich aber erheblich in ihren Eigenschaften unterscheiden, wird relativ viel Energie aufgewendet.
Graue Energie
In den generischen Zement-Datensätzen in der ÖKOBAUDAT (Release 2021-2) finden sich folgende Angaben zur Grauen Energie, PENRT:
Zementtyp |
PENRT |
Einheit |
Zement (CEM II 32,5) |
1,954 |
MJ/kg |
Zement (CEM II 42,5) |
2,111 |
MJ/kg |
Zement (CEM II 52,5) |
2,312 |
MJ/kg |
Zement (CEM II/A) |
2,271 |
MJ/kg |
Zement (CEM II/B) |
1,979 |
MJ/kg |
Zement (CEM III 42,5) |
1,290 |
MJ/kg |
Zement (CEM III 52,5) |
1,491 |
MJ/kg |
Zement (CEM IV 32,5) |
1,887 |
MJ/kg |
Zement (CEM IV 42,5) |
2,043 | MJ/kg |
CEM III Zemente weisen durch den hohen Anteil an Hüttensand (Nebenprodukte der Stahlerzeugung) den geringsten PENRT auf (1,29 bzw. 1,491 MJ/kg). Die anderen Zemente liegen in einer Größenordnung von 1,887 bis 2,312 MJ/kg, wobei die Werte für CEM IV tendenziell etwas niedriger sind. Auf Grund der Normvorgaben zur Zementzusammensetzung wäre hier ein eindeutigeres Ergebnis zugunsten der CEM IV Zemente zu erwarten. Für Portlandzementklinker bzw. für Zement mit 95 – 100 % Klinkeranteil (CEM I) befinden sich keine Datensätze in der ÖKOBAUDAT. Es ist davon auszugehen, dass der PENRT-Wert hierfür deutlich höher liegt.
Charakteristische Emissionen
Für primäre und für sekundäre Brennstoffe gelten unterschiedliche Anforderungen an die einzuhaltenden Emissionskonzentrationen: für die primären Brennstoffe gelten die Regelungen der Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft), für sekundäre Brennstoffe die Bestimmungen der 17. Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (17. BImSchV, Verordnung über Verbrennungsanlagen für Abfälle und ähnliche brennbare Stoffe). Die einzuhaltenden Grenzwerte richten sich dabei nach dem Anteil des eingesetzten Abfalls am gesamten Brennstoff (z.B. Primärbrennstoffanteil: 70% → Grenzwert für Staub = 0,7 * 50 mg/m³ + 0,3 * 10 mg/m³ = 38 mg/m³).
Stickstoffoxidemissionen
Die Zementklinkerproduktion gilt neben Verkehr und Energieerzeugung als Hauptverursacher von Stickstoffoxiden. Die Verbrennungsgase bei der Zementklinkerproduktion erreichen Temperaturen von bis zu 2000 °C. Bei solchen Hochtemperaturprozessen entstehen unweigerlich Stickstoffoxide (NOx). Ihre Reduktion stellt eine besondere Herausforderung für die Zementindustrie dar. Im Jahr 2019 senkte die novellierte 17. BImSchV die Tagesgrenzwerte von Stickoxid weiter herab auf 200 Milligramm je Kubikmeter. Diese anspruchsvollen Grenzwerte werden nur mehr mit modernen Technologien wie SCR-Katalysatoren (Selektive Katalytische Reduktion) erreicht.
Staubemissionen
Für die Herstellung von Portlandzementklinker müssen Rohstoffe und Brennstoffe staubfein gemahlen werden. Dabei entsteht Staub, ebenso wie beim Brennprozess selbst und bei der anschließenden Zementmahlung. Durch moderne Filtertechnologien sind die Staubemissionen aus der Drehofenanlage heute auf 10 Milligramm pro Kubikmeter begrenzt. In den 1950er Jahren lagen sie noch bei bis zu 3.000 mg/m³.
Schwefeldioxidemissionen
Schwefeldioxid (SO2) entsteht beim Brennvorgang, hauptsächlich bei der Verbrennung von Kohle und Heizöl (schwer). Das entstehende Schwefeldioxid ist auch abhängig vom Schwefelgehalt im Rohstoff. Schwefeldioxid wird zu ca. 90 % in den Klinker eingebunden. Mit Abgasentschwefelungsanlagen konnten die SO2-Emissionen reduziert werden.
Schwermetalle (v.a. Quecksilber und Thallium-Probleme)
Mit den Ersatzbrennstoffen werden auch metallische Spurenelemente in den Brennprozess eingebracht. Die meisten Metalle werden im stark basisch reagierenden Brenngut (PZ-Klinker) weitgehend eingebunden. Emissionen metallischer Spurenelemente können aber nicht ausgeschlossen werden, da unter anderem die Einbindungsrate von leicht flüchtigen Metallen (z.B. Thallium) gering ist. Neben dem Einbindungsgrad in den Klinker wird die Rückhaltung von Metallemissionen somit auch vom Abscheidgrad des Filters bestimmt.
Weitere Schadstoffemissionen
Eine etwaige TOC-Belastung im Abgas stammt nicht vom Brennvorgang selbst, sondern von organischen Verunreinigungen der Rohstoffe, die bei der Aufgabe auf die Ofenanlage umgesetzt werden. Durch die hohen Temperaturen beim Brennprozess werden evtl. toxisch relevante organische Verbindungen aus den Brennstoffen wie z. B. polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sowie Dioxine und Furane thermisch aufgeschlossen und spielen dadurch praktisch keine Rolle mehr.
Wenn Ofenstäube durch Zusatzfilter zurückgehalten werden (z. B. Bypass-Filter zur Verringerung der Alkalität), werden diese später dem gekühlten Klinker zugegeben und gemeinsam vermahlen. Schwermetalle, die mit den Roh- und Brennstoffen in den Drehofen gelangen, werden mit dem Abgasstrom in den Filter- und Ofenstäuben oder unmittelbar im Klinker gebunden. Bei der Hydratation des Zementes werden sie in die entstehende Zementsteinmatrix eingebunden und somit immobilisiert.
Chlor- und Fluorverbindungen werden nicht emittiert, da sie vom basischen Brenngut gebunden werden.
CO2 -Emission / Klimarelevanz
In Deutschland produzieren die Zementwerke etwa 17% der industriellen und ca. 3% der gesamten CO2-Emission. CO2 entsteht bei der Verbrennung und bei der Entsäuerung des Kalksteins. Die rohstoffbedingten Emissionen aus dem Kalkstein haben einen Anteil von etwa 60 % an den Gesamtemissionen.
Andere Treibhausgase werden von den Zementwerken nur in untergeordneten Mengen emittiert.
In der folgenden Tabelle ist das Globale Erwärmungspotenzial (GWP) der in der ÖKÖBAUDAT enthaltenen generischen Zementdaten angeführt.
Zementtyp |
GWP |
Einheit |
Zement (CEM II 32,5) |
0,783 |
kg CO2-eq/kg |
Zement (CEM II 42,5) |
0,795 |
kg CO2-eq/kg |
Zement (CEM II 52,5) |
0,811 |
kg CO2-eq/kg |
Zement (CEM II/A) |
0,876 |
kg CO2-eq/kg |
Zement (CEM II/B) |
0,720 |
kg CO2-eq/kg |
Zement (CEM III 42,5) |
0,378 |
kg CO2-eq/kg |
Zement (CEM III 52,5) |
0,394 |
kg CO2-eq/kg |
Zement (CEM IV 32,5) |
0,676 |
kg CO2-eq/kg |
Zement (CEM IV 42,5) |
0,688 | kg CO2-eq/kg |
Die Interpretation ist analog jener für die PENRT-Werte, wobei im Fall des GWP die CEM IV Zemente erwartungsgemäß durchwegs besser als die CEM II Zemente abschneiden.
Maßnahmen Gesundheitsschutz
Es sollte persönliche Schutzausrüstung getragen werden (Augen-, Atem- und Gehörschutz).
Maßnahmen Umweltschutz
Maßnahmen zum Schutz der Umwelt und der Luft sind modernen Technologien wie SCR-Katalysatoren (Selektive Katalytische Reduktion), Entschwefelungsanlagen, hocheffiziente Filter und Einhausung der Anlagen zu Staubrückhaltung etc..
Transport
Die Zementwerke liegen in der Regel in unmittelbarer Umgebung der Abbaustätten. Dies bedingt kurze Transportwege in der Herstellungsphase des Grundstoffes.
Literatur
Verein Deutscher Zementwerke e.V., Hrsg. Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2018. Düsseldorf, 2019
Verein Deutscher Zementwerke e.V., Hrsg. Umweltdaten der deutschen Zementindustrie 2020. Stand Juli 2021, Düsseldorf, 2019
Verarbeitung
Technische Hinweise / Verarbeitungsempfehlungen
Bei der Verarbeitung von zementhaltigen Produkten ist auf die richtige Zugabemenge von Wasser zu achten. Eine Überdosierung von Wasser kann eine Verschlechterung der Produkteeigenschaften hervorrufen.
Arbeitshygienische Risiken
Allgemeines
Gesundheitsgefahren gehen nach heutigem Kenntnisstand überwiegend von der stark alkalischen Lösung aus, die sich beim Anmachen des Zements mit Wasser bildet (pH-Wert 12,5 bis 13,5) und Reizungen verursacht. Ergebnisse von in vitro-Versuchen zeigen, dass Gemische mit mehr als 1% Zement die Haut reizen und schwere Augenschäden hervorrufen.
Bei der Verarbeitung zementhaltiger Produkte sind daher persönliche Schutzmaßnahmen erforderlich (u.a. Augenschutz, Handschutz, Hautschutz, Körperschutz).
Allergische Hautreaktionen auf Chromat (sogenannte „Maurerkrätze“) sind heutzutage nicht mehr zu erwarten, da die Herstellung und Verwendung nicht chromatarmer zementhaltiger Produkte (GISCODE ZP2) seit dem 17. Januar 2005 verboten ist.
Portlandzement(staub) ist gemäß [MAK- und BAT-Werteliste 2017] in Kategorie krebserzeugend III 3b eingestuft und entspricht damit einem Stoff nach → Anhang I, 9.2 „Bedingt zulässige Einsatzstoffe dieser Prüfkriterien, der nur in begründeten Fällen eingesetzt werden darf“. Im verarbeitungsfertigen Produkt Transportbeton tritt Portlandzementstaub aufgrund der Vermischung mit Wasser nicht auf. Im eingebauten Produkt ist Portlandzement nur noch im abgebundenen Zustand enthalten.
AGW-Werte
Portlandzement (staub):
5 mg/m³ gemessen in der einatembaren Fraktion
REACH / CLP - Informationspflicht zu SVHC
Flüssige, pastöse, pulvrige Bauprodukte oder deren Ausgangsstoffe (z.B. Dichtmassen, Klebstoffe, Beschichtungen, Farben, Mörtel + Estriche, Schüttungen, Frischbeton, Betonzusatzmittel, Bindemittel, Kunststoffe usw.) werden als Gemisch eingestuft.
Die europäische Chemikalienverordnung REACH unterscheidet Produkte in Stoffe, Gemische und Erzeugnisse. Zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen, dient die CLP-Verordnung (Verordnung über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen), um ein hohes Schutzniveau für die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu gewährleisten.
Wird ein Produkt als Stoff oder Gemisch eingestuft, ist für Informationen zu Gefahrstoffen und Einstufungen nach CLP ein Sicherheitsdatenblatt (SDB) erforderlich.
Produkt bezogene Informationen gemäß CLP-Verordnung (z.B. Nachweis gefährliche Stoffe, Nachweis besonders besorgniserregender Stoffe SVHC >= 0,1 Gew.-%) müssen hierfür in den Sicherheitsdatenblättern (SDB) der jeweiligen Produkte ausgewiesen sein.
Einstufungen und Gesundheitsgefahren nach GISBAU
- ZP1 Zementhaltige Produkte, chromatarm
- ZP2 Zementhaltige Produkte, nicht chromatarm
Die Herstellung und Verwendung nicht chromatarmer zementhaltiger Produkte (GISCODE ZP2) ist seit dem 17. Januar 2005 verboten (s.o.).
Umweltrelevante Informationen
Energiebedarf
Bei der Verarbeitung von Zementen wird Energie beim Mischen zu einem verarbeitbaren Putz, Mörtel oder Beton verbraucht. Die Energiemenge ist abhängig von den verwendeten Mischaggregaten, ist aber im Vergleich zur Energie die bei der Herstellung aufgewendet werden muss gering.
Wassergefährdung
Eindringen von verdünnter Zementsuspension (Waschwasser) in Boden, Gewässer und Kanalisation muss aufgrund Freisetzung basischer Bestandteile durch Auslaugen / Auswaschen vermieden werden (WGK 1: schwach wassergefährdend). Hierzu zählen keine Bodeninjektionen oder dergleichen, bei denen die Zemente bzw. Zementmörtel aufgrund ihrer Zusammensetzung und ihrer schnellen Erhärtung kaum eine lang andauernde Beeinträchtigung darstellen.
Nutzung
Umwelt- und Gesundheitsrisiken Neuzustand
Sie befinden sich in einer WECOBIS-Grundstoffgruppe. Hierbei handelt es sich um Ausgangsstoffe für verschiedene Bauproduktgruppen. Informationen zum Verhalten in der Nutzungs- oder Nachnutzungsphase findet man deshalb ggf. in zugeordneten Bauproduktgruppen.
→ siehe Auflistung rechter Navigationsbalken
Zement ist im Nutzungszustand im erhärteten Bauprodukt als fester Stoff gebunden. Von Zementbindern werden weder im Neuzustand noch bei der Nutzung Schadstoffe in die Raumluft emittiert. Potenzielle Emissionen in die Umwelt werden durch die Eigenschaften des zementgebundenen Baustoffs und dessen Anwendungsbereich bestimmt. Im Allgemeinen sind außergewöhnliche umwelt- oder gesundheitsrelevante Auswirkungen durch die Verwendung von Zement weder im Neuzustand noch bei bestimmungsgemäßer Nutzung noch im Schadensfall zu erwarten.
Nachnutzung
Sie befinden sich in einer WECOBIS-Grundstoffgruppe. Hierbei handelt es sich um Ausgangsstoffe für verschiedene Bauproduktgruppen. Informationen zum Verhalten in der Nutzungs- oder Nachnutzungsphase findet man deshalb ggf. in zugeordneten Bauproduktgruppen.
→ siehe Auflistung rechter Navigationsbalken
Zement kann als hydraulisch abbindendes Bindemittel nicht mehr zurückgewonnen werden. Er wird daher als Bestandteil des Bauprodukts nachgenutzt oder beseitigt.