Der Hauptunterschied zwischen Beton und Zement besteht darin, dass Beton ein Verbundmaterial aus Wasser, Zuschlagstoffen und Zement ist. Zement ist ein sehr feines Pulver aus Kalkstein und anderen Mineralien, das Wasser aufnimmt und als Bindemittel den Beton zusammenhält. Während Zement ein eigenständiges Baumaterial ist, kann Beton nicht ohne Zement hergestellt werden. Die beiden Begriffe werden oft fälschlicherweise synonym verwendet, aber Beton und Zement sind eindeutig getrennte Produkte.
Zement
Zement wird unter anderem aus Kalkstein, Kalzium, Silizium, Eisen und Aluminium hergestellt. Diese Mischung wird in großen Öfen auf etwa 2,700 ° F (1,482 ° C) erhitzt, um ein Produkt zu bilden, das als Klinker bekannt ist und grob Marmor ähnelt. Diese werden zu Pulver gemahlen und mit Gips versetzt, wodurch die graue mehlartige Substanz, der sogenannte Zement, entsteht. Wenn dem Zement Wasser zugesetzt wird, löst es einen chemischen Prozess aus, der es ihm ermöglicht, auszuhärten.
Portland-Zement
Es gibt viele verschiedene Arten von Zement, aber die am häufigsten im Bauwesen verwendete Art ist Portlandzement. Joseph Aspdin aus Großbritannien entwickelte das Baumaterial im 1700. Jahrhundert, als er herausfand, dass die Zugabe von Ton zu Kalkstein und das Überhitzen der Mischung es der resultierenden Mischung ermöglichte, sich überall abzubinden. Portlandzement ist eine Art hydraulischer Zement, was bedeutet, dass bei Zugabe von Wasser eine chemische Reaktion startet, die unabhängig von der Wassermenge ist. Dadurch kann der Zement unter Wasser aushärten und auch bei Nässe stark bleiben. Die verschiedenen Arten von hydraulischem Zement werden hauptsächlich in Beton und Mörtel verwendet.
Beton
Beton hingegen ist ein Mauerwerksmaterial, das Zement verwendet, um Schotter, Gestein und Sand, auch Zuschlag genannt, miteinander zu verbinden. Zement macht 10 bis 15 % der Gesamtmasse des Betons aus; die genauen Proportionen variieren je nach Betonart. Die Zuschlagstoffe und der Zement werden gründlich mit Wasser vermischt, wodurch die chemische Reaktion in Gang gesetzt wird, die das Aushärten und Abbinden des Zements bewirkt. Zuvor kann die Betonmischung in eine Form gegossen werden, damit sie in einer bestimmten Form aushärtet, sei es ein Block oder eine Platte.
Die Zeit, die der Beton zum Aushärten benötigt, hängt teilweise davon ab, wie viel Gips der Mischung zugesetzt wird. Diese Zeit kann durch Zugabe von Calciumchlorid beschleunigt oder durch Zugabe von Zucker verlangsamt werden. Diese Verbindungen wirken, indem sie die Entwicklung der aushärtenden Kristalle beeinflussen, die sich als Beton aushärten. Beton, der Frost- und Auftaubedingungen ausgesetzt ist, können zusätzliche Chemikalien enthalten, um Rissbildung zu vermeiden.
Beton- und Zementverhältnisse
Die Eigenschaften von Beton hängen stark vom Verhältnis von Gesteinskörnung zu Zement zu Wasser in der Mischung ab. Das Wasser-Zement-Verhältnis ist das wichtigste, da zu wenig Wasser die Verarbeitung der Betonmischung erschwert, während zu viel das Endprodukt schwächt. Dieses Verhältnis wird mit der folgenden Gleichung berechnet:
r = 8.33 qH2O / Wc
In dieser Berechnung ist r das Verhältnis, qH2O die Wassermenge in US-Gallonen und Wc das Zementgewicht in Pfund. Zum Aushärten von Beton ist ein Verhältnis von mindestens 0.25 erforderlich, während für die meisten Anwendungen Werte von 0.35 bis 0.4 typisch sind.
Zuschlagstoffe sind ebenfalls wichtig, da sie mehr als 60 % einer Betonmischung ausmachen – und in einigen Fällen bis zu 80 %. Größere Steine benötigen weniger Beton, was bedeutet, dass weniger Wasser benötigt wird und ein stärkeres Endprodukt hergestellt werden kann. Zuschlagstoffe sind auch weniger teuer als Zement, so dass ein höherer Prozentsatz die Kosten senken kann. Im Allgemeinen besteht ein gutes Aggregat aus einer Kombination von Gesteinen vieler verschiedener Größen mit einer bestimmten durchschnittlichen und maximalen Größe; Diese Steine müssen sauber und haltbar sein und dürfen keinen Ton oder andere Mineralien enthalten, die Wasser aufnehmen können.
Der hohe Gesteinsgehalt von Beton macht ihn extrem haltbar und wird oft in Schwimmbädern, Wolkenkratzern, U-Bahnen und Laternenpfählen sowie auf Gehwegen, Einfahrten und Straßen verwendet. Die Inhaltsstoffe sowohl in Beton als auch in Zement gehören zu den am häufigsten vorkommenden auf der Erde, und beide können recycelt werden. Die Zementproduktion erfordert jedoch aufgrund der erforderlichen hohen Temperaturen eine große Menge an Energie und die Industrie wurde für ihren Beitrag zu den Kohlendioxidemissionen kritisiert.