Wird Beton zu warm, lässt er sich schwer verarbeiten. Um das zu vermeiden, können Beton oder Zuschlagstoffe mit tiefkalten Gasen gekühlt werden. Messer liefert der Bauindustrie das erforderliche Equipment und Know-how.

Beton ist weltweit die unangefochtene Nummer eins unter den Baustoffen. Im vergangenen Jahr wurden laut Verein Deutscher Zementwerke (VDZ) allein hierzulande 27 Millionen Tonnen Zement zu rund 90 Millionen Kubikmetern Beton verarbeitet. Mit dieser Menge ließe sich der Kölner Dom rund zweihundertfünfundzwanzigmal ausgießen. Beton ist tragfähig, flexibel zu verarbeiten, quasi zeitlos stabil und in den unterschiedlichsten Ausführungen erhältlich.

Durch Modifikation der Rezeptur lässt sich Beton konfektionieren und vielseitig im Tief-, Hoch- und Straßenbau einsetzen. Ob es darum geht, eine Etagendecke oder eine Tunnelwand zu gießen, die tragenden Teile einer Markthalle in Fertigbauweise zu produzieren oder wasserdichte Rohrelemente für die öffentliche Kanalisation zu fertigen: Beton lässt sich in jede Form bringen und, in Verbindung mit einer adäquaten Bewehrung wie Stahl, zu stabilen Fundamenten, Staudämmen oder Brückenpfeilern verarbeiten. Vorausgesetzt, alle Verarbeitungsschritte verlaufen fehlerfrei.

Verarbeiten lässt sich Beton ohne Qualitätseinbußen zwischen 5°C und 25°C. Liegt die Temperatur des Frischbetons außerhalb dieses Bereichs, kann die Betonqualität leiden. Um diesen Sachverhalt, der unmittelbar mit der Zementchemie zusammenhängt, einmal zu verdeutlichen, ein Blick auf die Details: Beton besteht im Wesentlichen aus drei Zutaten: 1. einer Gesteinskörnung wie Sand, Kies, Schotter oder Splitt, 2. Wasser und 3. Zement. Zement ist eine bei 1.450 °C gebrannte Mischung von Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz, die nach dem Brennvorgang vermahlen wurde. Im trockenen Zustand zeigt das graue Zementpulver keinerlei Reaktion. Mit Wasser aber bildet es eine Art Leim, der nach und nach aushärtet beziehungsweise abbindet, wie der Baufachmann sagt.

DAS RECHTE TEMPERATURMAS
Das Abbinden von Zement erfolgt im Verlauf einer chemischen Reaktion mit Wasser (Hydratation) unter Freisetzung von Wärme (Hydratationsenergie). Dabei bilden die Inhaltsstoffe des Zements hauptsächlich stabile, nadelförmige Kristalle, die mit der Zeit wachsen und sich miteinander verzahnen. Sand, Kies und auch der Bewehrungsstahl, also alle Ausgangsstoffe, deren Aufgabe es ist, Lebensdauer und Stabilität des Betons zu erhöhen, werden fest miteinander verbunden.

Damit die Hydratation mit zufriedenstellenden Resultaten verläuft, müssen Rahmenbedingungen eingehalten werden, etwa die Mindesttemperatur von 5 °C bei der Verarbeitung des Frischbetons; darunter bindet der Zement nicht oder nur teilweise ab. Damit vor allem im Winter gewährleistet ist, dass der Baustoff erhärtet, lassen sich die Zuschlagstoffe vorwärmen oder wärmeisolierende Schalungen einsetzen.

Während der temperierende Effekt der Hydratation im Winter willkommen ist, kann er in der warmen Sommerzeit Probleme bereiten. Bei hohen Temperaturen nämlich, etwa ab 30 °C, verlieren die Betonzusatzmittel ihre verflüssigende Wirkung und damit der Frischbeton zunehmend seine Fließfähigkeit und leichte Verarbeitbarkeit. Darüber hinaus spielt die Hydratationswärmeentwicklung vor allem auch bei massigen Mauteilen eine Rolle. Infolge der Wärmeausdehnung von Beton können Spannungen auftreten, die zu Rissen führen, die bis tief in den Betonkern hineinreichen. Durch diese Risse können Luft und Feuchtigkeit eindringen und den Beton sowie die eingeschlossene Bewehrung angreifen.

ANFORDERUNGSPROFIL DEFINIERT DAS KÜHLVERFAHREN
Um die Temperatur des Frischbetons im Sommer auf einen für seine Verarbeitung optimalen Wert zwischen 5 °C und 25 °C einzustellen, bietet Messer effiziente Lösungen auf Basis tiefkalter Gase, namentlich flüssigen Stickstoff (LN₂) oder flüssiges Kohlendioxid (LCO₂). Die Experten des Unternehmens haben in zahlreichen Versuchsreihen unterschiedliche Verfahren zur Kühlung des Betons beziehungsweise der Zuschlagstoffe untersucht, die sich heute in der Praxis bewähren: Um kleine bis mittlere Mengen Beton um wenige Grade zu kühlen, wird zum Beispiel LN₂ über Lanzen im Fahrmischer in den Baustoff eingetragen. Der Prozess wird als Lanzenkühlung bezeichnet. Das geht schnell und kann unmittelbar an der Baustelle erfolgen.

Als besonders effizient erweist es sich allerdings, den Zement zu kühlen (Cryoment-Verfahren), insbesondere bei hohen Außentemperaturen. Zwei Wege sind dabei gangbar: Zum einen lässt sich der Zement unmittelbar beim Einlagern im örtlichen Silo auf die gewünschte Temperatur bringen (Cryoment-Flow-Verfahren). Zum anderen besteht die Möglichkeit, Zement just in time, also unmittelbar vor der Verarbeitung, abzukühlen. Vorteil: Kalter Zement muss nicht bevorratet werden, Kälteverluste lassen sich sicher reduzieren.

Welches Verfahren prädestiniert ist und zum Einsatz kommt, hängt nicht zuletzt ab von der Menge des zu kühlenden Betons, dem Kühlzeitraum und der Abkühlrate. Die erforderliche Feinjustierung wird im Gespräch zwischen Messer-Experten und -Kunden abgestimmt.