Abbinden

Der Verlauf der Reaktion

Die Ausführung beginnt in dem Moment, in dem Wasser und Bindemittel in Kontakt kommen. Es findet sofort eine Hydratation statt. In der ersten Phase bleibt die Masse noch verarbeitbar, doch im Hintergrund bilden sich mikroskopische Kristallstrukturen, die sich langsam ineinander verhaken. Der Fachmann bringt das Material an. Schnelligkeit ist hier geboten. Während dieses Stadiums verliert der Mörtel oder der Gips merklich seine Fließfähigkeit und beginnt den Übergang in einen festen Zustand.

Die Umgebungsfaktoren beeinflussen die Geschwindigkeit. Wärme beschleunigt; Kälte verzögert. Es entsteht ein Spannungsfeld zwischen der Verarbeitungszeit und der beginnenden Erstarrung. Beim Mauerwerk wird der Mörtel zwischen den Steinen angebracht, wobei die Feuchtigkeit des Untergrunds die Abbindezeit beeinflusst. Eine zu schnelle Wasserentziehung stoppt den Prozess. Das Material 'verbrennt'. Beim Putz wird der Mörtel gegen die Wand geschlagen und anschließend flächenbündig abgezogen. Der Moment des Abbindens bestimmt die weiteren Arbeitsschritte. Die Masse erhält Stand. Die flüssigen Eigenschaften verschwinden vollständig.

Während der kritischen Phase des Kristallwachstums darf die Masse nicht mehr mechanisch gestört werden. Vibrationen oder wiederholtes Mischen nach der initialen Bindung zerstören die gebildeten Brücken zwischen den Partikeln. Die strukturelle Integrität ist dann gefährdet. Die Ausführung endet, wenn die Masse formstabil ist und die chemische Reaktion in die Erhärtungsphase übergeht, in der die endgültige Festigkeit aufgebaut wird, ohne dass sich die Form noch verändert.

Unterschiede in der chemischen Reaktion

Die Art des Abbindens variiert stark je nach Material. Bei gipsgebundenen Mörteln verläuft der Prozess relativ schnell und aggressiv. Das Material dehnt sich während der Kristallbildung sogar leicht aus. Dies sorgt für eine hervorragende Haftung in Fugen und Löchern. Zementgebundene Produkte hingegen weisen einen langsameren Verlauf auf. Hierbei wird beträchtliche Hydratationswärme frei. Bei massiven Betonstößen kann dieser Temperaturanstieg zu thermischen Spannungen führen. Dann gibt es noch den hydraulischen Kalk. Dieser kombiniert eine initiale chemische Bindung mit Wasser mit einem sekundären Prozess: der Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft. Ein Hybridprozess. Der Fachmann muss das spezifische Verhalten jedes Bindemitteltyps durchdringen, um den richtigen Zeitpunkt der Bearbeitung zu bestimmen.

Nicht jedes Projekt verträgt die Standardabbindezeit. Manchmal ist Eile geboten. Beschleuniger verkürzen die Zeit zwischen Mischen und Erstarren, was bei Arbeiten im Winter oder beim Abdichten von Leckagen unverzichtbar ist. Verzögerer bewirken das Gegenteil. Sie halten den Mörtel stundenlang plastisch. Essenziell bei Transportbeton, der über lange Strecken befördert wird, oder bei großen Putzprojekten, bei denen der Stuckateur noch Meter machen muss, bevor die Masse 'anzieht'. Die Umgebung regiert. Wind und Sonne beschleunigen die Verdunstung des Anmachwassers. Wenn dieses Wasser verschwindet, bevor die chemische Bindung abgeschlossen ist, 'verbrennt' das Material. Die Reaktion stoppt schlichtweg. Das Ergebnis ist eine pulverige Substanz ohne jeglichen konstruktiven Wert.

Terminologische Verwechslung

In der täglichen Praxis werden Abbinden, Trocknen und Erhärten oft in einen Topf geworfen. Zu Unrecht. Abbinden ist der Übergang von flüssig zu fest. Eine chemische Metamorphose. Trocknen ist dagegen ein physikalischer Prozess; das Verdunsten von überschüssigem Wasser. Ein Mörtel kann längst abgebunden sein, während er noch klatschnass ist. Erhärten ist die letzte Phase. Dieser Prozess beginnt, sobald die Masse formstabil ist, und dauert Wochen, Monate oder sogar Jahre. Die endgültige Druckfestigkeit wird erst hier aufgebaut. Abbinden markiert lediglich das Ende der Verarbeitbarkeit. Die Kristalle verhaken sich. Die Fließfähigkeit stirbt. Ein kritischer Moment für die Haftung.

Betrachten Sie den Stuckateur. Er bringt eine dicke Gipsschicht auf eine Kalksandsteinwand auf. Zuerst glänzt die Oberfläche durch das freie Wasser, doch dann, recht plötzlich, erlischt dieser Glanz. Die Masse wird matt und der Fachmann greift sofort zu seiner Reibebohle. Der Mörtel ist nun nicht mehr flüssig, aber noch perfekt schneidbar. Genau an diesem kritischen Wendepunkt findet die Bearbeitung statt; zu früh und alles sackt ab, zu spät und der Mörtel ist zu hart, um noch korrigiert zu werden. Das Timing ist hier alles.

Denken Sie auch an den Maurer an einem trockenen Sommertag. Der Mörtel in der Kufe wird steifer und steifer. Die Sonne brennt. Er versucht, einen Stein in das Mörtelbett zu drücken, aber der Mörtel gibt nicht mehr nach. Die Kristalle verhaken sich bereits. Die Verarbeitbarkeit ist vorbei. Wenn er jetzt noch Wasser hinzufügt, um die Masse wieder geschmeidig zu machen, zerstört er die bereits gebildeten Verbindungen. Der Mörtel ist faktisch abgebunden. Unbrauchbar für konstruktive Arbeiten. Die Kelle wird beiseitegelegt.

Beim Gießen einer Betondecke sieht man den Prozess ebenfalls. Anfangs kann man mit einer Harke durch die Masse ziehen. Eine Stunde später spürt man einen deutlichen Widerstand. Die Masse erhält 'Stand'. Man kann noch nicht darauf laufen, aber ein Fußabdruck fließt nicht mehr zu. Die chemische Umwandlung von flüssig zu fest ist hier in vollem Gange. Das Material ist nicht mehr flüssig, aber noch nicht hart.

Das Gesetz schaut dem Verarbeiter über die Schulter. Obwohl die Musterbauordnung (MBO) keine chemischen Formeln vorschreibt, stellt sie doch unerbittliche Anforderungen an die mechanische Widerstandsfähigkeit und Standsicherheit von Konstruktionen. Ein fehlerhafter Abbindeprozess führt zu einer Konstruktion, die die grundlegenden Sicherheitsanforderungen nicht erfüllt. Für zementgebundene Materialien ist die DIN EN 197-1 maßgeblich. Diese Norm spezifiziert die Eigenschaften von Zementtypen, einschließlich der Anforderungen an die Erstarrungsanfangs- und -endzeit. Die Chemie muss stimmen.

Gipsgebundene Mörtel fallen unter die DIN EN 13279-1. Darin sind die Leistungsanforderungen für Gipsputze festgelegt. Der Markt verlangt nach Vorhersagbarkeit. Hersteller müssen mittels CE-Kennzeichnung garantieren, dass ihre Produkte innerhalb der festgelegten Margen reagieren. Für den Maurer ist die DIN EN 998-2 von Bedeutung. Diese Norm stellt Anforderungen an Mauermörtel. Dabei geht es nicht nur um die Festigkeit nach 28 Tagen, sondern auch um die Verarbeitbarkeit und die initiale Haftung, die während des Abbindens entsteht. Keine gute Bindung bedeutet keinen konstruktiven Zusammenhalt. Das Bauordnungsrecht der Länder verpflichtet den Bauunternehmer zudem nachzuweisen, dass die verwendeten Mörtel tatsächlich wie vorgeschrieben reagiert haben. Die Dokumentation ist essenziell. Bei Betonkonstruktionen spielt die Eurocode 2 (DIN EN 1992) eine Rolle; die Ausschalungsfrist ist direkt an den Fortschritt der Hydratation gekoppelt. Ein zu frühes Ausschalen ist ein Risiko, das kein Tragwerksplaner eingehen will.

Die Beherrschung des Abbindeprozesses ist keine moderne Erfindung, obwohl die chemische Erklärung dafür eine ist. Die Römer experimentierten bereits mit hydraulischen Zusatzstoffen. Indem sie vulkanische Asche aus Pozzuoli mit Kalk mischten, schufen sie einen Mörtel, der nicht nur an der Luft, sondern auch unter Wasser abband. Dies war eine technische Meisterleistung. Nach dem Fall des Römischen Reiches geriet dieses Wissen in Europa weitgehend in Vergessenheit. Man fiel auf einfache Luftkalkmörtel zurück. Diese Mörtel banden durch die Aufnahme von Kohlendioxid langsam ab, ein Prozess, der in dicken Wänden Jahrzehnte dauern konnte.

Die Wende kam im achtzehnten Jahrhundert. John Smeaton suchte eine Lösung für den Wiederaufbau des Eddystone-Leuchtturms. Er entdeckte wieder, dass Kalkstein mit einem hohen Tongehalt für eine schnelle, wasserbeständige Bindung essenziell war. Dies bildete die Grundlage für die moderne Zementindustrie. Im Jahr 1824 patentierte Joseph Aspdin seinen Portlandzement. Der Prozess wurde standardisiert. Die industrielle Revolution erzwang eine größere Vorhersagbarkeit der Materialien auf der Baustelle. Wo der Fachmann zuvor auf lokale Mischungen mit wechselnden Ergebnissen vertraute, boten Fabrikzemente ab dem neunzehnten Jahrhundert eine konstante Abbindezeit. Die Chemie wurde maßgebend. Im zwanzigsten Jahrhundert folgte der Aufstieg der chemischen Zusatzmittel. Damit wurde das Abbinden vollständig regelbar. Beschleuniger und Verzögerer ermöglichten das Betonieren unter extremen Wetterbedingungen. Der Übergang von handwerklicher Erfahrung zu chemischer Präzision war damit vollzogen.