Zementmatrix

Zementmatrix, in der Bau- und Materialwissenschaft auch als Zementpaste oder Bindematrix bezeichnet, ist der bindende Bestandteil zementgebundener Verbundwerkstoffe wie Beton und Mörtel. Sie entsteht durch die Hydratation von Portlandzement mit Wasser und bildet ein feinkörniges Gefüge aus Hydratationsprodukten, hauptsächlich Calcium-Silikat-Hydrat (C-S-H) und Calciumhydroxid (CH). Die Zementmatrix füllt das Porenraumvolumen zwischen Zuschlägen und Bewehrungen und sorgt dafür, dass Lasten zwischen den Verstärkungen übertragen werden.

Die Eigenschaften der Zementmatrix hängen maßgeblich von der Mikrostruktur ab, die durch das Wasser-Zement-Verhältnis, die Hydratationstemperatur, Nachbehandlung und den Einsatz von Zusatzstoffen beeinflusst wird. Eine dichtere Matrix mit niedrigem W/Z-Verhältnis weist höhere Festigkeiten und geringere Permeabilität auf, ist aber weniger verarbeitbar. Hydratationsprodukte bestimmen das Porengefüge, die Wärmeentwicklung und die Langzeitstabilität. Mit der Zeit entwickeln sich Festigkeit und Dimensionstabilität; Rissbildung kann durch unzureichende Nachbehandlung oder Temperaturwechsel begünstigt werden.

Zementmatrix in Beton wird durch Zuschläge und Bewehrung ergänzt. Zusatzstoffe und SCMs wie Flugasche, Trass, Silikastaub oder Metakaolin sowie polymermodifizierte Additive lassen sich einsetzen, um Mikrostruktur zu verfeinern, Porosität zu reduzieren und Dauerhaftigkeit zu erhöhen. In fortgeschrittenen Verbundwerkstoffen wie Faserbeton oder Hochleistungsbeton (UHPC) werden Faserbewehrungen sowie spezialisierte Additive verwendet, um Festigkeit, Zähigkeit und Risskontrolle zu optimieren.

Nachhaltigkeit: Die Zementmatrix trägt wesentlich zu CO2-Emissionen von Beton bei. Zur Reduktion werden weniger Zementanteile verwendet, SCMs eingesetzt oder alternative Bindemittel wie geopolymere Systeme erforscht. Ziel ist eine langlebige, ressourcenschonende Bauweise.