Sement

Sement (fra senlatin cimentum «mørtel, kalk», av latin caementum «utilhugget stein, pukk», til caedere «hugge») er i vid forstand et materiale med adhesive egenskaper. Det er produsert gjennom en tett kontrollert kjemisk kombinasjon av kalsium, silisium, aluminium, jern og andre ingredienser. I moderne bruk henviser betegnelsen sement til finmalte materialer som sammen med vann danner et bindemiddel med sterke vedhengende egenskaper.  Disse materialene kalles hydrauliske sementer og er som regel laget av gips, kalk, pozzolaner og portlandsement. For betong er det stort sett portlandsement som benyttes.

Ordet kommer fra latin caementum, «utilhogd stein (til byggearbeid)». I dagligtale er sement synonymt med portlandsement. Sement blir ofte også feilaktig brukt som navn på produktene betong eller mørtel, hvor sement riktignok er bindemiddelet. Sement blir i første rekke brukt til å fremstille betong og mørtel. Sement blir også brukt som injeksjonsmiddel i tunnelarbeid, og til å stabilisere og/eller solidifisere grunn. Det er også utviklet sement til bruk i oljebrønner.

Produksjon (Portlandsement) 
Produksjon av sement kan deles i tre faser: Råvarefremstilling, klinkerproduksjon og oppmaling til sement. Den beskrevne prosess gjelder såkalt prekalsinert sementproduksjon.

Råvarefremstilling 

Kalkstein er hovedråvaren for produksjon av sement og en sementfabrikk vil normalt ligge tett ved kalksteinsuttaket, som nesten alltid er et dagbrudd. Norcem Brevik er verdens eneste sementfabrikk som henter kalkstein fra gruve med underjordsdrift. Steinen knuses ned i knuseverket. Kalkstein av god kvalitet for sementproduksjon har en høy andel kalsiumkarbonat. Det er i tillegg behov for en mindre mengde andre mineraler som blant annet silisium, jern og aluminium. Disse mineralene hentes enten fra naturlige råstoffer som kvarts eller bauxitt, eller fra industrielle restprodukter. Mineralene males ned og kalles nå råmel.

Klinkerproduksjon 
Råmelet føres inn i ovnssystemet. I moderne fremstilling med tørrprosess går råmelet først gjennom en serie sykloner. Syklonene er plassert over hverandre i et syklontårn. Råmelet virvler nedover gjennom syklonene, mens det blir varmet opp av varme gasser som går motsatt vei. Mot slutten er temperaturen i råmelet rundt 700 ºC. Etter den nest siste syklonen blir råmelet sendt inn i kalsinatoren. Her foregår en ytterligere temperaturøkning til over 850 ºC, og kalsineringen starter. Det innebærer at karbondioksid blir skilt ut fra kalsiumskarbonatet. Fra kalsinatoren går råmelet via den siste syklonen og videre inn i rotérovnen, som er en lang, roterende, sylindrisk ovn. Rotasjonen og den svake helningen gjør at råmelet langsomt fraktes nedover ovnen. I denne fasen stiger temperaturen opp mot 1450 ºC og råmelet går gjennom en delvis smelting (sintring) som gjør at det klumper seg til det som kalles klinker. For å bevare de kjemiske egenskapene går klinkeren gjennom en rask nedkjøling før den blir lagret på siloer.

Klinker er et eget handelsprodukt og kan lett fraktes i bulk. I en del land hvor de ikke har tilgang på kalkstein blir klinker importert for lokal fremstilling av sement.

Sementmølle 

For å produsere sementen blir klinkeren malt til fint pulver i store, roterende sementmøller. Møllen er et stort stålrør med flere kamre fylt med stålkuler. Møllen roterer hurtig slik at kulene maler ned klinkeren til fint pulver. Graden av oppmaling måles i blaine, som er m²/kg. Vanlig portlandsement vil ha en blaine-verdi på 300-500. Det blir tilsatt gips og eventuelt andre stoffer som flygeaske eller slagg for å oppnå ønsket kvalitet. I en integrert sementfabrikk blir det både produsert klinker og malt sement. .
Sement ble tidligere distribuert i tønner og sekker, men nå skjer nesten all distribusjon i bulk, enten med bil, jernbane eller båt.

Historikk

Tidlige sementer 
Romerne var de første til å produsere sementer i større skala. Disse var såkalte pozzolansementer, vanligvis fremstilt fra vulkansk aske blandet med lesket kalk. Den romerske sementen kunne brukes både som mørtel i murarbeid, eller til ren konstruksjon slik som i Pantheon.
Romernes sement gikk i glemmeboken, og helt fram til begynnelsen av 1800-tallet var det lesket kalk som var i vanlig bruk for bygg i mur og stein.

Moderne sementer 
Byutviklingen krevde stadig sterkere byggematerialer, og fra slutten av 1700-tallet var det flere som utviklet ny typer med sement hvor en kraftigere brenneprosess enn kalkovnen bidro til å gi større fasthet. Foregangspersoner var James Parker, John Smeaton og Louis Vicat. I 1824 tok Joseph Aspdin patent på det han kalte Portlandsement. Navnet ble brukt for å indikere at fargen på sementen lignet på den prestisjefylte Portland-steinen. Mot midten av 1800-tallet var produksjonsprosessen forbedret ytterligere slik at man fikk en sement med bedre herde- og fasthetsegenskaper. Dette banet vei for økt bruk av betong i bygninger og andre konstruksjoner. 

Armert betong ble første gang benyttet som komposittmateriale og konstruksjonsmetode i 1849 av entreprenøren François Coignet. På denne måten ble de gode styrkeegenskapene til betong kombinert med strekkstyrken til stål.

Sementproduksjon i Norge 

Den første sementproduksjonen i Norge ble gjort på Nordre Langøen (senere en del av Langøyene) innerst i Oslofjorden. Produksjon ble startet i 1841. Omtrent samtidig ble en annen fabrikk anlagt på Bagaas Brug ved Akerselven. Sementen fra disse fabrikkene var ikke portlandsement og nådde ikke kvalitetsmessig opp til importerte sementer. Etter ca. 20 års drift opphørte de to pionerbedriftene.

Christiania Cement Aktiebolag kjøpte opp og utvidet driften ved det gamle teglverk på Slemmestad i 1888. Eierne bak dette drev allerede fire sementfabrikker i Sverige. Selskapet gikk konkurs etter to år og driften ble overtatt av A/S Christiania Portland Cementfabrik i 1892. Christiania Portland Cementfabrik bygget raskt opp en stor produksjon, og var i 25 år eneste produsent av portlandsement i Norge. Fabrikken ble nedlagt i 1989.

Cementfabrik Norge CE-NO Portland Cement A/S ble etablert i mai 1915 og bygget en sementfabrikk på Gullaug utenfor Drammen. Produksjonen tok til i 1917. Man klarte imidlertid ikke å etablere en lønnsom produksjon blant annet på grunn av dyr produksjon og langvarige streiker hos arbeiderne. Driften stanset helt i 1927. 

Dalen Portland Cementfabrik ble etablert i 1916 og bygget en sementfabrikk ved Dalen ved Brevik, Telemark. Produksjonen kom i gang i 1919 og drives i dag under navnet Norcem Brevik. 

Nordland Portland Cementfabrik ble stiftet i 1918 og bygget en sementfabrikk i Kjøpsvik i Nordland. Produksjonen startet i 1920 og drives i dag under navnet Norcem Kjøpsvik.  

I 1968 fusjonerte de tre norske sementprodusentene til Norcem AS.

Utslipp av karbondioksid 
Sementproduksjon er energikrevende og bidrar til store utslipp av karbondioksid. Utslippene har to kilder; kalsinering og brensler. Kalsineringen står for ca 2/3 av utslippet, og brensler for ca 1/3. I en ordinær betong vil sement utgjøre ca 15-20 % av volumet, men står for over 80 % av karbonfotavtrykket. 
 Kalsineringen er den kjemiske prosessen som ligger til grunn for sementens egenskaper som bindemiddel. Under høye temperaturer drives karbondioksid ut av kalksteinen. Fra en kg kalkstein blir det frigitt om lag 500 gram karbondioksid. Når sementen kommer i kontakt med vann for å lage betong eller mørtel, startes karbonatiseringen. I denne prosessen blir CO2 bundet opp igjen i produktet. Opptil 70 % av CO2 avgitt ved kalsinering kan over tid tas opp igjen av betongen, avhengig bruk og avhending. 
 Den andre kilden til utslippene er forbrenning av brensel. Tradisjonelt har det vært benyttet olje og kull som brensel i ovnene. Allerede på 1980-tallet ble det satt i gang forsøk med å bruke alternative brenselskilder basert på avfall. I dagens produksjon (2020) utgjør avfallsbasert brensel over 70 % av tilført brenselsenergi til fabrikken i Brevik. Cirka 1/3 av brenselet er biomasse og CO2-nøytralt.

Ytterligere reduksjon av miljøpåvirkningen gjøres ved å blande inn andre produkter med sementegenskaper. De mest brukte substitusjaonsmaterialene er flygeaske (FA) og slagg. Flygeaske er et avfallsprodukt fra kullfyrte kraftverk. Standard FA-sement fra Norcem inneholder for eksempel 18 % flygeaske. Flygeaske kan også tilføres i betongproduksjonen, og i spesielle konstruksjoner kan andelen flygeaske være opptil 50 %. For eksempel er Powerhouse Brattørkaia bygget med en slik betong. Slagg er et avfallsprodukt fra stål- og jernverk. I det norske markedet er det tilgjengelig sementer med 70 % andel av slagg.

Både flygeaske og slagg er eksempler på produkter som tidligere var industrielt avfall, men som nå er en del av en sirkulær økonomi. 

Et karbonfangstanlegg er under prosjektering ved Norcem Brevik. Dette tar sikte på å fange ca 400.000 tonn CO2 pr år. Prosjektet er finansiert hovedsakelig gjennom Gassnova og er ledd i utviklingen av en verdikjede med fangst, transport og lagring av CO2. 

På global basis slippes det ut ca. ett tonn CO2 for hvert tonn sement som produseres.

Annen bruk 
Sement blandet med asbestfibre ble tidligere markedsført under varemerket Eternit.

Referanser

Eksterne lenker 
 

Betong
Festemidler