Silo-Logistik für Trockenmörtel: Markt, Anwendung, Technologie und regionale Trends

1 Baustoffe im Wandel der Zeit

Mineralgebundene Mörtel werden seit über 2500 Jahren eingesetzt. Ein Meilenstein in der Entwicklung moderner Mörtel war die Verfügbarkeit von leistungsfähigen trockenen Bindemitteln zu Beginn des 19. Jahrhunderts. Die von Joseph Aspdin und Isaac Johnson entdeckte Herstellung von Portlandzement, die 1824 in Großbritannien patentiert wurde und die etwa zeitgleichen Erfolge im Bereich der industriellen Kalk-, Löschkalk- und Gipsaufbereitung, sind entscheidende Schritte in der Entwicklung von Mörteln. Zunächst lediglich zum Mauern eingesetzt, ging im 20. Jhd. aus der Existenz dieser Bindemittel (und hier insbesondere die Existenz von Zement) alle Arten von Spezialmörteln für die verschiedenartigsten Anwendungen hervor. Abgesehen von seiner Bedeutung für strukturelle Materialien (Beton) und sein Einsatz in Betonbauteilen und -Blöcken, wurde der Zement zur ersten Wahl auch für die nicht-tragenden Anwendungen wie beispielsweise Wandputz, Estrich und Fliesenverlegung.

Beim Wiederaufbau Europas nach dem Zweiten Weltkrieg wurden vermehrt Mörtel eingesetzt. Es bestand ein erhöhter Bedarf an Mauermörteln (sowohl frisch als auch handgemischt) und Putzen. Vorerst wurden alle Mörtel vor Ort in Trommelmischern gemischt, unter Verwendung von Zement, Sand, anderen Bindern (wie z. B. Kalk) und anderer Zusatzstoffe. In die Trommel wurde die benötigte Wassermenge zugefügt und der Frischmörtel wurde sofort verarbeitet. Abgesehen von der Arbeitskraft für das Mischen hatte diese Mischmethode einige zusätzliche grundlegende Nachteile:

­– Der Sand wurde oft lokal bezogen, nicht getrocknet oder untersucht und wies oft Verunreinigungen wie Lehm oder feine organische Partikel auf.

­– Offene Sandhäufen sind dem Wetter ausgesetzt.

­– Zement wurde meist in zu entsorgenden Säcken angeliefert.

­– Dosierungsschwankungen Sand : Zement.

­– Es war unmöglich, Zusätze in sehr kleine Mengen beizufügen.

­– Es gab keine Möglichkeit für die Bauherrn und Bauleiter (Architekten), zu überprüfen ob Zusätze überhaupt oder in den vorgegebenen Mengen eingesetzt wurden.

­– Es ergaben sich schwankende Mischverhältnisse Mörtel : Wasser (→ auch Ratio Wasser : Zement!).

Alles in allem kann gesagt werden, dass gute, gleichmäßige Mörtelqualität nur durch einen Mischprozess erreicht werden konnte, der von hochqualifizierten und erfahrenen Mitarbeitern durchgeführt wurde. Diese Mörtelzubereitung ist in West- und Zentraleuropa praktisch ausgestorben, kommt jedoch noch heute in den meisten Teilen der Welt zum Einsatz, selbst dann, wenn Hochleistungsmörtel eingesetzt werden sollen.

Die weitverbreitete Meinung, dass Handmischen (Bild 1) billiger sei als vorgemischte Mörtel zuzukaufen ist falsch: Den relativ preisgünstigen Rohmaterialien  stehen hohe Personalkosten und hoher Materialbedarf gegenüber (Materialverlust und dickerschichtigerer Einbau). Die einzige Richtlinie sollte der m²-Preis des eingebauten Mörtels sein.

Nicht zuletzt durch steigende Lohnkosten und Qualitätsprobleme und auch angetrieben durch eine immense Nachfrage und die Forderung nach Schnelligkeit und Leistungsfähigkeit auf den Baustellen, gewann das Prinzip des Vormischens aller Mörtelinhaltsstoffe und die Abfüllung dieses neuen Materials (= Trockenmörtel) in Säcke an Beliebtheit. Zu Beginn der 60er Jahre wurden Trockenmörtel zum Einsatz als Fliesenkleber, dekorative Putze und Bodenspachtelmassen eingeführt. Im gleichen Jahrzehnt stieg der Bedarf an Grundmörteln (Mauermörtel und Putze) weiterhin erheblich an. Für diese Produktgruppe war eine Verpackung in Einzelsäcke keine Lösung, da die Säcke teurer gewesen wären als ihr Inhalt (und sie mussten entsorgt werden). Aus diesem Grund verweilte die Anwendung in großen Mengen von Mauermörteln und Basisputzen in der „Steinzeit“ – sie wurden direkt auf der Baustelle von lose abgeladenen Vorratsbergen gemischt. Die in kleineren Mengen benötigten Spezialmörtel (z.B. Fliesenkleber) wurden schon früh vorgemischt angeboten und werden bis heute normalerweise in kleinen Chargen in Eimern und Wannen von Hand mit einem Mischaufsatz am Elektrobohrer vorbereitet.

2 Die Entwicklung von Trockenmörteln

Abgesehen von der Verfügbarkeit von sauberen, aufbereiteten und trockenen Sanden homogener Qualität, war ein wichtiger Schritt für die Produktion von fertig formulierten Trockenmörteln die Entwicklung von trockenen Additiven wie beispielsweise speziellen Zelluloseethern zur Wasserrückhaltung und Dispersionspulvern als zusätzliche flexible Bindemittel. Dies verhalf der Trockenmörtel-Technologie zu einem Durchbruch. Die Hochburg der technologischen Entwicklung war in Deutschland, wo sowohl die mengenmäßige Nachfrage für fast alle Anwendungen (Tabelle 1) als auch die Ansiedelung führender chemischer Zulieferanten die Entwicklung hochtechnischer Mörtel vorantrieb. Substanzielle Beiträge zu dieser Entwicklung kamen aus Italien (Fliesenkleber, Fugenmassen), Skandinavien (Selbstverlaufsmassen) und Frankreich („Monocouches“- einschichtige Putze) und schnell verbreitete sich die neue Technologie in ganz Europa. Nach der ersten Ölkrise 1973 wurde die Gebäudeisolierung sehr wichtig. Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) wurden entwickelt und auf den Märkten eingeführt, in Westeuropa durch gesetzliche Maßnahmen unterstützt. In den 1980er Jahren wurden Trockenmörtel auf allen Kontinenten etabliert. Die politischen Veränderungen der Warschauer-Pakt-Staaten brachte eine immense Nachfrage für nahezu alle Trockenmörtel-Anwendungen in Zentraleuropa in den 1990er Jahren. Das Jahr 2000 kennzeichnet den explosionsartigen Anstieg der Nachfrage in Asien, speziell in China und dem Mittleren Osten. Trotz der Finanzkrise und deren Auswirkungen auf das Bauwesen wird die globale Produktion von Trockenmörteln für 2010 auf 120 Mio. – 150 Mio. t geschätzt. Der Zusammenbruch mehrerer wichtiger Märkte in Europa (z. B. Spanien, Irland, Portugal und das Massengeschäft in Italien) wird kompensiert durch das Wachstum großer Märkte wie Türkei, Brasilien und China.

3 Silologistik und Maschinen für Mörtel

Die Verwendung von logistischen Hilfsmitteln und die Maschinen für Grundmörtel (hohe Volumina) und wurden erst zu einer wirtschaftlichen Notwendigkeit als im ausgehenden 20. Jahrhundert die Lohnkosten anstiegen und die Bauprojekte immer größer wurden. Die eingesetzten Maschinen wurden entwickelt um Mischhomogenität und Leistungsfähigkeit zu verbessern. Trockenmörtellieferungen in Silos sind dann sinnvoll, wenn große Mengen ein und desselben, maschinenverarbeitbaren Materials zum Einsatz kommen. Dies schließt Spezialanwendungen (wie Fliesenkleber und Fugenmassen) aus, bei denen viele verschiedene Produkte in einem relativ langsamen, manuellen Prozess verarbeitet werden. Aus diesem Grund sind die Hauptanwendungen für Silolieferungen:

– ­Mauermörtel

­– Zement- oder Anhydrit-basierte Fließestriche

­– Zementäre Außenputze

­– Innenputz und Gipsputz

­– (neue Anwendung) Kleber und Armiermörtel für WDVS

Der logistische Prozessablauf erfordert technologische spezialisierte Anlagen (Tabelle 2).

Um 1970 stellten Putzmeister (Bild 2) und pft eine Kombination aus Mischer und Pumpe vor, die eine einfache Beförderung über mehrere Stockwerke ermöglicht (besonders zum Einsatz bei Putzen und Estrichen). Diese Anlage wurde schnell auf die Handhabung von Schüttgütern angepasst. Die ersten kompletten Systeme wurden in den 1970er Jahren von m-tec entwickelt – eine Tochtergesellschaft von Mathis (Maxit, heute Teil von Saint Gobain Weber).

4 Mobilsilo-Technologie

Nach der Entwicklung zuverlässiger Mischanlagen war es nur noch ein kleiner Schritt, um die üblichen Baustellenbelieferungen mit Trockenmörteln in 25 kg- bis 40 kg-Säcken durch die Anlieferung in Silos zu ersetzen. Die Dynamik dieser Entwicklung hatte folgende Gründe:

– große Nachfrage in Stadtgebieten

­– engmaschiges Netz von Trockenmörtelherstellern (2009 ca. 800 km; Lieferradius für Mauermörtel ca. 100 km)

­– Reduzierung von Abfallmaterial (leere Säcke, Paletten)

– verminderter Materialverlust (offene Säcke, Rieselgut)

­– Leistungsverbesserung

­– optimierter Platzbedarf auf den normalerweise beengten Baustellen

­– Notwendigkeit der Gewährleistungsübernahme ↔ gleichbleibende Qualität

Ein komplettes Silosystem besteht aus folgenden Komponenten:

Silos gibt es in verschiedenen Größen von 10 m³ bis 15 m³, ihre Höhe liegt im Allgemeinen zwischen 4 m und 5 m. Sie benötigen eine Basisfläche von weniger als 4 m². Es gibt auch kleinere Silos (z. B. für farbige Putze oder WDVS-Kleber von Sto, dies sind < 1 m³-Silos und werden mit einem Gabelstapler aufgestellt) und Silosysteme für flüssige Komponenten. Silos sind normalerweise mit einem Mannloch, einer Befüllungsdüse, einer Druckentlastungseinheit und einer Auslassdüse mit Ventilklappe ausgestattet. Weiterhin sind sie ausgerüstet mit einem Anschlussflansch für lineare Beschickung. Für die pneumatische Förderung mit Drücken bis zu 6 bar ist ein spezielles Silodesign notwendig.

Der Silosteller-LKW (Bild 3) bringt die befüllten Silos zur Baustelle und nimmt leere Silos mit zurück. Der auf den LKW installierte Aufstellemechanismus wird meist durch ein separates System mit hydraulischen Motoren angetrieben. Es gibt auch Trailer mit Siloaufstellern, die zwei Silos gleichzeitig transportieren können. Zu jedem LKW gehören gewöhnlich 25 bis 35 Silos.

Ein Silo-LKW transportiert gewöhnlich bis zu 20 t Trockenmörtel, er dient zur Belieferung von großen Baustellen, auf denen die Silos längere Zeit vor Ort verbleiben. Das Material wird pneumatisch in den Baustellensilo gefördert, dieser verbleibt bis zum Abschluß der jeweiligen Baustelle vor Ort und wird anschließend von einem Silosteller-LKW abgeholt. Auf diese Art und Weise kann ein und dasselbe Silo für verschiedene Materialien in den verschiedenen Bauabschnitten genutzt werden.

Die Frage nach der benötigten Anzahl von LKW für eine bestimmte Anzahl von Silos ist komplex: Dies ist abhängig vom Produktbestand, von der Größe des Kunden, von Lieferradius und Umfang des Bauprojekts, um nur einige der wesentlichen bestimmenden Faktoren zu nennen. Auf einem gesättigten Markt wie Deutschland vergeben viele Mörtelhersteller die Aufstellung der Silos an logistisch spezialisierte Subunternehmen, die ­diese Aufgaben leistungsfähiger durchführen können, da sie für mehrere Trockenmörtelhersteller arbeiten. Dies vermindert die Kosten für Kunden als auch Lieferanten.

5 Maschinenverarbeitung an Baustellen

Insgesamt unterscheidet man vier unterschiedliche Systeme zur Maschinenverarbeitung von Trockenmörteln auf Baustellen:

Diese einfache Anlage wird direkt unter dem Silo aufgebaut und mischt eine volumetrisch dosierte Menge Mörtel mit ­einer ebenfalls einstellbaren Menge Wasser. Der Auswurf erfolgt in eine Schubkarre oder in Mörtelwannen, die anschließend durch einen Kran an die Verarbeitungsstelle verbracht werden können.

Diese Anlagen bestehen aus einer Mischkammer und einer Schraubenpumpe (mit zusätzlicher Mischtätigkeit), die Pumpe ist in der Lage, feuchtes Material bis zu 50 m zu fördern, bis zu einer maximalen Höhe von 30 m.

Bei dieser Technologie wird das Trockenmaterial durch Luftdruck in einen Behälter verbracht, in dem es entweder durch einen Durchlaufmischer oder eine kombinierte Mischpumpe (Bild 4) läuft und mit Wasser gemischt wird, um auf Wand oder Boden verarbeitet zu werden.

Eine auf LKW montierte Mörtelanlage besteht aus einem Trockenmörtelsilo, einem Wassertank, einer Dosierungs- und Wiegeeinrichtung und einer kombinierten Mischpumpe. Diese LKW liefern Fließestriche in das Gebäude; diese Technologie findet ausschließlich in Skandinavien Anwendung und ebenda fast nur bei Optiroc/Maxit (jetzt Saint Gobain Weber).

6 Strategien und Marktentwicklung

Um die Silosysteme (sowie die dazugehörigen Anlagen) einzuführen, bereiteten in den 1980er Jahren Firmen wie Maxit, Hasit, Quick-Mix und andere den Weg, indem sie sowohl Silos als auch Maschinen den Anwendern gratis zur Verfügung stellten. Es stellte sich jedoch schnell heraus, dass die Anlagen durch nachlässigen Gebrauch, mangelhafte Reinigung der Schrauben und Kammern nach Gebrauch und andere Nachlässigkeiten ­erhöhtem Verschleiß ausgesetzt waren und viel Wartung und Reparatur benötigten. Ab 1980 wurden die alten Vereinbarungen durch Leasingverträge ersetzt und heute verfügen in Zentraleuropa die meisten Verarbeiter über eigene Maschinenparks und kümmern sich um deren Wartung und Instandhaltung selbst.

Seit Mitte der 1990er Jahre findet in Europa eine Silo-Positionierungsabgabe der Trockenmörtelhersteller Anwendung, in Deutschland beträgt diese ca. 100 € (beinhaltet Aufstellung und Abholung des Silos).

Der Erfolg der Silotechnologie war atemberaubend: während vor 1960 noch nahezu alle Mörtel vor Ort aus Sand, Zement und (manchmal) flüssigen Additiven gemischt wurden, ersetzten in den 1960er Jahren abgepackte Materialien die Handmischungen; mit der Einführung von Maschinen und Silos in Westeuropa wurde ab 1980 die Sackware innerhalb von nur einem Jahrzehnt durch Silolieferungen ersetzt. Ein weiterer Effizienzschub fand in den späten 1990er Jahren in Spanien, England, Frankreich und Deutschland statt als eine verbesserte Leistungsfähigkeit zur dringenden Notwendigkeit wurde (siehe Beispiel unten). Neue Anwendungen, die heute einen beträchtlichen Umfang erreichen (WDVS) durchlaufen derzeit einen großen Veränderungsprozess von Hand- hin zur maschinenunterstützten Verarbeitung.

Michelberger, Friese und Kamp [1] führten eine Schätzung bezüglich der Leistungsfähigkeit durch, in der Handmischung und Einsatz einer Mischpumpe verglichen werden: Die Lohnkosten für die eine Fläche von 500 m² Außenputz (bei niedrigen Löhnen von 0,44 €/Std und 0,54 Euro/Std.) lagen bei 175 € bei Handmischung gegenüber 52 € für Trockenmörtel mit Mischpumpe. Weiterhin lag die Fläche/Tag bei Handmischen mit 80 m² niedrig und beim Einsatz einer Mischpumpe deutlich höher, nämlich bei 250 m².

7 Beispiel für verbesserte Leistung (Hauptfaktor)

Deutschland erlebte von 1996 bis 2007 eine Rezession. In diesem Zeitabschnitt zeigte das gesamte Bauwesen ein Wachstum von Null oder ein Negativwachstum, der Personalbestand wurde um die Hälfte vermindert von über 2 Mio. Arbeitnehmer auf unter 1 Mio. Arbeitnehmer. Infolge der steigenden Nachfrage im Bereich der Renovierungen stieg jedoch der Umsatz von Trockenmörteln jedes Jahr stetig an, mit niedrigen zweistelligen Wachstumsraten – es kann gesagt werden, dass die Leistungsfähigkeit in dieser Zeit um 100 % verbessert wurde, dies auch durch den weit verbreiteten Einsatz von Silotechnologie.

In den 1980er und 1990er Jahren breitete sich der Einsatz von Silotechnologie von Deutschland aus in fast alle westeuropäischen Märkte aus (Tabelle 3). Die wichtigsten Promoter dieser Technologie sind natürlich Großhersteller wie Maxit (heute Saint Gobain Weber), Quick-Mix, CPI (GB seit 1992), Optiroc (später Maxit, LKW-Pumpen) Koch Marmorit (Knauf), Röfix (heute Hasit/Fixit), Hasit, Quarzolith (A) und Baumit (A). Außerhalb Europas besteht heute ein bedeutender Markt für Silo-Trockenmörtel nur in China. Eine Schätzung des Autors für 2009 beziffert die heute in Europa verwendeten Silos mit über 100 000, hauptsächlich in Größen von circa 15 m³.

Die Silotechnologie findet heute in ganz West- und Zentraleuropa, in Teilen von Asien und Brasilien Einsatz. Seit dem Jahr 2000 wurde sie in China eingeführt, unterstützt durch die  Gesetzgebung der chinesischen Regierung und der Stadtparlamente. Was diese Technologie insbesondere vorantreibt ist die Notwendigkeit von Schnelligkeit und Leistungsfähigkeit, Verkehrsüberlastung, große und enge Baustellen und erhöhte Qualitätsanforderungen. Heute ist in Europa die „Silobesiedelung“ natürlich am dichtesten in Deutschland, gefolgt von Spanien, England und anderen europäischen Ländern wie Frankreich und Italien (Tab. 4).

8 International agierende Unternehmen

Ein starker Konsolidierungsprozess der (Volumen-) Mörtelhersteller setzte in der Mitte der 1990er Jahre ein. Heute werden die wichtigsten Märkte in Europa von Konzernen beherrscht, angeführt von Saint Gobain Weber (früher Optiroc/Maxit-Aktivität). Diese Firmen fungieren ebenfalls weltweit als Promoter der Technologie. Mörtelhersteller können in zwei verschiedene Typen eingeteilt werden, oftmals pflegen die Großhersteller von Mörteln eine gewisse Nähe zu oder aber sie gehören Zementherstellern, Spezialmörtelhersteller sind zumeist Konzerne in Familienbesitz (Mapei, Ardex, Custom Building Products, etc.) Es gibt auch kleinere und größere Firmen mit kombinierten Portfolios (z. B. Quick-Mix). Saint Gobain Weber, bis 2004 eine Spezialmörtelfirma (Weber et Broutin), wurde dann durch den Zukauf von Maxit zum Weltmarktführer der Trockenmörtel mit einer Mehrkanal-Strategie (Tabelle 5).

Die Siloanlieferung der Mörtel erfordert eine enge Zusammenarbeit der Lieferanten mit den Kunden. Nur so kann der komplexe Logistikprozess profitabel genutzt werden. Weiterhin müssen die Mörtelproduktionsstätten relativ nahe am Markt installiert sein, um den Einsatz der Lieferfahrzeuge (Silosteller-LKW, Silo-LKW) zu optimieren. Aus diesem Grund müssen die Großhersteller gut im jeweiligen Gebiet verwurzelt und vernetzt sein, um auf dem Markt konkurrenzfähig zu bleiben (Tabelle 6).

9 Zukunftstrends

Da die Trockenmörtelmärkte eher außerhalb Europas wachsen (Tabelle 7), werden Silologistik und der Einsatz von Baustellenmaschinen ebenfalls eher dort zunehmen. Ein weiterer Grund für das Wachstum von Silotechnologie außerhalb Europas ist die Tatsache, dass der europäische Markt derzeit eine Mörtel-Überkapazität aufweist. So haben in den letzten Jahren große Mörtelhersteller intern die Produktion gesenkt und die Expansion gedrosselt, um das Angebot zu verringern.

Natürlich bestehen für die Silotechnologie in den stark besiedelten Gebieten Ostchinas ideale Bedingungen, nicht nur in der Hauptstadt Beijing und der Großstadt Shanghai sondern auch in zahlreichen anderen Megastädten von Tianjin im Norden bis nach Guangzhou und Hongkong im Süden des Landes. Auf diesen Märkten wird die Trockenmörteltechnologie von meist unerfahrenen, ungeschultem Personal (Wanderarbeiter) bedient. Aus diesem Grund sind die Herausforderungen für die Industrieanlagen wie folgt:

­– einfache Bedienung der Anlagen

­– robuste und witterungsresitente Ausführung

­– (standardisierte) Ersatzteillieferung in alle Einsatzgebiete der Maschinen

­­– Maschine mit hohem Ausstoß

Zahlreiche Maschinenhersteller sind inzwischen in China entstanden (und auch die führenden europäischen Hersteller sehen sich gezwungen in China vor Ort zu produzieren). Chinesische Hersteller werden nach Asien und nach anderen Kontinenten expandieren sobald die Nachfrage in China stagniert.

Aufgrund ihrer hervorragenden Leistungsfähigkeit auf engen Baustellen wird die Silotechnologie in fast allen ­Großstädten weltweit benötigt werden. Außerhalb von China sind die derzeitigen Hotspots bezüglich Bevölkerungsdichte, veralteter Infrastrukturen und dadurch verursachte Verkehrsprobleme Mexico City, Sao Paulo, Rio de Janeiro, New York City, Los Angeles, Moskau, Istanbul, Kairo, Osaka, Tokio, Seoul, Mumbai, Delhi, Kalkutta, Singapur, Jakarta, Bangkok, Kuala Lumpur – um nur einige zu benennen. In einem Großteil dieser Städte werden Baustoffe bereits von Technologie-Pionieren in Silos angeliefert. Aus verschiedenen Gründen warten Megastädte wie ­Bogota, Kinshasa, Lagos, Teheran, Dhaka, Manila noch immer auf die Einführung technisch komplexer Mörteltechnologie und können somit die Vorteile von Mörteln in Silos (noch) nicht nutzen.