Titel: Erdmenger, über Portland-Cement aus dolomitischem Kalk.
Autor: Erdmenger, L.
Fundstelle: 1874, Band 214, Nr. X. (S. 40–48)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj214/ar214010

X. Ueber Portland-Cement aus dolomitischem Kalk; von Dr. L. Erdmenger.

(Fortsetzung der Abhandlungen des Verfassers in Dingler's polytechn. Journal, 1873 Bd. CCIX S. 286 und 1874 Bd. CCXI S. 13 u. ff.)

Es sei zunächst gestattet, eine ungenaue Angabe in der letzten Abhandlung zu berichtigen. Es ist nämlich zu der auf S. 16 (Bd. CCXI) gegebenen Tabelle IV als zugehörig die bereits auf S. 287 (Bd. CCIX) angeführte Analyse von Cement aus der Schicht a gestellt worden. Dieselbe entspräche einem Mischungsverhältniß der Rohmaterialien (Kalk und Thon, s. S. 286) von 1 : 18,5 und ergäbe ein Verhältniß der Säurebestandtheile zum Kalk von 1 : 1,9 (S. 289). Bei dem zu Tabelle IV (Bd. CCXI S. 16) benützten Cement waren indeß die erwähnten Rohmaterialien im Verhältniß von 1 : 15 gemischt, und stellt sich demnach die Zusammensetzung des Cementes folgendermaßen:

Kalk 50,4 Proc.
Magnesia 20,0
Kieselsäure 17,1
Thonerde und Eisenoxyd 11,1

und das Verhältniß der Säurebestandtheile zum Kalk ist hier (17,1 + 11,1) : 50,4 = 1 : 1,787.

Dagegen entspricht dem in der irrthümlich auf S. 16 angeführten Analyse enthaltenen Verhältniß 1 : 1,9 folgende Festigkeitstabelle:

Tabelle V.

Zu 1 Maßtheil Cement
wurden Maßtheile Wasser
zugesetzt
Absol. Festigkeit in Kilogramm pro Quadr. Centim.
nach 4 Tagen nach 20 Tagen
0,2941 7,15 13,01
0,3333 6,96 11,46
11,28
0,4615 3,72
4,20
10,21
7,91
8,68
0,6666 2,94
2,64
4,73
4,12

Es zeigt schon ein Vergleich der Tabelle IV mit der eben angeführten Tabelle V die größere Festigkeit des Cementes vom Verhältniß 1 : 1,9 gegenüber dem Cement vom Verhältniß 1 : 1,787.

|41|

Die Festigkeit einer Reihe Cemente, die aus denselben Rohmaterialien, demselben Kalk und demselben Thon, nur in verschiedenen Mischungsverhältnissen, hergestellt werden können, scheint demnach nicht nur abhängig vom Wasserzusatz sondern auch in gewissen Grenzen von der Höhe des Kalkgehaltes im Verhältniß zu den Säurebestandtheilen – demselben Verhältniß, dessen bereits früher (Bd. CCIX S. 289) gelegentlich des Treibens Erwähnung gethan wurde. Für stark magnesiahaltige Cemente ist dieser erwähnte Einfluß noch weiter aus folgender Tabelle VI ersichtlich.

Tabelle VI.

Textabbildung Bd. 214, S. 41

Zu der unserer Tabelle VI zu Grunde liegenden Cementreihe war die auf S. 286 (Bd. CCIX) angeführte Kalkschicht a verwendet worden. Der zugesetzte Thon findet sich ebenfalls daselbst angegeben. Derselbe wurde mit dem Kalk in den Gewichtsverhältnissen von 1 : 7, von 1 : 8 .... bis 1 : 18 gemischt. Die daraus resultirenden Verhältnisse der Säurebestandtheile zum Kalk sind in der obersten Horizontalreihe der Tabelle VI aufgeführt. Die senkrecht unter diesen Verhältnißzahlen stehenden Zahlenwerthe bezeichnen die absolute Festigkeit nach 15 Tagen und zwar bei Anwendung der rechts stehenden Wassermengen. Diese Tabelle lehrt, daß (wenigstens innerhalb 15 Tagen) die Festigkeit sinkt vom Verhältniß 1,39 ab bis etwa zu dem Verhältniß 1,71, von da ab aber im Allgemeinen steigt. Regelmäßiger als bei dem Wasserzusatz |42| 0,333 zeigt sich dieses Steigen bei den Zusätzen 0,500 und 0,666. Die Cemente der Verhältnisse 1,71 bis 1,87 waren im frischen Zustande bei 0,333 Wasserzusatz noch zu trocken; die Masse wurde noch zu wenig plastisch, um eine gleichmäßige und völlige Verbindung der Theilchen herbeizuführen. Das Verhalten war also so, als sei mit 0,333 Maßtheilen Wasser zu 1 M. Th. Cement das Minimalwasserquantum (Bd. CCXI S. 14 und 15) für jene Cemente noch nicht erreicht, daher wohl die geringere Festigkeit. Da wohl schon das Verhältniß 2,18 gegen späteres Treiben oder wenigstens (wenn auch oft äußerlich nicht sichtbar) gegen nachträgliche innere Lockerung und in Folge dessen wieder eintretendes Zurückgehen in der Festigkeit nicht mehr genügende Sicherheit bietet, würde bei beabsichtigter praktischer Anwendung der fraglichen Cemente – es gilt dies übrigens ganz ebenso von den gewöhnlichen Portlandcementen – etwa bei dem Verhältniß 2,13 die obere Grenze gezogen werden müssen. Nach unten läge für noch möglichst hohe Festigkeit die Grenze etwa bei 1,79.

Nach der Tabelle VI können also die Differenzen in den Festigkeiten bei demselben Wasserquantum, aber bei verschiedenen Verhältnissen der Säurebestandtheile zum Kalk sehr beträchtlich sein. Ein Cement, welcher mehr Magnesia enthält als ein zweiter Cement, kann demnach unter Umständen doch noch merklich höhere Festigkeit ergeben als der an Magnesia ärmere, sobald nämlich bei ersterem das Verhältniß der Säurebestandtheile zum Kalk günstiger liegt. Aus demselben Grunde kann auch ein Cement, der Magnesia in schon beträchtlicher Menge enthält, zuweilen größere Festigkeit ergeben als ein Cement, welcher von Magnesia ganz frei ist. Man muß nach obigem, um die Einbuße der Festigkeit durch Magnesiagehalt präciser ermessen zu können, magnesiafreie Cemente mit solchen magnesiahaltigen Cementen vergleichen, welche das gleiche Säureverhältniß zum Kalk aufweisen. Die drei zur Vergleichung dienenden Marken Nr. 3, 6 und 7 (Bd. CCXI S. 14 u. 15) zeigten die Verhältnisse 1 : 2,02; 1 : 1,80; 1 : 1,864. Die Kieselsäuremenge sowie die Menge der Sesquioxyde näherten sich bei den drei Cementen in der Weise, daß man diese Cemente als aus denselben Rohmaterialien (Kalk und Thon) nur nach verschiedenen Mischungsverhältnissen bereitet betrachten kann. Marke Nr. 3 würde nach den früheren Ausführungen dem höheren Verhältniß entsprechend eine größere Festigkeit unter sonst gleichen Umständen ergeben müssen, als die Marken Nr. 6 und 7, was ja auch, wie die Tab. II (Bd. CCXI S. 13 und 14) lehrt, thatsächlich der Fall ist. Von den in dieser Richtung noch weiter angestellten Versuchen mit direct zu besagtem Zwecke dargestellten Cementen aus magnesia-freiem |43| Kalk mögen vorläufig folgende Angaben genügen. Aus einem Kalk von der Zusammensetzung:

Kohlensäure 36,3 Proc.
Kalk 46,2
Kieselsäure 10,7
Thonerde und Eisenoxyd 5,5

und dem auf S. 286 (Bd. CCIX) angegebenen Thon wurden Cemente in den in nachstehender Tabelle VII vermerkten Verhältnissen dargestellt und ergaben folgende Festigkeitsresultate:

Tabelle VII.

Verhältniß
der Säurebestandtheile
zum Kalk.
Absolute Festigkeit in Kilogramm
pro Quadr. Centim.,
nach 20 Tagen.
Zu 1 Maßtheil Cement
wurden Maßtheile Wasser
zugesetzt
1,684 6,23
10,81
0,500
0,333
1,763 7,31
14,44
0,500
0,333
1,895 12,84
17,42
0,500
0,333


1,992
18,54
18,49
20,03
23,71
23,05
26,98






0,500


0,333

Es soll hiermit übrigens noch nicht gesagt sein, daß es unter allen Umständen empfehlenswert!) ist, im Kalkgehalt möglichst hoch zu gehen. Am meisten wird es dort erlaubt sein, wo die Mischgeräthschaften und Mischungsmethoden eine möglichst vollkommene und die gleichmäßigste Durchmischung garantiren. Da jedoch auch bei der größten Sorgfalt hierin die Cemente im frischen Zustande immer basischer sind als nach längerem Lagern, ist es stets von Vortheil die Cemente lagern zu lassen, um durch die atmosphärische Kohlensäure die Abstumpfung der ätzenden, treibenden Eigenschaften zu bewirken. Zur rascheren Abstumpfung kann man auch künstlich Kohlensäure zuführen durch doppelt-kohlensaures Natron oder 1 1/2fach-kohlensaures Ammoniak und zwar in diesem Falle am besten gleich beim Aufgeben auf die Zerkleinerungsmaschinen. Bei arg treibendem Cement wird die Verbesserung durch die Zeit äußerst langwierig und umständlich, auf künstlichem Wege aber sehr kostspielig und so auf beide Arten praktisch kaum ausführbar. Schlecht gemischte Cemente |44| treiben auch merklich bei hohem Thonzusatz, so daß in dem Falle der viele Thon noch keineswegs vor Treiben schützt. Er bewirkt dann oft ein Zerfallen des Brenngutes, ohne den Fehler des Treibens gänzlich zu beseitigen. Feinste Zertheilung der Rohmaterialien und homogenste Zusammensetzung derselben ist also vor allem nothwendig, während es weniger gefahrvoll ist, in der Menge des Thonzusatzes kleine Schwankungen unterlaufen zu lassen, da ja die Grenzen der Zusammensetzung, innerhalb deren alles noch Portlandcement wird, ziemlich weite sind – vom Verhältniß 1,4 etwa bis zum Verhältniß 2,1 reichen.* Es sei hierbei erwähnt, daß die zur Vergleichung angewendeten Marken Nr. 3, 6 und 7 mehrere Monate alt waren, dagegen die Magnesia enthaltenden Cemente stets ganz frisch zu den Versuchen benützt wurden.

Der Einfluß des Lagerns auf die Cemente wird noch einmal in einem späteren Aufsatze Gegenstand der Betrachtung werden und soll dann noch ausführlicher auf die schon (Bd. CCXI S. 16–21) erwähnte Contraction d.h. auf die Raumerfüllung des angemachten Mörtels aus reinem Cement im Verhältniß zum Volumen der Mischungsbestandtheile (Cement und Wasser) zurückgekommen werden. Wir werden dann sehen, daß sich die Contraction beim Lagern der Cemente verstärkt, daß mit der Zeit zur Erzielung eines bestimmten Consistenzzustandes immer weniger Wasser erforderlich, der Mörtel also immer dichter wird, andererseits aber auch die Erhärtung langsamer vor sich geht. Der frische Zustand der Cemente, namentlich etwa vorhandener freier Kalk influirt auf das Volum der aus einer bestimmten Anzahl Maßtheile Cement und Wasser erzielten Gußstücke sowie auf die Steifigkeit des Cementmörtels in einem Grade, daß die geringe Contraction der magnesiahaltigen Cemente sowie das Bedürfniß eines größeren Wasserzusatzes zum großen Theile dem frischen Zustande der Cemente zugeschrieben werden müssen. Es wurde ferner (Bd. CCIX S. 292 u. 293) den magnesiahaltigen Portlandcementen vorzugsweise die Eigenschaft zugeschrieben, daß von ihnen geformte |45| Kugeln sogleich unter Wasser gebracht werden könnten, ohne zu zerfallen. Es dürfte jedoch auch diese Eigenschaft zum großen Theile mit dem frischen Zustande der Cemente zusammenhängen. Es mögen diese Bemerkungen dem in den früheren Abhandlungen Erwähnten zur Berichtigung dienen, namentlich aber den Ausführungen auf S. 16–21 (Bd. CCXI) über das sogenannte Quellungsverhältniß, welches sonach theilweise dem frischen Zustande der Cemente zur Last gelegt werden muß.

––––––––––

Einige Berichtigungen und nebenbei gemachte Beobachtungen mögen als Nachträge folgen.

Nachtrag 1. Wünscht man einen bestimmten niedrigeren Festigkeitsgrad zu erzielen als reinem Cementmörtel entspricht, so wird man um so mehr inertes Material zumischen können, einer je höheren Festigkeit der Cement seiner Beschaffenheit nach entspricht (nach chemischer Zusammensetzung, Gleichmäßigkeit des Cementpulvers, Alter etc.). Der Grad des Sandzusatzes hängt also in der Hauptsache von der Festigkeit des reinen Cementmörtels ab. Daraus erhellt, daß stark magnesiahaltige Cemente, die ja unter sonst gleichen Umständen an Festigkeit gewöhnlichen Portlandcementen nachstehen, auch weniger Sandzusatz als letztere vertragen. Sie enthalten in der Magnesia gleichsam schon einen gewissen Theil Sand beigemischt. Die nachfolgenden Sandproben wurden von demselben 20 Proc. Magnesia enthaltenden Cement bereitet, der bereits zu den in Tabelle IV (Bd. CCXI S. 16) angeführten Proben benützt wurde, und dessen Analyse zu Anfang dieses Aufsatzes angeführt ist.

Tabelle VIII.


Bestandtheile des Mörtels.
Absolute Festigkeit in
Kilogramm pro
Quadr. Centimeter.

Alter.
1 Maß Cement 0,5 Maß Sand 0,500 Maß Wasser 5,12 15 Tage
1 „ „ 0,5 „ „ 0,666 „ „ 3,93 dto.
1 „ „ 0,5 „ „ 0,800 „ „ 2,62 dto.
1 „ „ 0,5 „ „ 1,000 „ „
2,22 dto.
1 „ „ 1,0 „ „ 0,500 „ „ 4,70 15 Tage
1 „ „ 1,0 „ „ 1,000 „ „
2,86 dto.
1 „ „ 2,0 „ „ 0,800 „ „ 4,00 40 Tage

Zum Vergleich wurden Mischungen von Cement der Marke Nr. 6 (Bd. CCXI S. 13) mit Sand auf Festigkeit geprüft. Es ist bei der nachfolgenden Tabelle IX der Consistenzgrad, welcher bei den verschiedenen |46| Wasserzusätzen erzielt wird, mit angegeben, weil die betreffenden Notizen auch auf die Verarbeitung von Portlandcement im Allgemeinen anwendbar sind. Dieser Cement war also magnesiafrei, mehrere Monate alt (ergab in Folge dessen eine viel bedeutendere Contraction) und zeigte ein höheres Verhältniß der Säurebestandtheile zum Kalk als der magnesiahaltige Cement der Tab. VIII.

Tabelle IX.

Bestandtheile
des
Mörtels.
Absolute Festigkeit
in Kilogramm pro
Quadr. Centim.
Consistenzgrad
des
Mörtels.

Alter.
Maß
Cement
Maß
Sand
Maß
Wasser
1 0,5 0,333 12,33 nicht mehr formbar 15 Tage
1 0,5 0,500 7,83 teigig
1
0,5 0,666 5,54 derbflüssig
1 1,0 0,333 12,05 nicht mehr formbar 40 Tage
1 1,0 0,500 10,40 kaum formbar
1
1,0 0,600 9,20 teigig
1 2,0 0,333 3,10* noch ziemlich trocken 60 Tage
1 2,0 0,500 4,74* noch nicht formbar
1 2,0 0,600 6,00 kaum formbar
1 2,0 0,800 7,25 teigig
1 2,0 1,000 6,04 fast derbflüssig

* Zu wenig Wasser; das Minimalwasserquantum noch nicht erreicht, daher die geringere Festigkeit.

Nachtrag 2. Der obige magnesiahaltige Cement ergab bei schwacher Rothglut 0,5 Proc. Glühverlust; Marke Nr. 6 – mehrere Monate gelagert – verlor bei derselben Temperatur 1,8 Proc. Ein Stück eines völlig erhärteten Gußstückes, das mit 0,5 Maß Wasser auf 1 Maß Cement angemacht worden war, erlitt bei obigem Magnesiakalkcement in schwacher Rothglut einen Verlust von 20 Proc.; Magnesia enthaltender Cement in schwacher Rothglut 7,46 Proc.; bei Cement der Marke Nr. 6 betrug der Verlust 7,90 Procent. –

In einzelnen ausnahmsweisen Fällen wurde bei 20 Proc. Magnesia enthaltendem Cement eine Festigkeit bis zu 22 Kilogrm. pro Quadr. Centim. innerhalb 9–15 Tagen erzielt (s. S. 288 Bd. CCIX). Meist jedoch war der zu diesen Proben verwendete Cement schon so kalkreich, daß später starkes Treiben eintrat (s. S. 292). Ebenso sind die nachtheiligen Erscheinungen (Treiben), welche früher (Bd. CCXI S. 21; zweite Zeile v. u.) der Magnesia zugeschoben wurden, auf zu hohen Kalkgehalt zurückzuführen. –

|47|

Heinrich Rose gibt an, daß die Magnesia, einer hohen Temperatur ausgesetzt, ein spec. Gewicht von 3,36 annehme, wodurch das hohe spec. Gewicht der abgehandelten Kalkmagnesiaportlandcemente erklärlich wird.

Nach Deville verliert weißgeglühte Magnesia ihre erhärtenden Eigenschaften entweder ganz oder doch auf Wochen hinaus. Nach den im folgenden Nachtrag 3 anzugebenden Versuchsresultaten scheint auch bei geringerem Erhitzungsgrade die Magnesia nicht unter allen Umständen als sehr merklich erhärtende Substanz aufzutreten. (S. hierüber auch Michaelis S. 45).

Nachtrag 3. Ein Kalk von der Zusammensetzung:

Kohlensäure 44,0 Proc.
Kalk 29,1
Magnesia 19,1
Kieselsäure 7,0
Thonerde und Eisenoxyd 1,2

also ein der Schicht b (Bd. CCIX S. 286) ähnlicher Kalk, wurde

1) bei so schwacher Temperatur erbrannt, daß nur die Magnesia ihre Kohlensäure verlor und der Kalk nun folgende Zusammensetzung zeigte:

Kohlensäure 27,69 Proc.
Kalk 35,36
Magnesia 25,19
Kieselsäure 9,00
Thonerde und Eisenoxyd 1,67

Zu Mörtel angemacht, wurden von diesem Kalke folgende absolute Festigkeiten constatirt:

Tabelle X.


Bestandtheile des Mörtels.
Absolute Festigkeit
in Kilogramm
pro Quadr. Centim.

Alter.
1 Maß Kalk 0,500 Maß Wasser 1,9 6 Tage
1 „ „ 0,666 „ „ 1,9 15 „
1 „ „ 0,666 „ „
2,2 25 „
1 Maß Kalk 0,500 Maß Wasser 0,5 Maß Sand 1,5 17 Tage
1 „ „ 0,500 „ „ 0,5 „ „ 1,8 25 „

Mit 2 und 3 Theilen Sand waren alle Proben, ob dünn oder mehr oder weniger derb angemacht, noch nach langer Zeit (bis 90 Tage) verhältnißmäßig sehr mürbe.

2) Der erwähnte Rohkalk wurde so gebrannt, daß außer der Magnesia auch der Kalk Kohlensäure verlor, und zwar etwa soviel Kalk, als zur Sättigung der vorhandenen thonigen Bestandtheile hinreichte. Die chemische Zusammensetzung des so verbrannten Kalkes war folgende:

|48|
Kohlensäure 13,9
Kalk 42,4 (davon anzunehmen 17,5 an Kohlensäure gebunden
und 24,9 disponibel).
Magnesia 30,2
Kieselsäure 10,8
Thonerde und Eisenoxyd 2,0

Mit Wasser angemacht, ergab dieser Kalk folgende Festigkeit:

Tabelle XI.

Bestandtheile des Mörtels. Absolute Festigkeit nach 30 Tagen.
1 Maß Kalk und 0,500 Maß Wasser 3,97
1 „ „ „ 0,500 „ „ 4,85
1 „ „ „ 0,500 „ „ 5,73
1 „ „ „ 0,333 „ „ 7,25
1 „ „ „ 0,333 „ „ 6,17

Die Festigkeit ist also hier weit beträchtlicher als bei der in Tabelle X verzeichneten Proben, wo die Erhärtung lediglich durch die freie Magnesia vor sich gehen sollte.

|44|

Nebenbei bemerkt, ist die bereits (S. 290) erwähnte Probe des sofortigen Einlegens von Kugeln oder Gußstücken in Wasser die empfindlichste Probe gegen Treiben, weit sicherer noch als die Probe mit den Reagensgläschen. An der Luft gelegene Gußstücke können viele Monate alt sein, erhebliche Festigkeit gezeigt haben ohne Anzeichen von Treiben; sobald sie aber dann noch in Wasser gelegt werden, treiben sie hinterher gleichwohl noch häufig. Vorher hatte der freie Kalk kein Wasser mehr, um es anzusaugen und zu krystallisiren. Jetzt aber, in Wasser gelegt, saugt etwaiger freier Kalk, welcher dann durch das ganze Gußstück hindurch vertheilt ist, das Wasser zunächst an der Oberfläche an, dieselbe wird angegriffen und so dem Wasser allmälig der weitere Weg nach innen gebahnt. Zeigt eine Kugel oder ein Gußstück – in Wasser gelegt, sobald sie es vertragen – auch nach 6 Wochen kein Treiben, so kann der Cement als von diesem Fehler ganz frei oder bis zu einem nicht mehr Gefahr bringenden Grade frei betrachtet werden.

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