Titel: Erdmenger, über Veränderungen des Cementes durch Lagern.
Autor: Erdmenger, L.
Fundstelle: 1875, Band 215 (S. 538–552)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj215/ar215142

Ueber Veränderungen, welche Portlandcement durch Lagern erleidet; von Dr. L. Erdmenger.*

Beim Durchgehen der vielen über Portlandcemente veröffentlichten Analysen fällt es auf, daß ein selten fehlender wichtiger Bestandtheil oft gar nicht, oft nur summarisch mit anderen in geringer Menge vorhandenen Bestandtheilen (als Rest etc.) aufgeführt wird; es ist dies die Kohlensäure. Der frische Portlandcement ist kohlensäurefrei. Aber jeder Cement – auch der von disponiblem Kalk möglichst freie – zieht beim Lagern Kohlensäure an und zwar allmälig mehr, je länger er lagert. Es wird dadurch die procentische Zusammensetzung des Cementes mehr und mehr verschoben, wie beispielsweise folgende Vergleichung zeigt.

Ein Portlandcement war im frischen Zustande nach den wesentlichen Bestandtheilen zusammengesetzt aus:

Kieselsäure 23,7 Proc.
Thonerde und Eisenoxyd 9,0 „
Kalk 65,0 „
Kohlensäure

Derselbe Cement zeigte, 8 Monate alt (3 Centim. hoch gelagert), die Zusammensetzung:

|539|
Kieselsäure 23,2 Proc.
Thonerde und Eisenoxyd 8,8 „
Kalk 63,5 „
Kohlensäure 2,2 „

Fünf Monate alt, zeigte der betreffende Cement einen Kohlensäuregehalt von 1,8 Proc. Seine Zusammensetzung läßt sich leicht berechnen:

Kieselsäure 23,3 Proc.
Thonerde und Eisenoxyd 8,8 „
Kalk 63,8 „
Kohlensäure 1,8 „

Nur beim Kalk gelingt es, die Abweichung mit größerer Sicherheit durch chemische Analyse zu bestimmen; bei den übrigen Bestandtheilen sind die Differenzen zu gering.

Mit der Kohlensäure-Absorption vollziehen sich ganz bestimmte Veränderungen in der Beschaffenheit des Cementes, in seinem Verhalten beim Anmachen mit Wasser. Bis zu einem gewissen Grade verbessert sich der Cement fast ausnahmsweise durch jene Absorption; er löscht sich, so zu sagen, ab. Zu viel Kohlensäure schwächt ihn aber wieder in seiner Festigkeit, beeinträchtigt demnach ebenfalls etwas seine Güte. Der frische Cement besitzt das höchste specifische Gewicht. Der oben angeführte Cement zeigte frisch ein spec. Gewicht von 3,20, nach Aufnahme von 1,8 Proc. Kohlensäure dagegen nur von 3,00 und noch einige Monate später, bei 2,2 Proc. Kohlensäuregehalt, nur ein spec. Gewicht von 2,96.

Eine renommirte englische Marke, welcher frisch ein spec. Gew. von 3,09 zukam, ging herab auf ein spec. Gew. von 2,85, nachdem sie im Zimmer circa 1 Decimeter hoch ein Jahr gelagert hatte. Der Kohlensäuregehalt betrug nach dieser Frist 2,1 Proc.

Der frisch gezogene Cement erwärmt sich in den bei Weitem meisten Fällen erheblich beim Anmachen mit Wasser. Zu den Temperaturbestimmungen wurde ein cylindrisches Blechgefäß von 6 Centim. Höhe und 4 Centim. Weite jedesmal mit 60 Grm. Cement gefüllt, dieser mit 20 K. C. Wasser unter Anwendung eines starken Eisendrahtes angerührt und hierauf das Thermometer bis auf den Boden des Gefäßes eingesteckt, nachdem man vorher die Temperatur der Cementprobe abgelesen hatte. Das Thermometer muß cylindrisch sein und darf nicht in eine Kugel verlaufen, da es bei frischen Cementen oft stark einbäckt, dann aber schwierig herausgezogen werden könnte. Aus demselben Grunde darf das Thermometer nicht zu zerbrechlich sein. Die 60 Grm. Cement füllen, lose eingeschüttelt, ein Gefäß von 40 K. C. aus, so daß |540| annähernd auf 1,0 Maß Cement 0,5 Maß Wasser zugegeben wird. Um Vergleichsresultate zu erhalten, muß man auf dieselbe Gewichtsmenge Cement auch stets dieselbe Wassermenge innehalten, da die Temperatursteigerung mit der Verringerung des zugesetzten Wasserquantums zunimmt. In folgenden Beispielen ist jedesmal die Zeit angegeben, in welcher die Erwärmung ihr Maximum erreichte.

Tabelle a.

Auf 1 Maß Cement wurden gegeben:
0,500 Maß Wasser. 0,333 Maß Wasser.
Temperatur-Erhöhung der Probe 1 2,5° in 70 Minuten 5,0° in 25 Minuten
„ „ „ 2 6,0 „ 100 „ 13,0 „ 20 „
„ „ „ 3 7,0 „ 105 „ 13,5 „ 25 „
„ „ „ 4 6,5 „ 14 „ 9,5 „ 10 „
„ „ „ 5 11,5 „ 31 „ 19,0 „ 25 „
„ „ „ 6 2,0 „ 7 „ 4,5 „ 5 „
„ „ „ 7 13,3 „ 18 „ 17,0 „ 12 „
„ „ „ 8 9,0 „ 15 „ 12,0 „ 10 „
„ „ „ 9 4,5 „ 165 „ 12,6 „ 120 „
„ „ „ 10 5,0 „ 5 „ 7,4 „ 2 „
„ „ „ 11 6,6 „ 102 „ 13,0 „ 20 „
„ „ „ 12 7,0 „ 105 „ 13,5 „ 25 „
„ „ „ 13 8,0 „ 90 „ 11,0 „ 65 „

Ferner nimmt die Temperatursteigerung zu mit der Feinheit des Pulvers; bei Zusatz von 20 K. C. Wasser auf 60 Grm. Cement zeigten die Proben A bis D folgende Temperaturerhöhungen.

Tabelle b.

Durch ein Sieb
von 500 Maschen
pro Qu. Cm.
gesiebt.
Durch ein Sieb
von 300 Maschen
pro Qu. C.
gesiebt.
Das auf dem
Siebe von 300
Masch. pro Qu. C.
zurückbleibende.
Temperatur-Erhöh. bei Probe A 10,5° in 15 Min. 8,0° in 15 M. 4,0° in 45 Min.
„ „ „ B 11,0 „ 18 „ 9,0 „ 21 „ 3,0 „ 40 „
„ „ „ C 8,0 „ 15 „ 6,0 „ 15 „ 4,0 „ 30 „
„ „ „ D 9,0 „ 7 „ 8,0 „ 11 „ 5,0 „ 18 „

Es ist daher immer bei Vergleichen zu empfehlen, Cemente von annähernd gleicher Feinheit zu verwenden. Es wurden deshalb die Proben sämmtlich durch ein Sieb gesiebt, welches auf den Qu. Cm. 500 Maschen enthielt, und das auf diesem Siebe zurückbleibende Grobe fern gehalten.

Scheint ein Cement von solcher Feinheit bei 0,5 Maß Wasserzusatz auf 1 Maß Cement sich nicht zu erwärmen, so kann man die Temperaturprobe sowohl durch immer weitere Verringerung der Wassermenge, |541| sowie auch durch noch feinere Pulverisirung der Probe immer empfindlicher machen; man erzielt auf diese Weise schließlich oft noch ganz deutliche Temperaturerhöhung. So zeigte z.B. ein Cement bei 0,500 Wasser oft gar keine, zuweilen 1° Erwärmung an, bei 0,333 Wasser dagegen 3,5 bis 4,5° in 5 bis 7 Minuten. Ein zweiter Cement ergab bei 0,500 Maß Wasser 0,0°, bei 0,333 Maß Wasser 2,0° Temperaturerhöhung in 1 Minute.

Ehe die Proben angemacht werden, muß man übrigens jedesmal das Cementpulver abkühlen lassen. Jedes die Mühle verlassende Mahlgut, ebenso auch frisch gestampfter Cement sind, wenn auch scheinbar oft kalt, doch meist noch deutlich warm. Ebenso ist es bei Temperaturschwankungen im Zimmer nöthig, namentlich bei langsam steigender Erwärmung des angemachten Cementes, die Differenzen der Zimmertemperatur mit Hilfe eines zweiten Thermometers in Berücksichtigung zu ziehen.

Auf die angegebene Weise geprüft, ergeben viele im Handel vorkommende, auch renommirte Marken noch eine mehr oder weniger starke Temperaturerhöhung. So z.B. zeigte bei 0,5 Wasser

ein englischer Cement 7 bis 8° Erwärmung in 5 bis 7 Minuten
eine gute deutsche Mark 8° „ „ 5 „
eine jüngere deutsche Marke 9° „ „ 15 „

Andere Marken erwärmen sich bei der erwähnten Prüfung nicht mehr. Indeß enthält, wie bereits angeführt, jeder Cement schon nach kurzer Zeit Kohlensäure, welche ebenso wie Feuchtigkeit die Erwärmungsfähigkeit abstumpft. Selten findet man unter 0,5 Proc. Kohlensäure, weist zwischen 1,0 und 3,0 Proc. Formt man sich aus Cement, der gar kein Erwärmen erkennen läßt, Gußstücke, und brennt dieselben nach einigen Wochen Erhärtungsfrist im Probirofen bis zur Cementgare und pulverisirt die erhaltenen Cementstücke, so erhält man den Cement wieder in frischem Zustande. Es tritt nun eine Erwärmungsfähigkeit fast stets sehr deutlich hervor, ohne daß damit gesagt ist, daß der Cement auch bei seinem erstmaligen frischen Zustande genau dieselbe Erwärmungsfähigkeit gehabt habe, da der Grad und die Zeit des Eintrittes der Erwärmung auch von der größeren oder geringeren Schärfe des Brandes etc. beeinflußt wird. So wurden z.B. die Gußstücke der Marken Nr. 3, 6 und 7 (s. 1874 211 13) in der eben hervorgehobenen Weise behandelt und ergab sich für

Nr. 3 eine Temperatur-Erhöhung von 10 bis 11° in 5 Minuten
Nr. 6 „ „ „ 11° in 10 „
Nr. 7 „ „ „ 9° in 15 „
|542|

Dagegen betrugen die Erwärmungen dieser Marken bei ihrer Anwendung zur Aufstellung der Festigkeitstabellen (a. a. O. S. 13) nur 0 bis 1°, 0 bis 2° und 0°. Ein Theil dieser so geringe Erwärmung zeigenden Cementpulver wurde einer etwas geringeren Temperatur als der Cementgare ausgesetzt und zeigte dann, wie auch vorauszusehen war, noch nicht die ganze Erwärmungsintensität des gar erbrannten Pulvers. Die Temperaturen betrugen nämlich in diesem Falle bei:

Nr. 3 6,0° in 13 Minuten
Nr. 6 7,5° in 10 „
Nr. 7 5,0° in 12 „

Wollte man bei Cementen, welche in kurzem Zeitraum (in etwa 0,2 bis 10,0 Minuten) sich erheblich erwärmen, warten, bis durch Lagern eine merklichere Abstumpfung der Erwärmungsfähigkeit eintritt, so würde dies in den meisten Fällen sehr lange dauern. Am raschesten geht dieser Löschproceß noch in den oberen Cementlagen vor sich. So zeigte ein frischer Cement eine Erwärmung von 10° in 6 bis 8 Minuten. Nach 4 Wochen erwärmte sich die oben aufliegende Schicht noch um 6 bis 7° in 15 Minuten, die mehrere Centimeter tiefer liegende Schicht noch um 8 bis 9° in 10 Minuten. Entsprechend diesem Verhalten würde eine Untersuchung für die oben aufliegende Cementschicht auch schon etwas mehr Kohlensäure ergeben haben als für die tiefer liegende. Es kommt wohl auch vor, daß frischer Cement sich beim Anmachen nur wenig oder ganz allmälig, erst während eines Zeitraumes von oft 2 bis 4 Stunden und darüber erwärmt. Doch hat man die Erlangung einer solchen Beschaffenheit des Cementes wohl kaum in der Gewalt. Es hängt dies, wie es scheint von gewissen Modificationen der Brände ab, wonach ein Cement, welcher stets aus denselben Rohmaterialien und in stets gleicher Zusammensetzung hergestellt wird, doch sich in Betreff des spec. Gew., der Farbe, der Erwärmungsfähigkeit, der Abbindezeit deutlich verschieden in verschiedenen Fällen verhalten kann, während er in Bezug auf Treiben sich in jedem dieser Fälle gleich verhält, entweder niemals oder jedesmal treibt, wie er auch sonst ausfallen mag.

In den meisten Fällen würde bei rasch angehendem Cement eine natürliche Abstumpfung viel Zeit und sehr ausgedehnte Lagerräume erfordern, wobei noch der Cement, ganz flach lagernd, oft umzustechen wäre. Schneller läßt sich bei derartigem Cement die Ablöschung auf künstliche Weise vornehmen durch Zusatz von Kohlensäure abgebenden Salzen (Natrium-, Ammoniumbicarbonat oder Sesquicarbonat etc.). Man hört zuweilen die Bemerkung, daß die Alkalien einen sehr wichtigen Bestandtheil |543| des Cementes bildeten. Diese Annahme stammt wohl vom Hörensagen, daß viele Fabriken ihren Cementen in den Zerkleinerungsmaschinen Alkalien beimischen. Doch geschieht dies dann meist in Form von Kohlensäure abgebenden alkalischen Salzen, und ist hierbei der Zweck, durch die Kohlensäure-Einführung eine Milderung der Intensität des Erwärmens und Ansaugens der Cemente zu bewirken. Die alkalische Base bindet die möglicherweise sich bildende Schwefelsäure gegen Kohlensäure-Abgabe und wirkt so vielleicht schädlicher Gypsbildung entgegen; sonst aber bringen die alkalischen Basen dem Cement wohl kaum einen Nutzen. Die Wirkung stellt sich bei solchen Zusätzen daher so dar, als ob vorhandenes freies – oder richtiger gesagt – frei werdendes Calciumoxyd abgestumpft, d.h. in kohlensauren Kalk übergeführt würde. Diese Annahme wird dadurch bestätigt, daß man bei solchem rasch angehenden Cement denselben statt durch Kohlensäure auch durch andere Mittel abstumpfen kann, welche freies Calciumoxyd ebenfalls chemisch binden, so z.B. durch Wasser. Das Wasser kann man wie die Kohlensäuresalze gleich in den Zerkleinerungsapparaten mit dem Cement aufgeben. Bei 0,5 Proc. Wasser und selbst darüber (auf 25 Kilogrm. Cement 125 Grm. Wasser) hat man noch keineswegs einen den Gang der Mühlen erschwerenden Feuchtigkeitsgrad zu befürchten. Der Cement verläßt vielmehr die Mühlen ganz trocken, doch in seiner Erwärmungsintensität merklich herabgestimmt. Indeß übt die Abstumpfung jäheren Cementes durch Kohlensäure doch noch einen besseren Einfluß aus als die Abstumpfung durch Wasser. Rührt man nämlich mit derselben Wassermenge einmal frischen, sich rasch erwärmenden Cement, dann mit etwa 0,5 Proc. Wasser abgelöschten und endlich mit etwa 0,5 bis 1,0 Proc. Natriumbicarbonat abgelöschten Cement an, und zwar auch jedesmal gleiche Gewichtsmengen Cement, gießt die drei Mörtel in Formen und mißt den Kubikinhalt der erhaltenen Gußstücke, so ergeben der unabgelöschte und der mit Wasser abgelöschte Cement gleiche oder fast gleiche Raumerfüllung, der durch Kohlensäure abgelöschte aber eine geringere, entsprechend der größeren Dichte des aus disponibel werdendem Calciumoxyd entstehenden kohlensauren Kalkes gegenüber des in den beiden ersteren Fällen sich zunächst bildenden Calciumhydrates. Der durch das Salz abgestumpfte Cement ergibt also eine größere Dichtigkeit und somit unter sonst gleichen Umständen auch einen höheren Festigkeitsgrad. Es zeigen dies u.a. folgende Beispiele.

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Tabelle c.

Die Gußstücke waren aus Mörtel geformt, der auf 1,0 Maß Cement 0,5 Maß Wasser enthielt.

(1) Unabgelöschter
Cement.
Mit 0,5 Proc. Wasser
abgelöschter Cem.
Mit 0,5 Proc. Natriumbicarbonat
abgel. Cem.
Temperatur-Erhöhung 8,5° in 6 Min. 5,0° in 10 Min. 4,5° in 165 Min.
Absolute Festigkeit*
in Kilogrm. pro
Quadr. Cm. nach
10 Tagen



10,93



11,6



13,4
Verhältniß der Volumen
der erhaltenen
Gußstücke


1,000


0,933


0,802
(2) Unabgelöschter
Cement.
Mit 1,0 Proc. Wasser
abgelöschter Cement.
Temperatur-Erhöhung 7,0° in 10 Min. 3,5° in 15 Min.
Absolute Festigkeit in Kilogrm.
pro Qu. Cm. nach 20 Tagen

11,4

10,9
Verhältniß der Volumen der
Gußstücke

1,000

1,022
(3) Unabgelöschter
Cement.
Mit 0,5 Proc. Natriumbicarbonat
abgelöschter Cement.
Temperatur-Erhöhung 12,0° in 3–5 Min. 7,0° in 105 Min.
Absol. Festigkeit in Kilogrm.
pro Qu. Cm. u. 10 Tag.

7,2 – 10,2

14,5
Verhältniß der Volumen der
erhaltenen Gußstücke

1,000

9,93
(4) Unabgelöschter
Cement.
Mit 1,0 Proc. Wasser abgelöschter
Cement.
Temperatur-Erhöhung 8° in 5 Min. 0,0° (Thermomet. bäckt nach 65 Min. ein.)
(5) Unabgelöschter
Cement.
Mit 1,0 Proc. Salz abgelöschter
Cement.
Temperatur-Erhöhung 10,0° in 3 Min. 2,0° in 5 Min.
(6) Unabgelöschter
Cement.
Mit 0,5 Proc. Wasser
abgelöschter Cem.
Mit 1,0 Proc. Salz
abgelöschter Cem.
Temperatur-Erhöh. 8,5° in 5 Min. 3,0° in 50 Min. 0,0°
Absolute Festigkeit
in Kilogrm. pro
Qu. Cm. 10 Tage


7,1


7,0


8,7
Ansaugezeit 30 Secunden, jäh unbemerkt unbemerkt.
|545|
(7) Unabgelöschter
Cement.
Mit 0,1 Proc. Salz
abgelöscht.
Mit 1,0 Proc. Salz
abgelöscht.
Absolut. Festigkeit in
Kilogr. pro Qu. Cm.
nach 20 Tagen


7,8


10,3


17,4
Verhältniß der Volumen 1,00 0,98 0,90

Wie oben ersichtlich, ist übrigens bei etwa 0,5 Proc. Salz- oder Wasserzusatz die Abstumpfung meist noch nicht vollständig. Der Löschproceß geht aber nun doch in den häufigsten Fällen schneller vor sich als bei unabgelöschtem Cement, gleichsam als ob die Kohlensäure und das Wasser nicht sogleich, sondern erst nach und nach in voller Kraft wirkten, den einmal kräftig eingeleiteten Löschproceß beschleunigten.

Tabelle d.

(1) Unabgel. Cement. Mit 0,5 Proc. Wasser abgel. C.
frisch. 3,5 Monat alt. frisch. 3,5 Monat alt.
Temperatur-Erhöhung 8° in 5 Min. 6,5° in 50 M. 4° in 15 M. 0,5° in 60 M.
(2) Unabgelöschter Cement. Mit 0,5 Proc. Wasserabgel. Cem.
frisch. 7 Wochen alt. frisch. 7 Wochen alt.
Temperatur-Erhöhung 12° in 4 Min. 9,5° in 10 M. 7° in 105 M. 1,5° in 15 M.
(3) Cement mit 0,5 Proc. Salz abgestumpft.
frisch 2 Wochen alt.
Temperatur-Erhöhung 8,5° in 5 Min. 1,5 in 7 Min.
(4) Cement durch die Zeit abgestumpft.
frisch. 15 Wochen alt.
Temperatur-Erhöhung 8° in 5 Min. 6,50 in 50 Min.

Tritt die Temperaturerhöhung bei frischen: Cement erst verhältnißmäßig spät auf, z.B. erst nach 1/2 Stunde und darüber, so wird durch Kohlensäurezusatz gleichwohl das Erwärmen und Abbinden fast stets noch weiter hinausgeschoben und auch in der Regel noch eine Volumenverminderung und eine etwas höhere Festigkeit erzielt.

Indeß gibt die fast stets vorhandene Erwärmungsfähigkeit von frischem Cement beim Anmachen mit Wasser nicht in erster Linie zu künstlichen Zusätzen Veranlassung. Es ist vielmehr das mit schneller intensiver Temperaturerhöhung zusammenhängende schnellere Erstarren (Abbinden) des angerührten Cementmörtels. Unterbricht man bei Cement, welcher während des Einrührens erstarrt, das Durcharbeiten nicht, sondern knetet die Masse ununterbrochen durch, so wird sie bald wieder gefügiger, doch oft nicht ganz wieder so geschmeidig resp. flüssig als vorher. Die Festigkeit des auf die angegebene Weise ohne Unterbrechung durchgerührten und nach vorübergegangenem Ansaugen verarbeiteten oder eingeformten Mörtels |546| ist dieselbe, wie die Festigkeit des vor dem Ansaugen gegossenen oder vermauerten Mörtels. Es erhellt dies aus folgenden Beispielen, in denen die Gußstücke aus 1 Maß Cement und 1/2 Maß Wasser hergestellt waren.

Tabelle e.

Absolute Festigkeit in Kilogrm. pro Qu. Cm. nach 10 Tagen.
Vor dem Ansaugen
geformt.
Nach dem Ansaugen
geformt.
4,1 4,6
7,3 7,2
6,0 6,3
5,0 4,3
4,5 3,7
8,0 8,1
12,4 12,7

Jedoch weiß Jeder, wie erschrecklich leichtfertig auf den Bauten trotz aller gegentheiligen Behauptungen oft empfindlicher Maurermeister in Betreff der Cementverarbeitung noch immer verfahren wird. So arbeitet der Maurer etwaigen zu rasch erstarrenden Cement nicht nochmals gehörig durch, sondern gießt lieber noch eine unbegrenzte Menge Wasser nach, weil der Cement sich dann bequemer wieder zertheilen läßt. Durch diese größere Verdünnung wird die Festigkeit natürlich beeinträchtigt. Der rasch angehende Cement leistet also schlechterer Verarbeitung Vorschub, daher im Allgemeinen der Begehr nach langsam bindenden Cementen. Allein keineswegs ist rasch angehender und sich erheblich erwärmender Cement meist auch gleichzeitig treibender, wie dies fast ganz allgemein, selbst von Cementtechnikern angenommen wird. In Cementkunstgießereien, wo oft die Formen schon nach 5 bis 10 Minuten abgenommen werden, beim Mauern von Behältern, wie Tröge, Wannen aus Stein- und Ziegelbrocken und Cementmörtel, wo der Cement oft schon das Ganze nach ganz kurzer Zeit ohne Formen zusammenhalten soll, und in noch anderen Fällen, ist rasch bindender Cement oft erwünscht. Liegt die Arbeit nur in geschickten Händen, wird namentlich über ein gewisses vorher fixirtes Wasserquantum nicht hinausgegangen, so ist in Betreff dauernder Haltbarkeit durchaus nichts zu fürchten, sofern nur der Cement keinen freien treibenden Kalk enthält. Daß Erwärmen des Cementes noch kein Treiben bedeutet, dafür könnten viele Belege gegeben werden. Es wird aber genügen, auf die S. 541 angeführten Cementsorten zu verweisen. Dieselben gehören drei renommirten Marken an, waren sämmtlich im Großen auf nassem Wege, bei sorgfältigem Schlemmverfahren bereitet, die geformten, zu Brechversuchen verwendeten Gußstücke später |547| wieder erbrannt und gepulvert. In Bezug auf Mischung war mithin gewiß Genügendes geleistet, und doch erwärmten sie sich in frischem Zustande stark, keineswegs aber zeigten sie Treiben. Daß Erwärmen noch kein Treiben bedingt, geht ferner auch daraus hervor, daß man mit dem Thongehalt immer höher gehen kann, so daß also bei inniger Mischung von Treiben immer weniger die Rede sein kann und doch das Erwärmen meist nicht beseitigt wird. So betrug bei den folgenden aus denselben Rohmaterialien, nur nach verschiedenen Mischungsverhältnissen bereiteten Cementen die Erwärmung:

Tabelle f.

Wesentliche Bestandtheile der Cemente:

Kieselsäure. Thonerde und
Eisenoxyd.
Kalk. Temperatur-Erhöhung. Bemerkungen.
20,8 12,0 65,4 9° in 10 Min. treibend
21,3 12,3 64,0 11,5 „ 23 „ nicht treibend
22,4 12,9 62,1 13,5 „ 8 „ „ „
23,3 13,5 59,7 12,0 „ 31 „ „ „

Die Portlandcemente liegen ihrer Zusammensetzung nach zwischen 4CaO,2(SiO₂,R₂O₃) und 5CaO,2(SiO₂,R₂O₃), schwanken also von 1/2- bis zu 2/5-Kalksilicat. Von etwa der Mitte zwischen beiden gegen das 1/2-Silicat zu nimmt die Temperaturerhöhung meist ab, bis sie bei genau 1/2-Silicat meist ganz gering oder auch Null ist. Nach der entgegengesetzten Seite, nach dem 2/5-Silicat hin, ist die Erwärmungsintensität entweder etwas abnehmend oder gleichbleibend, seltener steigend. Das 2/5-Silicat zeigt daher frisch fast stets noch erhebliche Erwärmung, 9 bis 15°. Noch weiter mit dem Kalk hinaufgehend, erhält man gewöhnlich geringere Temperaturen von 8, 6, 4° etc. Diese Cemente sind schon treibend. Uebrigens kommen bei treibenden wie bei nicht treibenden Cementen alle Temperaturerhöhungen von etwa 0 bis 14° und ebenso alle Ansaugezeiten von etwa 10 Secunden bis viele Stunden vor. Es ist daher, um das oben erwähnte Durchschnittsverhalten der Cemente in Betreff ihrer Erwärmung bei verschiedenem Kalkgehalt zu constatiren, eine große Reihe von Temperaturbestimmungen nöthig. Doch tritt dann trotz vieler einzelner Abweichungen obige Regel immer mehr deutlich hervor. Ein Cement von relativ hohem Kalkgehalt, der – frisch – selbst einige Stunden nach dem Anmachen gar keine oder nur geringe Erwärmung zeigt, ist in Bezug auf Treiben stets mit Mißtrauen zu betrachten. Er dürfte in den meisten Fällen treibender sein.

Das Erwärmen wird verschiedenen Ursachen zugeschrieben – so vor Allem etwa vorhandenem freiem Kalk, demzufolge man leichthin behauptet, |548| Erwärmen deute Treiben an. Jedoch kann freier Kalk nur in Frage kommen, entweder bei zu hohem Kalkgehalt oder in Folge mangelhafter Mischung der Rohmaterialien. Bei normal zusammengesetzten und aus sorgfältigster Mischung hergestellten Cementen ist Kalk in freiem Zustande gar nicht oder doch nur in nicht hervortretend schädlicher Menge vorhanden. Es zeigen aber, wie wir ausführten, gerade die treibenden Cemente in ganz frischem Zustande meist eine geringere Temperaturerhöhung als nicht treibende. Die Temperaturerhöhung kann also vorwiegend kaum vom Vorhandensein freien Kalkes abhängen. Man kann ferner die Temperaturerhöhung durch künstliche Zusätze ja oft völlig beseitigen, ohne daß indeß bei erheblicher Menge von freiem Kalk das Treiben nun ausbliebe; nur die Zeit des Eintrittes wird dann mehr und mehr hinausgeschoben. Die Temperaturerhöhung ist also dann ganz oder fast ganz vermieden, und dennoch kann noch treibender freier Kalk in Menge vorhanden sein. Die Erwärmung muß also noch auf anderen Ursachen beruhen. Man kann z.B. mit mehr Grund für das Auftreten des Erwärmens anführen, daß der Cement äußerst selten durchweg gleich scharf gebrannt, durchgängig von gleichem Korn und gleich schwer in allen Partien der Zerlegung durch Wasser zugänglich sein dürfte. Es gibt vielleicht immer eine Partie darunter, die loseren chemischen Zusammenhang besitzt, durch Wasserzutritt schneller sich umsetzt und so das Erwärmen herbeiführt. Dies Verhalten würde ganz demjenigen der hydraulischen Kalke entsprechen. Frisch gebrannt (ehe sie sich noch an der Luft abgelöscht haben), erwärmt sich ja das Pulver hydraulischer Kalke auch beim Anmachen mit Wasser, und zwar meist viel stärker als Portlandcement (50° und darüber), und doch tritt bei homogener Zusammensetzung und bei genügender Menge von thonigen Bestandtheilen (das 1/2-Silicat darf hier nicht überschritten werden) kein Treiben ein. Die thonigen Bestandtheile sind dann nur lose an den Kalk chemisch gebunden. Diese Auffassung führt uns nun zu einer etwas präciseren Erklärung des auftretenden Erwärmens bei Portlandcementen. Man kann nämlich annehmen, daß es in jedem Molecül Portlandcement etwas der chemischen Agression des Wassers meist leichter Zugängliches gibt, d. i. das 5. Aequivalent Kalk in der Verbindung 5CaO,2(SiO₂,R₂O₃). Wie wir oben sahen, tritt bei dem 1/2-Silicat, d. i. bei 4CaO,2(SiO₂,R₂O₃) keine oder nur noch geringe Erwärmung auf.* Dieses Silicat ist nach erlittener hoher Temperatur als neutral, als nur allmälig, nicht aber hervortretend lebhaft reagirbar zu betrachten. Bei ihm geht die Umsetzung |549| durch das Wasser und die Kohlensäure der Atmosphäre, d. i. der Erhärtungsproceß von Anfang an mit gleichbleibender, geringerer Energie von statten. Bei dem 2/5-Silicat dagegen verleiht das 5. Aequivalent CaO dem Cement einen basischeren Charakter. Dieses Aequivalent Calciumoxyd ist schwerer durch das Brennen zur vollständigen Bindung zu bringen, wird daher oft ganz oder zum Theil loseren chemischen Zusammenhalt mit den sauren Bestandtheilen haben, gieriger Wasser ansaugen, sich schneller – und noch durch das Erwärmen befördert – in Kalkhydrat oder kohlensauren Kalk umsetzen. Dieser theilweise eintretende Vorproceß, die schnellere Umsetzung einer Partie Cement aus 5CaO,2(SiO₂,R₂O₃) + H₂O in 4CaO,2(SiO₂,R₂O₃) + CaO . H₂O ist es wohl vornehmlich, welcher die Erwärmungserscheinung hervorruft. Nachdem dieser Vorproceß verlaufen, geht erst die weitere Erhärtung gleichmäßiger und langsamer vor sich wie bei dem 1/2-Silicate. Diesen Vorproceß kann man nun vor der Verwendung des Cementes durch bloßes Lagern, rascher durch künstliche Zusätze möglichst sich vollziehen lassen. Nach Absorption von 0,5 bis 2,0 Proc. Kohlensäure ist er meist beendet. Anderenfalls äußert er sich bei frischer Verwendung durch erheblicheres Erwärmen und schnelleres Abbinden. Da nun von dem 1/2-Silicat aufwärts nach dem 2/5-Silicat zu immer mehr von der Verbindung 5CaO,2(SiO₂,R₂O₃) entsteht, wird unter Umständen zu eintretender Erwärmung immer mehr Gelegenheit geboten. Am Natürlichsten ist zunächst die Annahme, daß das Maximum der Erwärmung vorzugsweise in dem vollen 2/5-Silicat selbst eintritt. Wie bereits erwähnt, zeigt sich die Maximalerwärmung meist schon bei geringerem Kalkgehalt, wie sich dies auch leicht erklären läßt. Je thonreicher nämlich ein Cement, desto mürber ist er. Bei gebranntem Kalk und anderen mürben Materialien läßt ein Schlag des Mühlsteins die Masse leicht in Pulver zerstäuben. Die Masse wird im eigentlichen Sinne nicht so fein gemahlen – so fein kann überhaupt nicht gemahlen werden – sondern zuletzt tritt ein Zerstäuben oder Zerfallen ein, so daß das Mahlgut viel feiner ausfällt als der Steinstellung und den Sieben entspricht. In ähnlicher Weise, wenn auch viel weniger auffallend, verhält es sich mit thonreichem Cement.

Die Cementstücke sind im Ganzen mürber als bei scharf gebranntem Cement von hohem Kalkgehalt. Das Pulver ist oft erheblich zarter und etwas specifisch leichter als das von Cement des 2/5-Silicats oder von noch etwas höherem Kalkgehalt. Bei letzteren sind mürbe Stücke viel seltener, die Mühle hat oft erheblich schweres Mahlen, das Korn wird nur genau so klein, als es der Stellung des Mühlläufers entspricht und fühlt sich meist deutlich schärfer und rauher an. Siebt man auch von |550| thonreichem und thonarmem Cement durch ein und dasselbe Sieb, so ist doch von ersterem oft viel mehr Staubfeines im Durchgesiebten enthalten. Nun gibt aber feineres Pulver, wie oben nachgewiesen (Tabelle b S. 540), auch größere Temperatursteigerung. Es ist eben das Pulver in feinerem Zustande auch leichter durch Wasser angreifbar als gröberes und festeres Pulver. Dieser Umstand mag hauptsächlich die Veranlassung sein, daß die Maximaltemperatur häufig schon vor dem erreichten 2/5-Silicat auftritt und von da ab bis zu jener Grenze sich entweder constant erhält oder oft auch wieder etwas fällt.

Ueber das 2/5-Silicat hinausliegender freier Kalk bewirkt in so vielen Fällen vielleicht deshalb keine Temperatursteigerung*, weil er möglicherweise, wie dies ja auch der Magnesia zugeschrieben wird, durch Wasser erst allmälig nach längerer Zeit angegriffen wird, sobald er vorher hoher Temperatur ausgesetzt gewesen ist.

Es dürfte also wohl anzunehmen sein, daß Ansaugezeit und Erwärmen des Cementes zwar in bestimmter Beziehung zu einander stehen, daß geringe oder spät auftretende Temperaturerhöhung langsam bindenden Cement anzeigt, – nicht aber, daß auch Treiben und Erwärmen einen solchen Zusammenhang haben, daß das eine aus dem anderen sich folgern lasse; die Temperaturerhöhung zeigt vielmehr vor Allem noch mehr oder weniger frischen Cement an, ist auf theilweise leicht disponibel werdendes Calciumoxyd des 5. Kalkäquivalentes in 5CaO,2(SiO₂,R₂O₃) zurückzuführen. Die Ursache des eigentlichen Treibens dagegen schreibt sich her von freiem, gleich anfänglich in freiem überschüssigem Zustande vorhanden gewesenem Calciumoxyd, hervorgehend aus schlechter Mischung oder zu geringem Thonzusatz. Wird bei sorgfältiger Mischung der Rohmaterialien über das 2/5-Silicat mit der Kalkmenge nicht hinausgegangen, so tritt kein Treiben ein, mag auch der Cement, was meist der Fall sein wird, sich in frischem Zustande stark erwärmen.

Wie schwierig und mißlich es wäre, bei ärger treibendem Cement durch Kohlensäure-Einführung das Treiben zu beseitigen, erhellt leicht aus einer flüchtigen stöchiometrischen Berechnung. Gesetzt, es wären 3 Proc. Calciumoxyd im Cement im Ueberschuß, welche durch die Kohlensäure von Natriumbicarbonat abgestumpft werden sollten. Es binden 28 G. Th. Calciumoxyd 22 G. Th. Kohlensäure, erfordern mithin 84 G. Th. des Salzes. Es verlangen demnach 3 Proc. Calciumoxyd eine Salzmenge von (84/28) · 3 = 9 Proc. des Cementgewichtes, d. i. 9 Kilogr. Salz auf |551| 100 Kilogr. Cement. Man kann sich leicht vergegenwärtigen, wie theuer und für die Großpraxis unausführbar eine derartige Aufbesserung werden würde. Zudem scheint aber auch dadurch arges Treiben noch gar nicht beseitigt werden zu können, wie sich dem Verfasser bei weiteren Untersuchungen in dieser Frage immer mehr herausstellt. Zunächst wirkt das Salz wieder nur in Betreff Temperaturerhöhung, Abbindezeit und Contraction abstumpfend, schiebt das Erhärten und den Eintritt des Treibens weiter hinaus. Man hat bei viel Salzzusatz schließlich ein leichteres Pulver, das neben eigentlicher Portlandcementsubstanz eine erheblichere Menge specifisch leichteres kohlensaures Kalk- und Natronsalz enthält. Das Ansaugen tritt bei frischem Cement oft zweimal auf. Es erhellt dies u.a. aus folgenden Beispielen.

Tabelle g.

Zusammensetzung. Temp.-Erh. I. Ansaugen. II. Ansaugen. Bemerkungen.
Kieselsäure. Sesquioxyde. Calciumoxyd.
21,3 12,3 64,0 11,5° in 7 M. 35–60 Sec. 90–105 Sec. nicht treibend.
20,8 12,0 65,4 9,0 „ 10 „ 45–55 „ 120–135 „ treibend.
20,9 12,1 65,0 8,0 „ 10 „ 45 „ 80 „

Dieses doppelte Ansaugen geht nach kurzer Lagerzeit in eins über. So zeigten die drei Cemente der Tabelle g schon nach 2 Tagen folgende Verschiebung in ihrem Verhalten betreffs des Ansaugens.

Tabelle h.

I. Ansaugen. II. Ansaugen.
Cement 1 60 bis 70 Secunden. 105 bis 125 Secunden.
2 90 „ 150 bis 195 „
3 zeigt nur noch ein Ansaugen von 90 bis 150 Sec.

Wie bei Verringerung des Wasserquantums die Temperatur steigt (vergl. Tab. a auf S. 540), so verkürzt sich auch die Ansaugezeit.

Tabelle i.

Auf 1 Maß Cement wurden gegeben: Ansaugezeit in Secunden:
0,333 Maß Wasser 35 bis 45
0,500 „ „ 70 bis 75
0,666 „ „ 165.

Andererseits wird natürlich auch durch Abstumpfung das Ansaugen immer weiter hinausgeschoben und in der Jähheit seines Auftretens gemildert, so daß es schließlich nicht oder kaum mehr wahrnehmbar wird. Mit gröberem Pulver wird, entsprechend der viel langsameren Zersetzung durch Wasser, die Abbindezeit ebenfalls verlängert. Ist unter dem groben |552| Pulver feines, so tritt selbst bei geringer Menge des feineren doch dessen Ansaugezeit fast stets deutlich hervor. – Daß in Betreff Temperaturerhöhung, Abbinden, Festigkeit in bestimmtem Zeitraume, die warmen Jahreszeiten oft sehr beschleunigend, die kalten verzögernd einwirken, ist wohl ziemlich bekannt.

(Schluß folgt.)

Diese Arbeit soll den früheren Abhandlungen des Verfassers („Ueber Portlandcement aus dolomitischem Kalk“; vergl. 1873 209 286. 1874 211 13. 214 40. 88) als Anhang resp. zur Ergänzung dienen; sie enthält noch einige Erfahrungen zusammengestellt, welche bei jenen Untersuchungen zum Theil bereits gewonnen waren. Da dieselben sich auf Portlandcement überhaupt beziehen, mit dem Magnesiagehalte nichts zu thun haben, werden sie hier für sich besprochen.

|544|

Es wird nochmals bemerkt, daß alle Bestimmungen der absoluten Festigkeit aus Brechversuchen vermittels der Formel k = 2,55Pl/6h² abgeleitet sind (siehe 1873 309 288).

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Bei Anwendung von 1/2 Maß Wasser auf 1 Maß Cement und einer Feinheit von 500 Maschen auf den Quadr.-Centimeter.

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Zuweilen tritt ein abnormes Erwärmen, bis 30° z.B. auf, wie später noch mitgetheilt wird.

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