Titel: | Ueber Portland-Cement aus dolomitischem Kalk; von Dr. L. Erdmenger. |
Autor: | L. Erdmenger |
Fundstelle: | Band 214, Jahrgang 1874, Nr. X., S. 40 |
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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.)
Erdmenger, über Portland-Cement aus dolomitischem
Kalk.
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 Cementwurden Maßtheile
Wasserzugesetzt
Absol. Festigkeit in Kilogramm pro Quadr. Centim.
nach 4 Tagen
nach 20 Tagen
0,2941
7,15
13,01
0,3333
6,96
11,4611,28
0,4615
3,724,20
10,21 7,91 8,68
0,6666
2,942,64
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.
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
Verhältniß der Säurebestandtheile
zum Kalk; Zu 1 Maßtheil Cement wurden Maßtheile Wasser zugesetzt; Absolute
Festigkeit in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter nach 15 Tagen
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 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 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.
Verhältnißder Säurebestandtheilezum
Kalk.
Absolute Festigkeit in Kilogrammpro Quadr. Centim.,nach 20 Tagen.
Zu 1 Maßtheil Cementwurden Maßtheile
Wasserzugesetzt
1,684
6,2310,81
0,500 0,333
1,763
7,3114,44
0,500 0,333
1,895
12,8417,42
0,500 0,333
1,992
18,5418,4920,0323,7123,0526,98
0,5000,333
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 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.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. 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 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 inKilogramm proQuadr. 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 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.
BestandtheiledesMörtels.
Absolute Festigkeitin Kilogramm proQuadr. Centim.
ConsistenzgraddesMörtels.
Alter.
MaßCement
MaßSand
MaßWasser
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. –
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 Festigkeitin Kilogrammpro 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:
Kohlensäure
13,9
Kalk
42,4
(davon anzunehmen 17,5 an Kohlensäure gebundenund
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.