Titel: | Ueber Cement und dessen Verwendung. |
Fundstelle: | Band 245, Jahrgang 1882, S. 499 |
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Ueber Cement und dessen Verwendung.
(Schluſs des Berichtes S. 456 d. Bd.)
Ueber Cement und dessen Verwendung.
Beim Brennen von Cement hat Tomei den Betrieb in Schachtöfen dadurch ununterbrochen gestaltet, daſs er
mehrere Schachtöfen mit einander verbunden hat, um so die Wärme auszunutzen. Beim
Betrieb des in Lebbin erbauten Ofens beläuft sich die Ersparniſs an Kokes, bei
Berücksichtigung des Mehrausbringens aus dem Ofen gegen die alte Betriebsweise, auf
über 30 Proc. Berücksichtigt man das Mehrausbringen nicht, nimmt man also an, daſs
ein gewöhnlicher Schachtofen und ein gleich groſser Circulirofen gleich viel
ausgebracht habe, so würde die Ersparniſs als Durchschnitt des ganzen
Jahresbetriebes 27,7 Proc. betragen. Das Mehrausbringen ist aber dadurch
festgestellt, daſs in Schachtöfen von gleicher Gröſse beim alten System 30 Lagen
Cementsteine eingesetzt wurden, während beim neuen System 34 bis 35 Lagen
Cementsteine in einen Ofen gingen. Der Brand ist genau derselbe wie in anderen
Oefen, er ist nur gleiehmäſsiger. Feuchte Steine werden in den Circuliröfen besser
vorgeschmaucht; es linden sich daher weniger Nester oder ungares Material. Das
Anhaften an den Wänden findet auch statt, bereitet dem Betriebe aber keine
Schwierigkeiten. Der Ofen sackt wie jeder andere Schachtofen und wird während des
Betriebes von oben controlirt, indem man mit einer Stange fühlt, ob sich Alles
gleichmäſsig gesackt hat. Ist ein ungleichmäſsiges Sacken eingetreten, so schlieſst
man das Ventil im Rauchsammler* dadurch wird die Hitze zurückgehalten und verbreitet
sich mehr über die ganze Fläche. (Vgl. 1880 237 * 293.
1881 241 135.)
Vortheilhafte Verwendung und Verarbeitung des
Portlandcementes zu Mörtel und Beton. B. Dyckerhoff bemerkte schon früher
(1880 236 472), daſs man heim Einstampfen von Beton an
der Luft doppelt so viel Kies als Sand anwenden müsse, um ökonomisch zu arbeiten,
und daſs beim Betoniren
unter Wasser stärkere Mörtel und weniger Kies genommen werden müſsten. Da sich für
diesen Fall das richtige Mischungsverhältniſs nicht berechnen läſst, so muſste
dasselbe durch Versuche ermittelt werden, deren wesentlichsten Resultate in
folgender Tabelle IV aufgestellt sind. Das Anmachen des Cementes geschah auf
dieselbe Weise
Tabelle IV.
Mischungsverhältniſs
Vol.-Th.
Druckfestigkeitnach 28 Tagen
Bemerkungen
Cement
Hydraul.Kalk
Sand
Kies
1111
––––
2222
–432
49,7k/qc24,041,051,3
Der Cement ergabbei der Normal-probe 16k Festigkeitbei 1 Std.
Bindezeit.
1111
––––
3333
–543
34,123,327,535,2
1
1
6
–
11,2
1
1
6
7
7,8
1
1
6
6
9,8
1
1
6
5
11,7
wie beim Einstampfen und wurde die Betonmasse mittels Trichter
in Würfelformen, welche sich unter Wasser befanden, eingefüllt. Wie aus dieser
Tabelle ersichtlich, dürfen beim Betoniren unter Wasser nicht mehr als gleiche
Theile Sand und Kies genommen werden, wenn die Festigkeit des Betons derjenigen des
Mörtels gleichkommen soll; bei stärkerem Kieszusatz wird die Festigkeit
geringer.
Es wurde bereits mitgetheilt, daſs die Festigkeit des Mörtels beim direkten
Verbringen unter Wasser wesentlich geringer ausfällt als beim Einstampfen desselben.
Versuche mit Beton ergaben das gleiche Resultat, und zwar hat ein Beton von z.B. 1
Cement, 3 Sand und 3 Kies, direkt unter Wasser gebracht, nach 28 Tagen eine
Druckfestigkeit von 35k, während eingestampfter
Beton aus 1 Cement, 3 Sand und 3 Kies nach gleicher Erhärtungsdauer über 100k aufweist. Diese auffallende Abnahme der
Festigkeit beim Betoniren unter Wasser findet dadurch ihre Erklärung, daſs das
Mörtel- und Zuschlagmaterial beim Einfüllen sich nur lose auf einander lagern
können. Es läſst sich indeſs annehmen, daſs in der Praxis beim Betoniren unter
Wasser in Folge der gröſseren Masse, die durch ihr eigenes Gewicht sich (lichter
lagert, die Festigkeit eine höhere sein wird als bei Versuchen im Kleinen.
Ueber die Zunahme der Festigkeit von Mörtel und Beton, sowohl eingestampften, als
direkt unter Wasser gebrachten, wurden ebenfalls Versuche gemacht, welche ergaben,
daſs die Festigkeit bei beiden Betonirungsarten annähernd im gleichen Maſse zunimmt.
Die Zunahme hängt von der Höhe des Sandzusatzes ab und wird auch durch die
Eigenschaften des Cementes bedingt. Im Allgemeinen kann man annehmen, daſs dieselbe nach 1 Jahr etwa
das doppelte der 4-Wochen-Festigkeit beträgt. Da beim Betoniren unter Wasser die
Festigkeit so gering ausfallt, so ist es für die Praxis zu empfehlen, das Wasser,
wenn möglich, fern zu halten, bis die Betonmasse eingestampft ist und der Mörtel
abzubinden beginnt.
Zu bemerken ist noch, daſs fortgesetzte Versuche über die Verbesserung mageren
Cementmörtels durch Zusatz von Kalk zweifellos ergeben haben, daſs auch bei Beton
mit viel Sand und Kies dieselben Verbesserungen bewirkt werden wie beim mageren
Cementmörtel. Es ist jedoch für die Betonbereitung die Anwendung von zu Pulver
gelöschtem hydraulischem Kalk dem Fettkalk vorzuziehen, weil ersterer in dem nur
erdfeuchten Mörtel sich gleichmäſsiger vertheilen läſst als Kalkteig.
Nächst den Versuchen über Festigkeit von Mörtel und Beton wurden auch Beobachtungen
über Wasserdichtigkeit und Widerstandsfähigkeit der
Mörtel gegen Witterungseinflüsse gemacht. Um die Mörtel auf ihre Durchlässigkeit zu
prüfen, wurden Platten von 15mm Dicke in eiserne
Hinge im Frühling'schen Apparat (1879 233 * 319) einem Wasserdruck von 5m ausgesetzt. Die Mörtel wurden von einer
Consistenz, wie man Beton in der Praxis einstampft, also nässer als bei der
Normenprobe, in die Ringe eingeschlagen, mit einem Messer geglättet und, nachdem
dieselben 7 Tage in einem feuchten Raum erhärtet waren, geprüft. Die auf die
Durchlässigkeit in Anspruch genommene Fläche betrug 25qc. Die Cementmörtel von 3, bis abwärts zu 1 Vol.-Th. Sand auf 1 Vol.-Th.
Cement erwiesen sich bei Anwendung von gewöhnlichem Rheinsand in einer Dicke von
15mm noch durchlässig. Selbstredend steigerte
sich die Durchlässigkeit mit Vermehrung des Sandzusatzes. Sie war am stärksten
innerhalb der ersten 12 Stunden und nahm von da an allmählich ab. Die Mörtel wurden
also in Folge des Erhärtungsprozesses unter der Einwirkung des Wassers nach und nach
dichter; immerhin ist ein Mörtel aus 1 Th. Cement und 1 Th. gröberem Sand selbst
nach 7 Tagen bei obiger Stärke noch schwach durchlässig. Bei feinem Sand dagegen
hat
Tabelle V.
25qc einer
15mm starken Platte lassen Wasser
durch
Bemerkungen
Zeit
Rheinsand(grob)
Grubensand(fein)
122436234567
Stunden„„Tagen„„„„„
44,0cc12,0–14,010,0 8,0 6,0 4,0 3,5
37,0cc
2,0 0,75 0,4000000
Der Cement hatte2,5 Proc. Rückstandauf dem
900-Ma-schensiebe.
Summe = 7 Tage
101,5
40,15
sich in Folge der gröſseren Vertheilung des Cementes der
Mörtel schon nach 24 Stunden so weit gedichtet, daſs derselbe als undurchlässig
angesehen werden kann. Das verschiedene Verhalten von Rheinsand und feinem
Grubensand zeigt die Tabelle V.
Nimmt man die zu prüfende Mörtelschicht stärker als 15mm, so vermindert sich die Durchlässigkeit sehr bedeutend und lieſs z.B.
eine Probeplatte aus 1 Cement und 1 Rheinsand von 25mm Stärke nach 24 Stunden nur noch 2cc,5
Wasser durch.
Auf Grund der Beobachtung, daſs Cementmörtel durch Kalkzusatz dichter werden, wurde
versucht, Mörtel von mehr als 1 Th. Sand wasserdicht zu machen. Es erwiesen sich
hierbei nachfolgende Mörtel nach 7tägiger Erhärtung, bei 5m Wasserdruck geprüft, sofort als völlig
undurchlässig und blieben dies auch nach längerer Prüfungsfrist, wenn auf 1 Th.
Cement 2 Th. Rheinsand und 0,5 Kalkteig, oder 3 Th. Sand und 1 Th. Kalkteig, oder
aber 6 Th. Sand und 2 Th. Kalkteig verwendet wurden. Bei Anwendung von Feinsand kann
zur Erzielung von wasserdichtem Mörtel etwas weniger Kalk genommen werden.
Hydraulischer, zu Pulver gelöschter Kalk wirkt bei gleichem Mischlingsverhältniſs
weit weniger günstig wie Fettkalk, weil er nicht so fein vertheilt ist, und ist von
demselben etwa die doppelte Menge zuzusetzen, um die gleiche Wirkung wie mit
Fettkalk zu erzielen.
Romancement (Grenobler) ergab einen viel durchlässigeren Mörtel als Portlandcement
und lieſs beispielsweise ein Mörtel aus 1 Th. Cement und 1 Th. Feinsand nach 12
Stunden 310cc Wasser durch. Es mag dieses
Verhalten wohl in der weniger feinen Mahlung dieses Cementes begründet sein, da mit
zunehmender Feinheit des Cementes die Wasserdichtigkeit des Mörtels gröſser wird.
Traſsmörtel aus 1 Th. Traſs, 1 Th. Beckumer Wasserkalk und 1 Th. Sand lieſs bei der
angegebenen Prüfungsweise nach 12 Stunden 58cc,
vom 6. bis 7. Tag immer noch 12cc Wasser durch,
dichtet sich also weniger als Portlandcementmörtel.
Nach obigen Versuchen sind also folgende Mörtel wasserdicht: 1 Th. Cement mit 1 Th.
Feinsand oder mit 2 Th. gewöhnlichem Sand und 0,5 Th. Kalkteig, oder mit 3 Th. Sand
und 1 Th. Kalkteig, oder mit 6 Th. Sand und 2 Th. Kalkteig; es wird also
vorzugsweise von der beanspruchten Festigkeit abhängen, welchen dieser Mörtel man in
der Praxis zu wählen hat. Wasserdichte Verputze jedoch von hoher Festigkeit, zu
welchen man bisher Mörtel aus 1 bis 2 Th. Sand verwendete und diesen mit etwas
reinem Cement dicht einschliff, werden besser aus 1 Th. Cement, 2 Th. Sand und 0,5
Kalkteig hergestellt, weil dann das Einschleifen unterbleiben kann.
Was die Beobachtungen über Witterungseinflüsse auf die
Mörtel betrifft, so ist bekannt, daſs manche
Cementarbeiten selbst bei tadelloser Beschaffenheit des Cementes im Freien Risse
bekommen. Schon vor Jahren hatte Dycherkoff die
Beobachtung gemacht, daſs aus reinem Cement angefertigte Proben, welche anfangs im Wasser
erhärteten, sich im Zimmer durchaus riſsfrei erhielten, während entsprechende Proben
im Freien rissig wurden. Die Resultate über das Dehnen und Schwinden der Mörtel und
Steine, über welche Schumann (1831 241 301) berichtet hat, lieſsen vermuthen, daſs diese
Volumenänderungen die Ursache der Risse seien. Jene Untersuchungen wurden deshalb
weiter fortgesetzt und namentlich das Verhalten der Mörtel an freier Luft gegenüber
demjenigen im Zimmer beobachtet. Zu diesem Zwecke wurden 15 Prismen von 10cm Länge aus reinem Cement angefertigt, welcher
aus den verschiedensten angesehensten Fabriken stammte. Nachdem die Prismen 9 Wochen
in einem feuchten Raum und 5 Wochen im Zimmer erhärtet waren, wurde ein Theil
derselben ins Freie gelegt, während die Prismen im Zimmer keine Spur von Rissen
zeigten. Die gleichzeitig vorgenommenen Messungen mittels des Bauschinger'schen Apparates ergaben bei allen Prismen,
so lange dieselben im feuchten Raum erhärteten, eine sehr geringe Ausdehnung und,
als sie nach 8 Wochen in das trockene Zimmer gebracht wurden, ein Schwinden.
Diejenigen Prismen, welche nach 13 Wochen ins Freie gelegt wurden, zeigten ein
abwechselndes Dehnen und Schwinden, während die im Zimmer gelassenen Prismen ein
ständiges Schwinden aufwiesen. Nach Jahresfrist waren die Prismen im Zimmer um 0mm,243, die im Freien liegenden Prismen um 0mm,169 geschwunden, letztere weniger, weil sie
durch atmosphärische Niederschläge zeitweilig naſs wurden und dabei eine Ausdehnung
erfuhren.
Hieraus ergibt sich, daſs nicht das absolut stärkere Schwinden die Ursache der Risse
ist, sondern daſs im Freien das ungleichmäſsige plötzliche Dehnen und Schwinden und
insbesondere das rasche Austrocknen an der Oberfläche die Risse hervorruft. Die
Risse wurden in der That auch stets in den Zeiträumen beobachtet, in welchen die
Messungen ein auffallend starkes Schwinden ergaben. Durch Zusatz von Sand wird, wie
sich dies durch Messungen feststellen läſst, die Schwindung des Mörtels nicht nur
geringer, sondern sie wird auch gleichmäſsiger und ist dies der Grund, warum man
durch Sandzusatz zum Cement die Risse vermeiden kann. So sind z.B. schon vor
mehreren Jahren angefertigte Proben – eingestampfte Würfel von 10cm Seite mit ein oder mehr Theilen Sand – bis
heute im Freien riſsfrei geblieben, während Würfel aus reinem Cement Risse
erhielten. Solche Würfel mit Sandzusatz jedoch, bei denen die Oberfläche mit reinem
Cement abgeglättet wurde, bekamen im Freien in diesem glatten, dünnen Ueberzug
Haarrisse.
Es ist also nicht allein zu verwerfen, Gegenstände, welche der Witterung ausgesetzt
werden, aus reinem Cement herzustellen, sondern es muſs zur Vermeidung von
Haarrissen auch Sorge getragen werden, daſs dieselben keine Oberfläche aus reinem
Cement erhalten. Haarrisse beeinträchtigen übrigens die Dauerhaftigkeit nicht, weil
sie nur an der Oberfläche sich befinden- dieselben sollten jedoch des unschönen Aussehens wegen
vermieden werden. Wie bei Zusatz von Sand zum Cement keine Risse entstehen, so
erreicht man durch Zusatz anderer Stoffe, welche eine gröſsere Vertheilung des
Cementes bewirken, denselben Zweck. Wenn nun nichts desto weniger in der Praxis noch
rissige Cementarbeiten vorkommen, so liegt dies nicht daran, daſs man nicht die
Mittel zur Vermeidung der Risse besitzt, obschon sich mit der Zeit wohl noch manche
Erfahrungen über diese Frage herausstellen werden.
Mit gutem Cement lassen sich tadellose Arbeiten erzielen, wenn man nur die bis jetzt
gemachten Beobachtungen benutzt und in jedem speziellen Fall die Schwindung und
Dehnung berücksichtigt. Man beobachtet öfters, namentlich an Ueberzügen, Verputzen u. dgl. aus festem Mörtel, in den ersten Tagen nach
der Anfertigung Risse. Es sind dies lediglich Schwindungsrisse, welche theils durch
ungleiches Absaugen der Unterlage, theils durch zu rasches Austrocknen an der
Oberfläche entstehen. Durch leicht zu bewirkende Beseitigung der erwähnten Ursachen
wird man auch die Entstehung solcher Risse verhindern. Fuſsböden, welche in groſsen, zusammenhängenden Flächen aus Cement
hergestellt werden, erhalten im Freien Risse. Man versieht bekanntlich derartige
Fuſsböden der erforderlichen Härte wegen mit einem Ueberzuge von 1 Cement und 1
Sand. Dieser feste Mörtel ist beim Austrocknen einer verhältniſsmäſsig starken
Schwindung unterworfen und dem hierbei entstehenden Spannungszustand kann die groſse
zusammenhängende Fläche des Ueberzuges nicht widerstehen und muſs reiſsen. Trennt
man dagegen die groſse Fläche durch Fugen in kleinere, so entstellen die Risse nicht
mehr; oder bringt man in der Oberfläche nur Schnittfugen an, so entstehen in diesen
die Schwindungsrisse und fallen dann nicht mehr auf. Die bei manchen natürlichen
Bausteinen ebenfalls nicht selten beobachteten Risse sind, wie Messungsversuche dies
zeigen, ebenfalls auf das Dehnen und Schwinden der Steine zurückzuführen. Könnte man
aus solchen Steinen ebenso groſse Flächen herstellen wie aus Cement, so würden
dieselben jedenfalls nach reiſsen.
Ferner sehen wir oft noch, daſs Verputze nach einiger Zeit rissig werden, bisweilen
sogar abblättern. Solche Verputze bestehen in der Regel aus mehreren dünnen
Schichten, deren oberste der leichteren Verarbeitung wegen aus einem sehr fetten
Mörtel besteht, dem oft sogar noch ein Ueberzug aus reinem Cement gegeben wird. In
Folge der Witterungseinflüsse dehnen und schwinden die fetten oberen Schichten in
höherem Grade als die untere und geben hierdurch zu Rissen und Abblättern
Veranlassung. Würde man vor Allem reinen Cement an der Oberfläche, sowie dünne
Schichten aus fettem Cementmörtel vermeiden und ferner danach streben, den Verputz
in seiner ganzen Masse möglichst gleichartig herzustellen, so würden die erwähnten
Uebelstände nicht mehr entstehen. Bei Anwendung von feinem Hand erhält man selbst bei 2 bis 3 Th.
auf 1 Th. Cement noch Mörtel, welche für die Herstellung glatter Verputzflächen
hinreichend geschmeidig sind. Bei stärkerem Sandzusatz, wo also nur geringere
Festigkeit beansprucht wird, ist dagegen ein Zusatz von Fettkalk nöthig und geben
z.B. Verputze aus 1 Cement, 5 Sand und 1 Kalkteig eine schöne Oberfläche.
Nach Hauenschild muſs der Cementmörtel als ein Gemisch von festen und flüssigen Theilen betrachtet
werden, als ein Leim, bei welchem die flüssigen Theile den Kitt der festen Theile
bilden. Der Zusatz des Kalkes zum Cement wird theilweise noch immer als ein Unding
bezeichnet, welches ganz widerstrebende Dinge mit einander in Verbindung bringt und
in Folge dessen eine günstige Wirkung nicht zu erzeugen vermag. Wir wissen aber,
daſs Fettkalk unter gewissen Umständen Eigenschaften annehmen kann, welche man
hydraulische nennen muſs. Es handelt sich selbstverständlich nur um Verwendung von
feinem gepulvertem Aetzkalk. Es ist ferner bekannt, daſs auſserordentlich günstige
Resultate erzielt werden bei gewissen hydraulischen Kalken, wenn dieselben einen
geeigneten Zusatz von feinstem Aetzkalk erhalten. Alle diese Resultate bestätigen
die bekannte Stephani'sche Formel der scheinbaren
Adhäsion, vermöge welcher die Zahl und Gröſse der Berührungsflächen, die Dicken der
Kittfugen, die Zähflüssigkeit des Kittes und die Selbstfestigkeit desselben
Functionen der schlieſslichen Cohäsionsgröſse darstellen. Die breiartigen Massen,
welche hierbei in Frage kommen, verhalten sich nach dem Gesetz der Flüssigkeiten.
Aus der Praxis wissen wir, daſs eine Fuge, welche z.B. mit Fettkalk gemacht wird und
möglichst dünn ist, eine viel gröſsere Adhäsionsfestigkeit liefert als eine Fuge,
welche stark und von demselben Mörtel gemacht ist; es kommt also die Stärke der Fuge
hierbei in Rechnung.
Bei hydraulischem Kalk finden wir eine viel geringere Mörtelausgiebigkeit, aber
gröſsere Selbstfestigkeit. Man muſs annehmen, daſs hier in der breiartigen Masse
feste Theile sind, welche als feste Flächenelemente zu den flüssigen
Verkittungselementen in einem gewissen Gegensätze stehen. Beim Portlandcement, wo ja
das Pulver im Breizustand ein sehr dichtes ist, wo also die verkittenden Theile
zwischen den einzelnen Pulverkörnern minimale Fugen bilden, sehen wir, daſs die
Selbstfestigkeit, also die Festigkeit im reinen Zustand, bis zu einem gewissen Grade
um so gröſser ist, je überwiegender die Anzahl der festen Elemente gegenüber den
Breielementen ist, und es ist bekannt, daſs ein Portlandcement, welcher
verhältniſsmäſsig weniger Wasser bedarf, um zu dem gleichen Breizustande gebracht zu
werden, eine gröſsere Selbstfestigkeit ergibt als ein Cement, der mehr Wasser
bedarf.
Durch die Einführung von Kalkbrei wird die verkittende Substanz vermehrt. Darin liegt
die Erklärung, warum der Zusatz von Kalkbrei bei höherem Sandzusatz allmählich
nöthig wird, ohne durch neuen Cementzusatz sämmtliche Berührungsflächen zu
verkitten, und warum dadurch die Durchlässigkeit vermindert und die Festigkeit erhöht werden kann.