Baustoffkunde (Subject) / Bindemittel (Lesson)

Luftbindemittel, Hydratation und Prüfung von Zement, Hauptbestandteile des Zements und Zementarten, Zementherstellung

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• Nennen Sie vier Klinkenphasen des Zements und deren Kurzbezeichnung: (nicht die ausführliche chem. Formel) 1. C3S (Alit) - Tricalciumsilicat 2. C2S (Belit) - Dicaliumsilicat  3. C3A (Aluminat) - Tricalciumaluminat 4. C4AF (Aluminatferrit) - Calciumaluminatferrit 
• (a) Zeichnen Sie in das unten stehende Diagramm drei zeitlich aufeinanderfolgende Phasen beim Abbinden von Zement mit Wasser ein. (b) Bis wann können Sie Verdichten? (c) Ab wann müssen Sie nachbehandeln? zu (a) 1. Ansteifen –  45-60 min  2. Erstarren Max. 12 h  3. Erhärten  zu (b)  zu (c)
• Beschreiben Sie nachfolgend die Wirkungsweisen von Zusatzstoffen (Zumahlstoffen) auf die Festigkeitsentwicklung und geben Sie ein Beispiel. 1) hydraulisch 2) latent-hydraulisch 3) puzzolanisch 4) inert 1) hydraulisch (z.B. PZ-Klinker):                         - schnelle Reaktion ohne Anreger                        - bildet mit Wasser schwerwasserlösliche Hydratphasen                        - erstarrt und erhärtet auch unter Luftabschluss 2) latent-hydraulisch (z.B. Hüttensand):                        - weist hydraulische Eigenschaften in sehr langem Zeitraum                        - erhärtet erst nach geeigneter Anregung (z. B. durch Alkalien oder Sulfate)  3) puzzolanisch (z.B. Flugasche):                        - erhärtet nach Anmachen mit Wasser nicht selbständig                        - ein Puzzolan braucht zum Erhärten Calciumhydroxid (Ca(OH)2) als                         Reaktionspartner 3) Inert (z.B. Kalksteinmehl):                        - weist kein nutzbares Reaktionsvermögen auf                         - Wirkung beruht im wesentlichen auf physikalischen Effekten                  
• Was sind Bindemittel? Bindemittel in Baustoffen sind meist mineraliche Stoffe, die durch Kristallisation eine hohe Festigkeit erreichen.
• Was sind Luftbindemittel? Luftbindemittel (auch nichthydraulische Bindemittel) sind Bindemittel, die nur an der Luft erhärten (z.B. Luftkalk, Lehm, Gips). Luftbindemittel sind im erhärteten Zustand nicht wasserbeständig.
• Was sind hydraulische Bindemittel? Hydraulische Bindemittel sind Bindemittel, die sowohl an der Luft als auch unter Wasser erhärten (z.B. Zement, hydraulischer Kalk). Und nach Lufterhärtung auch unter Wasser beständig. 
• Erläutern Sie die einzelnen Bestandteile der Bezeichnung auf einem Zementsack mit folgender Aufschrift: CEM III/B 42,5 N – LH/HS/NA CEM III/B: Hochofenzement mit einem Hüttensandgehalt zwischen 66 und 80 M.- % 42,5 N: Festigkeitsklasse 42,5 mit normaler Anfangsfestigkeit (N) LH: niedrige Hydratationswärme  HS (eigentlich SR): hohem Sulfatwiderstand  NA: niedriger Alkaligehalt  Hochofenzement mit einem Hüttensandgehalt zwischen 66 u. 80 M.-%, der Festigkeitsklasse 42,5 und normaler Anfangsfestigkeit (N) sowie niedriger Hydrationswärme (LH), hohem Sulfatwiderstand (SR) und niedriger Alkaligehalt (NA)
• In welchem Zement ist der Gehalt an PZ-Klinker größer: CEM III/A oder CEM III/C? richtig: CEM III/A - PZ-Klinker Anteil 35-64 M.-% falsch: CEM III/C - PZ-Klinker Anteil 5-19 M.-%
• Tragen Sie in die nachfolge Grafik die Kurzbezeichnungen Klinkerphasen hinsichtlich der Festigkeitsentwicklung ein. (Folie 31) 1. C3S (Alit) - Tricalciumsilicat 2. C2S (Belit) - Dicaliumsilicat  3. C3A (Aluminat) - Tricalciumaluminat 4. C4AF (Aluminatferrit) - Calciumaluminatferrit 
• (a) Nennen Sie vier Rohstoffkomponenten des Zements und tragen Sie diese in das Schaubild unten ein. (Folie 24) (b) Was geschieht nach dem Schaubild bei etwa 800°C und welche Auswirkung hat das auf die Umwelt? (c) Welche Auswirkung hat es nach dem Schaubild auf die Zusammensetzung des Zementklinkers, wenn die Temperatur im Ofen nur auf knapp 1.400°C ansteigt? a) Kalk(stein) Sand Ton Eisenerz      Ins Schaubild auch so eintragen. b) Bei etwa 800°C, in der Übergangszone, entstehen die Klinkerphasen. Dabei wird eine erhöhte Menge an CO2 ausgestossen. Das schädlich für die Umwelt ist, da es z.B. den Klimawandel verstärkt. c)
• (a) Tragen Sie im untenstehenden Diagramm für den jeweiligen Festigkeitsverlaufs die Bezeichnung CEM I und CEM III in die Kästchen ein. (Folie 44) (b) Durch welchen Zementbestandteil ist die unterschiedliche Festigkeitsentwicklung begründet? (c) Erklären Sie, wie sich dieser Bestandteil bei einem CEM III auf die Anfangs- und Endfestigkeit im Vergleich zu einem CEM I auswirkt. a) unterer Graph CEM I (Portlandzement)     oberer Graph CEM III (Hochofenzement) b) Durch den Hüttensand ist die unterschiedliche Festigkeitentwicklung begründet. c) Dieser Bestandteil wirkt sich bei einem CEM III so aus, dass der CEM III im Vergleich zu einem CEM I eine langsame Anfangsreaktion mit niedrigerer Frühfestigkeit besitzt. Nach 28 Tagen wird etwa die gleiche Festigkeit wie bei einem CEM I erreicht. Jedoch erhöht sich die Festigkeit bei einem CEM III auch noch in hohem Alter weiter, das bei einem CEM I nicht der Fall ist.
• Nennen Sie mind. drei Hydrate der Klinkerphasen des Zements mit deren Kurzbezeichnung. CSH CH CAH
• Welches Hydrat (nicht Klinkerphase!) ist an der Festigkeitsentwicklung beteiligt? CSH
• Welches Hydrat sorgt für die Alkalität? CH
• Welche Funktion hat die Klinkerphase C3S (Tricalciumsilicat)? Eigenschaften: schnelle Erhärtung  hohe Hydrationswärme  Wichtig für... Frühfestigkeit  Alkalität
• Welche Funktion hat die Klinkerphase C2S (Dicalciumsilicat)? Eigenschaften:  langsame, stetige Erhärtung  niedrige Hydrationswärme  Wichtig für... späte Festigkeit  Alkalität
• Welche Funktion hat die Klinkerphase C2S (Dicalciumsilicat)? Eigenschaften:  langsame, stetige Erhärtung  niedrige Hydrationswärme  Wichtig für... späte Festigkeit  Alkalität
• Welche Funktion hat die Klinkerphase C3A (Tricalciumaluminat)? Eigenschaften:  in größeren Mengen schnelleres Erstarren  höhere Hydrationswärme  empfindlich gegen Sulfatwässer   Wichtig für... Ansteifen   Erstarren  Chloridbindung 
• Welche Funktion hat die Klinkerphase C4AF (Talciumaluminat)? Eigenschaften:  langsame Erhärtung widerstandfähig gegen Sulfatwässer  
• CEM I? Portlandzement
• CEM II Portlandkompositzement
• CEM III? Hochofenzement
• CEM IV Puzzolanzement 
• CEM V? Kompositzement
• Was ist Löschkalk? Löschkalk wird verwendet zur Reinigung von Trink- und Abwasser und auch in der metallurgischen und Bauindustrie.
• Was ist Branntkalk? Branntkalk-Produkte werden verwendet im Stahlherstellungsprozess, bei Veredelungsprozessen von sulfidischen Erzen, bei der Produktion von Zellstoff und zur Reinigung von Trink- und Abwasser. Rauchgase in Kohlekraftwerken werden mit Branntkalk gereinigt.
• Reaktionsvermögen von hydraulischen Komponenten? hydraulisch (z.B. PZ-Klinker):                         - schnelle Reaktion ohne Anreger                        - bildet mit Wasser schwerwasserlösliche Hydratphasen                        - erstarrt und erhärtet auch unter Luftabschluss
• Reaktionsvermögen von Puzzolanen? puzzolanisch (z.B. Flugasche):                        - erhärtet nach Anmachen mit Wasser nicht selbständig                        - ein Puzzolan braucht zum Erhärten Calciumhydroxid (Ca(OH)2) als                         Reaktionspartner
• Reaktionsvermögen von lnnerstoffen? Inert (z.B. Kalksteinmehl):                        - weist kein nutzbares Reaktionsvermögen auf                         - Wirkung beruht im wesentlichen auf physikalischen Effekten                  
• Reaktionsvermögen von latent-hydraulischen Bestandteilen?  latent-hydraulisch (z.B. Hüttensand):                        - weist hydraulische Eigenschaften in sehr langem Zeitraum                        - erhärtet erst nach geeigneter Anregung (z. B. durch Alkalien oder Sulfate) 
• Unterschied zwischen CEM III A zu CEM III B (keine genauen Zahlen)? CEM III A:  besitzt einen höheren Anteil an PZ-Klinker CEM II B: besitzt einen höheren Anteil an Hüttensand
• LH-Zemente? Eigenschaft:    -  low heat - niedriger Hydratationsentwicklung Anwendung:    - massige Bauteile
• NA-Zemente? Eigenschaft:    - einen niedrigen wirksamen Alkaligehalt  Anwendung:   - Sie werden bei Bauteilen verwendet, bei denen mit einer schädigenden                        Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) gerechnet werden kann. 
• SR-Zemente? Eigenschaft:    -  hohen Sulfatwiderstand Anwendung:    -  Abwasserbauwerken (gegen Betonkorrosion)
• Wesentlichen Effekte der Hüttensandreaktion? langsame Anfangsreaktion mit niedriger Frühfestigkeit  Bildung zusätzlicher CSH-Phasen dichtere Porengefüge Festigkeitsteigerung auch noch in hohem Alter
• Wesentlichen Effekte der Flugaschenreaktion? langsame Anfangreaktion mit niedrigere Frühfestigkeit Bildung zusätzlicher CSH-Phasen Festigkeitssteigerung auch noch in hohem Alter  dichteres Porengefüge
• CO2-Verbrauch bei der Herstellung 1t Zement? Freisetzung von 907 kg CO2
• Was geschieht nach dem Schaubild bei etwa 800°C und welche Auswirkung hat das auf die Umwelt? Bei etwa 800°C ensteht eine erhöhte Menge an CO2. Bei der Herstellung von 1t Zement entstehen ca. 1t CO2, das in die Luft übergeht. Dies hat negative Auswirkungen auf die Umwelt. Ein passendes Beispiel wäre der Klimawandel, der durch den CO2 austoß unterstützt wird.
• Welche Auswirkung hat es nach dem Schaubild auf die Zusammensetzung des Zementklinkers, wenn die Temperatur im Ofen nur auf knapp 1.400°C ansteigt? Was fehlt? Was ist Schädliches drin? Wenn nur auf knapp 1400°C erhitzt wird, wird nicht genug C3S gebildet das für die Frühfestigkeit wichtig ist. Das was schädlich/unerwünscht ist, ist das CaO.

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