Materialkunde (Fach) / Bindemittel (Lektion)

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• 4. Erläutern Sie den Erhärtungsprozess bei Luftkalk. -> Luftkalke sind Kalkbindemittel, die nur an der Luft, durch Aufnahme von Luftkohlensäure   (CO2) erhärten-> die Erhärtung von Luftkalk in Mörteln erfolgt durch langsam von außen nach innen fortschreitender Kohlensäureaufnahme-> das Kohlendioxid dringt in die Mörtelporen ein und setzt sich durch die Feuchtigkeit zu Kohlensäure um, diese wandelt das Calciumhydroxid wieder zu Calciumcarbonat (Kalkstein) um = "Carbonatisierung"-> nur eine geregelte Belüftung führt zu einer gleichmäßig fortschreitenden Carbonatisierung des Kalkmörtels-> Beschleunigung der erhärtung durch das Aufstellen von CO2-erzeugenden Geräten (Ölbrenner, Koksofen) Ca(OH)2     +     H2O     +     CO2       --->       CaCO3     +     2H2O  +  ΔHgelöschter              Mörtel-          Kohlendioxid               erhärteter           freiwerdende BaufeuchteKalk                   wasser          aus der Luft                     Kalk                         verdunstet                                                                                        (Kalkstein) 
• 5. Erläutern Sie den Erhärtungsprozess bei hydraulischem Kalk. -> erhärten nach anfänglicher Luftlagerung auch unter Wasser-> neben Kalk erhält man bei Herstellung zusätzlich Kalkkieselsäureverbindungen (Dicalcium-Silikat: 2CaO * SiO2)-> besteht hauptsächlich aus Calciumhydroxid und Calciumsilikaten-> Erhärtungsprozess zweistufig:    1. Stufe -> Wasser    2. Stufe -> CO2 (Carbonatisierung)-> erhärtet sehr langsam (Wochen oder Monate) -> sehr hohe Festigkeiten hydraulische Erhärtung:2(2CaO*SiO2)     +     4H2O     --->     3CaO*SiO2*3H2O     +     Ca(OH)2Dicalcium-Silicat           Anmachwasser           festes, wasserunlösliches           Kalkhydrat                                                                          Kalk-Silicat-Hydrat Lufthärtung:Ca(OH)2     +     CO2     --->     CaCO3     +     H2O Kalkhydrat            Luft-CO2            fester Kalkstein       Baufeuchte
• 23. In welcher Größenordnung liegt die Druckfestigkeit von Baukalk? werden nach der Druckfestigkeit klassifiziert -> diese liegt zwischen 2 - 15 N/mm2 nach 28 Tagen
• 18. Welche 2 Arten von Luftkalk gibt es? -> Weißkalk (reinweiß)-> Dolomitkalk (oft Graustich)
• 12. Die Bezeichnung von Luftkalk ist z.B. CL90. Was bedeutet 90? 90 ist der (CaO + MgO)-Gehalt in %-Massenanteil-> also 90% des CL90 sind CaO + MgO CL = WeißkalkDL = DolomitkalkHL = Hydraulischer KalkNHL = Natürlicher hydraulischer Kalk
• 9. Wodurch entscheiden sich Luftkalk und hydraulischer Kalk bezüglich ihrer Zusammensetzung? Lufkalk:-> Weißkalk (CL):     -> vorwiegend aus Calciumhydroxid und/oder Calciumoxid     -> ohne Zusatz von hydraulischen Stoffen oder Puzzolanen-> Dolomitkalk (DL):     -> vorwiegend aus Calciummagnesium-hydroxid und/oder Calciummagnesiumoxid     -> ohne Zusatz von hydraulischen Stoffen oder Puzzolanen hydraulischer Kalk:-> natürl. hydr. Kalk (NHL):     -> vorwiegend aus tonhaltigen oder kieselsäurehaltigen Kalksteinen     -> Mahlhilfsmittel bis max. 0,1% zulässig-> hydraulischer Kalk (HL):     -> vorwiegend aus Calciumhydroxid gemischt mit Calciumsilikaten, Calciumaluminaten (->  aus Zement, Hochofenschlacke, Flugasche, Kalksteinmehl etc. hergestellt)
• 17./33. Rohstoffe, Abbau und Herstellung von Gips 1. Rohstoff-> ist ein schwefelsaures Calcium, das in der Natur als Calciumsulfat-Dihydrat vorkommt-> es gibt auch natürliche Vorkommen von kristallwasserfreiem Calciumsulfat (-> Anhydrit)-> fällt auch bei chemischen Aufbereitungsverfahren als Nebenprodukt an (z.B. REA-Gips) 2. Abbau-> wird unter und über Tag abgebaut 3. Herstellung-> muss vor dem Einsatz als Bindemittel aufbereitet werden-> Gipsstein wird in einer Maschine zerkleinert zu Pulverform-> der Rohgips, also das Calciumsulfat-Dihydrat, wird entwässert (=gebrannt); je nach Brennart    und Temperatur entstehen dabei verschiedene Phasen:    a.) kristallwasserarme Halbhydrate    b.) kristallwasserfreie Anhydrite-> die gebrannten, pulverförmigen Stoffe können mit Wasser angemacht erhärten (="abbinden")    --> durch die erneute Flüssigkeitszugabe, sind die Erhärtungsprodukte chemisch gesehen          wieder Calciumsulfat-Dihydrat (CaSO4 * 2H2O) a.) Brennvorgang Halbhydrat    CaSO4 * 2H2O     --->     CaSO4 * 1/2 H2O     +     1 1/2 H2O       Rohmaterial                                 Endprodukt                            wird frei    -> es treten je nach Brennvorgang zwei Kristallformen auf:       α - Halbhydrat: entsteht beim nassen Brennen bei ca. 100°C unter Dampfeinwirkung;                                   -> hat eine dichte, kristalline Form; hohe Druckfestigkeit       β - Halbhydrat: entsteht bei trockenem Brennen bei ca. 125°C;                                  -> wegen schneller Verdunstung: flockige Kristallform, geringe Druckfestigkeit b.) Brennvorgang Anhydrit:     CaSO4 * 2H2O     --->     CaSO4     +    2 H2O    = entstehen durch weitere Erhitzung und Entwässerung von Halbhydrat      > Anhydrit III -> über 180°C; nur mehr geringe Reste von Kristallwasser vorhanden      > Anhydrit II  -> ab 300°C; völlige Entwässerung; kein Kristallwasser mehr vorhanden      > Anhydrit I   -> über 1200°C; "totgebrannter Gips" -> kein Nutzen mehr
• 1. Das Abbinden und Erhärten von Gips ist ein Kristallisationsvorgang. Geben Sie die dazugehörige Formel an. CaSO4 * 1/2 H2O     +    1 1/2 H2O     --->     CaSO4 * 2H2O
• 3. Geben Sie die Verfahrensschritte bei der Herstellung von Zement an. Wodurch unterscheiden sich die Zementsorten? 1. Brechen der Zementrohstoffe-> die natürlich vorkommenden Zementrohstoffe (Kalk, Mergel, Ton) werden in Steinbrüchen bzw. Tongruben gewonnen-> die großen Teile werden mittels Steinbrecher zerkleinert (=brechen)-> dann getrennt nach ihrer Zusammensetzung im Freien gelagert 2. Rohmehlherstellung-> aus dem Lager wird das Rohmehl in festgelegten Mischungsverhältnissen über genau geregelte Dosiereinrichtungen in die Rohmaterialaufbereitung gebracht-> wird dort durch verschiedene Mühlen mehlfein zermahlen und gleichzeitig getrocknet-> wird dann in einem Silo (nach Korrektur und guter Mischung) gelagert und für Brennvorgang bereitgehalten 3. Brennen des Rohstoffes zu Portlandzementklinker-> Rohmehl kommt von Lagersilo in den Wärmetauscher -> bei 800-900°C wird dem Kalkstein das CO2 ausgetrieben-> dann kommt das Material weiter in den Drehrohrofen, es wird weiter erhitzt und erreicht bei ca. 1200°C die Sintergrenze-> durch Drehbewegung wird Rohmehl kugelig-> ab 1450°C wird das Klinkermaterial abgezogen, rasch gekühlt und anschließend gelagert 4. Mahlen des Zementklinkers-> abgekühlter Zementklinker wird gemeinsam mit Gips und Zumahlstoffen (Hüttensand, Flugasche, Kalk) in Kugel- oder Rohrmühle vermahlen-> Lagerung nach Festigkeitsklassen sortiert in Silos-> Auslieferung lose in Behälterfahrzeugen oder in 25 kg fassenden Papiersäcken Unterscheidung:die Zemente unterscheiden sich nach:-> Anteil an Portlandzementklinker-> mengenmäßigen Zugaben von Hüttensand, puzzolanischen Stoffen, Kalksteinmehl, Füllern-> in geringen Mengen Gipsstein od. Anhydrit zugemahlen (steuert Erstarrungsbeginn des Zements)
• 3. Welche Zementphase ist gegen Sulfatwasser anfällig? Tricalciumaluminat   ->   3CaO*AI2O3   ->   C3A
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• 7. Was ist Weißzement? -> ist eisenoxidfreier Zement-> enthält kein Tetracalciumaluminatferrit C4(A,F)-> entspricht idR: CEM I 52,5 R-> Verwendung: für weiße Sichtbetonoberflächen od. farbigen Beton
• 10. Nennen Sie die 5 Hauptgruppen von Zementen? 1. CEM     I      Portlandzement2. CEM     II     Portland(komposit)zement3. CEM     III    Hochofenzement4. CEM     IV    Puzzolanzement5. CEM     V     Kompositzement
• 19. Bei der Zementherstellung bilden sich 4 Klinkerphasen aus, die z.B. für die Höhe der Hydrationswärme oder das Abbindeverhalten verantwortlich sind. Wie heißen diese 4 Klinkerphasen? 1. Tricalciumsilicat (3CaO*SiO2) -> C3S-> schnelle Erhärtung, hohe Hydrationswärme, sehr hohe Endfestigkeit 2. Dicalciumsilicat (2CaO*SiO2) -> C2S-> langsame, stetige Erhärtung; niedrige Hydrationswärme, sehr hohe Endfestigkeit 3. Tricalciumaluminat (3CaO*AI2O3) -> C3A-> anfangs schnelle Erhärtung, sehr hohe Hydrationswärme, geringe Endfestigkeit, anfällig gegen Sulfatwässer 4. Tetracalciumaluminatferrit (4CaO*AI2O3Fe2O3) -> C4(A,F)-> langsam stetige Erhärtung; hohe Hydrationswärme; geringe Endfestigkeit
• Welche Zementphase ist verantwortlich für die große Festigkeit? 1. Tricalciumsilicat (3CaO*SiO2) -> C3S-> auch Anfangsfestigkeit hochund ev.:2. Dicalciumsilicat (2CaO*SiO2) -> C2S-> Anfangsfestigkeit gering
• 30. Zementklassen nach ÖNORM Festigkeitsklassen:32,5 N32,5 R42,5 N42,5 R52,5 N52,5 R
• 32. Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile von Zementestrich, die Zusammensetzung, Fugenanordnung, Nachbehandlung und Prüfverfahren. Vorteile:+ hohe Festigkeit                                                                                                         + hoher Abnutzungswiderstand+ gute Griffigkeit und Trittsicherheit+ Wasserundurchlässigkeit+ Beständigkeit gegen säurefreie Fette/Öle (z.B. Benzin)+ günstig im Vergleich zu anderen Estricharten Nachteile:- längere Erhärtungszeit- Schwinden Zusammensetzung:-> = Korngemisch aus natürlichen und künstlichen Zuschlägen mit Zement als Bindemittel-> Festigkeit wird durch günstigen Kornaufbau und größere Dichte erreicht-> möglichst kleiner Wassergehalt -> um Zementschlempenbildung an Oberfläche zu unterdrücken-> dadurch ergibt sich ein Mörtel mit erdfeuchter bis schwach-plastischer Konsistenz, der sorgfältig und gut verdichtet werden muss-> Zementgehalt bei schwimmendem Estrich: 300 kg/m3 Fugenanordnung:Arbeits- bzw. Tagesfugen ->  entstehen durch Anbetonieren der Estriche aufgrund Tagesende-> werden üblicherweise kraftschlüssig verschlossen und nicht in den Belag übernommenSchwind- bzw. Scheinfugen -> mit Kelle eingeschnitten, dienen als Sollbruchstelle beim Schwinden-> nach Abklingen des Schwindens kraftschlüssig verschlossen und nicht in den Belag übernommen Nachbehandlung:-> wegen geringer Dicke und großer Oberfläche austrocknungsgefährdet -> Festigkeitsverminderung, erhöhtes Schwinden, Verkrümmen od. Aufwölben der Ecken und Ränder-> deshalb mindestens 7 – 14 Tage vor zu schnellem Austrocknen und schädlichen Wirkungen (Zugluft, Hitze, Kälte) schützen-> nicht vor 3 Tagen nach Herstellung begehen-> außer: schwimmender Estrich muss nicht nachbehandelt werden (dichtes Verschließen von Raum reicht) Prüfverfahren:Erstprüfung:= ob mit dem Estrichmischgut die geforderten Güteeigenschaften mit Sicherheit erreicht werden, es wird geprüft:-> Verarbeitbarkeit-> Festigkeitsklasse-> sonstige geforderte Eigenschaften (Verschleiß, Eindrücktiefe, etc.) Güteprüfung:= Nachweis zu erbringen, dass mit diesem Material die vereinbarten Güteeigenschaften hergestellt werden können, es wird nachgewiesen:-> die Biegezug- und Druckfestigkeit-> der Verschleiß-> Konsistenz-> Oberflächenhärte Bauteilprüfung:= Nachweis dass verlegter Estrich den Anforderungen entspricht, es wird geprüft:-> Biegezug- und Druckfestigkeit-> Verschleiß-> Ebenheit-> Oberflächenhärte
• 20. Bei der Zementhärtung unterscheiden wir 4 Klinkerphasen. Welche Klinkerphase wird bei manchen Zementen nicht verwendet? 4. Tetracalciumaluminatferrit C4(A,F)-> der nicht gebundene Teil des Aluminiumoxids reagiert mit Wasser sehr schnell und versteift rasch-> bei der Herstellung von Mörtel und Beton würde es die Verarbeitbarkeit beträchtlich beeinträchtigen-> durch Gipszusätze kann dieser Effekt aufgehoben werden
• 26. Welche Zementphase ist verantwortlich für hohe Hydrationswärme? sehr hohe Hydrationswärme bei:-> Tricalciumaluminat C3A hohe Hydrationswärme bei:-> Tricalciumsilicat C3S-> Tetracalciumaluminatferrit C4AF
• 25. In welcher Größenordnung liegt die Druckfestigkeit von Zement? bezogen auf die Normfestigkeit nach 28 Tagen in MPa:  bei 32,5 N/R -> zwischen 32,5 - 52,5 MPabei 42,5 N/R -> zwischen 42,5 - 62,5 MPabei 52,5 N/R -> zwischen >= 52,5 MPa
• 8. Was versteht man unter Mehlkorn? -> das Mehlkorn ist das Feinstkorn im Beton-> der Mehlkorngehalt setzt sich zusammen aus dem Betonzuschlag bis 0,125 mm, eventuell dem Betonzusatzstoff und dem im Betongemisch enthaltenen Zement-> Beton muss eine bestimmte Menge Mehlkorn enthalten, damit er gut zu verarbeiten ist und ein dichtes Gefüge bekommt. Der Anteil von Mehlkorn darf allerdings auch nicht zu groß werden, da der Widerstand gegen Frost und Taumittel darunter leiden könnte.
• 11. In welchen Bauteilen findet sich Ca(OH)2 und welchen pH-Wert hat dieses in etwa? -> in Luftkalk-> pH-Wert annähernd 12,5
• 13. Welches Material wird mit dieser Bezeichnung beschrieben: EN459-1 NHL 3,5? -> ist die Normbezeichnung von Natürlich Hydraulischem Kalk mit 3,5 N/mm2 Druckfestigkeit(sklasse)
• 14. Geben Sie eine Einteilung von Estrichen nach den verwendeten Bindemitteln. -> Estrichgips-> Magnesia-Estrich-> Zementestrich
• 15. Welche anorganischen Bindemittel gibt es? -> man unterscheidet zwischen anorganischen und organischen Bindemitteln-> anorganische Bindemittel sind mineralische Bindemittel, also: aus mineralischen Stoffen wie Gips, Kalk oder Zement aufgebaut
• 21. Welches Bindemittel wird als NHL-Binder bezeichnet? Natürlich Hydraulische Kalke
• 22. Welche Ausgangsstoffe werden für Magnesiabinder verwendet? Rohstoffe für Magnesiabinder: -> Magnesit: MgCO3-> Dolomit: MgCO3 *CaCO3
• 27. Wie groß sind ca. die Dichte von Zement und die Wärmeleitzahl von Mineralwolle? Reindichte Zement -> ρ= 3,1 kg/dm3 Wärmeleitzahl Mineralwolle -> λ = 0,03 - 0,05 W/mK
• 28. Welche anorganischen Bindemittel gibt es und welche werden Innen und welche Außen eingesetzt? a.) Luftbindemittel -> Innen     -> die nur an der Luft erhärten und im erhärteten Zustand gelegentlich wasserlöslich sind.     -> Luftkalke, Gipse, Magnesiabinder b.) Hydraulische Bindemittel -> Außen od. tragende Bauteile    -> die an der Luft und unter Wasser erhärten    -> Zement, hydraulischer Kalk, PM-Binder (Putz- und Mauerbinder)
• 31. Beschreiben Sie die Hauptgruppen der anorganischen Bindemittel. Welche Bindemittel werden für tragende Bauteile eingesetzt, welche hauptsächlich im Innenausbau (in trockenen Bereichen) und warum? Bestimmte anorganische Bindemittel erhärten nur an der Luft (z.B. Kalk oder Gips), andere erhärten an der Luft und auch unter Wasser bzw. nach ihrer Verarbeitung an der Luft oder unter Wasser (Zementbeton). Man unterscheidet demnach zwei Hauptgruppen: a.) Luftbindemittel, die nur an der Luft erhärten und im erhärteten Zustand gelegentlich wasserlöslich sind. -> Luftkalke, Gips, Magnesiabinder b.) hydraulische Bindemittel, die an der Luft und unter Wasser erhärten.-> Zement, hydraulischer Kalk, PM-Binder (Putz- und Mauerbinder) für tragende Bauteile:-> Kalk, PM-Binder, Mischbinder, Zement im Innenausbau:-> Gips (-> nur Innen weil sehr feuchteempfindlich)

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