Bauchemie für das Bachelor-Studium
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- Greta Sachs
- vor 6 Jahren
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1 Bauchemie für das Bachelor-Studium
2 Roland Benedix Bauchemie für das Bachelor-Studium Modern Kompetent Kompakt 2., korrigierte Auflage
3 Roland Benedix Leipzig, Deutschland ISBN DOI 0.007/ ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden 204 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Lektorat: Ralf Harms, Annette Prenzer Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media.
4 Vorwort Die Chemie für Bauingenieure und Architekten stellt weder ein Sondergebiet dar, noch fußt sie auf anderen Grundlagen als die Chemie für Polygrafen, Maschinenbauer oder Chemiker. Der Titel des Lehrbuchs "Bauchemie für das Bachelor-Studium" soll lediglich auf eine Auswahl aus dem umfangreichen Wissensgebiet der Chemie hinweisen, die vom Autor unter dem Blickpunkt der spezifischen Belange eines Bauingenieurs bzw. Architekten getroffen wurde. Die Lehrveranstaltung "Bauchemie" ist an Universitäten und Hochschulen meist nur einsemestrig angelegt, mitunter werden bauchemische Grundlagen und Sachverhalte auch im Rahmen von Baustofflehre- bzw. Werkstoff-Vorlesungen vermittelt. Unbestritten ist, dass grundlegende bauchemische Kenntnisse für den angehenden Bauingenieur bzw. Architekten unerlässlich sind, meist bemerkt er das erst nach dem Studium in der Praxis! Das betrifft wichtige physikalischchemische Eigenschaften anorganischer und organischer Baustoffe, ihre Wechselwirkung mit anderen Baustoffen sowie ihr Verhalten gegenüber aggressiven Umweltschadstoffen, aber auch die Kenntnis der Mechanismen, die zur korrosiven Zerstörung metallischer und nichtmetallischer Baustoffe führen - einschließlich möglicher Gegenmaßnahmen. Die Chemie ist auch gefragt, wenn es um die Durchsetzung der Nachhaltigkeit im Baugeschehen geht. Hierher gehören Strategien zur Reduktion von Kohlendioxid bei der Zementherstellung, zur Entwicklung biobasierter Rohstoffe für die bauchemische Industrie und zur Entwicklung nachhaltiger, maßgeschneiderter Baustoffe. An der bisher gewählten Gliederung des Lehrstoffe wurde festgehalten: Algemein-cllemische Grundlagen, Luft und Luftinhaltsstoffe, Wasser und wässrige Lösungen, Redoxgleichgewichte und Grundlagen der Elektrochemie, Chemie der Baumetalle sowie Chemie nichtrnetallisch-anorganischer und organischer Stoffe im Bauwesen. Im Ergebnis der ständigen Rückkopplung bei der Vermituung des Bauchemie-Lehrstoffes im Rahmen von Lehrveranstaltungen, aber auch durch konstruktiv kritische Hinweise von Fachkollegen habe ich den Stoff aktualisiert, gekürzt, klarer dargestellt und so den Anforderungen einer modemen Bachelor-Ausbildung angepasst. Mein Dank gilt zuerst den Herren Prof. Dr.-Ing. habil. Wolf-Peter Ettel (HTWK Leipzig) und Prof. Dr. Dr. h. c. habil. Lothar Beyer (Universität Leipzig) für die stete Bereitschaft zu fachlicher Diskussion und Unterstützung. Des Weiteren danke ich allen Fachkollegen und Fachleuten der Industrie, die mit konstruktiver Kritik zu Verbesserung des Buches beigetragen haben. Mein Dank gilt weiterhin den Herren Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Stark und Dr. Bernd Möser (F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar) für die Bereitstellung von ESEM-Aufnahmen zur Zementhydratation und zu ausgewählten Baustoffen. Schließlich danke ich dem Vieweg+ Teubner Verlag, insbesondere Herrn Dipl.-Ing. Ralf Harms und Frau Annette Prenzer, für die fruchtbringende und konstruktive Zusammenarbeit. Anregungen und konstruktive Kritik sind mir jederzeit willkommen. Leipzig, im März 204 Roland Benedix
5 Bauchemie für Bachelor: Kurz - Kompetent - Modem Grundlagen der Chemie für Bauingenieure und Architekten Allgemein - chemische Grundlagen Chemische Grundbegriffe - Grundgesetze Stoffe Massenverhältnisse bei chemischen Reaktionen, Mengenangaben Allgemeine Zustandsgleichung der Gase Konzentrationsmaße Stöchiometrische Berechnungen Aufbau dar Materie Aufbau der Atome aus Elementarteilchen Natüriiche RadioaktMtät Radioaktivität von Baustoffen Periodensystem der Elemente Chemische Bindung Grundtypen der chemischen Bindung Intermolekulare Bindungskräfte Die chemische Reaktion Reaktionsenthalpie - Triebkraft chemischer Reaktionen Geschwindigkeit chemischer Reaktionen - Katalyse Chemisches Gleichgewicht - Massenwirkungsgesetz Heterogene Reaktionen im Bauwesen Luft und Luftinhallsstoffe Zusammensetzung und Eigenschaften der Luft Luftinhallsstoffe und Luftschadstoffe Natüriiche Luftinhaltsstoffe und ihre Verbindungen Luftschadstoffe und Möglichkeiten zur Vermeidung, REA-Gips Wasser und wässrige Lösungen Wasser: Struktur und Eigenschaften Anomalien, Benetzung und Kapillarität Tenside: Vemngerung der Oberflächenspannung Dampfdruck und Dampfdruckemiedrigung Dampfdruck reiner Flüssigkeiten - Phasendiagramm Dampfdruck von Lösungen: Gefrierpunktsemiedrigung/Siedepunktserhöhung Osmose - osmotischer Druck Lösungen Lösungsvorgang - Hydrate - Lösungswärme Löslichkeit und Löslichkeilsprodukt Lösungen - Kolloide - Suspensionen Elektrolyte - Elektrolytlösungen Härte des Wassers Melallkomplexe - Komplexbildungsreaktionen Säure-Base-Resktionen Säure-Base-Begriff Autoprotolyse des Wassers und ph-wert Stärke von Säuren und Basen Protolyse von Salzen
6 VIII Inhaltsverzeichnis Berechnung des ph-wertes Redoxreaktionen - Grundlagen der Elektrochemie Oxidation - Reduktion, Redoxreaktionen Galvanische Zellen - Standardpotentiale - elektrochemische Spannungsreihe Elektrolyse Chemie wichtiger Baumetalle Eisen Produkte des Hochofenprozesses: Roheisen und Schlacke Stahl Nichteisenmetalle (AI, Cu, Zn, Pb, Cr) Metallische Konrosion Typen der metallischen Korrosion Erscheinungsformen der Korrosion Korrosionsschutz Chemie nichtmetallisch-anorganischer Baustoffe Minerale und Gesteine Siliciumdioxid - Silicate - siliciumorganische Verbindungen Siliciumdioxid SiO, Kieselsäuren und Silicate Technische Silicate (Künstliche Silicate) Gläser Keramische Erzeugnisse Siliciumorganische Verbindungen Anorganische Bindemittel Baukalke Zemente Rohstoffe und Herstallung von Portlandzement Zusammensetzung und Eigenschaften von Portlandzementklinker Bestandteile von Norrnzementen Hydratation der Klinkerphasen Hydratation von Portlandzement Aufbau und Eigenschaften des Zementsteins Zementarten - Spezialzemente Zemente: Umweltaspekte und Trends Betonzusatzmittel (Zusatzmittel) Gips und Anhydrit Vorkommen, Darstellung, Eigenschaften und Verwendung Hydratations- und Erhärtungsprozess Eigenschaften von Bindemitteln auf der Basis von CaSO. Magnesiabinder Phosphatbinder Kalksandsandsteine und Porenbetone Korrosion nichtmetallisch-anorganischer Baustoffe Chemischer Angriff auf Beton Lösender Angriff Treibender Angriff Korrosiver Angriff auf die Bewehrung Biokorrosion
7 Inhaltsverzeichnis IX Literatur Salzausblühungen - Salzschäden OberHächenschulz durch anorganische Systeme Chemie organischer Stoffe Im Bauwesen Ausgewählte Grundklassen organischer Verbindungen Kohlenwasserstoffe Halogenkohlenwasserstoffe Alkohole und Phenole Ether Aldehyde und Ketone Carbonsäuren und Ester Fette - Öle - Seifen Bitumen, Teer und Asphalt Bitumen Teer - Pech - Asphalt Kunststoffe Aufbau und Struktur Thermische und mechanische Eigenschaften Hilfs-, Füll- und Verstärkungsstoffe in Polymeren Einteilung der Kunststoffe nach ihrer Bildungsreaktion Polymerisationskunststoffe (Polymerisate) Polykondensationskunststoffe (Polykondensate ) Polyadditionskunststoffe (Polyaddukte ) Organische Obernächenschulzsysteme Kunststoffmodifizierte Mörtel und Betone I Reaktionsharzbetone Klebstoffe und Fugendichtstoffe Holz und Holzschutz Aufbau und Zusammensetzung von Holz Holzschutz Qualitative Analyse von Baustoffen Sachwortverzaichnis Anhang Elemente, Symbole, Ordnungszahlen und relative Atommassen Anhang 2 Relative Molekülmassen bauchemisch wichtiger Verbindungen Anhang 3 Stärke von Säuren und Basen (pks - und pka -Werte) Anhang 4 Elektrochemische Spannungsreihe (Slandardelektrodenpotentiale) Anhang 5 Löslichkeiten einiger Salze (20'C)
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