Anorganische Bindemittel Kreislauf des Kalks
Kalk als Bindemittel: Kreislauf des Kalks Antike Form des Kalkbrennofens
Brennen von Kalk Brenntemperatur: 900 1.200 C CaCO 3 CaO + CO 2 Calciumcarbonat Calcit, Kalkstein Branntkalk Kohlendioxid Kalzination Löschen von Kalk CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Branntkalk Wasser Kalkhydrat ph-wert: 12,6! Alkalisch, starke Lauge
Erhärten von Kalk Carbonatisierung Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O Kalkhydrat Kohlendioxid Kalk Wasser ph-wert: 12,6! ph-wert: ~ 8,5 ph-wert? Was ist das? Definition: Der negative dekadische Logarithmus der H 3 O + - Ionenkonzentration
Welchen ph-wert hat Coca-Cola? Kalkherstellung synthetisch CaCO 3 + 4 C CaC 2 + CO 2 Kalk Kohlenstoff Calciumcarbid CaC 2 + H 2 O C 2 H 2 + Ca(OH) 2 Calciumcarbid Wasser Acethylen Kalkhydrat Diese Reaktion liegt auch einer Feuchtigkeitsmessmethode zugrunde: CM -Methode.
Historische Form des Kalkbrennens Moderne Form des Kalkbrennofens
Aus Kalk wird Kalkmörtel Trocken gelöschter Kalk: Stückkalk Nass gelöschter Kalk: Zuschläge für Mörtel: Zuschläge für Putz Mischungsverhältnis: Wasserzugabe: Kalkteig Grubensand 0-6 mm Flusssand 0-4 mm 1 : 4 Raumteile Nach Erfahrung so viel, dass der Mörtel schnittfest und plastisch ist Sumpfkalk Gelöschter Kalk wird in eine gegen das Erdreich abgeschlossene Grube gefüllt und mit Wasser versetzt. Der Kalk wird unter Wasserüberschuss gelöscht = eingesumpft. Auf der Oberfläche des Kalkteigs bleibt eine Wasserschicht, so dass der Kalk nicht carbonatisieren kann. Möglichst langes Einsumpfen hat folgende Vorteile: Verunreinigungen im Kalkteig sinken langsam zu Boden, der Kalkteig wird sehr rein Das Kalkhydrat bildet große Kristalle und erhöht seine Bindekraft
Mauerwerk: Freskomalerei: Seccomalerei: Sumpfkalk: Verwendung: 1-jähriger Sumpfkalk 6-jähriger Sumpfkalk 3-jähriger Sumpfkalk Vorteil des langen Einsumpfens ist auch das Verschwinden von Branntkalkresten, die als so genannte Kalktreiber zu Schäden führen. Kalk und Baukalk: Bezeichnungen Ungelöschter Kalk: Q Kalkhydrat: Weißkalk: S, Pulver oder Teig, durch kontrolliertes Löschen von Q CL, v. a. CaO oder Ca(OH) 2, ohne Zusatz von hydraulischen Stoffen Dolomitkalk DL, wie vor, einschl. MgO bzw. Mg(OH) 2 Nat. Hydraul. Kalk: Hydraul. Kalk NHL mit Zusätzen NHL, entstanden durch Brennen von tonund kieselsäurehaltigem Kalk HL, Zusammensetzung wie vor, aber hergestellt durch Mischung geeigneter Stoffe Z, Zugesetzt max. 20 % Puzzolane
CL DIN EN 459-1 CL 90 - Q Carbonatkalk 90 CaO+MgO > 90 % Q Bezeichnungen von Kalken ungelöschter Kalk,also CaO NHL DIN EN 459-1 NHL 2- Z natürlich hydraulischer Kalk 2 28-Tage-Druckfestigkeit in MPa Z Bezeichnungen von Kalken max. 20 % Puzzolanzusatz enthalten
Bindemittel: Gips und Anhydrit Anhydrit: CaSO 4 Bassanit: CaSO 4 * ½ H 2 O Halbhydrat Gips: CaSO 4 * 2 H 2 O Dihydrat Natürlicher Gips Künstlicher Gips: Naturgips ist ein Mineral, das zusammen mit Kalk, Anhydrit, Steinsalz, Kalisalz etc. in großen Mengen vorkommt. REA Gips (Gips aus Rauchgas- EntschwefelungsAnlagen) Modifikationen des Gipses a - Halbhydrat: Brenntemperatur: 100 C ß Halbhydrat: Brenntemperatur 125 C (Stuckgips) Anhydrit III Brenntemperatur 180 C Anhydrit II s Brenntemperatur 300-500 C Anhydrit II u Brenntemperatur 500 700 C Anhydrit I Brenntemperatur 1200 C (instabil, technisch ohne Bedeutung) s: schwerlöslich, wandelt sich langsam in Halbhydrat um u: unlöslich
Stuckgips: Putzgips: Gips als Bindemittel Gemisch von Halbhydrat und Anhydrit III Halbhydrat, Anhydrit II und III, schnellere Versteifung, kürzere Verarbeitung Estrichgips: Anhydrit II mit Kalk, bei 700 800 C gebrannt. Verwendung: Gipsputze und Gipsmörtel Formenbau, Abformungen, Dentaltechnik Gispkarton - Trockenbauplatten Estriche: Anhydritestriche, AFE Wandbauplatten, Gipsmassivplatten Gips als Bindemittel Probleme beim Einsatz von Gipsmörteln: Gipsmörtel ist wasserlöslich, ca. 2,8 g/l Gipsmörtel ist wasseranziehend (hygroskopisch) Bei wiederkehrender Durchfeuchtung: Gips fault, d. h. er wird umkristallisiert, sehr weich und damit nicht mehr verwendbar.
Herstellung von Zement Herstellung von Zement
Herstellung von Zement Herstellung von Zement
Herstellung von Zement Herstellung von Zement
Herstellung von Zement Gemeinsame Vermahlung von Kalkstein, Mergel und Gips Brennen in Drehrohröfen bei 1.000 1.450 C 3 CaCO 3 + SiO 2 3 CaO * SiO 2 C 3 S 2 CaCO 3 + SiO 2 2 CaO * SiO 2 C 2 S Fein Zermahlen des Zementklinkers Verpackung und Transport Neu: CEM I
Bildung der Zementsteinphasen (Hydratation) 3 CaO * SiO 2 + H 2 O CaO * SiO 2 * nh 2 O C 3 S Calciumsilikathydrat (CSH) CaO + H 2 O Ca(OH) 2 ph-wert: 12,6 Portlandit (Calciumhydroxid) Bildung von Zementsteinphasen: Hydratation 2 (3 CaO. SiO 2 ) + 6 H 2 O Tricalciumsilikat (C 3 S) Wasser 3 CaO. 2 SiO. 2 3H 2 O + 3 Ca(OH) 2 ph-wert: 12,6 Calciumsilikathydrat (CSH) Calciumhydroxid
Zementklinker (Rasterelektronenmikroskop) 10 µm (0,01 mm) Zementzusätze: Hüttensand 10 µm
Zementzusätze: Flugasche (EFA) Zementzusätze: Kalksteinmehl 10 µm
Mikrosilika (Rasterelektronenmikroskop) 500 µm (0,5 mm) Ablauf der Hydratation
Erhärtung und Hydratation Bildung der Hydratphasen 1
Bildung der Hydratphasen 2 Reaktionen beim Erstarren Nach 1 h: Beginn der Hydratation, kleine Aufwachsungen Nach 3 h: Ettringitkristalle, Calciumsilikathydrat - Nester (CSH)
Ettringit 3 CaO. Al 2 O 3. 3 CaSO 4. 32H 2 O Calcium - Aluminat Calcium - Sulfat Wasser Ettringitbildung 1 Vol. 3 CaO. Al 2 O 3. 3 H 2 O + 3 (CaSO 4. 2H 2 O) + 26 H 2 O Ca - Aluminathydrat 8 Vol. Gips Wasser 3 CaO. Al 2 O 3. 3 CaSO 4. 32H 2 O Ettringit
Zementerhärtung nach 12 bzw. 24 h Nach 12 h: Langfaserige Kristalle von CSH und Ettringit im erstarrten Zement Nach 24 h: Bildung von Portlandit neben CSH und Ettringit Zementerhärtung nach 28 Tagen Nach 28 Tagen: Dichtes Gefüge im ausgehärteten Zustand
Eigenschaften und Reaktionen -1- Beginn der Reaktion an Korngrenzen und säumen Zunächst Bildung langfaseriger Kristalle Danach Ausbildung kurzfaseriger nadeliger Kristalle mit guter Verzahnung Daraus resultierende Eigenschaften: hoher ph-wert, gute Druckfestigkeit, Porosität, geringe Zug- und Biegefestigkeit Portlandit (Calciumhydroxid): verantwortlich für ph-wert Eigenschaften und Reaktionen -2- Partikelgröße der CSH - Phasen: < 0,1 µm. Daraus resultiert die Bezeichnung Zementgel Sehr große innere Oberfläche der CSH Phasen, von ca. 3.500-5.000 cm 2 /g Daher: große Massenanziehungskräfte innerhalb des Zementgels ( van der Waals-Kräfte ), die wiederum guten inneren Zusammenhalt bewirken. Dies zusammen mit der chemischen Bindung führt zu der hohen Festigkeit und der großen Bedeutung des CSH innerhalb der verschiedenen Zementsteinphasen
Verteilung der Porenradien m 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 Partikel Poren Prüfungsmethoden Kies Sand Zementgel Zementklinker Rüttelporen Luftporen Gelporen Kapillarporen Auge Elektronenmikroskop Mikroskop indirekte Methoden Zementarten: alte Bezeichnungen Bez. Name PZ-Klinker Hüttensand Trass PZ Portland Z. 96 % - - EPZ Eisenportland-Z. 65 % < 35 % - HOZ Hochofenzement 15 64 % 85-36 % - TrZ Trasszement 60 80 % - 20 40 %
Zementarten nach DIN EN 197-1 CEM I CEM II CEM III CEM IV CEM V Portlandzement Portlandkompositzement Hochofenzement Puzzolanzement Kompositzement Zementarten nach DIN EN 197-1 CEM III/A CEM III/B CEM III/C 35 64 % Zementklinker 36 65 % Hüttensand 20 34 % Zementklinker 66 80 % Hüttensand 5 19 % Zementklinker 81 95 % Hüttensand
Zementbestandteile nach DIN EN 197-1 Hauptbestandteile K: Portlandzementklinker S: Hüttensand D: Silikastaub Puzzolane P: natürliches Puzzolan Q: natürliches getempertes Puzzolan Flugasche V: Kieselsäurereiche Flugasche W: Kalkreiche Flugasche Kalkstein L: TOC < 0,05 Masse % LL: TOC < 0,2 Masse % Zusatzbezeichnungen von Zementen Besondere Eigenschaften NW: Zement mit niedriger Hydratationswärme HS: Zement mit hohem Sulfatwiderstand NA: Zement mit niedrigem wirksamem Alkaligehalt Festigkeitsklassen N: Zement mit normaler Anfangsfestigkeit R: Zement mit hoher Anfangsfestigkeit
Bezeichnungen von Zementen Hochofenzement DIN EN 197-4: CEM III/B 32,5 L - LH CEM III: Hochofenzement B Hüttensand zwischen 66 % und 80 % 32,5 Zementfestigkeitsklasse 32,5 N/mm² L LH niedrige Anfangsfestigkeit niedriger Hydratationswärme: Zementtypen nach DIN EN 197-1
Zementtypen nach DIN EN 197-1