Literatur Zement Gani M.S.J. (1997): Cement and Concrete. - 41.0.Fü Knoblauch H., Schneider U. (2006): Bauchemie, 6. Aufl. - 11.Fü dler I. (2000): Special Inorganic Cements. - 12.0.Fü Taylor H.F.W. (1997): Cement Chemistry, 2nd. Ed. - 41.0.Fü Zementbegriff Zement ist ein fein gemahlenes, hydraulisches Bindemittel hydraulisch: ein Bindemittel, das durch Reaktion mit Wasser an der Luft (Luftfeuchtigkeit) und unter Wasser erhärtet; die Erhärtungsprodukte sind wasserunlöslich Gegensatz: Luftbindemittel, erhärtet an Luft, z.t. wasserlöslich z.b. Luftkalk: CaC 3 Ca + C 2 Ca + H 2 Ca(H) 2 Ca(H) 2 + H 2 C 3 (Kohlensäure) CaC 3 + 2H 2 - H 2 C 3 H 2 (aus Mörtelwasser) + C 2 (aus Luft) slide - 1 slide - 2 Zementbegriff Klassifikation von Zement Die Druckfestigkeit (28 d) beträgt mindestens 30 N/mm 2 Zement besteht aus Verbindungen des Ca (= C) Si 2 (= S) 3 (= A) Fe 2 3 (= F) Ca(H) 2 (= CH) H 2 (= H) CaS 4 (= CS) Mg (= M) Na 2 (= N) K 2 (= K) EN197-1: CEM = reaktionsfähiges C + S 50 wt% Portlandzementklinker besteht vorwiegend aus C, S, A und F C + S 66 wt% C / S 2 M 5 wt% Hauptzementarten CEM I Portlandzement CEM II Portlandkompositzement CEM III Hochofenzement CEM IV Puzzolanzement CEM V Kompositzement slide - 3 slide - 4 1
Klassifikation von Zement Klassifikation von Zement slide - 5 slide - 6 Zementherstellung Zementherstellung slide - 7 slide - 8 2
Zementherstellung Chemische Charakterisierung nach Norm ASTM C 150-68 slide - 9 slide - 10 Chemische Charakterisierung Kalkstandard Silikatmodul Tonmodul C 3 S (Alit) 3 Ca Si 2 = Ca 3 Si 5 Mineral: Hatrurite ideale Zelle monoklin Cm(8) a = 12.23, b = 7.07, c = 9.30 Å, β = 116.31 reale Überstruktur - a = 33.11, b = 7.05, c = 18.54 Å, β = 94.19 schnelle Erhärtung hohe Hydrationswärme hohe Festigkeit Klinkeranteil: 45-80 wt% slide - 11 slide - 12 3
C 2 S (Belit) 2 Ca Si 2 = β -Ca 2 Si 4 C 3 A (Tricalciumaluminat) 3 Ca 3 = Ca 3 6 Mineral: Larnit ideale Zelle monoklin P2 1 /n(14) a = 5.50, b = 6.76, c = 9.34 Å, β = 94.14 falsche Zelle a = 9.30, b = 6.78, c = 10.50 Å, β = 148.30 Mineral: keines orthorhombischer Polymorph Pbca(61) a = 10.87, b = 10.86, c = 15.11 Å Kubischer Polymorph Pa-3(205) a = 15.26 Å langsame, stetige Erhärtung niedrige Hydrationswärme hohe Festigkeit Klinkeranteil: 0-32 wt% schnelle Erhärtung hohe Hydrationswärme geringe Festigkeit, anfällig gegen Sulfatwässer Klinkeranteil: 7-15 wt% slide - 13 slide - 14 C 2 AF (Ferrit) 2Ca ( 3, Fe 2 3 ) = Ca 2 (Al x Fe +3 1-x) 2 5 [0 < x < 0.7] C (Freikalk) Ca Mineral: Brownmillerit orthorhombischer Ibm2(46) a = 5.53, b = 14.59, c = 5.32 Å ht-form Pnma(62) a = 5.41, b = 14.72, c = 5.59 Å Mineral: Lime kubisch Fm-3m(225) a = 4.81 Å langsame Erhärtung geringe Hydrationswärme geringe Festigkeit, stabil gegen Sulfatwässer Klinkeranteil: 4-14 wt% in geringen Mengen unschädlich in größeren Mengen Kalktreiben Klinkeranteil: 0.1-3 wt% slide - 15 slide - 16 4
M Mg Mineral: Periklas kubisch Fm-3m(225) a = 4.20 Å in geringen Mengen unschädlich in größeren Mengen Mg-Treiben Klinkeranteil: 0.5-5 wt% Eifel: natürlicher Klinker Vorkommen in leucit-tephritischer Lava (150-100 ka) silikatische Xenolithe: vordevonische kristalline Schiefer Kontaktmetamorphose Mullit, Cordierit, Milarit-Typ Minerale karbonatische Xenolithe: tertiäre Kalke Pyrometamorphose H 2 -freie Ca-Aluminate bzw. Silikate z.b. Larnit, Brownmillerit, Mayenit Metasomatose F,Cl-Sulfate bzw. Hydrate z.b. Ellestadit, Reinhardbraunsit Reaktion mit H 2 +C 2 Hydrate und Hydroxide z.b. Ettringit, Portlandit, Zeolithe slide - 17 slide - 18 Eifel: natürlicher Klinker Eifel: natürlicher Klinker 100 μm L M T L M slide - 19 L (C 2 S) = Larnit β-ca 2 [Si 4 ], T = Ternesit Ca 5 [Si 4 ] 2 S 4, M = Mayenit Ca 12 Al 14 32 (Cl,H) 2 slide - 20 5
Reaktion mit Wasser Hydrolyse Ca + H 2 Ca 2+ + 2H - ph-wert steigt auf ca. 12.5 diese alkalische Reaktion schütz die Stahlarmierung vor dem Rosten Reaktion setzt sofort ein Betonfestigkeit primär abhängig von Klinkerzusammensetzung aber auch Partikeldurchmesser Hydration ist die eigentliche Erhärtungsreaktion setzt frühestens nach einer Stunde ein werden verbraucht und es entstehen wasserhaltige, kristalline Verbindungen, i.e. Hydratphasen slide - 21 slide - 22 Zementhydration Zementhydration slide - 23 slide - 24 6
Hydratphasen Ettringit Kuzelit Huangit Creedite Strätlingit Ca 6 (H 4 )(S 4 ) 3 26H 2 Ca 4 (H) 12 (S 4 ) 6H 2 CaAl 6 (H) 12 (S 4 ) Ca 3 (H) 10 (S 4 ) 2H 2 Ca 2 Si 7 8H 2 slide - 25 7