/FIB. Anorganische Bindemittel. Schriften der Bauhaus-Universität Weimar Zement - Kalk - Spezielle Bindemittel -

Schriften der

Bauhaus-Universität Weimar 109

Anorganische Bindemittel

- Zement - Kalk - Spezielle Bindemittel -

Weimar, August 1998

Prof. Dr.-lng. habil. Jochen Stark Dipl.-Ing. Bernd Wicht

/FIB

Fakultät Bauingenieurwesen

1 A F.A. Finger· Institut

für Baustoffkunde

Inhaltsverzeichnis

Seite

1 .

Einführung

8

2.

Zement

9

2.1

Geschichtliches

9

2.2

Portlandzementklinker

11

2.2.1

Chemische Zusammensetzung

11

2.2.2

Kennwerte für die chemische Beurteilung des PZ-

Klinkers

12

2.2.3

Mineralogische Zusammensetzung

14

2.2.3.1

Tricalciumsilicat

16

2.2.3.2

Dicalciumsilicat

18

2. 2.3.3

Tricalciumaluminat

21

2.2.3.4

Calciumaluminatferrit

24

2.2.3.5

Zwischenmasse

26

2.2.3.6

Weitere Klinkerbestandteile

27

2.2.4

Zementtechnische Eigenschaften der Klinkermine-

34

ralien

2.2.5

Berechnung der Klinkerphasenzusammensetzung

36

nach BOGUE

2.2. 6

Literatur

38

2.3

Herstellung von Zementklinkern

40

2.3.1

Rohstoffe

40

2.3.1.1

Berechnung der Rohstoffmischung

41

2.3.1.2

Rohstoffgewinnung

44

2.3.1.3

Rohstoffaufbereitung

44

2.3.1.4

Vorhomogenisierung

45

2.3.1.5

Rohmehlhomogenisierung

45

2.3.2

Klinkerbrennen

46

2.3.2.1

Brennstoffe

46

2.3.2.2

Drehrohrofen

47

2.3.2.3

Vorwärmersysteme

47

2.3.2.4

Vorcalcinierverfahren

49

2.3.2.5

Klinkerkühler

51

2.3.2. 6

Stoffkreisläufe

53

2.3.3

ökologische Aspekte der Zementherstellung und -

55

anwendung

2.3.4

Uterat'ur

57

2.4

Sulfatträgeroptimierung

58

2.4.1

Literatur

63

2.5

Zumahlstoffe 64

2.5.1

Latent-hydraulische Stoffe

64

2.5.2

Puzzolanische Stoffe

67

2.5.2.1

Traß

70

2.5.2.2

Flugasche

70

2.5.2.3

Ölschiefer

74

2.5.2.4

Silicastaub

74

2.5.3

Inerte Stoffe

76

2. 5.4

Bewertung der Hydraulizität von Zumahlstoffen

76

2. 5.5

Wirkung von Zumahlstoffen

77

2.5. 6

Qualitätsmerkmale für Zumahlstoffe

79

2.5.7

Zumahlstoffzemente im Beton

80

2. 5.8

Literatur

81

2.6

Zementmahlung

82

2.6.1

Sichter

84

2.6.2

Mahltechnik

86

2.6.3

Literatur

95

2.7

Zementarten nach

DIN 1164 96

2.8

Spezialzemente

123

2. 8.1

Weißzement

123

2.8.2

Tonerdezement

128

2.8.3

Tiefbohrzement (oil well cement, gas well cement)

134

2.8.4

Quellzement

136

2.8.5

Schnellzement

144

2.8.6

Sulfathüttenzement

149

2.8.7

Aktiver Belitzement

152

2. 8.8

Feinstzement

156

2. 8.9

Alinitzement

162

2.8.10

Bariumzement

165

2.8 .11

Literatur

168

2.9

Hydratation des Portlandzementes

173

2.9 .1

Verfestigungsprozesse

173

2.9. 2

Definitionen

173

2.9.3

Verfestigungsarten

174

2.9.4

Klassische Theorien der Zementerhärtung

174

2.9.5

Hydratation der Klinkermineralien

175

2.9 .5.1

Hydraulische Aktivität der Calciumsilicate

175

2.9.5.2

Hydratation der silicatischen Phasen C3S und ß-C2S

176

2.9 .5.3

Hydratation des CaA

185

2.9.5.4

Hydratation des C.AF

193

2.9.6

Vergleich der Hydratationsprodukte

195

2.9.7

Stabilität der Hydratphasen

199

2.9.7.1

Stabilität von Calciumhydroxid

199

2.9.7.2

Stabilität der C-S-H-Phasen

200

2.9.7.3

Stabilität des Monosulfats bzw. der AFm-Phase

202 2.9.7. 4

Stabilität des Ettringits bzw. der AFt-Phase

205

2.9.8

Hydratation von Portlandzement

206

2.9.8.1

Reaktionskinetik

206

2.9.8. 2

Reaktionsgeschwindigkeit des Portlandzementes

207

2.9.8.3

Gefügeentwicklung

21Ö

2.9 .8.4

Hydratationsgrad

211 .

2.9 .8.4.1

Hydratationsgrad von Portlandzement

211

2.9.8.4.2

Hydratationsgrad von Hüttenzement

215

2.9.8.5 Hydratationswärmeentwicklung 218

2.9.9 Hydratation zumahlstoffhaltiger Zemente 226

2.9.9.1 Hydratation latent-hydraulischer Stoffe 227

2.9.9.1.1 Hydratation des Hüttensandes 227

2.9.9.1.2 Hydratation von hüttensandhaltigen Zementen 228 2.9.9.1.3 Verfärbungen von Betonoberflächen aus hütten- 228

sandhaltigen Zementen

2.9.9.1 .. 4 Stabilität der aus hüttensandhaltigen Zementen 229 gebildeten Hydratphasen

2.9.9.2 Hydratation in Anwesenheit puzzolanischer Stoffe 233

2.9.9.3 Hydratation in Anwesenheit inerter Stoffe 241

2.9.10 Erstarrungsstörungen 242

2.9.10.1 Falsches Erstarren 242

2.9.10.2 Plötzliches Erstarren (auch Schnelles Erstarren) 242

2.9.10.3 Thixothrophes Erstarren 242

2.9.11 Mikrostruktur der Phasengrenzfläche zwischen Zu- 243 schlag und Zementstein

2.9.12 Literatur 246

2.10 Zementstein 250

2.10.1 Zementsteinmodelle 250

2.10.1.1 Zementsteinmodell nach POWERS 250

2.10.1.2 Zementsteinmodell nach FELDMAN und SEREDA 251

2.10.1.3 Münchner Zementsteinmodell nach WITTMANN 252

und SETZER

2.10.2 Porenraum 252

2.10.2.1 Zementgel und Schrumpfen 253

2.10.2.2 Porenarten im Zementstein 254

2.10.3 Festigkeit 256

2.10.4 Elastizitätsmodul (E-Modul) 257

2.10.5 Verformungen des Zementsteins 258

2.10.5.1 Spannungsunabhängige Verformungen 258

2.10.5.2 Spannungsabhängige Verformungen - elastische 262 Verformbarkeit und Kriechen

2.10.6 Self-desiccation, die Selbstaustrocknung des Be- 265 tons

2.10.7 Literatur 267

2.11 Fließverhalten von Zementleim 269

2.11.1 Rheologische Grundbegriffe 269

2.11.2 Rheologisches Verhalten von Zementleimen 271

2.11.3 Messen des Fließverhaltens 275

2.11.4 Literatur 276

3. Kalk 277

3.1 Geschichtliches 277

3.2 Bedeutung und Begriffe 278

3.3 Kalkstein 289

3.3.1 Entstehung und Einteilung 289

3.3.2 Mineralogisch-petrografische und chemische Zu- 293 sammensetzung

3.3.2.1

Übergang Kalkstein-Dolomit

293

3.3.2.2

Übergang Kalkstein-Ton

294

3.3.2 .3

Übergang Kalkstein-Sandstein

295

3.3.3

Chemische und physikalische Eigenschaften

296

3.3.4

Kalksteinvorkommenin Deutschland

297

3.3.5

Gewinnung und Aufbereitung

299

3.4

Branntkalk

300

3.4.1

Entsäuerung des Kalksteins

301

3.4.2

Kalköfen

306

3.4.2.1

Schachtöfen

308

3. 4.2 .2

Drehöfen

311

3.4.2.3

Sonstige Öfen

312

3.4.3

Chemische und physikalische Eigenschaften

312

3.4.4

Einfluß der Brennbedingungen auf die Branntkal-

313

keigenschaften

3.4.4.1

Chemische und mineralogische Zusammensetzung

314

3.4. 4.2

Kornaufbau

316

3.4.5

Branntkalkprüfung

316

3.5

Chemische und physikalische Eigenschaften des

317

Kalkhydrates

3.5.1

Hydratation des Branntkalkes

319

3.5.2

Einfluß der Löschbedingungen

320

3.5.2.1

Temperatur

320

3.5.2.2

Brenngrad

321

3.5.2.3

Fremdbestandteile

321

3.5.3

Technische Herstellung des Kalkhydrates

322

3.5.3.1

Naßlöschen

322

3.5.3.2

Trockenlöschen

322

3.5.3.3

Drucklöschen

323

3.5.4

Ergiebigkeit

324

3.6

Baukalkarten und -erhärtung

324

3.6.1

Luftkalke

325

3.6.2

Hydraulischer Kalk

327

3.6.3

Traßkalk

328

3.6.4

Romankalk

331

3.6.5

Sonstige Baukalke

332

3.7

Verwendung von Branntkalk und-Kalkhydrat

333

3.7.1

Mörtel

333

3.7.1.1

Mauer- und Fugenmörtel

333

3.7.1.2

Putzmörtel

337

3.7.2

Kalkgebundene Anstriche

339

3.8

Literatur

341

4.

Spezielle Bindemittel

342

4.1

Magnesiabinder

342

4.2

Phosphatbinder

345

4.3

Wasserglasbinder

347

4.4 4.5 4.6

Alkali-Schlacken-Bindemittel

Säure-Basen-Dentalbinder (Zahnzemente) Literatur

Stichwortverzeichnis

351

355

358

361