Online-Bibliothek

Zemént

[882] Zemént (ital. cemento, franz. ciment, v. lat. caementum, »Bruchstein«), jeder unter Wasser erhärtende (hydraulische, Wasser-) Mörtel, im engern Sinn eine Substanz, die mit gewöhnlichem gelöschten Kalk einen in Wasser erhärtenden Mörtel bildet. Hydraulische Kalke, d. h. kohlensaurer Kalk mit 10–30 Proz. tonigen, in Salzsäure unlöslichen Beimengungen, finden sich in den Tonmergelschichten des Londontons auf der englischen Küste des Kanals, auf der Insel Sheppey, bei Boulogne-sur-Mer, zu Whitby in Yorkshire und liefern das Material zu dem schnell erhärtenden, sehr festen und gegen Wasser ungemein beständigen Romanzement (Parkers Z.). Solche hydraulische Kalke finden sich auch in den Mergellagern am Rande des bayrischen Hochgebirges, bei Altdorf (Nürnberg) und Kulmbach, bei München, in der Grafschaft Glatz, bei Horb in Württemberg etc. Diese Kalke erhalten ihre Fähigkeit, mit Wasser zu erhärten, durch Brennen (in Kalköfen), wobei ein Teil des Kalks sich mit der Kieselsäure des Tons verbindet, während ein andrer Teil des Kalks beim Anrühren mit Wasser eine derartige Verbindung eingeht und dadurch das Erhärten des Zements herbeiführt. Beim Löschen dieses Zements wird das Wasser ohne bedeutende Erwärmung und Volumvergrößerung aufgenommen, und wenn man den Mörtel alsbald verbraucht, die Steine gut netzt, den Z. stark andrückt und das Mauerwerk längere Zeit feucht erhält, so sind die Resultate sehr befriedigend.

Diese natürlichen Zemente ahmt man künstlich nach, indem man etwa 3 Teile kohlensauren Kalk mit 1 Teil Ton sehr innig mischt, das Gemisch auf Maschinen in Ziegel formt, trocknet und in Schachtöfen oder besser in kontinuierlich arbeitenden Dietzschen Etagenöfen oder Hoffmannschen Ringöfen bei Weißglut bis zur Sinterung brennt. Bei den neuen Drehrohröfen (Drehöfen) mit Kohlenstaubfeuerung gelangt das Gemisch aus Kalk und Ton pulverförmig oder als Brei in eine schwach geneigt liegende, sich drehende Trommel, die es der Feuerung entgegen langsam durchwandert. Es wird dabei getrocknet, dann stärker erhitzt, bis es gesintert am Ende der Trommel anlangt und nun über eine schräge Rutsche in die ebenfalls rotierende Kühltrommel gelangt, in der es durch einen Luftstrom abgekühlt wird. Man benutzt zur Zementfabrikation hauptsächlich Kalkmergel, Kreide und mulmigen Süßwasserkalk, da Kalkstein schwieriger in sein verteilten Zustand überzuführen ist. Die Rohmaterialien werden durch Schlämmen von Sand, Feuerstein etc. befreit, event. vorher gemahlen, auch gesiebt und dann gemischt (Naßprozeß), oder man mahlt den trockenen Kalk zu feinstem Pulver und mischt ihn mit dem Tonschlamm (Halbtrockenprozeß) oder mischt beide sein gemahlene Materialien trocken (Trockenprozeß). Den gebrannten Z., der eine sehr feste dunkelgraugrüne Masse bildet, läßt man in lustigen Räumen einige Zeit lagern, wobei ein großer Teil desselben zu grobem Mehl zerfällt, dem einige derbere Stücke beigemengt sind. Diese werden auf Steinbrechmaschinen gebrochen und die Masse dann zu feinstem Pulver gemahlen. Dieses Fabrikat, der Portlandzement, ist hell bis dunkel graugrünlich, wesentlich dichter als Romanzement (spez. Gew. 3,12–3,25), gibt daher auch einen festern, dichtern Mörtel und zieht weniger begierig Feuchtigkeit und Kohlensäure aus der Luft an. Überdies kann er leichter von stets gleichbleibender Beschaffenheit dargestellt werden, bindet langsamer ab als Romanzement und bildet gegenwärtig das am meisten geschätzte Material zu hydraulischen Mörteln. Portlandzement enthält 58,22–65,59 Proz. Kalk, 19,80–26,55 Kieselsäure, 2,19–4,74 Eisenoxyd, 4,16–9,45 Tonerde, Spuren bis 2,89 Magnesia, 0,19–2,83 Alkalien, 0,19–2,19 Schwefelsäure, 0,26–2,67 Glühverlust, 0,12–1,88 Proz. unaufgeschlossenen Rückstand. Das Verhältnis der Gesamtsilikate zum Kalk (der hydraulische Modul) ist annähernd 1: 2 und schwankt zwischen 1,7 und 2,2. Gewisse Rohmaterialien für die Portlandzementfabrikation liefern einen zu rasch bindenden Z., dem man bis zu 2 Proz. ungebrannten Gips zusetzt, wodurch das Abbinden verlangsamt und dadurch zugleich die Festigkeit erhöht wird. Man hat den Z. aber auch mit Kalkstein, Schlackenmehl, Traß, gemahlenem Tonschiefer etc. gemischt, und es wurde behauptet, daß der so hergestellte gemischte Z. den gewöhnlichen unvermischten Portlandzement an Güte übertreffe. Dem gegenüber hat der Verein deutscher Zementfabrikanten erklärt, es sei unzulässig, eine derartige Ware als Portlandzement in den Handel zu bringen. Portlandzement ist nach der Definition des Vereins ein Produkt, entstanden durch innige Mischung von kalk- und tonhaltigen Materialien als wesentlichen Bestandteilen, durch darauf folgendes Brennen bis zur Sinterung und Zerkleinerung bis zur Mehlseinheit.

Eisenportlandzement ist eine Mischung von Portlandzement (hergestellt aus Kalksteinmehl und feingemahlener Hochofenschlacke) mit granulierter, dann geglühter und gemahlener Hochofenschlacke. Das Mischungsverhältnis richtet sich nach der Beschaffenheit des Zements und der Schlacke, doch soll das Fabrikat mindestens 70 Proz. Portlandzement enthalten. Seine Eigenschaften entsprechen den gesetzlichen Normen. Dieser Z. wird zum Teil auf Hütten als Nebenprodukt hergestellt.[882]

In der Natur finden sich gewisse Mineralien oder Gesteine, die, zum Teil schon seit den Zeiten der Römer bekannt, die Eigenschaft besitzen, bei Vermischung mit gelöschtem Kalk einen hydraulischen Mörkel zu geben. Diese hydraulischen Zuschläge sind meist vom Wasser fortgeschwemmte und abgelagerte Trümmer vulkanischer Auswurfstoffe, die schon durch die vulkanische Hitze aufgeschlossen sind und künstlichen Brennens nicht mehr bedürfen. Hierzu gehören die Pozzuolane (Puzzolane, Pozzuolanerde), ein weicher, zerbrechlicher, vulkanischer Tuff vom südwestlichen Abhang der Apenninen, der Traß (Duckstein) aus dem Brohltal am Rhein, der aus den trachytischen Gesteinen der Umgebung stammt, endlich der Santorin von den Inseln Santorin, Therasia und Aspronisi, der dem Traß im Äußern sehr ähnlich ist. Auch die mit Salzsäure gelatinierenden Hochofenschlacken, Kupferschlacken von ähnlicher Beschaffenheit (Schlackenzemente), Steinkohlenasche, gebrannter Ton (Ziegelmehl), Rückstände vom Auslaugen der Alaunschiefer, gepulverter Feuerstein geben mit Kalk hydraulischen Mörtel. Chalzedonzement, aus gebranntem Chalzedon mit 1 Volumen Kalkbrei und 2 Volumen weißem Sand, ist glänzend weiß, geschliffenem Marmor ähnlich.

Der Wert des Zements beruht auf seiner Fähigkeit, nach dem Anmachen mit Wasser zu einer steinigen Masse zu erhärten, die diese Härte auch unter Wasser und in feuchter Luft behält. Beim Anrühren mit Wasser erwärmt sich Portlandzement kaum, er soll nicht schneller als in 20 Minuten und spätestens in 6 Stunden anziehen (abbinden), d. h. aufhören, plastisch zu sein. Er bildet dann eine wenig feste Masse, die bei fortwährender Anwesenheit von Wasser allmählich Steinhärte erlangt. Im allgemeinen ist die Versteinerung nach 3 Monaten vollendet, wenngleich eine geringe Festigkeitszunahme auch noch in den weitern 20–24 Monaten erfolgt. Für noch nicht erhärteten Mörtel ist Frost nachteilig. Putz fällt durch Gefrieren ab, selbst nach völliger Erhärtung, wenn die Behandlung beim Auftragen fehlerhaft und die Adhäsion an die Mauersteine nicht sehr innig war. Bessere Zemente vertragen einen Zusatz von 1–3 Volumen Sand für Luftbauten und überall, wo es nicht auf große Dichtigkeit ankommt. Man kann Z. auch mit oder ohne Sand in Formen gießen und stellt auf diese Weise Steine, Quadern, Platten, Rinnen, Gefäße, Röhren, Ornamentstücke etc. her. Der schwerste und seinst gemahlene Z. gibt den widerstandsfähigsten Stein, der in der Festigkeit nur von Granit, Basalt etc. übertroffen wird, an rückwirkender Festigkeit gute Ziegelsteine übertrifft und bei glatter Oberfläche kaum der Verwitterung unterliegt.

Das Anziehen des mit Wasser angerührten Zements ist unabhängig von der Berührung mit der Luft und vom Austrocknen. An Wasser gibt der erhärtende Z. Kieselsäure, Kalk und Alkalien ab, dagegen nimmt er während des Erhärtens 12–20 Proz. Wasser auf, und ein Teil desselben wird fester gebunden als der andre. Dieser Prozeß verläuft langsam, ist aber doch vollendet, bevor der Z. seine größte Festigkeit erlangt. Gleichzeitig entstehen Kieselsäureverbindungen von Tonerde und Kalk, deren Bildung sich noch länger hinauszieht als die Bindung des Wassers. Die Silikate binden Wasser und besitzen dann die Eigenschaft, zu erhärten. Näheres ist über diese Vorgänge, bei denen auch mechanische Prozesse eine Rolle spielen, nicht bekannt. Mit Salzsäure oder Weinsäurelösung erstarrt Z. sehr schnell, ebenso mit kalt gesättigter Sodalösung. Auch kohlensaures Ammoniak und Wasserglas wirken fördernd auf die Erhärtung.

Dolomitische Kalksteine, d. h. Kalksteine mit hohem Magnesiagehalt, erhalten starke hydraulische Eigenschaften, wenn man sie bei so niedriger Temperatur brennt, daß wohl die kohlensaure Magnesia, nicht aber der kohlensaure Kalk zersetzt wird. Verliert auch letzterer seine Kohlensäure, so verschwinden die hydraulischen Eigenschaften wieder. Stücke von reiner gebrannter Magnesia verwandeln sich unter einem Wasserstrahl in eine alabasterartig durchscheinende kristallinische Masse, die Marmor ritzt und ihm an Dichte und Festigkeit gleichkommt. Auch Magnesit gibt bei vorsichtigem Brennen und mit wenig Wasser angemacht eine Masse, die nach 12 Stunden die Härte des vesten Portlandzements annimmt und dem Wasser widersteht (Magnesiazement). Sorelscher Z. wird durch Mischen von gebrannter Magnesia mit Chlormagnesiumlösung erhalten, kann wie Gips geformt werden, wird sehr hart und widersteht dem Wasser. Er läßt sich auch gut polieren, bindet beträchtliche Mengen Sand und besitzt die Festigkeit guten Sandsteins. Man erhält dasselbe Resultat, wenn man gepulverten Magnesit mit 10–20 Proz. Salzsäure und der nötigen Menge Wasser plastisch macht, in Ziegel formt, trocknet, stark brennt und mahlt. Medinazement ist ein aus Dolomit oder dolomitischen Mergeln ähnlich wie Romanzement bereitetes Fabrikat. Albolith besteht aus Magnesiazement mit amorpher Kieselsäure. Mischt man 2 Moleküle Kieserit (schwefelsaure Magnesia) mit 1 Molekül Kalkhydrat unter Zusatz von Wasser und glüht das Produkt ziemlich stark, so erhärtet es nach dem Pulvern und Anmachen mit Wasser zu einer marmorartigen Masse, die der Feuchtigkeit bis zu einem gewissen Grade widersteht und zu architektonischen Ornamenten im Innern der Gebäude, zu Flurbelegplatten etc. sehr geeignet ist. Scotts Z, durch Einwirkung von Schwefliger Säure auf Ätzkalk erhalten, ist ein Gemenge von schwefelsaurem und schwefligsaurem Kalk mit Schwefelcalcium. Ein Präparat von höherer Güte erhält man beim Glühen von Gips mit Kalk oder kohlensaurem Kalk. Der mit Wasser angerührte Z. beginnt nach 12 Stunden abzubinden und erlangt unter Wasser in 2–3 Wochen die Härte eines mittlern hydraulischen Kalks; am härtesten und schönsten wird er aber, wenn man ihn an der Luft liegen läßt und feucht erhält. Zu Wasserbauten eignet er sich nicht, da er nach längerer Zeit vom Wasser gelöst wird. Keanes Z. (Marmor-, Alabasterzement) ist gebrannter, mit Alaunlösung digerierter und nochmals gebrannter Gips, Parianzement mit Boraxlösung getränkter, scharf gebrannter Gips, der mit Weinsteinlösung angerührt wird. Über Mac Leanzement s. Gips, S. 859.

Für die einheitliche Lieferung und Prüfung des Portlandzements hat der Verein deutscher Zementfabrikanten Normen aufgestellt. Als langsam bindend bezeichnet man Z., der bei 15–18° in 2 Stunden oder später abbindet. Zur Ermittelung der Bindezeit rührt man langsam bindenden Z. 3 Minuten, rasch bindenden 1 Minute mit 27–30 Proz. Wasser an, bildet mit dem steifen Brei, der erst durch mehrmaliges Aufstoßen der Unterlage nach den Rändern hin ausläuft, auf einer Glasplatte durch nur einmaliges Aufgeben einen 1,5 cm dicken Kuchen und wartet, bis dieser einem leichten Druck mit dem Fingernagel widersteht. Zu genauerer Prüfung rasch bindenden Zements füllt man den Brei in einen Metallring[883] von 4 cm Höhe und 8 cm lichtem Durchmesser und bestimmt den Zeitpunkt, in dem eine Nadel von 1 qmm Querschnitt und 300 g Gewicht den Kuchen nicht mehr gänzlich durchdringt (Beginn des Abbindens) und keinen merklichen Eindruck hinterläßt (Bindezeit). Während des Abbindens darf nur rasch bindender Z. sich merklich erwärmen. Portlandzement soll volumbeständig sein. Zur vorläufigen Orientierung fertigt man aus steifem Brei wie oben Kuchen von 8–10 cm Durchmesser und 1 cm Dicke, schützt diese bis zum erfolgten Abbinden vor dem Austrocknen und erhitzt sie dann (nach 24 Stunden oder länger) mindestens 1 Stunde lang auf 110–120° im Trockenapparat. Zeigen sich keine Kantenrisse, so gilt der Z. im allgemeinen als volumbeständig. Zur entscheidenden Probe wird der zur Bestimmung der Bindezeit angefertigte Kuchen nach dem Abbinden (während welcher Zeit er unter nassen Tüchern aufzubewahren ist) unter Wasser gelegt. Er darf keine Verkrümmungen und Kantenrisse erhalten. Solche entstehen bei nicht volumbeständigem Z. meist schon nach 3 Tagen, jedenfalls genügt eine Beobachtung bis zu 28 Tagen. Die Bindekraft wird durch Prüfung einer Mischung von Z. und Sand ermittelt. Die Prüfung auf Zug- und Druckfestigkeit geschieht mittels Probekörper von gleicher Gestalt und gleichem Querschnitt und mit gleichen Apparaten. Guter, langsam bindender Portlandzement soll bei der Probe mit 3 Gewichtsteilen Normalsand auf 1 Gewichtsteil Z. nach 28 Tagen Erhärtung (1 Tag an der Luft, 27 Tage unter Wasser) eine Minimalzugfestigkeit von 16 kg und eine Druckfestigkeit von mindestens 160 kg auf 1 qcm besitzen. Man benutzte den Z. ursprünglich nur beim Wasserbau (künstliche Betonblöcke, Konkret etc.), bald aber fand er auch Verwendung beim Brücken- und Straßenbau, zur Herstellung großer Behälter für Teer, Öl etc., von Röhren für die Kanalisation, für Kabelleitungen etc. und namentlich auch beim Hochbau (Gesimse, Bekrönungen, Umrahmungen, Säulen, Zwischendecken, Treppen etc.) und Zementeisenbau (Monierbau).

Z. wurde bereits von den Römern benutzt, die geeignetes Material (vulkanische Tuffe) bei Puteoli und am Rhein (in der Gegend von Bonn) fanden. Smeaton beobachtete 1759, daß aus gebranntem tonhaltigen Kalk bereiteter Mörtel unter Wasser erhärtet, und benutzte 1774 solchen Kalk beim Bau des Leuchtturms von Eddystone. Auf diese Entdeckung gestützt, erfand Parker von Northfleet den Romanzement, dessen Natur und Wirkungsweise 1830 durch Fuchs wissenschaftlich aufgeklärt wurde, worauf die Fabrikation sich schnell über andre Länder verbreitete, weil man jetzt das Material mit Sicherheit zu finden wußte. Versuche, künstliche Gemische anzuwenden, machte Vicat in Paris 1818, aber erst 1824 gelang es Aspdin in Leeds, Portlandzement (benannt nach der Übereinstimmung in Farbe und Festigkeit mit Portlandbaustein) darzustellen. Der Ruf des Portlandzements wurde durch das ausgezeichnete Fabrikat begründet, das Pasley 1830 herstellte. In Deutschland errichtete Gierow in Stettin 1850 die erste Zementfabrik, der bald andre folgten, und schon 1878 lieferte die deutsche Zementindustrie, deren Fabrikate zum Teil den ersten Rang einnehmen, 52,500,000 Ztr. Die deutsche Zementindustrie ist besonders in Hannover, dann in Schlesien, Pommern, Schleswig-Holstein, Westfalen, Rheinland und Württemberg vertreten. Deutschland führte 1905 ein: Roman-, Portlandzement, hydraulischen Kalk 1,480,076 dz, die Ausfuhr betrug 6,178,914 dz. Vgl. Heusinger von Waldegg. Die Kalkbrennerei und Zementfabrikation (5. Aufl. von Naske, Leipz. 1903); Lipowitz, Die Portlandzementfabrikation mit Beschreibung eines endlosen Ofens (das. 1868); Michaelis, Die hydraulischen Mörtel (das. 1869); Klose, Der Portlandzement (Wiesbad. 1872); Liebold, Der Z. in seiner Verwendung im Hochbau (Halle 1875); Feichtinger, Technologie der Mörtelmaterialien (Braunschw. 1885); Naske, Die Portlandzementfabrikation (Leipz. 1903); Büsing und Schumann, Der Portlandzement und seine Anwendungen im Bauwesen (3. Aufl., Berl. 1905); Candlot, Étude pratique sur le ciment de Portland (Par. 1886); O. Schmidt, Der Portlandzement auf Grund chemischer und petrographischer Forschung (Stuttg. 1906); Féret, Étude expérimentale du ciment armée (Par. 1906); »Taschenhandbuch über Erzeugung und Verwendung des Eisenportlandzements« (Düsseld. 1903); »Taschenbuch für die Stein- und Zementindustrie« (hrsg. von Eisenträger, 6. Jahrg., Berl. 1907).