Eule
Städt. St.-Anna-Gymnasium

Siliciumverbindungen im Bauwesen

Zement

Zement ist ein Bindemittel für Beton und Mörtel, kann aber auch auch als Baustoff verwendet werden, der die besondere Eigenschaft hat auch unter Wasser zu erhärten. Unterteilt werden kann er in verschiedene CEM-Arten, die wiederum verschiedene Eigenschaften und Beschaffenheiten aufweisen

Bestandteile des Zements

Zement besteht aus verschiedenen Bestandteilen wie: Portlandzementklinker, Hüttensand, Silicatstaub, Puzzolane, Flugasche, gebrannter Schiefer und Kalkstein, sowie Nebenbestandteile, die aber nur eine geringe Menge ausmachen dürfen(5% der gesamten Masse des Zements), und Zusätze, die die Herstellung erleichtern, auch Calciumsulfat wird hinzugegeben um das Erstarrungsverhalten regulieren zu können.

Herstellung von Zement

Um Zement herstellen zu können muss zunächst einmal muss der Grundstoff des Zements, der Portlandzementklinker hergestellt werden. Dieser wird aus einem Gemisch aus Ton, Kreide, Kalkstein und Quarzsand hergestellt. Dieses Gemisch hat eine fest in ihrer Zusammensetzung definierte Mischung aus Calciumoxid (CaO), Siliciumoxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Eisenoxid (Fe2O3) sowie eine geringe Mengen anderer Stoffe.

Dieses gut gemischte Rohstoffgemisch, wird anschließend in einem Drehofen sintert, d.h. es wird unter hohen Druck bis unter die Schmelztemperatur erhitzt. Die Erhitzungstemperatur liegt zwischen 1250°C und 1900°C, diese Temperaturen sorgen dafür, dass die verschiedenen Komponenten miteinander reagieren und vier verschiedene Klinkerminerale entstehen. Dieser Klinker liegt nun kugelförmig vor.

Bei der Herstellung von Zement wird, nun zu dem hergestellten Zementklinker zwischen 3 und 5% Gips und/oder Anhydrit, sowie weitere Bestandteile des Zements wie Hüttensand, Kalkstein oder Flugasche hinzugegeben. Unter Mahlen dieses Gemisches wird es zur Zementmischung.

Der erste Schritt der Herstellung ist das Schmelzen der Rohstoffe. Altglas, Kalk, Quarzsand, Pottasche und Soda müssen geschmolzen werden. Dies erfolgt in drei Schritten. Zuerst werden durch die Rauhschmelze die Rohstoffe bei 1350°C erweicht. Dann muss die Schmelze durch die Läuterung bei 1400°C homogen werden und schließlich bei 1200°C abgekühlt.

Eigenschaften

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Beton

Beton ist ein Baustoff den schon die Römer verwendeten, um das Pantheon zu errichten Man meint, wenn man über Beton redet Stahlbeton; d.h. Beton mit Bewehrung, der somit stabiler ist.

Hauptbestandteile

Einteilung von Beton

ist sehr vielfältig, kann also variieren. Bsp. Nach Rohdichte (Leichtbeton, Normalbeton, Schwerbeton), Erhärtungszustand(Frischbeton, junger Beton, Festbeton), Nach Eigenschaften und Anwendungen usw.

Herstellung von Beton

Die Herstellung von Beton unterliegt einer genauen Kontrolle, da die Betonbestandteile Zement, Wasser, Gesteinskörnung, Betonzusatzstoffe sowie Betonzusatzmittel exakt abgewogen werden müssen, um genau die Mischung des Betons zu erhalten die den Anforderungen entspricht. Die Zementmischungen müssen auch immer im Labor oder Betonwerk überprüft und verifiziert werden.

Wenn die Bestandteile abgewogen wurden, wird zunächst die Gesteinskörnung in den Mischer gegeben, dann folgt Zement, anschließend die Zusatzstoffe und dann erst Wasser und Betonzusatzmittel. Nach der geforderten Mischungszeit ist der Beton einsatzfähig.

Der fertig gemischte Beton kann nun entweder sofort an der Baustelle verarbeitet werden oder er wird von einem Mischwagen zur Baustelle befördert. An der Baustelle wird er sofort verarbeitet.

Eigenschaften

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Versuche mit Zement, Beton und Mörtel

Zement-Experimente

Beispielhaft hierbei der Versuch mit Zement, da Zement, Beton und Mörtel auf jeden Stoff gleich reagieren. Die schon vorgefertigte Mischung wird angerührt und in eine Form gegeben. Auf den Block, der nach 24h Trockenzeit entstanden ist, werden sechs Kästchen aufgemalt.

Die Kästchenaufteilung sieht wie folgt aus

  1. nichts

  2. NaOH (verdünnt 2 mol/l)

  3. H2O

  4. NH3 (25%)

  5. HCl (verdünnt)

  6. Kratztest

Auf die eingezeichneten Kästchen werden gegeben

  1. —

  2. vier Tropfen NaOH

  3. Vier Tropfen H2O

  4. Vier Tropfen NH3

  5. Ein Tropfen HCl gegeben

  6. Ankratzen der Oberfläche

Beobachtungen

  1. —

  2. wird NaOH-Tropfen allmählich aufgesaugt, was ein Aufweichen zur Folge hat

  3. Wasser wird sofort aufgesaugt, Beton/Zement/Mörtel weicht auf

  4. wird das NH3 sofort aufgesogen und verschwindet. Die Oberfläche wird weicher

  5. wird ein Tropfen HCl hinzugegeben was zur sofortigen Gasentwicklung und einer gelbfärbung führt, diese Stelle wird scheinbar hinterher härter

  6. Oberfläche wird beim Ankratzen zerstört

Interpretation

  1. (Vergleich)

  2. es passierts nicht, da Beton selber im basischen Milieu liegt und somit nicht reagiert

  3. keine Reaktion; zusätzliches Wasser weicht nur auf

  4. NH3 reagiert nicht mit dem Beton

  5. Gasentwicklung, HCl bringt den Kalk im Beton zur Reaktion, es entsteht CO2 nach folgender Gleichung:

    CaCO3 + 2 HCl (aq) → CaCl2 + CO2 + H2O

  6. —

Jessica Furtmeier