Zement

Dieses Buch behandelt die chemischen und verfahrenstechnischen der Zementhersteliung. Au.Berdem beschreibt es wesent Grundlagen liche Eigenschaften von Beton und Martel. Diese Eigenschaften hangen von Rohstoff~n, Brand und Feinheit des Zements, von Zusatzen und Zumahlungen ab und werden vom lfischen, Verarbeiten und Behandeln des Betons beeinfluBt. Einbezogen sind andere Fragen, wie z. B. die Staub- und Larmbekampfung, mit denen sich ein Zementwerk in zu nehmendem MaBe befassen muB. Die Rohstoffe des Betons, besonders die des Zements, verdanken den machtigen Kriiften der Verwitterung ihr Entstehen. Dem Wirken dieser Kriifte ist aber auch der Beton haufig unmittelbar ausgesetzt. Diese Beanspruchung wird durch die hochentwickelte Technik und ZiviIisation noch wesentIich gesteigert. Ihr hat der Beton bisher uberaus gut widerstanden. Nicht aHe Tatsachen und Gedanken haben in dem Buch Platz ge funden. Die aus dem Dusseldorfer Forschungsinstitut hervorgegangenen und die ubrigen deutschsprachigen Arbeiten nehmen einen Vorrang ein. Dafur werden, so hoffe ich, die nicht namentlich erwahnten oder nur sehr kurz zitierten KoHegen Verstandnis haben. Der Verzicht auf viele Einzelheiten und Hinweise hat es ermoglicht, den Zusammenhang zwischen den einzelnen Fachrichtungen der Chemie und Physik des Zements und Betons starker als bisher ublich zu be tonen. Dadurch soHen vor aHem dem Nachwuchs in unserer Wissen schaft die Ansatzpunkte fUr eigene Forschungs- und Entwicklungs arbeit deutlich werden.

Inhalt
1 Zement als Bindemittel in der Bautechnik.- 1.1 Grundbegriffe der Verwendung von Zement.- 1.1.1 Anforderungen an Zement, an Beton, Stahlbeton und Spannbeton.- 1.1.2 Weitere Begriffe der Beton- und Mörteltechnologie.- 1.1.3 Geschichtlicher Überblick.- 1.2 Genormter und anderer üblicher Zement.- 1.2.1 Einteilung, Bezeichnung und Klassifizierung.- 1.2.2 Zusammensetzung und Eigenschaften.- 1.2.3 Sulfathüttenzement.- 1.3 Zement für besondere Verwendungszwecke (außer Quellzement und Tonerdezement).- 1.3.1 Hydrophober Zement zur Bodenvermörtelung.- 1.3.2 Tiefbohrzement (oil well cement).- 1.3.3 Asbestzement.- 2 Chemie des Zementklinkers.- 2.1 Chemismus und Eigenschaften des Klinkers sowie der hydraulischen Stoffe.- 2.1.1 Zementchemie und Zementtechnik.- 2.1.2 Wesen und Möglichkeiten der Klinkerrechnung.- 2.1.3 Klinkerphasen und Klinkereigenschaften.- 2.1.4 Berechnungsbeispiele und Variationsbreite.- 2.1.5 Weißer und farbiger Zement.- 2.1.6 Herstellen von Klinker mit hohem Kieselsäuregehalt.- 2.1.7 Chemische Zusammensetzung von Klinker und Zement.- 2.1.8 Chrom als Ursache der Chromatallergie.- 2.2 Reaktionen beim Sintern und Hydratisieren des Klinkers.- 2.2.1 Reaktionen beim Klinkerbrand, auch mit besonderem Rohmehl.- 2.2.2 Klinkérphasen.- 2.2.3 Klinkerstruktur als Folge des Sinterns, Schmelzens und Kühlens.- 2.2.4 Klinker aus besonderen Herstellungsverfahren (Basset-, Séailles-, Bayer-Verfahren).- 2.2.5 Gleichgewichte beim Schmelzen und Sintern.- 2.2.6 Gleichgewichte beim Hydratisieren (Hydrolyse).- 2.2.7 Reaktionsgeschwindigkeit und spezifische Oberfläche (Gips und Kalk als Beispiele).- 2.3 Hydratationsprodukte.- 2.3.1 Silicatische Hydratphasen.- 2.3.2 Aluminatische und ferritische Hydratphasen.- 2.3.3 Chemische Wirkungen auf die Hydratphasen (CO2, CaCl2, Zn- und Mg-Salze).- 2.3.4 Bemessung des Kalksulfats.- 2.3.5 Verlauf der Hydratation.- 2.3.6 Ursachen der Erhärtung und Beständigkeit.- 2.4 Hüttenzement und Puzzolanzement.- 2.4.1 Zusammensetzung von Hüttensand, Puzzolane und anderen hydraulischen Stoffen.- 2.4.2 Hochofenschlacke für Hüttenzement (Hüttensand).- 2.4.3 Puzzolane (Traß).- 2.4.4 Flugasche und Schmelzgranulat.- 2.4.5 Bewertung von Puzzolane.- 2.5 Forschungseinrichtungen und Bestimmungsverfahren.- 2.5.1 Porenmessung.- 2.5.2 Thermische Verfahren.- 2.5.3 Lichtmikroskop.- 2.5.4 Elektronenmikroskop.- 2.5.5 Spektrographische Verfahren und Kernresonanz.- 2.5.6 Röntgenbeugungsanalyse.- 2.5.7 Betriebliche Anwendung von Prüf- und Meßverfahren (Automation).- 3 Physikalische Eigenschaften des Zements und Betons.- 3.1 Vorgeschichte, Grobstruktur und Zuschlagstoffe.- 3.1.1 Zement und Wasser beim Anmachen.- 3.1.2 Störungen des Erstarrens und warmer Zement.- 3.1.3 Bestimmung von Normsteife, Erstarren und Konsistenz.- 3.1.4 Mischen, Verdichten und Nachverdichten (Ausgußbeton, Injektionsmörtel, Pumpbeton Rüttelbeton, Vaeuumbeton).- 3.1.5 Grobstruktur von Normalbeton und Leichtbeton.- 3.1.5.1 Strukturmerkmale.- 3.1.5.2 Leichtzuschlag für Stahlleichtbeton.- 3.1.5.3 Gas- und Schaumbeton.- 3.1.6 Eignung der Zuschlagstoffe und Haftfestigkeit.- 3.1.7 Alkali-Zusehlag-Reaktion.- 3.2 Feinstruktur des Zementsteins.- 3.2.1 Festigkeitsformeln.- 3.2.2 Gelmodell von Powers.- 3.2.3 Eigenschaften von Porensystemen.- 3.2.4 Wasserundurchlässigkeit.- 3.2.5 Luftporengehalt und Frostbeständigkeit.- 3.2.6 Zement und Beton im Straßenbau.- 3.3 Festigkeit und deren Prüfung.- 3.3.1 Zerstörende Prüfung.- 3.3.2 Zerstörungsfreie Prüfung.- 3.3.3 Einflüsse auf die Festigkeit (Winterbau).- 3.3.4 Entwicklung der Normenprüfung in Deutschland.- 3.3.5 Schnellprüfung von Zement (Prüfung von Mörtelkleinzylindern).- 3.3.6 Festigkeit-Zuwachs-Diagramm (FZ-Diagramm) Bewertung hydraulischer Stoffe.- 3.3.7 Auswertung und Darstellung von Ergebnissen.- 3.4 Räumliche Veränderungen von Beton.- 3.4.1 Schwinden, Schrumpfen, Kriechen.- 3.4.2 Schwindprüfung und Schwindwerte.- 3.4.3 Kriechen.- 3.4.4 Baumbeständigkeit des Klinkers. Kalk- und Magnesiatreiben.- 3.4.5 Quellzement.- 3.5 Änderungen durch die Temperatur.- 3.5.1 Hydratationswärme und Massenbeton.- 3.5.2 Beschleunigen des Erhärtens durch Wärme (Allgemeines).- 3.5.3 Autoklavhärtung.- 3.5.4 Wärmebehandlung unter 100 °C.- 4 Natürliche und technische Einflüsse auf Beton.- 4.1 Verwitterung und ihre Produkte (Zementrohstoffe).- 4.1.1 Wasser, Kohlensäure und Kalk in der Natur.- 4.1.2 Kalkstein, Kreide, Kalkmergel.- 4.1.3 Ton.- 4.1.4 Übrige Carbonate und Calciumsulfate.- 4.2 Korrosion und Korrosionsschutz der Bewehrung.- 4.2.1 Betonangreifende Kohlensäure und pH-Wert von Lösungen.- 4.2.2 Korrosion und Korrosionserlaß.- 4.2.3 Einfluß von Zementstein und Chlorid besonders auf Stahl.- 4.2.4 Carbonatisierung.- 4.3 Chemischer Angriff und Schutzmaßnahmen.- 4.3.1 Übersicht über Versuche, Erfahrungen und Vorschriften.- 4.3.2 Angreifende Wässer, Lösungen und Gase.- 4.3.3 Prüfung des chemischen Angriffs.- 4.3.4 Versuche mit Meerwasser.- 4.3.5 Einwirkung von Öl.- 4.3.6 Betonzusatzmittel und Schutzanstriche.- 4.3.7 Verfärbungen, Ausblühungen und Aussinterungen.- 4.3.8 Besonderheiten von Hüttenzement.- 4.4 Tonerdezement, feuerfester und feuerbeständiger Beton aus Tonerdezement und Portlandzement.- 4.4.1 Tonerdezement.- 4.4.2 Tonerdezement in Stahlbeton.- 4.4.3 Feuerfester Beton (Feuerbeton).- 4.4.4 Wärme- und Feuerbeständigkeit von Stahl- und Spannbeton.- 5 Verfahrenstechnik des Brennens und Mahlens.- 5.1 Entwicklung der Brennöfen.- 5.1.1 Vom Schachtofen zum Drehofen.- 5.1.2 Sinterband.- 5.1.3 Neuzeitliche Trockenverfahren. Wirbelschicht-Verfahren.- 5.1.4 Herstellung und Eigenschaften der Granalien.- 5.2 Heutige Brennöfen.- 5.2.1 Schachtofen.- 5.2.2 Lepolverfahren (Drehofen mit Rostvorwärmer).- 5.2.3 Schwebegas-Wärmetauscher-Verfahren (SWT-Verfahren, Drehofen mit Mehlvorwärmer).- 5.2.4 Langer Trockenofen.- 5.2.5 Naßofen.- 5.2.6 Vergleich der Brennverfahren.- 5.2.7 Kühlen.- 5.2.8 Theoretischer Wärmebedarf und Verbrennung.- 5.3 Feuerfestes Futter, Brenngut und Gasphase.- 5.3.1 Anforderungen an das Futter und Futterarten.- 5.3.2 Bildung von Ansatz und Ansatzringen (Granulationsmodell).- 5.3.3 Einfluß der Asche.- 5.3.4 Alkali- und Sulfatkreislauf.- 5.3.5 Ansatzringe und ihre Beseitigung.- 5.3.6 Veränderungen der ff. Steine im Ofen.- 5.4 Ofenstaub, Entstaubung, Emission und Immission.- 5.4.1 Ofenabgase und behördliche Anforderungen.- 5.4.2 Schwefel- und Fluorverbindungen im Ofenstaub.- 5.4.3 Ofenstaub und Landwirtschaft.- 5.4.4 Entstaubungseinrichtungen.- 5.4.5 Verringerung der Geräus…