Zement: Herstellung und Eigenschaften

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 Geräuschemission.- 5.5 Mahlfeinheit, Mahlwiderstand und Mahlhilfen.- 5.5.1 Wesen der Zerkleinerung.- 5.5.2 Bestimmung der Mahlfeinheit von Rohmehl und Zement.- 5.5.3 Mahlwiderstand von Klinker.- 5.5.4 Mahlhilfen.