Die Eigenschaften von Zement sind die Qualitäten und Inhaltsstoffe, die ihn zu einem der vielseitigsten und wertvollsten Baustoffe überhaupt machen. Zu den Eigenschaften zählen sowohl die physikalischen Eigenschaften als auch die chemischen Eigenschaften von Zement.
Zu den physikalischen Eigenschaften gehören Elemente wie die Druckfestigkeit und die Bindungsfähigkeit von Zement, die es Bauherren ermöglichen, starke und dauerhafte Strukturen zu schaffen. Die chemischen Eigenschaften hängen davon ab, wie die Inhaltsstoffe im Zement zu seinen beeindruckenden physikalischen Eigenschaften beitragen.
Physikalische Eigenschaften von Zement
Die chemischen Bestandteile von Zement spielen eine wesentliche Rolle für seine physikalischen Eigenschaften. Zementunternehmen nehmen bestimmte Anpassungen der Zementbestandteile vor, wenn sie spezielle Zementarten mit einzigartigen Eigenschaften herstellen möchten.
Feinheit
Die Feinheit einer Zementmischung bezieht sich auf die Partikelgrößenverteilung des Zementpulvers. Diese Eigenschaft beeinflusst die Leistung und Verarbeitbarkeit des Zements. Die Feinheit wird in Quadratmetern pro Kilogramm (m2/kg) oder Quadratzentimeter pro Gramm (cm2/g) gemessen. Eine höhere spezifische Oberfläche weist auf feinere Partikel hin, eine niedrigere spezifische Oberfläche auf gröbere Partikel.
Je feiner die Zementpartikel sind, desto größer ist die Wechselwirkung zwischen Wasser und den Zementpartikeln. Dies erhöht die chemische Reaktivität und die anschließende Produktion von Calciumsilikathydrat (CSH)-Gel. CSH-Gel bildet die Matrix, die für die Aushärtung und Festigkeit des Zements sorgt.
Solidität
Die Festigkeit von Zement bezieht sich auf seine Fähigkeit, seine Struktur nach dem Abbinden und Aushärten beizubehalten. Es misst den Widerstand von Zement gegenüber Volumenänderungen wie Schrumpfung und Ausdehnung, die aufgrund verzögerter Hydratation oder instabiler chemischer Verbindungen auftreten können. Zu den instabilen chemischen Verbindungen gehört überschüssiger Kalk oder Magnesia, die im Laufe der Zeit mit Wasser reagieren und zu einer Ausdehnung führen können.
Hersteller stellen die Festigkeit des Zements sicher, indem sie die richtige Mischung der Rohstoffe auswählen, um eine ausgewogene chemische Zusammensetzung aufrechtzuerhalten. Dadurch können sie in der Klinkerproduktionsphase die richtigen Ofentemperaturen sicherstellen und die Partikel ohne übermäßige Wärmeentwicklung auf ein akzeptables Niveau mahlen.
Konsistenz
Die Konsistenz von Zement bezieht sich auf seine Fließfähigkeit und die Aufrechterhaltung der Verarbeitbarkeit beim Mischen mit Wasser. Diese Eigenschaft hängt mit der Plastizität und Fließfähigkeit des Zementleims zusammen. Verschiedene chemische Verbindungen in der Zementmischung beeinflussen aufgrund ihrer Hydratationsrate und rheologischen Eigenschaften die Konsistenz des Zements. Tricalciumsilikat ist beispielsweise recht reaktiv und benötigt für eine gute Konsistenz eine große Menge Wasser. Dicalciumsilikat hat eine kürzere Reaktionszeit und benötigt nicht viel Wasser, um eine optimale Konsistenz zu erreichen.
Stärke
Die Festigkeit einer Zementsorte bezieht sich auf ihre Fähigkeit, dem Druck äußerer Kräfte standzuhalten und gleichzeitig ihre strukturelle Integrität aufrechtzuerhalten. Diese entscheidende Eigenschaft beschreibt die Tragfähigkeit und Haltbarkeit des Zements. Experten bestimmen die Festigkeit von Zement, indem sie zylindrische Proben aus Zement oder Beton einer Druckbelastung aussetzen, bis ein Versagen auftritt. Tricalciumsilicat sorgt für einen frühen Festigkeitsgewinn des Zements und Dicalciumsilicat unterstützt die Langzeitfestigkeit.
Zeit einstellen
Die Abbindezeit von Zement beschreibt, wie lange der Zement braucht, bis frisch angemischter Zementleim einen festen, festen Zustand erreicht. Zementhersteller messen die Abbindezeit in zwei Kategorien: die anfängliche Abbindezeit und die endgültige Abbindezeit. Die anfängliche Abbindezeit sollte nicht zu schnell sein, da dies die gute Verarbeitbarkeit beeinträchtigt. Die endgültige Abbindezeit sollte nicht zu lang sein, da dies den Projektfortschritt verlangsamen kann.
Die anfängliche durchschnittliche Abbindezeit liegt zwischen 30 und 45 Minuten. Die durchschnittliche endgültige Abbindezeit liegt zwischen 7 und 10 Stunden. Diese Zeiten unterscheiden sich bei Spezialzementen wie schnellhärtendem Zement oder Niedrigtemperaturzement. Die Anwesenheit von Tricalciumsilikat führt zu schnelleren Abbindezeiten. Der Zusatz von Dicalciumsilikat kann die Abbindezeit verzögern.
Wärme der Hydratation
Die Eigenschaft der Hydratationswärme bezieht sich auf die Wärmemenge, die während des Hydratationsprozesses freigesetzt wird. Bei diesem Prozess kommt es zu exothermen chemischen Reaktionen, die die Verarbeitbarkeit des Zements beeinträchtigen können. Die Wärmeerzeugung im Zement ist in kalten Klimazonen von Vorteil, jedoch nicht in warmen Klimazonen, wo eine zu starke Wärmeerzeugung zu Rissen und/oder Schrumpfungen führen kann, die die Festigkeit und Haltbarkeit der Struktur beeinträchtigen.
Es ist üblich, dass Zementhersteller die potenzielle Wärmehydratation ihres Zements angeben, diese Grenzwerte variieren jedoch je nach Umgebungsbedingungen.
Zündverlust
Die Eigenschaft des Glühverlusts (LOI) bezieht sich auf den Gewichtsverlust, wenn der Zement hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Diese Eigenschaft misst die Menge an flüchtigen Verbindungen und organischen Materialien in der Zementmischung. Um diesen Test durchzuführen, setzen Hersteller eine Menge Zement einer bestimmten Temperatur aus, normalerweise etwa 900–1000 °C. Nachdem alle flüchtigen Verbindungen verbrannt sind, bleiben die anorganischen Materialien zurück. Der Gewichtsverlust wird als Prozentsatz des Gewichts der anfänglichen Zementprobe bestimmt.
Diese Eigenschaft hilft Zementherstellern bei der Beurteilung der Reinheit und Qualität der Zementzusammensetzung, die sich auf die Festigkeitsentwicklung, Haltbarkeit und Beständigkeit des Zements gegenüber chemischen Angriffen auswirkt.
Schüttdichte
Die Eigenschaft der Schüttdichte bezieht sich auf die Masse des Zements pro Volumeneinheit. Dies wird in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m3) oder Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm3) ausgedrückt. Damit wird die Dichte von Zement gemessen, wenn er locker und ohne Verdichtung gepackt ist. Die durchschnittliche Schüttdichte für normalen Zement liegt zwischen 1000 und 1600 kg/m3.
Spezifisches Gewicht
Diese Eigenschaft misst die Dichte von Zement im Verhältnis zur Dichte von Wasser bei einer bestimmten Temperatur. Das spezifische Gewicht von normalem Zement liegt im Durchschnitt zwischen 3,1 und 3,16. Die Messung des spezifischen Gewichts hilft Ingenieuren dabei, den Zement mit den richtigen Anteilen an Gesteinskörnung und Wasser genau abzumessen, um die erforderliche Betondichte zu erreichen.
Chemische Eigenschaften von Zement
Die chemischen Eigenschaften von Zement werden durch seine Zusammensetzung bestimmt. Die vier wichtigsten chemischen Verbindungen im Zement sind Tricalciumaluminat, Tricalciumsilikat, Dicalciumsilikat und Ferrit. Diese Verbindungen unterliegen während der Hydratation chemischen Veränderungen, die sich auf die physikalischen Eigenschaften des Zements auswirken.
Tricalciumaluminat (C3A) – Diese Verbindung reagiert mit Wasser, um den Hydratationsprozess zu starten. C3A führt auch im Zement zur Festigkeitsentwicklung. Tricalciumsilikat (C3S) – C3S ist für die schnelle Hydratation und Aushärtung verantwortlich. Dicalciumsilikat (C2S) – Diese chemische Verbindung trägt dazu bei, dass Zement langfristig an Festigkeit gewinnt. Ferrit (C4AF) – Ferrit ist ein Flussmittel, das dazu beiträgt, die Schmelztemperatur der Rohstoffe im Ofen zu senken und so den Herstellungsprozess zu unterstützen. Magnesia (MgO) – Eine kleine Menge Magnesia hilft dem Zement, an Festigkeit zu gewinnen. Zu viel Magnesia in der Mischung führt dazu, dass der Zement expansiv und brüchig wird. Schwefeltrioxide (SO3) – Schwefeltrioxid kommt in Zement in Form von Gips vor. Es kann als Abbindezeitbeschleuniger wirken. Zu viel SO3 kann dazu führen, dass Zement expansiv und brüchig wird. Eisenoxide (Fe203) – Diese Verbindung verleiht dem Zement Festigkeit und Härte. Es verleiht dem Zement auch Farbe. Alkalien – Das Vorhandensein von Alkalien kann dazu beitragen, die Hydratationsgeschwindigkeit zu erhöhen, aber auch die Abbindezeit von Zement verlangsamen. Aluminiumoxid – Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt hält sehr kalten Temperaturen stand. Silikatdämpfe – Silikatdämpfe tragen dazu bei, die Druckfestigkeit, Abriebfestigkeit und Haftfestigkeit von Zement zu verbessern. Eine übermäßige Menge an Silikatdämpfen kann die Abbindezeit des Zements verzögern.
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