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Zement,
jeder in
Wasser erhärtende (hydraulische)
Mörtel, im engern
Sinn eine
Substanz, welche mit gewöhnlichem gelöschten
Kalk einen in
Wasser erhärtenden
Mörtel bildet.
Hydraulische
[* 2]
Kalke mit 10-30 Proz. thonigen, in
Salzsäure unlöslichen Beimengungen
finden sich in den Thonmergelschichten des
Londonthons 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
Zement). Solche hydraulische
Kalke finden sich ferner in den Mergellagern am
Rande
des bayrischen Hochgebirges, bei
Altdorf
(Nürnberg)
[* 3] und
Kulmbach, bei
München,
[* 4] in der
Grafschaft
Glatz,
[* 5] bei
Horb in
Württemberg
[* 6] etc. Diese
Kalke erhalten ihre Fähigkeit, mit
Wasser zu erhärten, erst durch
Brennen (in Kalköfen), wobei
ein Teil des
Kalks sich mit der
Kieselsäure des
Thons verbindet, während ein andrer Teil des
Kalks erst 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 absorbiert, und wenn man den
Mörtel alsbald
verbraucht, die
Steine gut netzt, den
Zement möglichst stark andrückt und das
Mauerwerk längere Zeit feucht erhält, so sind
die
Resultate sehr befriedigend.
Diese natürlichen
Zemente ahmt man künstlich nach, indem man kohlensauren
Kalk mit
Thon auf feuchtem
oder trocknem Weg sehr innig mischt, das Gemisch in
Ziegel formt, trocknet und in
Schacht- oder Ringöfen bei Weißglut brennt.
Man benutzt hauptsächlich
Kalkmergel,
Kreide
[* 7] und mulmigen
Süßwasserkalk, da
Kalkstein schwieriger in fein verteilten Zustand
überzuführen ist. Der
Thon soll sandfrei sein und muß durch
Schlämmen von
Sand befreit werden. Der gebrannte
Zement wird sortiert, auf
Steinbrechmaschinen gebrochen und dann zu feinstem
Pulver gemahlen.
Dieses Fabrikat, der Portlandzement, ist hell bis dunkel graugrünlich, wesentlich dichter als Romanzement (spez. Gew. 3,1), 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 daher gegenwärtig das am meisten geschätzte Material zu hydraulischen Mörteln.
Portlandzement enthält im
Durchschnitt 60,05 Proz.
Kalk, 1,17
Magnesia, 7,5
Thonerde, 3,34
Eisenoxyd, 0,8
Kali, 0,74
Natron, 1,82 schwefelsauren
Kalk, 24,31 Proz.
Kieselsäure.
Gewisse Rohmaterialien für die Portland
zementfabrikation
liefern einen zu rasch bindenden
Zement, dem man bis zu 2 Proz. ungebrannten
Gips
[* 8] zusetzt, wodurch das
Abbinden
[* 9] verlangsamt und
dadurch zugleich die
Festigkeit
[* 10] erhöht wird. Man hat den
Zement aber auch mit
Kalkstein, Schlackenmehl,
Traß,
gemahlenem
Thonschiefer etc. gemischt, und es wurde behauptet, daß der so hergestellte Schlacken
zement
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.
In der Natur finden sich gewisse Mineralien [* 11] oder Gesteine, welche, zum Teil schon seit den Zeiten der Römer [* 12] bekannt, die Eigenschaft besitzen, bei einfacher Vermischung mit gelöschtem Kalk einen hydraulischen Mörtel zu geben. Es sind dies 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 (Pozzuolanerde), ein weicher, zerreiblicher, vulkanischer Tuff vom südwestlichen Abhang der Apenninen, der Traß (Duckstein) aus dem Brohlthal am Rhein, welcher aus den trachytischen Gesteinen der Umgebung stammt, endlich der Santorin von den Inseln Santorin, Therasia und Aspronisi, welcher dem Traß im Äußern sehr ähnlich ist.
Bisweilen findet man auch Fossilien nichtvulkanischer Abkunft, welche den Kalk hydraulisch machen, so z. B. ein Gestein aus einer Braunkohlengrube bei Jauer [* 13] in Niederschlesien. Auch die mit Salzsäure gelatinierenden Hochofenschlacken, Kupferschlacken von ähnlicher Beschaffenheit, Steinkohlenasche, gebrannter Thon (Ziegelmehl), Rückstände vom Auslaugen der Alaunschiefer, gepulverter Feuerstein geben mit Kalk hydraulischen Mörtel. Chalcedonzement, aus gebranntem Chalcedon 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, welche 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 drei 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 und selbst nach völliger Erhärtung, wenn die Behandlung beim Auftragen fehlerhaft, die Adhäsion an die Mauersteine [* 14] nicht sehr innig war. Bessere Zemente vertragen einen bedeutenden (1-3 Volumen) Sandzusatz für Luftbauten und überall, wo es nicht auf große Dichtigkeit ankommt. Man kann Zement auch mit oder ohne Sand in Formen gießen und stellt auf diese Weise Steine, Quadern, Platten, Gefäße, Röhren, [* 15] Ornamentstücke etc. her. Der schwerste und feinst gemahlene Zement 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 Zement 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 Zement seine größte Festigkeit erlangt. Gleichzeitig entstehen Kieselsäureverbindungen, deren Bildung sich noch länger hinauszieht als die Bindung des Wassers. In kohlensäurehaltigem Wasser werden 12-18 Proz. Kohlensäure ¶
mehr
aufgenommen, aber niemals wird der vorhandene Kalk vollständig durch Kohlensäure gesättigt, und die Erhärtung erfolgt auch ohne Aufnahme von Kohlensäure. Mit Salzsäure oder Weinsäurelösung erstarrt Zement 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 einer unter dunkler Rotglut liegenden Temperatur brennt, so daß wohl die kohlensaure Magnesia, nicht aber der kohlensaure Kalk zersetzt wird. Bei höherer Temperatur, bei welcher auch der kohlensaure Kalk seine Kohlensäure verliert, verschwinden die hydraulischen Eigenschaften wieder. Setzt man Stücke von reiner gebrannter Magnesia längere Zeit einem Wasserstrahl aus, so verwandelt sie sich in eine alabasterartig durchscheinende kristallinische Masse, die Marmor ritzt und ihm an Dichte und Festigkeit gleichkommt.
Auch Magnesit gibt bei vorsichtigem Brennen u. mit wenig Wasser angemacht eine Masse, die nach 12 Stunden die Härte des besten Portlandzements annimmt und dem Wasser widersteht. Sorelscher Zement 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 Grad widersteht und zu architektonischen Ornamenten im Innern der Gebäude, zu Flurbelegplatten etc. sehr geeignet ist.
Scotts Zement, ursprünglich durch Einwirkung von schwefliger Säure auf Ätzkalk erhalten, war ein Gemenge von schwefelsaurem und schwefligsaurem Kalk mit Schwefelcalcium. Ein Präparat von gleicher und selbst höherer Güte erhält man beim Glühen von Gips mit Kalk oder kohlensaurem Kalk. Der mit Wasser angerührte Zement 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.
Sättigt man Wasser mit Gips und löscht mit der Lösung gewöhnlichen, aber sich träge löschenden Kalk, so erhitzt sich der Kalk nur noch wenig beim Löschen, bindet aber doppelt soviel und mehr Sand als gewöhnlicher fetter Mauerkalk, und dieser sandreiche Mörtel soll nach einiger Zeit größere Festigkeit und Härte annehmen als gemeiner Luftmörtel (Selenitmörtel). Mischt man den Kalk mit 1,5 Proz. Gips, so wird er hydraulisch und erstarrt ohne Mitwirkung von Kohlensäure auch unter Wasser. Aber auch Gips allein erlangt hydraulische Eigenschaften, wenn man ihn bei 400-500° brennt. Keanes Zement (Marmor-, Alabasterzement) ist gebrannter, mit Alaunlösung digerierter und nochmals gebrannter Gips, Parianzement mit Boraxlösung getränkter, scharf gebrannter Gips, der mit Weinsteinlösung angerührt wird.
Zement wurde bereits von den Römern benutzt, welche geeignetes Material (vulkanische Tuffe) bei Puteoli und am Rhein (in der Gegend von Bonn) [* 17] fanden. Smeaton beobachtete 1759, daß aus gebranntem thonhaltigen 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 [* 18] 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 [* 19] 1818, aber erst 1824 gelang es Aspdin in Leeds, [* 20] Portlandzement (benannt nach der Übereinstimmung in Farbe und Festigkeit mit Portlandbaustein) darzustellen. Der Ruf des Portlandzements wurde durch das ausgezeichnete Fabrikat begründet, welches Pasley 1830 herstellte. In Deutschland [* 21] errichtete Gierow in Stettin [* 22] 1850 die erste Zementfabrik, welcher bald andre folgten. 1878 lieferte die deutsche Zementindustrie, deren Fabrikate zum Teil den ersten Rang einnahmen, 52,500,000 Ztr. Der beim Erhärten des Zements verlaufende chemische Prozeß wurde besonders von Fuchs, Pettenkofer, Winkler, Feichtinger, Heldt und Michaelis studiert.
Vgl. Heusinger von Waldegg, Die Kalk-, Ziegel- und Röhrenbrennerei (2. Aufl., Leipz. 1867);
Lipowitz, Portlandzementfabrikation mit Beschreibung eines endlosen Ofens (das. 1868);
Michaelis, Die hydraulischen Mörtel (das. 1869);
Klose, Der Portlandzement (Wiesb. 1872);
Rühne, Die Kalk-, Zement-, Gips- und Ziegelfabrikation (Braunschw. 1877);
Michaelis, Zur Beurteilung des Zements (Halle [* 23] 1876);
Liebold, Zement in seiner Verwendung im Hochbau (das. 1875);
Zwick, Hydraulischer Kalk [* 24] und Portlandzement (Wien [* 25] 1879);
Feichtinger, Technologie der Mörtelmaterialien (Braunschw. 1885).