Bindemittel - Grundlagen und Arten
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Questions and Answers

Was geschieht zunächst mit dem anfangs plastischen Zementleim?

  • Er verhärtet sich sofort.
  • Er verändert seine chemische Zusammensetzung.
  • Er geht in den erhärteten Zementstein über. (correct)
  • Er bleibt unverändert.

Welche Rolle spielt Calciumhydroxid (Ca(OH)2) bei der Festigkeitsentwicklung des Zementes?

  • Es sorgt für die Hauptfestigkeit.
  • Es hat keinen Einfluss auf die Festigkeit. (correct)
  • Es führt zu einer schnelleren Erhärtung.
  • Es verstärkt die Alkalität des Porenwassers. (correct)

Was entsteht aus der Reaktion von Calciumhydroxid (Ca(OH)2) mit CO2?

  • Tri- und Dicalciumsilikat.
  • Calciumsilikathydrate.
  • Nadeln oder Leisten.
  • Calciumkarbonat (CaCO3). (correct)

Wie viel Wasser wird etwa chemisch vom Zement gebunden?

<p>25 M.-% (D)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn das Ca(OH)2 im Zementstein CO2 aufnimmt?

<p>Die Alkalität sinkt. (D)</p> Signup and view all the answers

Wodurch wird die Hydratation des Zements beeinflusst?

<p>Durch die Temperatur. (C)</p> Signup and view all the answers

Was passiert mit dem Gelwasser im Zementgel, wenn es austreibt?

<p>Es führt zu einer irreversiblen Zerstörung des Zementsteingefüges. (C)</p> Signup and view all the answers

Wie viel Wasser muss dem Zement zur vollständigen Hydratation zur Verfügung stehen?

<p>35 bis 40 M.-% (C)</p> Signup and view all the answers

Welches Element ist nicht Teil der Hydraulefaktoren, die mit CaO in Bindungen treten?

<p>Na2O (A)</p> Signup and view all the answers

Warum ist die exakte Abstimmung des Rohstoffgemisches für die Zementherstellung entscheidend?

<p>Da sie die mineralischen Phasen beeinflusst. (C)</p> Signup and view all the answers

Was könnte freies CaO im verfestigten Zementstein auslösen?

<p>Kalktreiben. (A)</p> Signup and view all the answers

Bei welchen Temperaturen wird Zement typischerweise im Brennofen gebrannt?

<p>1400 bis 1500 °C (A)</p> Signup and view all the answers

Warum siedelt sich die Zementindustrie häufig in der Nähe von Rohstofflagerstätten an?

<p>Um die Produktionskosten zu senken. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Aufgabe hat die Homogenisierung der Rohstoffe in der Zementherstellung?

<p>Um gleichmäßige chemische Zusammensetzungen sicherzustellen. (D)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Materialien wird hauptsächlich zur Zementherstellung verwendet?

<p>Kalkstein (B)</p> Signup and view all the answers

Was bezeichnet die Puzzolanität?

<p>Die Fähigkeit zur puzzolanischen Reaktion. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein charakteristisches Merkmal von Zement im Vergleich zu anderen Bindemitteln?

<p>Es kann sowohl an Luft als auch unter Wasser erhärten. (C)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Materialien ist ein Beispiel für ein Sulfat?

<p>Calciumsulfat (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Beschreibung ist passend für Zementleim?

<p>Ist ein Wasser-Zement-Gemisch vor dem Erhärten. (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist das Hauptmerkmal hydraulischer Bindemittel?

<p>Sie sind wasserbeständig im erhärteten Zustand. (C)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht während des Sinterns?

<p>Das Material beginnt zu schmelzen. (A)</p> Signup and view all the answers

Welches Material hat eine definierte chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur?

<p>Mineral (D)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Substanzen ist nicht direkt ein Bestandteil des Zementgels?

<p>Organische Bindemittel (D)</p> Signup and view all the answers

Wie wird Mörtel im Vergleich zu Beton definiert?

<p>Mörtel hat einen Korndurchmesser von ≤ 4 mm. (C)</p> Signup and view all the answers

Was passiert mit den Reaktionsgeschwindigkeiten von Zement bei unterschiedlichen Temperaturen?

<p>Die Reaktion wird bei hohen Temperaturen schneller und bei tiefen Temperaturen langsamer. (D)</p> Signup and view all the answers

Was wird beim Hydratationsprozess des Zements während der Erstarrungsphase freigesetzt?

<p>Hydratationswärme (A)</p> Signup and view all the answers

Was bezeichnet der Begriff 'Erstarrungsbeginn' im Hydratationsprozess?

<p>Der Beginn der Verfestigung durch die Bildung von CSH-Phasen. (B)</p> Signup and view all the answers

Wie viele Hydratationsstufen gibt es im Zementverfestigungsprozess?

<p>Drei Hydratationsstufen (D)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht mit den CSH-Phasen während der 3. Hydratationsstufe?

<p>Sie bilden sich kurzfaserig aus. (C)</p> Signup and view all the answers

Was markiert das Ende der Erstarrungsphase?

<p>Die Brücke bildung durch faserförmige Kristalle. (C)</p> Signup and view all the answers

Wie wird die Erstarrungszeit des Zementleimes bestimmt?

<p>Durch den Eindringversuch (Vicat-Nadel). (C)</p> Signup and view all the answers

Warum ist es für einen Zement wichtig, einen definierten Verlauf der Verfestigung aufzuweisen?

<p>Um eine ausreichende Verarbeitungszeit zu gewährleisten. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist das Hauptmerkmal von Zementen mit schnellem Erstarren (SE)?

<p>Sie können im Spritzbeton verwendet werden. (A)</p> Signup and view all the answers

Wie lange erfolgt der Erstarrungsbeginn bei Zementen mit frühem Erstarren (FE)?

<p>Frühestens nach 15 Minuten. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Zementart enthält bis zu 1 M.-% organische Bestandteile?

<p>HO-Zemente (A)</p> Signup and view all the answers

Wie hoch ist die Jahresproduktion von CEM I laut Marktübersicht?

<p>8,3 Mio t/a (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Eigenschaft der Zementzusammensetzung beeinflusst die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Zements am meisten?

<p>Die chemische Zusammensetzung (C)</p> Signup and view all the answers

Was stellt den größten Anteil am Zementexport dar?

<p>Silozement (B)</p> Signup and view all the answers

Was hat den größten Einfluss auf die Geschwindigkeit der Festigkeitsentwicklung des Zements?

<p>Die Hydratation von Calciumsilikaten (A)</p> Signup and view all the answers

Welcher Anteil von Flugasche wird im Betonbau verwendet?

<p>3,0 Mio t/a (B)</p> Signup and view all the answers

Wie beeinflusst die Mahlfeinheit des Zements dessen Festigkeitsentwicklung?

<p>Feiner Zement hat eine größere Oberfläche und reagiert schneller. (B)</p> Signup and view all the answers

Welches Merkmal zeichnet CEM II/B-LL-Zemente aus?

<p>Eine Kombination aus Portlandzement und Hochofenzement. (D)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn die Mahlfeinheit des Zements zu klein ist?

<p>Ungenügende Hydratation des Zementkerns. (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher Prozentsatz des Zements wird als Sackzement vertrieben?

<p>7% (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Klinkerminerale sind besonders wichtig für hohe Druckfestigkeit?

<p>Calciumsilikate (B)</p> Signup and view all the answers

Warum kann die Hydratation verschiedener Minerale zu unterschiedlichen Gefügen führen?

<p>Weil sie unterschiedliche Reaktionsprodukte bilden. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Rolle spielt der Brennprozess bei der Zementherstellung?

<p>Er beeinflusst die mineralogische Zusammensetzung des Zements. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über die Reaktion von Klinkermineralen mit Wasser ist korrekt?

<p>Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt vom jeweiligen Mineral ab. (A)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Mineral

Ein Material mit definierter chemischer Zusammensetzung und (Kristall-)Struktur.

Oxid

Eine Verbindung mit Sauerstoff.

Puzzolanische Reaktion

Die Reaktion von amorpher Kieselsäure mit Calciumhydroxid und Wasser zu CSH-Phasen.

Puzzolanität

Die Fähigkeit zur puzzolanischen Reaktion.

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Sintern

Das beginnende Schmelzen.

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Sulfat

Eine Verbindung mit SO₄²⁻-Ionen.

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Zementgel

Der zusammengefasste Begriff für die untrennbar verbundenen mineralischen Bestandteile des Zementsteins inklusive des adsorptiv in den Gelporen gebundenen Gelwassers.

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Bindemittel

Stoffe, die gröbere oder feinere Körper fest miteinander verkitten.

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Zement

Feingemahlene hydraulische Bindemittel, die sowohl an Luft als auch unter Wasser aushärten und danach auch unter Wasser beständig sind.

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Hydraulische Bindemittel

Bindemittel, die auch unter Wasser aushärten können.

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Rohstoffe für Zement

Im Wesentlichen Kalkstein und Ton, deren Zusammensetzung die entstehenden Mineralphasen während des Brennens bestimmt.

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Klinkerminerale

Entstehende Mineralphasen im Zement durch die Reaktion der Rohmehlbestandteile während des Brennens.

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Brenntemperatur

Temperatur, bei der die Rohstoffe im Ofen gebrannt werden (ca. 1400-1500°C).

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Calciumsilikate, -aluminate und -ferrite

Verbindungen von CaO mit den Hydraulefaktoren SiO2, Al2O3 und Fe2O3 im Zement.

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freies CaO

Ungebundenes Calciumoxid, welches im Zement zu Kalktreiben führen kann.

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Homogenisierung der Rohstoffe

Der Prozess der Herstellung eines einheitlichen Rohstoffgemisches vor dem Brennen.

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Hydratation von Zement

Die chemische Reaktion von Zement mit Wasser, die zur Verfestigung führt.

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Calciumsilikathydrate (CSH)

Die wichtigsten Hydratationsprodukte von Zement, die für die Festigkeit des Zementsteins verantwortlich sind.

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Calciumhydroxid (Ca(OH)2)

Ein Nebenprodukt der Zementhydratation, welches die Alkalität des Zementsteins beeinflusst.

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Wasserzement-Wert (W/Z)

Das Verhältnis von Wassermasse zu Zementmasse, das die Hydratation und damit die Festigkeit beeinflusst.

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Korrosionsschutz von Betonstahl

Der Schutz des Betonstahls vor Rost durch das alkalische Milieu des Zementsteins.

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Zementgel

Die fein vernetzten Kristalle und das Gelwasser, die eine wichtige Rolle beim Zementverbund spielen.

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Chemisch gebundenes Wasser

Das Wasser, welches fest in das Kristallgitter eingebaut ist und die Festigkeit beeinflusst.

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Festigkeitsentwicklung des Zements

Der Prozess der Stärkenzunahme durch die Verwachsung der Calciumsilikathydrate.

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Hydratation des Zements

Die chemische Reaktion von Zementbestandteilen mit Wasser, die zur Verfestigung führt.

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Hydratationswärme

Die Wärme, die bei der Hydratation des Zements frei wird.

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Erstarrungsbeginn

Der Beginn der merklichen Verfestigung des Zements nach dem Mischen mit Wasser.

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Erstarrung

Der Übergang des Zementleimes vom plastischen in den festen Zustand.

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Erhärtung

Der Prozess, in dem sich das Zementgefüge weiter verfestigt und stabil wird.

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Hydratationsstufen (Zement)

Drei Phasen der Hydratation von Zement, die sich in der Struktur der Calciumsilikathydrate (CSH-Phasen) unterscheiden.

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CSH-Phasen

Die wichtigsten hydratisierten Produkte der Zementhydratation, die aus Calciumsilikaten und Wasser bestehen.

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Einfluss von Temperatur auf Hydratation

Hohe Temperaturen beschleunigen die Hydratation, niedrige Temperaturen verlangsamen sie und sehr tiefe Temperaturen unterbrechen die Reaktion.

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Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf Zement

Die Zusammensetzung des Zements (vor allem der Klinkerminerale) bestimmt die Reaktionsgeschwindigkeit mit Wasser und damit die Festigkeitsentwicklung des Zements. Unterschiedliche Minerale reagieren unterschiedlich schnell und bilden unterschiedliche Hydratationsprodukte.

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Mahlfeinheit und Zementreaktion

Die Mahlfeinheit des Zements beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit mit Wasser. Eine feinere Mahlung führt zu einer größeren Oberfläche und somit zu einer schnelleren Reaktion. Allerdings kann eine zu kleine Mahlfeinheit die Hydratation beeinträchtigen.

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Calciumsilikate und Festigkeit

Calciumsilikate (insbesondere C3S) sind die wichtigsten Klinkerminerale für die Druckfestigkeit von Zement. Sie reagieren unterschiedlich schnell mit Wasser und bilden dabei verschiedene Hydratationsprodukte.

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Hydratation und Gefüge

Die Hydratation unterschiedlicher Klinkerminerale führt zu verschiedenen Reaktionsprodukten und damit zu unterschiedlichen Gefügen im Zementstein. Dies hat einen grossen Einfluss auf die Festigkeit.

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Zement-Wasser-Reaktion

Die chemische Reaktion zwischen Zement und Wasser, die zur Verfestigung des Zementsteins führt, wird als Hydratation bezeichnet.

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Einfluss der Mahlfeinheit (negativ)

Eine zu feine Mahlung kann die Hydratation behindern, da das Wasser nicht mehr in das Innere des Zementkörners gelangen kann, da das auf den Oberflächen entstandene Gel den Zugang blockiert.

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Schnelle Hydratation

Die Geschwindigkeit der Hydratation ist entscheidender Bestandteil der Festigkeitsentwicklung und wird durch die Zusammensetzung der Klinkerminerale beeinflusst.

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Unterschiedliche Klinkerminerale

Verschiedene Klinkerminerale reagieren unterschiedlich schnell mit Wasser und bilden unterschiedliche Hydratationsprodukte.

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Zemente mit schnellem Erstarren (SE)

Zemente für Spritzbeton, die oft durch reduzierten Sulfatgehalt oder Zementzusatzmittel beschleunigt werden.

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Zemente mit frühem Erstarren (FE)

Zemente für Betonstein- und Fertigteilwerke, die innerhalb von 15 Minuten zu erstarren beginnen und nach wenigen Stunden hohe Festigkeit erreichen.

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Zemente mit erhöhtem Anteil organischer Bestandteile (HO-Zemente)

Zemente, die bis zu 1 Massenprozent organische Bestandteile, oft als Verflüssiger, enthalten.

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Gesamt Inlandprodukte (Zement)

34,6 Mio Tonnen pro Jahr an Zementproduktion im Inland, nach VDZ 2011.

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CEM I

Eine Zementart (VDZ) mit maximal 8,3 Mio. Tonnen/Jahr in Deutschland

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CEM II/A-T

Eine Zement Kategorie (VDZ) mit einem spezifischen Anwendungsbereich.

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Steinkohlenflugasche (Zement)

Ein Rohstoff für Zement mit einer Produktion von 4,0 Mio Tonnen pro Jahr nach BVK 2008, hauptsächlich im Betonbau eingesetzt.

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Export Zement

7,8 Mio Tonnen jährlich Zement-Export anhand von VDZ 2011.

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Study Notes

Bindemittel - Skriptum

  • Definition: Bindemittel sind Stoffe, welche gröbere oder feinere Körper fest miteinander verkitten.
  • Mörtel: Korndurchmesser ≤ 4 mm
  • Beton: Korndurchmesser > 4 mm
  • Arten:
    • Luftbindemittel (erhärten nur an Luft, wasserlöslich): Luftkalke, Sulfatbindemittel (Gips, Anhydrit), Magnesiabinder (Lehm)
    • Hydraulische Bindemittel (erhärten an Luft und unter Wasser, wasserbeständig): Wasserkalk, hoch-hydraulischer Kalk, Mischbinder (P+M-Binder), Zemente
  • Zusammensetzung: Bindemittel und Gesteinskörnungen
  • Grundlagen:
    • Bindemittel werden meist nicht als reine Leime ohne Gesteinskörnungen verwendet, da diese meist teuer und ungünstig sind.
    • Es gibt Luftbindemittel, die nur an Luft erhärten und wasserlöslich sind, und hydraulische Bindemittel, die sowohl an Luft als auch unter Wasser erhärten und später wasserbeständig sind.
    • Für tragende Bauteile werden Kalke, PM-Binder, Mischbinder und Zemente verwendet.

Sulfatbindemittel und Magnesiabinder

  • Baugipse: Entstehen durch Brennen von Gipstein (CaSO4 * 2H2O, Dihydrat).
  • REA-Gips: Nebenprodukt in Rauchgasentschwefelungsanlagen von Kohlekraftwerken (auch Dihydrat CaSO4 * 2H2O).
  • Herstellung: Das gebundene Kristallwasser wird ganz oder teilweise beim Brennen ausgeworfen.

Kalke

  • Luftkalke: Luftbindemittel aus reinem Kalkstein (CaCO3), gebrannt unterhalb der Sintergrenze (rd. 800-1000°C).
  • Reaktion: CaCO3 → CaO + CO2.
  • Löschen: CaO + H2O → Ca(OH)2 (Portlandit) mit Wärmeentwicklung.
  • Hydratation: Ca(OH)2 nimmt Wasser auf, welches zu einem Volumenansteig führt. Entsprechende Sprengwirkung tritt auf.
  • Erhärtung: Durch Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft (Karbonatisierung).

Zemente und Zumahlstoffe

  • Zemente: Feingemahlene hydraulische Bindemittel, die sowohl an Luft als unter Wasser erhärten und anschließend wasserbeständig sind.
  • Rohstoffe: Hauptbestandteile sind Kalkstein und Ton, welche die entsprechenden Mineralphasen während des Brennens bestimmen.
  • Zementklinker: Verbindungen von CaO mit den Hydraulefaktoren SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃, entstehenden beim Brennen bei hohen Temperaturen.
  • Zumahlstoffe: Puzzolane, Latent-hydraulische Stoffe - meist Industrieabfälle / Nebenprodukte.
  • Puzzolane: Reaktionsfähige Kieselsäure (SiO₂), CaO-arm - reaktionsfähig = puzzolanische Reaktionen.
  • Latent-hydraulische Stoffe: Reagieren eher verzögert mit Wasser. (z.B. Hüttensand)

Hydratation

  • Definition: Chemische Reaktion zwischen Zementkorn und Wasser.
  • Reaktionsprodukte: Zementgel, Calciumsilikathydrate (CSH), Calciumhydroxid (Ca(OH)2).
  • Klinkermineralien: C3S, C2S, C3A, C4AF.
  • Hydratationsprodukte: Ca(OH)2, CSH, CAH, CAFH
  • Festigkeitsentwicklung: Die Hydratation erzeugt ein Netzwerk aus Hydraten, was die Festigkeit des Zements ausmacht.

Erhärtungsphasen

  • Ansteifen: Übergang von plastisch zu fest.
  • Erstarren: Fortgeschrittene Verfestigung.
  • Erhärten: Langsame Verfestigung bis zur endgültigen Festigkeit.

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Dieses Quiz behandelt die verschiedenen Arten von Bindemitteln, ihre Definition und Zusammensetzung. Erfahren Sie mehr über Luft- und hydraulische Bindemittel sowie deren Anwendung in der Bauindustrie.

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