MKL1888:Zemént

Zemént, jeder in Wasser erhärtende (hydraulische) Mörtel, im engern Sinn eine Substanz, welche mit gewöhnlichem gelöschten Kalk einen in Wasser erhärtenden Mörtel bildet. Hydraulische 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 Z.). Solche hydraulische Kalke finden sich ferner in den Mergellagern am Rande des bayrischen Hochgebirges, bei Altdorf (Nürnberg) und Kulmbach, bei München, in der Grafschaft Glatz, bei Horb in Württemberg 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 Z. 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 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 Z. 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 Portlandzementfabrikation liefern einen zu rasch bindenden Z., dem man bis zu 2 Proz. ungebrannten Gips zusetzt, wodurch das Abbinden verlangsamt und dadurch zugleich die Festigkeit erhöht wird. Man hat den Z. aber auch mit Kalkstein, Schlackenmehl, Traß, gemahlenem Thonschiefer etc. gemischt, und es wurde behauptet, daß der so hergestellte Schlackenzement 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 oder Gesteine, welche, zum Teil schon seit den Zeiten der Römer 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 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 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 Z. auch mit oder ohne Sand in Formen gießen und stellt auf diese Weise Steine, Quadern, Platten, Gefäße, Röhren, Ornamentstücke etc. her. Der schwerste und feinst gemahlene Z. 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 Z. 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 Z. 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 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 Z. 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 Z. 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 Z., 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 Z. 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 Z. (Marmor-, Alabasterzement) ist gebrannter, mit Alaunlösung digerierter und nochmals gebrannter Gips, Parianzement mit Boraxlösung getränkter, scharf gebrannter Gips, der mit Weinsteinlösung angerührt wird.

Z. wurde bereits von den Römern benutzt, welche geeignetes Material (vulkanische Tuffe) bei Puteoli und am Rhein (in der Gegend von Bonn) 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 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 1818, aber erst 1824 gelang es Aspdin in Leeds, 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 errichtete Gierow in Stettin 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 1876); Liebold, Z. in seiner Verwendung im Hochbau (das. 1875); Zwick, Hydraulischer Kalk und Portlandzement (Wien 1879); Feichtinger, Technologie der Mörtelmaterialien (Braunschw. 1885).

Zemént, s. Zähne, S. 817.

Zement. Für die einheitliche Lieferung und Prüfung des Portlandzements hat der Verein deutscher Zementfabrikanten 1876 und 1877 Normen aufgestellt, welche 1886 revidiert worden sind. Im folgenden geben wir die wichtigsten Bestimmungen dieser Normen im Auszug. Als langsam bindend bezeichnet man Z., der in 2 Stunden oder später abbindet. Zur Ermittelung der Bindezeit rührt man langsam bindenden Z. 3 Minuten, rasch bindenden 1 Minute mit 27–30 Proz. Wasser an, bildet mit dem steifen Brei, der erst durch mehrmaliges Aufstoßen der Unterlage nach den Rändern hin ausläuft, auf einer Glasplatte durch nur einmaliges Aufgeben einen 1,5 cm dicken Kuchen und wartet, bis dieser einem leichten Druck mit dem Fingernagel widersteht. Zu genauerer Prüfung rasch bindenden Zements füllt man den Brei in einen Metallring von 4 cm Höhe und 8 cm lichtem Durchmesser und bestimmt den Zeitpunkt, in welchem eine Nadel von 1 qmm Querschnitt und 300 g Gewicht den Kuchen nicht mehr gänzlich durchdringt (Beginn des Abbindens) und keinen merklichen Eindruck hinterläßt (Bindezeit). Diese Bestimmungen gelten für eine Temperatur von 15–18°. Während des Abbindens darf nur rasch bindender Z. sich merklich erwärmen. Portlandzement soll volumbeständig sein. Zur vorläufigen Orientierung fertigt man aus steifem Brei wie oben Kuchen von 8–10 cm Durchmesser und 1 cm Dicke, schützt diese bis zum erfolgten Abbinden vor dem Austrocknen und erhitzt sie dann (nach 24 Stunden oder länger) mindestens 1 Stunde lang auf 110–120° im Trockenapparat. Zeigen sich keine Kantenrisse, so gilt der Z. im allgemeinen als volumbeständig. Zur entscheidenden Probe wird der zur Bestimmung der Bindezeit angefertigte Kuchen nach dem Abbinden (während welcher Zeit er unter nassen Tüchern aufzubewahren ist) unter Wasser gelegt. Er darf keine Verkrümmungen und Kantenrisse erhalten. Solche entstehen bei nicht volumbeständigem Z. meist schon nach 3 Tagen, jedenfalls genügt eine Beobachtung bis zu 28 Tagen. Portlandzement soll so fein gemahlen sein, daß eine Probe von 100 g auf einem Sieb von 900 Maschen pro Quadratzentimeter (Drahtstärke gleich der Hälfte der Maschenweite) hochstens 10 Proz. Rückstand läßt. Die Bindekraft soll durch Prüfung einer Mischung von Z. und Sand ermittelt werden. Die Prüfung soll auf Zug- und Druckfestigkeit nach einheitlicher Methode geschehen und zwar mittels Probekörper von gleicher Gestalt und gleichen Querschnitt und mit gleichen Apparaten (königliche Prüfungsstation in Charlottenburg-Berlin). Daneben empfiehlt es sich, auch die Festigkeit des reinen Zements festzustellen. Die Zerreißungsproben sind an Probekörpern von 5 qcm Querschnitt der Bruchfläche, die Druckproben an Würfeln von 50 qcm Fläche vorzunehmen. Guter, langsam bindender Portlandzement soll bei der Probe mit 3 Gewichtsteilen Normalsand auf 1 Gewichtsteil Z. nach 28 Tagen Erhärtung (1 Tag an der Luft, 27 Tage unter Wasser) eine Minimalzugfestigkeit von 16 kg und eine Druckfestigkeit von mindestens 160 kg pro 1 qcm besitzen. Die Normen von 1886 fordern als Mindestfestigkeit 60 Proz. mehr als die ältern Normen und geben durch Einführung eines mechanischen Apparats für die Anfertigung der Probekörper feste Bedingungen, unter welchen an jeder Versuchsstelle die gleichen Festigkeitsergebnisse sich herausstellen müssen, da jeder unwillkürliche Einfluß des Prüfenden ausgeschlossen ist. Maßgebend ist die Probe auf Druckfestigkeit.