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Was verstehen sie unter dem Begriff Bindemittel?
Bindemittel sind Stoffe die größere und kleinere Körper fest untereinander kitten.
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Welche Arten von Bindemitteln gibt es?
- Organische (Bitumen, Kunstharze)
- Anorganische (Kalke, Zemente, Sulfatbindemittel, Magnesiabinder)
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Wie werden die anorganischen Bindemittel weiter unterteilt?
- Luftbindemittel (Lehm, Gibs)
- hydraulische Bindemittel (Zement)
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Welche besondere Eigenschaft haben hydraulische Bindemittel?
- Sie werden mit Wasser angemacht.
- Können aber sowohl an der Luft als auch unter Wasser erhärten und sind dann wasserbeständig.
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Skizziere den Kalkkreislauf
- Brennen des Kalksteins bei ca.1000° C (CaCO3=CaO + CO2)
- Löschen des Branntkalks mit Wasser (CaO + H2O = Ca(OH)2
- Erhärten des gelöschten Kalks (Calziumhydroxid) (Ca(OH)2 + H2O +CO2 = Ca(Co)3 + 2H2O)
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Welche Arten von Kalk und ihre Anwendung gibt es?
- Luftkalk: an der Luft erhärtet
- hydraulischer Kalk: erhärtet auch unter Wasser
- Anwendung: Putz- und Mauermörtel, dampfgehärtete Baustoffe
- Brennt man Kalk zusammen mit Ton über die Sintergrenze so entsteht Zement
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Welche Schäden treten auf wenn Kalk verwendet wird oder nicht ordentlich gelöscht wurde?
Es kann zu Rissen, Aussprengungen und Zerfall kommen.
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Beschreiben sie den Vorgang der Erstarrung von Zement
- Beginn der Erstarrung ca. 1 Stunde nach dem Anmachen
- Nach ca. 12 Stunden Ende des Erstarrens
- Lösung der Bestandteile des Zementklinkers von der Oberfläche
- Entstehung von Ca(OH)2
- Hydratation der anderen Klinkermaterialien
- Bildung von Gel um die Zementkörner (Abbindung)
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Welche sind die Rohmaterialien von Zement?
- Kalkstein (CaCO3)
- Ton aus Siliciumdioxid (SiO2), Aluminiumdioxid (Al2O3), Eisenoxid (Fe2O3) oder als natürliches Gemisch aus Kalkstein und Ton (Mergel)
- Verhältnis: Kalkstein/Ton = 3/1
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Was sind die wesentlichen Schritte bei der Zementherstellung?
- Herstellung des Rohmehls
- Brennen des Zements zu Zementklinker
- Mahlen des Zements
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Beschreibe die Herstellung des Rohmehls genauer
- Gewinnung von Ton und Kalkstein im Steinbruch
- Zerkleinerung zu Schotter
- ggf. vorab homogenisieren des Rohschotters zum Ausgleich der Schwankungen
- Mahlen des Rohmaterials
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Beschreibe die Brennung des Zements zu Zementklinker genauer
- Vorwiegend in Drehöfen
- Zugabe des Rohmehls am oberen Ende (T=500°C)
- Ton gibt Kristallwasser ab (Entwässerung)
- Material wird zum unteren Ende des Drehofen befördert (T=1400-1450°C)
- Bei 800-1000°C wird Kohlensäure aus dem Kalkstein getrieben (CaCO3 = CaO + CO2)
- Bei T=1250°C Reacktion des CaO mit Tonbestandteilen zu den Klinkerphasen
- Bei T=1450°C Bildung von Tricalciumsilikat (Sintergrenze)
- Produkt des Brennprozesses ist Portlandzement
- Klinkerphasen entscheidend für Festigkeitsentwicklung
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Nenne die vier wesentlichen Klinkerphasen
- Tricalciumsilikat
- Dicalciumsilikat
- Calciumaluminatferrit
- Tricalciumaluminat
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Beschreibe das Mahlen des Zements genauer
- Zugabe von Gibs (3-5 M.-%) zur Regulierung des Ansteifens
- ggf. Zumahlen von Hochofenschlacke oder Trass
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Nenne Einsatzgebiete für Zement mit den besonderen Eigenschaften LH, Hs und NA.
- LH (niedriege Hyratationswärme): in Hochofenzement, langsame Erhärtung, geringer C3A- und C3S-Anteil, in massigen Bauteilen >80cm.
- HS (hoher Sulfatwiederstand): in CEM I HS und Hochofenzement, geringer C3A-Gehalt, zum Schutz von Meerwasser oder (industriellen) Abwässern
- NA (niedrig wirksamer Alkaligehalt): in CEM I NA und Hochofenzement, bei alkalikieselsäure-anfälligen Zischlägen
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Was bedeuten die Abkürzungen FE, SE und HO?
- FE: Zement mit frühem Erstarren
- SE: Zement mit schnellem Erstarren
- HO: Zement mit erhöhtem Anteil organischer Anteile
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Beschreibe die drei Hydratationsstufen von Zement und die sich bildenden Reaktiosprodukte
- 1. Stufe: (unmittelbar nach Zugabe des Anmachwassers)
- Beginn der Hydratation
- Bildung von niedrig festem Calciumhydroxid (CaOH)2 -> hexagonale Kristalle
- Tricalciumaluminat C3A reagiert sofort, rasch mit Wasser und würde zum Ansteifen des Zementleims führen.
- Gibszugabe verhindert dies CaSO4 baut C3A in wasserreiche Verbindungen -> Ettringit Bildung Trisulfat = Ettringit kristallisiert in langen Nadeln von der Oberfläche des Zementkorns aus -> erstes Ansteifen
- Volumenzunahme im plastischen Zustand des Zementleims
- 2. Stufe: (nach ca. 4 Stunden)
- Bildung von langfaserigen Calciumsilikathydraten CSH aus Tricalciumsilikat C3S (schnelle Reaktion), Dicalciumsilikat C2S (langsame Reaktion)
- Bilden feine, lange Calciumsilikathydrat-Nadeln (CSH-Phasen), überbrücken wassergefüllten Raum und verfilzen sich
- Vergrößerung der spezifische Oberfläche (etwa 1000 mal größer als vor der Hydratation)
- Entstehung von Massenanziehungskräften (Van-der-Waalsche-Kräfte) zusätzlich zu der chemischen Bindung
- Verfestigung, Erstarrungsbeginn
- 3. Stufe: (nach ca. einem Tag)
- Bildung von kurzfaserigem Calciumsilikathydraten
- Bildung von niedrigfesten Tetracalciumaluminathydraten
- Erfüllung und Verdichtung des Raums -> stabiles Gefüge
- C3S und C2S spalten Kalkhydrat (Ca(OH)2) ab -> Alkalität des Porenwassers -> Korrosionsschutz der Bewehrung im Beton
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Was sind die 5 gängigen Hauptzementarten?
- CEM I: Portlandzement (Rohstoffgemisch: 78% Kalkstein, 22%Ton)
- CEM II: Portlandkompositzement
- CEM III: Hochofenzement
- CEM IV: Puzzolanzement
- CEM V: Kompositzement
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Was bedeutet CEM I 42,5 R HS?
- CEM I: Portlandzement
- 42,5: Mindestnormfestigkeit ist 42,5 N/mm2 nach 28 Tagen
- R: schnelles Anfangserhärten
- HS: hoher Sulfatwiederstand
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Was bedeutet CEM II / A - LL 32,5 N?
- CEM II / A - LL: Portlandkalksteinzement mit hohem Anteil an Portlandzementklinker
- LL: Der Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff darf einen Massenanteil von 0,20% nicht überschreiten
- 32,5: Mindestnormfeste 32,5 N/mm2 nach 28 Tagen
- N: normale Anfangserhärtung
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Was bedeutet CEM II / B 32,5 N - LH / HS / NA?
- CEM II / B: Hochofenzement mit mittleren Anteil bis nicht ganz hohem Anteil Portlandzementklinker
- 32,5: Mindestnormfeste 32,5 N/mm2 nach 28 Tagen
- N: normale Anfangserhärtung
- LH/HS/NA: niedrige Hydratationswärme / hoher Sulfatwiederstand / niedriger, wirksamer Alkaligehalt
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Nennen sie die im Zementstein vorkommenden Porenarten
- Gelporen
- Schrumpfporen
- Kapillarporen
- künstlich eingeführte Luftporen
- Verdichtungsporen / Rüttelporen
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Sortieren sie die im Zementstein vorkommenden Porenarten nach der Porengröße
- Gelporen (1nm - 10nm)
- Schrumpfporen (ca. 10nm)
- Kapillarporen (100nm - 10μm)
- künstlich eingeführte Luftporen (10μm - 100μm)
- Verdichtungsporen / Rüttelporen (>100mm)
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Beschreiben sie die Entstehung von Gelporen
- Die CSH-Oberfläche (Calciumsilikathydrate) ist 1000-mal größer als die der ursprüngliche Zementkörnern
- Daraus folgt große Anziehungskräfte neben chemischer auch physikalische Bindung von Wasser
- Dieses Wasser liegt zwischen CSH-Phasen und steht somit nicht für Reaktionen zur Verfügung
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Beschreiben sie die Entstehung von Schrumpfporen
- Bei der chemischen Reaktion von Wasser und Zement werden 22-26% des Wassers gebunden
- Die Hydratationsprodukte "schrumpfen"
- d.h. sie nehmen ein geringeres Volumen ein als die Ausgangsstoffe
- Die Volumenverringerung beträgt ca. 1/4 des gebundenen Wassers
- Schrumpfporen weden häufig den Gelporen zugeordnet
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Beschreiben sie die Entstehung von Kapilarporen
- Entstehen aus überschüssigem Wasser im Zementstein das nicht mehr gebunden werden kann
- W/Z-Wert > 0,38 bleibt nach vollständiger Hydratation Überschusswasser in den Kapilarporen zurück
- Sind unregelmäßig geformt und bilden ein zusammenhängendes Porensystem
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Beschreiben sie die Entstehung von künstlich erzeugten Luftporen und den Grund warum man dies tut.
- Dienen der Erhöhung des Frost bzw. Frost- Tausalzwiederstandes
- Entstehen beim Mischen und Einbringen des Betons
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Beschreiben sie die Entstehung von Verdichtungsporen / Rüttelporen
- Entstehen bei der Verdichtung des Betons
- Kapilarporen sind indirekt auch Verdichtungsporen welche vom w/z-Wert abhängen
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Welche chemischen Verbindungen sind für die Festigkeit des erhärtenden Zements ausschlaggebend?
- Langfaserige Calciumsilikathydrate (CSH-Phasen) sind für die Festigkeit des Zements entscheident
- Bilden sich nach ca. 4 Stunden
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Welcher w/z-Wert ist am besten?
Zwischen 0,4 und 0,5
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Wie wirkt sich ein nicht optimaler w/z-Wert auf die Struktur des Betons aus?
- w/z < 0,4: es verbleiben unhydratisierte Zementreste
- w/z > 0,5-0,55: Es entstehen zunehmend Kapilarporen bis hin zum Porensystem
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Darf Zement, Kalk oder Gips im Freien gelagert werden und wenn wieso nicht?
- Bei der Zementlagerung im Freien besteht die Gefahr das es zum ungewollten Aushärten kommt wenn es in Kontakt mit Wasser kommt -> NEIN
- Luftkalk bindet beim Kontakt mit in der Luft enthaltenden CO2 ab -> NEIN
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Welche Hauptbestandteile führen dazu, dass sich die Normalzemente in Art und Anteil unterscheiden?
- Portlandzementklinker
- Hüttensand
- Silicastaub
- Puzzolane
- Flugasche
- Gebrannter Schiefer
- Kalkstein
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Bei der Hydratation ist die Wärmeentwicklung abhängig von:
- Zementzusammensetzung
- Mahlfeinheit
- Umgebungstemperatur
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