Die hydraulischen Eigenschaften von Steinkohlenflugasche und ihr

Die hydraulischen Eigenschaften von Steinkohlenflugasche und ihr

23) D. R. P. 704 753 vom 23. 10. 1938, C. 1941 II, 797,
24)
")
")
")
")
")
3D)
51)
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33)
34)
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37)
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39)
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41)
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")
48)
")
D. R. P. 742023 vom 18. 2. 1941, C. 1944 II, 686.
D. R. P. 752194 vom 15. 5. 1941.
Vergl. Belg. P. 451 340 vom 2. 7. 1943.
Auszug veröffentlieht 17. 3. 1944, C.1945 I, 710.
C. R. (Doklady) Aead. Sei. URSS. 52.325-28, 1946, C. 1947 I, 84,
C. 1948 I, 152.
F. P. 883158 vom 5. 11. 1941, C. 1944 I, 119.8.
A. P. 2460266 vom 4. 11. 1944, E. Prior. 17 12. 1942.
A. P. 2460' 267, C. 1950 I, 603.
E. P. 562561 vom 6. 7. 1944, C. 1948 I, 622.
E. P. 478921 vom 9. 3. 1937.
D. R. P. 69527 vom 10. 5. 1892.
D. R. P. 391 125 vom 25. 7. 1922, C. 1924 I, 2300.
D. R. P. 14 439 vom 30. 10. 1880. Ber. dtseh. ehern. Ges. 14, 2433.
Russ. P. 65798 vom 28. 2. 1946, C. 1948 I, 748.
Sehw. P. 198930 vom 19. 3. 1937, C. 1939 I, 1829.
D. R. P 22289 vom 2. 8. 1881, Ber. dtseh. ehern. Ges. 16, 1120,
Zusatz zu D. R. P. 16798.
E. P. 2787 vom 5. 2. 1884, Ber. dtseh. ehern. Ges. 18, R. 353.
Ber. dtseh. ehern. Ges. 18, 3314.
Ber. dtseh. ehern. Ges. 24, 2557.
A. P. 1620915 vom 6. 5. 1922, C. 1927 I, 3127.
F. P. 615791 vom 7. 5. 1926 C. 1927 I, 2596.
F. P. 792236 vom 17. 6. 1935, E. Prior. 26.7.1934, C. 19361,-4966.
F. P. 810284 vom 6. 12. 1935, C. 1937 II, 2584.
Can. P. 367203 vom 10. 3. 1936, C. 1938 I, 1853.
A. P. 2255998 vom 9. 8. 1938, C. 1944 II, 276.
Zement-Kalk-Gips, Oktober 1949, Heft 10, 201.
Sehw. P. 185380 vom 4. 9. 1935, C. 1937 I, 2238.
E. P. 266 524 vom 5. 2. 1926, C. 1927 I, 3126.
A. P. 1620067 vom 9. 1. 1926, C. 1927 I, 3127.
") D. R.' P. 68586 vom 28. 10. 1892, Zusatz zu D. R. P.' 63 667
vom 22. 11. 1891.
,n) D. R. P. 3 203 vom 1. 5. 1878, Ber. dtseh. ehern. Ges. 12, 142.
50) Be1g. P. 389617 vom 4. 7.1932, C. 1936 I, 1291.
") F. P. 820756 vom 31. 12. 1936, C. 1938 I, 2239.
52) A. P. 2432963 vom 30. 3. 1945.
53) P. P. Budnikow und W. K. Gussew, Russ. P. 64805
vom 31. 5. 1945, C. 1948 I, 392.
") D. R. P. 113456, C. 1900 II, 827.
55) E. P. 2640, (1884).
") E. P. 273477 vom 19. 6. 1926, C. 1927 II, 2418.
57) A. P. 2448218 vom 31. 8. 1948, E. Prior. 17. 12. 1942.
58) A. P. 2460 266 und A. P. 2460267
beide vom 4. 11. 1944, E. Prior. 17. 12. 1942, C, 1950 I, 603.
"') George T. Morse, Ceramie Age, Vol. 50. Juli 1947, 81,
Zement-Kalk-Gips, Februar 1950, 38.
60) A. P. 2060295 vom 22. 6. 1934, C. 1937 I, 2432.
61) A. P. 1901 052 und 1901 053 vom 3. 7. 1930, C. 1933 I, 3768.
") F. P. 839220 vom 13. 6. 1938, D. Prior. 17. 6. 1937.
") D. R. P. 558839 vom 17. 4. 1931, C. 1932 II, 2686.
") D. R. P. 660 589 vom 7. 7. 1936, C. 1938 II, 1815.
57) A. P. 2149804 vom 27. 7. 1936. C.1939 II, 474.
") Can. P. 366187 vom 25. 2. 1936, C. 1937 II, 3936.
';) It. P. 305486 vom 19. 2. 1933, C. 1938 I, 505.
") E. P. 518596 vom 26. 9. 1938.
F. P. 8S0 302 vom 19. 9. 1939, C. 1941 I, 1845 und C. 1941 II, 510.
") Zement-Kalk-Gips, Heft 2, 1950, 43 naeh Journ. Am. Ceram.
Soe. 31, Nr. 3.
") Ber. Akad. Wiss. UdSSR (NS) 56, 503, C. 1948 I, 1048.
B) D. R. p. 63 569 vom 26. 7. 1891.
72) Zement-Kalk-Gips 3 (1950). 93.
;3) Zement-Kalk-Gips 2 (1949), 209.
Die hydraulischen Eigenschaften von Steinkohlenflugasche und
/ ihr Einfluß auf die Sulfatbeständigkeit von Portlandzement
I
Von W. Kronsbein, Stade
I. Allgemeines
In den Vereinigten Staaten von Amerika werden
seit Jahren die Rückstände der Kohlenstaubfeuerung,
die sog. Flugaschen, insbesondere die mit Elektrofiltern
zurückgehaltenen noch feineren Filteraschen, wegen
ihrer latenten hydraulischen Eigenschaften in nennenswertem Umfange als Beimengung zu Portlandzement
und zur Herstellung von Baustoffen herangezogen. Angeregt durch die dort durchgeführten Untersuchungen
auf diesem Gebiet hat Verfasser bereits vor dem Kriege
Steinkohlenflugaschen aus zahlreichen Betrieben der
deutschen Energiewirtschaft auf ihre Verwendungsmöglichkeit im Bauwesen untersuchV) Dabei war, abgesehen
von der Bedeutung, die bei dem damaligen großen Bedarf der Bauwirtschaft an Bindemitteln einem wirksamen und billigen Streckungsmittel für Zement zukommen konnte, in erster Linie die Frage nach dem"
Einfluß der Flugaschen auf die Sulfatbeständigkeit von
Mörtel und Beton bestimmend gewesen. Obwohl die
Ergebnisse dieser Versuche infolge der zumeist ungeeigneten Beschaffenheit der Flugaschen wenig ermutigend waren, sind die Versuche während des Krieges
fortgesetzt worden. über das Ergebnis wird im folgenden berichtet.
11. Kennzeichnung der verwendeten Flugaschen
1. Chemische Zusammensetzung
Zahlentafel 1 gibt die chemische Zusammensetzung
von 8 Flugaschen verschiedener Herkunft wieder, welche
für die Versuche verwendet wurden. Der Glühverlust,
das ist im wesentlichen der Gehalt an Verbrennbarem,
liegt bei 3 Aschen, Fr, Co und E, unter 10 %, bei 4
weiteren Aschen, Zo, Ve, Be und Os, zwischen 14 und
20 % und bei einer Asche, Ew, sogar über 50 %. Für die
Menge der in Salzsäure unlöslischen Bestandteile ist
eine gewisse Abhängigkeit vom Kalkgehalt und z. T.
auch vom Eisenoxydgehalt erkennbar. Kieselsäure- und
Tonerdegehalt halten sich in verhältnismäßig engen
Grenzen, während der Eisenoxydgehalt wieder sehr
ZAHLENTAFEL 1
Chemische Zusammensetzung der Flugaschen
Bezeichnung
der Asche
Olühverlus!
%
I
Fr
I
I
I
3,24
Co
I
E
I
I
I
Zo
I
I
Ve
I
Be
I Ew i Os
4,87 7,70 14,40 16,70 15,95 51,50 20,1(
- - - - - - - - - - - -I -
Unlösliches %
(HCl1:1)
75,71 82,80 52,81 59,35 67,29 55,51 31,19 63,61
Unlösliches %
(glühverlustfrei)
78,10 86,20 57,20 69,10 80,90 66,10 64,20 79,10
SiO, %
45,38 52,08 41,90 43,14 47,60 42,54 42,90 42,68
- -- -
- - - - - - - -I -
- -- - - - - - - - - -I - -- - - -
%
A1,O,
---- ----
28,90 30,85 23,00 26,05 27,90 27,90 25,95 27,35
- -- - - - - - - - - -I %
Fe,O.
12,80
8,80 12,40 24,40 15,60 11,60 17,20 21,60
- -- - - - - - - - ._- - -
%
CaO
4,40
2,35 12,80
2,55
3,00
9,45
7,00
3,3(
- -- - - - - - _ . - - - - MgO
SO.
%
1,49
0,91
4,62
0,88
2,12
3,42
2,07
I,H
-- - - -- - - - - - -I -
%
1,17
0,44
2,28
0,47
0,67
1,52
0,40
0,61
- - - - - - - - - - - -I -
Res! (n. b.)
%
5,86
4,57 3,00
2,51
3,11
3,57
4,48
3,27
- -- - - - - - - - - -I A1,O.:SiO,
1:2,66 1:2,86 1:3,09 1:2,80 1:2,89 1:2,61 1:2,80 1:2,6'
unterschiedlich ist. Entsprechend dem Kalkgehalt, der
mit Ausnahme der Asche E unter 10 % liegt, schwanken
auch die Werte für den Magnesiagehalt. Der SOs-Gehalt
ist bei allen Aschen gering. Der nicht unbeträchtliche
nicht bestimmte Rest entfällt zweifellos auf Alkalien.
Den Hauptbestandteil der Aschen bilden demnach die
Kieselsäure und die Tonerde, welche etwa 2/ 3 bis %. der
123
Gesamtmerige ausmachen. Das Molverhältnis beider Bestandteile liegt etwa zwischen 1 : 2,6 und 1 : 3,0 AbO. :
Si0 2 • Man kann daher die Aschen als eine Art entwässerter Tonsubstanz ansehen, welche auch den beträchtlichen Alkaligehalt bedingt und mehr oder weniger
bedeutende Mengen an wahrscheinlich aus sulfidischen
Eisenverbindungen herrührendem Eisenoxyd enthält.
Das hydraulische Verhalten der Flugaschen kann infolgedessen mit dem ja hinreichend bekannten Verhalten schwach gebrannter Tone (Ziegelmehl, gebrannter
Schlick usw.) verglichen werden.
Ihrer Konstitution nach gehören die Flugaschen in
das Dreistoffsystem Si0 2 - AbO. - Fe 20., dessen thermisches Verhalten durch den wechselnden Kalkgehalt
beeinflußt wird. Abb. 1 zeigt die Lage der 8 Flugaschen
im Dreistoffdiagramm. Welcher Gleichgewichtszustand
in der erkalteten Asche vorliegt, hängt außer von der
chemischen Zusammensetzung weitgehend von der
Brenntemperatur und der Abkühlungsgeschwindigkeit
,der Asche ab, woraus sich daher ebenfalls Abweichungen
im hydraulischen Verhalten ergeben werden.
ZAHLENTAFEL 2
Erhärtungsvermögen der Flugaschen nach den Traßnormen
I
Kornfeinheit
Festigkeit der gemahlenen
'im angel.
OIühAschen kg/cm'
Zustand n.Mahlg.
verRückst.%
Rückst.
%
lust
a. d. S.
a. d. S.
Zugfestigkeit Druckfestigk.
%
900 14900 900 /4900
M. M. M. M. 7 Tg·128 Tg. 7 Tg·.128 Tg.
Bezeichnung
der Asche
I
Fr
3,24 18,9 54,0 1,7 12,4 21
33
185
378
1 - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - -I Co
4,87 25,4 48,6 1,3 10,4
5
23
68
'210
- - - -I -
--
E
7,70 0,02 3,36
--
Zo
14,4
1------
43,7 70,9
nicht
gemahlen
0,01 10,9
- - -- -- -- --
Ve
16,7
3,4 20,3
Be
15,95
nicht
0,7 10,2
gemahlen
- - - - -- - - -
0,9
9,6
-Ew
51,5
13,8 60,7
0,2 11,5
-- -- -- -
12
22
119
215
- - - -I 6
~ -
2
11
--
13
-4
13
55
117
- -I 24
111
42
94
- -I -
- - - -I 3
14
27
89
-- -----
20,1
Os
26,4 69,6 0,04 10,2
2
1 - - - - - - - - - - - - - - - -- Normen für
~20
5
TraB DIN 1043 ~7,0 -
11
20
77
16
45
140
---- -
Aschen nicht von ihrem Gehalt an säurelöslichen Bestandteilen abhängt und auch nicht allein durch den
Kieselsäuregehalt bestimmt wird.
Abb. 1: Lage der Flugaschen im Dreistoffdiagramm
2. Erhärtungsvermögen
a) Mit Kalkhydrat nach den Traßnormen.
Zahlentafel 2 enthält die Ergebnisse der Prüfung der
Flugaschen nach den Traßnormen. Die Aschen waren
vorher, sofern ihre natürliche Körnung gröber war, in
einer Laboratoriumsmühle bis auf einen Rückstand von
etwa 10 bis 12 % auf dem SIeb mit 4900 M. gemahlen
worden.
Ein sehr gutes Erhärtungsvermögen zeigen die Aschen
Fr, Co und E, von denen die Asche Fr mit sehr hohen.
Festigkeitswerten besonders hervorragt. Bemerkenswert
ist der Unterschied in der 7-Tage-Festigkeit zwischen
den Aschen Co und E bei praktisch gleicher Festigkeit
nach 28 Tagen. Die übrigen Aschen folgen in weitem
Abstand mit nur mäßigen Festigkeiten, die wesentlich
unter den für Traß geforderten Werten liegen. Ein gewisser Zusammenhang zwischen dem Gehalt der Aschen
an Verbrennbarem (Glühverlust) und ihrem Erhärtungsvermögen ist zu erkennen. Eine nähere Betrachtung der
Einzelergebnisse zeigt jedoch, daß nicht ausschließlich
dieser das hydraulische Verhalten beeinfiußt, sondern daß auch Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung und im physikalischen Aufbau hierfür
maßgeblich sein müssen. Was die chemische Zusammensetzung der Aschen angeht, so lassen sich aus den vorliegenden Analysendaten keine eindeutigen Schlüsse auf
den Einfluß bestimmter Bestandteile auf das Erhärtungsvermögen ziehen. Am Beispiel der drei Aschen
Fr, Co und E, deren Gehalt an Verbrennbarem verhältnismäßig gering und nicht sehr unterschiedlich ist,
wird jedoch klar, daß das Erhärtungsvermögen der
124
b) Mit Portlandzement nach den Zementnormen
Für diese Prüfung wurden als Bindemittel statt des
reinen Portlandzementes Gemische aus Portlandzement
und Flugasche im Verhältnis 60: 40 und 80 : 20 G. T. verwendet. Als Maßstab für das Erhärtungsvermögen der
Flugaschen ist die 3-Tage-Prismendruckfestigkeit ermittelt worden, und zwar waren je drei Prismen 1 Tag
an feuchter Luft, darauf 2 Tage in Wasser von 200 C,
bzw. 1 Tag in Wasser von 50° C und 1 Tag in Wasser
von 20° C gelagert worden. Dieses Verfahren zur Prüfung
des Erhärtungsvermögens von latenthydraulischen Stoffen ist im Bericht der Building Research Station 1935
beschrieben (Ref. Zement 1938, S.381). Es soll nach den
vorliegenden Erfahrungen in kurzer Zeit ein Urteil
über den Wert eines latenthydraulischen Stoffes in Verbindung mit Zement ermöglichen.
Die Prüfung wurde mit 4 verschiedenen Portlandzementen durchgeführt, die auch für die langfristigen
Versuche mit Mörtelkörpern in MgSO.-Lösung verwendet worden sind. Diesem eigentlichen Zweck der
ZAHLENTAFEL 3
Chemische Zusammensetzung der Zemente
Bezeichnung
der Zemente
I
R
I
H
1,39
q4
0,23
SiO. %
I
I
G
,-
V
3,11
1,88
0,30
0,30
0,18
19,37
20,26
19,40
20,08
AI.Os %
4,42
3,88
6,52
6,22
Fe,Os %
5,80
8,08
2,76
2,40
63,30
62,93
61,99
64,02
2,02
0,78
1,69
1,88
SO, %
2,60
2,16
2,52
1,32
Rest (nicht bestimmt)
0,87
0,47
1,71
2,04
Tonerdemodul
0,76
0,48
2,36
2,59
Glühverlust %
Unlösliches %
CaO %
MgO
%
I
ZAHLENTAFEL 4
Normeneigenschaften der Zemente
Bezeichnung
der Zemente
R
I
(alte Norm) 7 Tg. W.
Druckfestigkeit
I
438
r:l
G
H
I
418
465
350
- - - -- -
Biegezugfestigkeit
57
(neue Norm) 7 Tg. W.
Druckfestigkeit
48
(alte Norm) 28 Tg. W.
Biegezugfestigkeit
Mahlfeinheit
Rückstand in %
auf Sieb von
.
4900 M
Normenwasserprobe
Kochprobe
Raumbeständigkeit
Abbindeverhältnisse
I
1_ 439
900 M
Abbindeverhältnisse
Beginn : Std.
Ende: Std.
288
---
428
..
60
----
(neue Norm) 38 Tg. W.
Druckfestigkeit
48
279 I 333
I~ 536 542
----_
I~
, 65
62
68
-
Druckfestigkeit
53
- -- ---- - -
385
448
422
----
I_~~~- -13,63 _~~13,59_
0,26
0,59
0,65
bebebe- I bestanden standen standen standen
_1__1_
2
3'/. 1_2
7'/. I 6'/2
I
4
5
_
I
~FI'C()lPOsEV&EII
-JioCoOsVEEwZ()$#
'PzH
-FrCoEZ()V&OsE/,
/'z#
-~"YmäE~~
~~nEhVh"~
"h~~hV[&
Pz Y
"V[~u&~h
L.tb. 2: 3-Tage-Prismendruckfestigkeit von Zement- Flugasche-
Mischungen.
Lagerung: heller Teil: 1 Tag f. Luft, 2 Tage Wasser v. 20';
ganze Säule: 1 Tag f. Luft, ITag Wasser v. 50', 1 Tag Wasser v. 20'
G
H
V
44-85
38-56
30-47
22-63
50°C
48-78
45-82
39-81
38-77
20°C
61-90
60-82
49-80
44-88
66-83
66-87
R
I
I
20°C
60: 40
7
/'zJ'
!
Zement]
1----
tiO:1H)
/'z 6
ZAHLENTAFEL 5
3-Tage-Prismendruckfestigkeit der Zement-Flugaschemischungen
in Wasser von 20' und 50' C (reiner Zement = 100).
1
-----
Versuche entsprechend wurden außer 2 normalen Portlandzementen 225 2 tone!'dearme und eisenoxydreiche
Zemente gewählt. Die chemische Zusammensetzung und
die üJ;>rigen Normeneigenschaften dieser Zemente sind
aus den Zahlentafeln 3 und 4 ersichtlich.
Abb. 2 zeigt in schematischer Darstellung das Ergebnis dieser Prüfung an Hand der 3-Tage-Prismendruckfestigkeit, welche mit den verschiedenen Zement-Flugaschemischungen ermittelt wurde. Die Werte sind für
die einzelnen Aschen nach fallender Festigkeit bei Lagerung in Wasser von 50° C geordnet. Die Festigkeit des
reinen Zementes wird von keiner Mischung erreicht. Der
Festigkeitsrückgang ist z. T. erheblich, besonders bei den
Mischungen mit 40 % Aschezusatz. Von den 8 Aschen
haben sich auch bei dieser Prüfung die Aschen Fr, Co
und E im allgemeinen am günstigsten verhalten von
denen die Asche Fr in der Mischnug 60: 40 bei' allen
Zementen weitaus die höchste Festigkeit liefert. Die
übrigen Aschen ordnen sich in wechselnder Folge mit,
wesentlich geringerer Festigkeit. In der Mischung 80 : 20
sind der Festigkeitsrückgang gegenüber dem reinen
Zement in Wasser von 20° C und die prozentualen
Steigerungsbeträge bei Lagerung in Wasser von 50° C
geringer als bei der Mischung 60: 40. Die Unterschiede
pzl(
zwischen den verschiedenen Aschen sind hier bei dem
verhältnismäßig geringeren Anteil am Bindemittel nicht
so ausgeprägt. Aber auch hier liegen die Aschen Fr und
Co meist an der Spitze. Aus Zahlentafel 5, welche für
alle Aschen und jeweils einen Zement den oberen und
unteren Grenzwert der bei 20° C und 50° Cerreichten
Druckfestigkeit (Festigkeit des reinen Zementes = 100)
wiedergibt, wird ersichtlich, daß die Festigkeit der
Zemente H und V in beiden Mischungen mit Flugasche
bei Lagerung in Wasser von 20° C gegenüber dem
re'inen Zement überwiegend stärker zurückgegangen ist
als die der beiden anderen Zemente. Dieser Festigkeitsrückgang wird aber durch einen höheren Steigerungsbetrag bei Lagerung in Wasser von 50° C wieder ausgeglichen.
I
I
I
80: 20
--~.-
50°C
65-87
67 --85
Inwieweit diese Prüfung das hydraulische Verhalten
der Flugaschen auch bei längerer Erhärtungszeit bestätigt, wird das Ergebnis der im nächsten Abschnitt
zu besprechenden Dauerversuche an Mörtelkörpern
zeigen.
Auf Grund der Ergebnisse'der bisherigen Prüfungen
der Aschen mit Kalk und Zement sind für die weiteren
Versuche nur die 3 Aschen Fr, Co und E verwendet
worden.
IH. Mörtelversuche in MgSO,-Lösung
Für diese Versuche dienten Mörtelkörper von 7,07 cm
Kantenlänge. Der Mörtel wurde hergestellt aus Mischungen je eines der 4 Zemente mit jeweils einer der 3
Flugaschen im Verhältnis 60: 40 und 80: 20 als Bindemittel und einem scharfkörnigen Quarzsand 0 bis 3 mm
als Zuschlagstoff mit folgender Kornzusammensetzung:
< 0,2 mm < 1 mm < 3 mm
10 %
60 %
100 %.
Das Mischungsverhältnis des Mörtels war 1: 4 G. T.,
die Konsistenz schwach plastisch mit einem Ausbreitmaß auf dem Zementnormengerät von 135 bis 140 mm.
Der Bindemittelgehalt betrug bei allen Mischungen
410 kg/m 3 des frischen Mörtels bei einer Toleranz von
etwa ± 2 %. Der Mörtel wurde in zwei Schichten mit
einem leichten Holzstampfer in den Formen verdichtet
und nach 24 Stunden in Wasser gelagert. Nach 3monatigel' Wasserlagerung wurde die erforderliche Anzahl Probekörper in 5 'foige MgSO,-Lösung gelegt,
welche die Körper völlig bedeckte. Die übrigen Probekörper blieben weiterhin im Wasser. Die Erhärtung vor
Beginn der Lagerung in MgSO,-Lösung wurde auf drei
Monate ausgedehnt, weil die hydraulische Wirkung
latenthydraulischer Stoffe erfahrungsgemäß erst im
Laufe der Zeit merkbar wird.
Nach jeweils drei Monaten wurden je 3 Versuchskörper
einer Mischung aus Wasser und MgSO.-Lösung auf ihr
äußeres Verhalten und ihre Druckfestigkeit geprüft.
Sofern bei Lagerung in MgSO.-Lösung bereits äußerlich
erkennbare Zerstörungen eintraten, zeigten sie zunächst
das typische Auftreiben der Ecken und Kanten dann
zunehmende Treibrißbildung und schließlich teil~eisen
bis nahezu völligen Zerfall der Körper. Das Ausmaß
125
der Wirkung des Flugaschezusatzes und der Einwirkung
der MgSO.-Lösung auf' den Mörtel wird am .deutlichsten . bei der Betrachtung der Druckfestigkeiten,
deren Verlauf in den Abb. 3 bis 26 zeichnerisch dargestellt ist,
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Ein wesentlich anderes Verhalten zeigen die Flugaschen in Verbindung mit dem pz G (Abb.9 bis 14). Bei
Wasserlagerung bleiben die Aschen Co und E in der
Mischung 60: 40 nach 28 Tagen weit hinter der Festigkeit des reinen Zementes zurück und holen diesen trotz
größerer Steigerung auch nach 25 Monaten nicht ein.
In der Mischung 80: 20 ist der anfängliche Festigkeitsrückgang nicht so groß und wird im Laufe der weiteren Erhärtung nach. etwa '12 Jahr aufgeholt. Lediglich
die Asche Fr erweist sich auch bei diesem Zement als
sehr wirksam.
Bei Lagerung in MgSO.-Lösung wird der reine
Zement ziemlich rasch zerstört. Ein Anteil von 20 %
Flugasche zeigt sich nur bei der Asche Fr als ausreichend.
um den Angriff der Lösung während der Prüfzeit zu
verhindern, während die Aschen Co und E die Widerstandsfähigkeit des Mörtels nur merklich verbessert
haben. Die Versuchskörper der Mischung 60: 40 bleiben
dagegen mit allen 3 Aschen gänzlich unbeschädigt und
ohne wesentlichen Festigkeitsabfall.
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Abb. ;)-8: Drucl<festigkeitsverlauf von Mörtel aus Zement-Flugarche-Mi,chungen bei Lagerung in Wasser und 5'I.ig. MgSO,Lösung (PZR)
- - - - Zement mit Flugasche, W-Lagerung
.- - - - Zement mit Flugasche, MgSO,-Lagerung
- . - . - Reiner Zement, W-Lagerung
Reiner Zement, MgSO.-Lagerung
Mit dem pz R (Abb, 3 bis 8) erreicht die Asche Fr bei
Wasserlagerung in beiden Mischungen schon nach 28
Tagen eine höhere Druckfestigkeit als der reine Zement.
Die beiden Aschen Co und E ergeben nach 28 Tagen in
der Mischung 80: 20 die gleiche Festigkeit wie der
reine Zement, bleiben in der Mischung 60: 40 dagegen
hinter diesem zurück, um erst nach drei Monaten die
gleiche Festigkeit zu erreichen. Bei längerer Lagerung
liegen die Zement-Flugaschemischungen sämtlich höher
als der reine Zement, und zwar beide etwa gleich hoch.
Bei Lagerung in MgSO.-Lösung erweist sich der
pz R als sehr widerstandsfähig. Erst nach etwa 1 Yz Jahren
tritt ein kaum merklicher Rückgang der Druckfestigkeit
ein, die bis zum Ende der Prüfung nur wenig abgefallen ist. In der Mischung 80 : 20 verläuft die Festigkeit
bei allen 3 Aschen bis zum Ende des Versuchs mit der
Festigkeit bei Wasserlagerung etwa gleich, in der
Mischung 60: 40 fällt die Asche E mit dem reinen
Zement ab während bei den Aschen Fr und Co der
Rückgang kaum zu bemerken ist.
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E-20: Druckfestigkeitsverlauf von Mörtel aus Zement-Flug-
~sche-Mlschungen
bel Lagerung in Wasser und 5'Mg. MgSO,Lösung (PZH)
- - - - Zement mit Flugasche, W-Lagelung
- - -- - Zement mit Flugasche, MgSO,-Lagerung
- . - . - Reiner Zement, W-L"gerung
.... Reiner Zement, MgSO,-Lagerung
Mit dem pz H (Abb. 15 bis 20) erreichen die Asche
Fr in beiden Mischungen, die Asche E nur in der
Mischung 80 : 20 bei längerer Erhärtungszeit eine merklich höhere Druckfestigkeit als der reine Zement, während die Asche Co prakti~ch ohne Wirkung bleibt. Da
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Abb. 9-14: Druckfestigkeltsverlauf von Mörtel aus Zement-Flugasche-Mischungen bei Lagerung in Wasser und 5'1,lg. MgSO.Lösung (PZG)
- - - - Zement mit Flugasche, W-Lagerung
- - - - Zement mit Flugasche, MgSO.-Lagerung
- . - . - Reiner Zement, W-Lagerung
.......... Reiner Zement, MgSO,-Lagerung
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Abb. 21-26: Druckfestigkeitsverlauf von Mörtel aus ZementFlugasche-Mischungen bel Lagerung In Wasser und 5'/olg.
MgSO.-Lösung (PZV).
- - - - Zement mit Flugasche, W-Lagerung
- - - - Zement mit Flugasche, MgSO.-Lagerung
- . - . - Reiner Zement, W-Lagerung .
......... _... Reiner Zement, MgSO,-Lagerung
der pz H allein von der MgSO,-Lösung nicht angegriffen wird, bleiben auch die aschehaltigen Mischungen
unbeschädigt.
Auch in den Mischungen mit dem pz V (Abb. 21 bis
26) übertreffen die beiden Aschen Fr und Eim Laufe
der Zeit den reinen Zement erheblich. Die Asche Co
bleibt demgegenüber zurück, erreicht aber mindestens
die Festigkeit des reinen Zementes. Dessen Sulfatbeständigkeit ist noch geringer als die des pz G, so
daß ein Anteil von 20 % Asche im Bindemittel nur bei
der Asche Fr die Zerstörung der Versuchskörper deutlich verzögert, während bei den Aschen Co und Edel'
Abfall der Festigkeit nur wenig hintange halten wird.
In der Mischung 60 : 40 tritt jedoch keine Zerstörung
und praktisch kein Festigkeitsabfall ein.
Die Darstellung der Abb. 27 ermöglicht einen Vergleich der Mörteldruckfestigkeiten, welche bei Wasserlagerung nach 28 Tagen und 1 Jahr erreicht worden
sind. Man erkennt, daß die Zement-Flugaschemischungen 60: 40 nach 28 Tagen durchweg mehr oder weniger
hinter dem reinen Zement zurückbleiben, diesen aber
nach 1 Jahr durch höhere Steigerungsbeträge einholen
und z. T. merklich übertreffen. In der Mischung 80: 20
ist die Anfangsfestigkeit kaum geringer als die des
reinen Zementes, die Steigerungsbeträge sind dagegen
nicht so hoch, so daß nach 1 Jahr etwa die gleichen
Festigkeiten erreicht werden wie mit der Mischung
60: 40.
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Abb. 27: Würfeldruckfestigkeit von Mörtel aus Zcment-FlugascheLagerung: heller Teil: .28 Tage in Wasser von 20'
ganze Säule: 1 Jahr in Wasser von 20°.
IV. Zusammenfassung
Es wurden 8 Steinkohlenflugaschen verschiedener
Herkunft, welche größtenteils vor der Prüfung auf etwa
Zementfeinheit gemahlen worden waren, auf ihre hydraulische Wirksamkeit in Verbindung mit Normenkalkhydrat und vier verschiedenen Portlandzementen
und auf ihren Einfluß auf die chemische Widerstandsfähigkeit derselben Portlandzemente in 5 %iger MgSO,Lösung geprüft. Dabei hat sich folgendes gezeigt:
1. Bei der Prüfung nach den Traßnormen betrug die
Druckfestigkeit bei 3 Aschen, Fr, Co und E, nach 28
Tagen über 200 kg/cm2 , bei der Asche Fr sogar 378
kg/cm 2 • Die übrigen 5 Aschen erreichten demgegenüber nur mäßige Festigkeiten.
Bei der Prüfung mit vier verschiedenen Portlandzementen im Mischungsverhältnis 60 G. T. Pz. : 40 G. T.
Asche bzw. 80 G. T. Pz. : 20 G. T. Asche erwiesen sich,
gemessen an der 3-Tage-Prismendruckfestigkeit bei
Lagerung in Wasser von 50Ü C, vorwiegend die
gleichen Aschen als am wirksamsten, wobei ebenfalls die Asche Fr besonders hervorragt.
Eine eindeutige Beziehung zwischen der chemischen
Zusammensetzung der Aschen und ihrem hydraulischen Verhalten hat sich dabei nicht gezeigt.
2. Bei der Lagerung von Mörteldruckkörpern 1: 4 G. T.
aus den gleichen Zement-Aschegemischen unter Verwendung der Aschen Fr, Co und E und Quarzsand
1 bis 3 mm in 5 %iger MgSO,-Lösung ergab sich
während der Prufzeit von 25 Monaten praktisch kein
Festigkeitsabfall bei den beiden eisenoxydreichen und
tonerdearmen Zementen Rund H, die sich auch ohne
Aschezusatz als sulfatbeständig erwiesen.
Von den beiden normalen Portlandzementen G und
V wird der reine pz V in der Sulfatlösung noch
etwas schneller zerstört als der pz G. Ein Anteil
von 40 % der 3 Aschen bewirkt bei beiden Zementen
völlige Beständigkeit in der Lösung; diese wird bei
20 % Asche nur bei dem pz G in Verbindung mit der
Asche Fr noch erreicht, nimmt dann in der Reihenfolge. der Aschen Fr, Co, E ab, und zwar beim pz V
stärker als beim pz G. Der Einfluß des unterschiedlichen Erhärtungsvermögens der Aschen auf das Verhalten der Mischungen mit Zement in MgSO,-Lösung
wird damit deutlich.
3. Bei Lagerung der gleichen Mörtelkörper in Wasser
von 20 ü C hat sich gezeigt, daß die Endfestigkeit der
Mischungen mit 40 % und 20 % Asche mindestens
die des reinen Zementes erreicht, diese meistens noch
übertrifft,
während
die
Anfangsfestigkeit
der
Mischung mit 40 % Asche zurückbleibt.
4. Für die Praxis darf man aus diesen Vers.uchen wohi
den Schluß ziehen, daß Steinkohlenflugaschen unter
bestimmten Voraussetzungen als gute. Puzzolane
wirken und die Sulfatbeständigkeit von Mörtel uno
Beton in erheblichem Maße verbessern können. Die
praktischen Möglichkeiten ihrer Verwendung dürften wesentlich von der Entwicklung der Staubfeuerungstechnik und damit dem Anfall brauchbarer
Flugaschen abhängen, worauf bereits in der zitierten
Arbeit hingewiesen worden ist.
Literatur:
1)
W. Kronsbein, Zement, 30 (1941). 503.
Der Kalkindex
Von H. Kühl, Berlin-Lichterfelde
In Zement-Kalk-Gips 4 (1951), 33 findet sich eine
Mitteilung von A. Beitlich über den amerikanischen
Kalkindex, unter welchem der Prozentgehalt des im
Portlandzementklinker als Tricalciumsilikat gebundenen Kalkes bezogen auf den Gesamtkalk verstanden
wird. Dieser Hinweis erscheint mir deswegen besonders
beachtlich, weil er ein helles Schlaglicht auf die Unterschiede wirft, die sich allmählich in Amerika und in
Europa in der Betrachtung und Auswertung der Zementanalyse entwickelt haben. Bevor ich hierauf näher eingehe, möchte ich indessen zeigen, daß sich der Kalkindex
noch einfacher, als es in dem zitierten Aufsatz geschehen
ist, etwa wie folgt ableiten läßt:
Zunächst ist für die Rechnung (natÜrlich nur für die
Rechnung!) das Tetracalciumaluminatferrit i.n Ca und CF
zu zerlegen; wir haben es alsdann mit den vier Bestandteilen CaS, C 2 S, CaA und CF zu tun und stellen uns vor,
daß die Kalkbindung nur bis zur Bildung von C 2S, CaA
und CF fortgeschritten und also noch ein Kalkrest verfügbar ist, mit dessen Hilfe ein Teil des Dicalciumsilikates in
Tricalciumsilikat umgewandelt werden kann. Dieser
Kalkrest ist gegeben durch die Beziehung
CaO Rest = CaO - (1,87 Si0 2 + 1,65 Al 2 0 g + 0,35 Fe20a)
Jedes' Molekül dieses Restkalkes kann sich mit einem
Molekül C 2S zu einem Molekül CaS verbinden, und folglich
ist die Gesamtmenge des Kalkes, der in das Tricalciumsilikat eingeht, dreimal so groß wie die Menge des Rest-
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