VI. Ueber Portlandcement aus dolomitischem Kalk; von Dr. L. Erdmenger. (Fortsetzung der Abhandlung des Verf. im polytechn. Journal Bd. CCIX S. 286; zweites Augustheft 1873.) Erdmenger, über Portlandcement aus dolomitischem Kalk. Es soll in Folgendem von der absoluten Festigkeit verschiedener Cemente im Vergleich zu der von Kalkmagnesia-Portlandcement die Rede seyn. Der Grad der Festigkeit wächst bei den Portlandcementen mit der Abnahme des Wasserzusatzes, wie folgende Tabellen zeigen: Tabelle II. a) Marke Nr. 3 (renommirte deutsche, s. S. 287 der früheren Abhandlung). Zu 1 Maaßtheil Cement wurden folgendeMaaßtheile Wasser gesetzt: Absolute Festigkeit nach Kilogrm. pro Quadratcentimeter nach 4 Tagen nach 20 Tagen 0,4615 – 14,0 0,4555 10,5 – 0,4333 10,8 – 0,3846 12,8 20,1 0,3333 14,9 21,4 0,2941 16,416,7 22,3 b) Marke Nr. 6 (eine gangbare englische). Zu 1 Maaßtheil Cement wurden folgendeMaaßtheile Wasser gesetzt: Absolute Festigkeit nach Kilogrm. pro Quadratcentimeter nach 4 Tagen nach 20 Tagen 0,4615   8,6   9,98 0,3846   9,4 12,44 0,3333 11,9 13,98 0,2941 13,4 19,98 c) Marke Nr. 7 (eine gangbare deutsche). Zu 1 Maaßtheil Cement wurden folgendeMaaßtheile Wasser gesetzt: Absolute Festigkeit nach Kilogrm. proQuadratcentimeter nach 4 Tagen nach 20 Tagen 0,4615   5,5    9,97 0,3846   8,5 15,8 0,3333 10,0 16,3 0,2941 11,3 17,0 Wie man sieht, ist die Marke Nr. 7 nach den ersten 4 Tagen in der Festigkeit hinter Marke 6 noch zurück, überholt dieselbe aber nach 20 Tagen in den mittleren Wassermengen. Die steigende Festigkeit bei abnehmendem Wassergehalt erklärt sich leicht dadurch, daß bei geringerem Wasserzusatz in einem bestimmten Volumen des Mörtels mehr Cement, also mehr erhärtende Substanz vorhanden ist. Derber als mit etwa 0,3846 Maaßtheilen Wasser auf 1 Maaßtheil Cement wird der Cement in der Praxis selten verarbeitet. Meistens hat der Cementmörtel sogar eine Consistenz, die etwa 0,4615 Maaßtheilen Wasserzusatz auf 1 Maaßtheil Cement entspricht. Dem Mörtelbereiter auf dem Bau würde es sehr zeitraubend und beschwerlich seyn, Cement mit nur 0,3333 oder gar nur mit 0,2941 Wasserzusatz zu homogenem Mörtel durchzuarbeiten. Die Masse mit 0,2941 Wasser ist nach dem Durcharbeiten nicht mehr teigig wie bei reichlicheren Wasserzusätzen, sondern gleicht angefeuchteter Erde. In den Fällen, wo so derber Mörtel verwendbar ist (bei Gußsachen z.B., wo er in die Form gedrückt werden kann), und wegen des höheren Festigkeitsgrades gewünscht wird, werden wohl am besten geeignete Mörtelbereitungsmaschinen in Anwendung zu bringen seyn. Die Verminderung des Wasserquantums zum Zwecke der Erzielung größerer Festigkeit hat übrigens ihre Grenze, wie aus folgender Tabelle ersichtlich ist. Tabelle III. a) Obige Marke Nr. 3 (deutsche renommirte). Zu 1 Maaßtheil Cement wurden folgendeMaaßtheile Wasser zugesetzt: Absolute Festigkeit nach Kilogrm. proQuadratcentimeter, nach 4 Tagen 0,2941 16,416,7 0,2666 15,0 0,2500 14,3 0,2000 13,6 b) Obige Mark Nr. 7 (deutsche gangbare). Zu 1 Maaßtheil Cement wurden folgendeMaaßtheile Wasser zugesetzt: Absolute Festigkeit nach Kilogrm. proQuadratcentimeternach 4 Tagen 0,2941 11,3 0,2666   9,5 0,2500   9,1 0,2000   4,5 Wiegt man ein Gefäß einmal voll Wasser, das andere Mal voll Cement, der bis zu einem bestimmten Grade zusammengerüttelt wurde, zieht hierauf (ohne Rücksichtnahme auf das Gewicht der Luft im leeren Glase sowohl als auf das der zwischen den Cementpulvertheilen befindlichen Luft) das Gefäßgewicht in beiden Fällen ab, setzt das Gewicht des obigen Volumens Wasser = 1, so verhalten sich die Gewichte der obigen 3 Cemente (Nr. 3, 6 und 7) zu einander wie 1,40 : 1,28 : 1,13. Die specif. Gewichte der vorliegenden 3 Cemente werden demnach ein ähnliches fallendes Verhältniß bilden. Wie ein Blick auf die obigen Tabellen zeigt, überragt hier die Festigkeit des specifisch schwersten Cementes (Marke Nr. 3) diejenige der beiden anderen Marken. Das Gewicht derjenigen Menge Cement von Nr. 3, welche das Gefäß ausfüllt, ist, wie angegeben, = 1,40. Das zulässige Minimai-Wasserquantum dieses Cementes ist = 0,2941. Ein Maaßtheil Wasser erfordert demnach bei Mörtel von so derber Consistenz 1/0,2941 = 3,4 Maaßtheile Cement d. i. = 3,4 . 1,4 = 4,76 Gewichtstheile Cement. Der Mörtel besteht also dann aus 1 Gewichtstheil Wasser und 4,76 Gewichtstheilen Cement, enthält demnach in 5,76 Gewichtstheilen seiner Masse 1 Gewichtstheil Wasser, d. i. 100/5,76 = 17,3 Proc. Wasser. Dieß ist aber etwa die Wassermenge, die man gewöhnlich als chemisch gebunden im erhärteten Cement annimmt. Mehr Wasserzusatz braucht der Cement also von vornherein nicht. (Dieß gilt zunächst nur für den reinen Cement, also ohne Sandzusatz.) Die Festigkeit ist bei so wenig Wasser gerade am größten, sorgfältigste Durcharbeitung vorausgesetzt. Nimmt man zu wenig Wasser, so reicht dasselbe nicht mehr aus, alle Kalkverbindungen zu zersetzen und in den Erhärtungsproceß überzuführen. Die Festigkeit muß darnach wieder geringer werden. Man ersieht aus Gesagtem, daß man bei Festigkeitsangaben diverser Cemente eigentlich auch stets die beim Anmachen angewandte Wassermenge angeben muß, um die Resultate mit einander vergleichbar zu machen. Es wird also ein jeder Cement sein eigenes Minimalwasserquantum haben; dasselbe fällt zusammen mit der zum chemischen Binden nothwendigen Wassermenge. –––––––––– Mit der Festigkeit der angeführten Cemente wurde die Festigkeit von dolomitischem Portlandcement verglichen, der im Wesentlichen folgende Zusammensetzung hatte: (s. S. 287 der früheren Abhandlung). Kalk 52,4 Proc. Magnesia 20,6 „ Sesquioxyde 10,9 „ Kieselsäure 16,7 „ Es ergaben sich nachfolgende Resultate: Tabelle IV. Zu 1 Maaßtheil Cement wurden folgendeMaaßtheile Wasser zugesetzt: Absolute Festigkeit nach Kilogrm. proQuadratcentimeter. nach 4 Tagen nach 20 Tagen. 0,8666 –   2,96 0,7454 –   3,18 0,6666 1,72,0   3,63 0,5714 –   4,74 0,5454 –   5,18  5,12 0,5000 –   5,85 0,4615 2,3   5,90 0,3846 4,4   6,50 0,3333 6,5 10,03 0,2941 4,4 – 0,2666   2,20 – 0,2500   2,12 – 0,2000   2,03 – Das Minimalwasserquantum beträgt also hier 0,3333. Bei einer Vergleichung der eben angeführten Festigkeiten mit den Festigkeiten der Cemente Nr. 3, 6 u. 7, von gleichem Wasserzusatz, zeigt sich, daß der dolomitische Cement selbst hinter den Nr. 6 und 7 noch ganz erheblich zurückbleibt. Ein erster Grund dieser Erscheinung fällt sogleich in die Augen. An Stelle von 21 Proc. Kalkverbindungen der Cemente Nr. 3, 6 und 7 stehen nämlich in dem Kalkmagnesiacement etwa 21 Proc. Magnesia. Setzt man die Menge der Kalkverbindungen in den Cementen Nr. 3, 6 und 7 = 100, und nimmt man an, daß die Magnesia gar keine Rolle im Erhärtungsproceß spiele, so würde die Festigkeit des Kalkmagnesiacementes 100 – 21 = 79 Proc., also etwa 4/5 der Festigkeit der gewöhnlichen Portlandcemente betragen. In Wahrheit ist aber die Festigkeit kaum = 1/2 und zwar findet dieß seine Begründung zum Theil darin, daß der Kalkmagnesiacement beim Anmachen mit Wasser aufquillt. Da dieser Cement dabei ein mageres Aussehen behält, nicht in die Augen fallend gedeiht wie etwa sich löschender Kalk, so entgeht Einem diese Thatsache leicht. Rührt man gewöhnlichen Portlandcement und dolomitischen Cement mit einer gleichen Wassermenge an, so zeigt sich, daß der Kalkmagnesiacementmörtel stets viel steifer ist als der Mörtel von gewöhnlichem Portlandcement. Macht man z.B. obige Marke Nr. 3 mit 0,2941 Maaßtheilen Wasser an und dann Kalkmagnesiacement mit soviel Wasser, daß ein Mörtel von gleicher Consistenz entsteht, so beträgt das letztere Wasserquantum annähernd 0,3846 Maaßtheile. Um von diesen beiden Cementen Mörtel von gleicher Consistenz zu erhalten, bedarf man also auf 1 Maaßtheil Wasser von Marke Nr. 3 1/0,2941 = 3,4 Maaßtheile Cement; dagegen von Kalkmagnesiacement nur 1/0,3846 = 2,6 Maaßtheile Cement. Stellt man ganz in ähnlicher Weise wie oben bei Marke Nr. 3 das Gewicht eines Maaßtheiles Kalkmagnesiacementes fest, das Gewicht des gleichen Maaßes Wasser = 1 gesetzt, so ergibt sich jenes zu 1,47. Die 2,6 Maaßtheile Kalkmagnesiacement wiegen demnach 2,6 . 1,47 = 3,822. Diese 3,822 Gewichtstheile Cement erfordern 1 Maaßtheil = 1 Gewichtstheil Wasser zu einem Mörtel von in Frage stehender Consistenz. In 4,822 Gewichtstheilen Mörtel ist demnach 1 Gewichtstheil Wasser enthalten, d. i. 100/4,822 = 20,74 Proc. Wasser. Diese Wassermenge berechnet sich theoretisch wie folgt. In dem Kalkmagnesiacement sind nur 79 Proc. Kalkverbindungen enthalten gegenüber 100 Proc. im gewöhnlichen Portlandcemente. Die zum Zersetzen der Kalkverbindungen, also auch die zum Erhärten nothwendige Wassermenge wird demnach zunächst auch nur 79 Proc. von der bei Marke Nr. 3 nöthigen Wassermenge betragen, d. i. 17,3 . 0,79 = 12,11 Proc. Es erfordern aber 20 Gewichtstheile Magnesia, um in Magnesiahydrat überzugehen, 9 Gewichtstheile Wasser, mithin bedürfen 21 Gewichtstheile Magnesia zur Hydratisirung 21/20 . 9 = 9,45 Gewichtstheile Wasser. Diese 9,45 Gewichtstheile zu obigen 12,11 Gewichtstheilen hinzuaddirt, ergibt 9,45 + 12,11 = 21,56 Proc. Wasser. Die Differenz zwischen dieser theoretisch berechneten und der durch den Versuch gefundenen Wassermenge beträgt demnach nur 21,56 – 20,74 = 0,82 Proc. Bei der Schwierigkeit, Mörtel von genau gleicher Consistenz herzustellen, ist diese Uebereinstimmung wohl genügend, um von Neuem darzuthun, daß die Magnesia in dem dolomitischen Portlandcement von oben gegebener Zusammensetzung in der That nur als freie Magnesia vorhanden ist und nicht etwa als Silicat oder anders, trotz der hohen angewandten Temperatur. Machte man mit der nämlichen Quantität Wasser einmal dolomitischen Cement an, das andere Mal gewöhnlichen Portlandcement, stellte in beiden Fällen gleiche Consistenz des Mörtels her, drückte hierauf die Masse in Formen, so ergab sich daß beide Massen das nämliche Volumen ausfüllten. Von dem gewöhnlichen Cementmörtel gingen also in die Form 1 Maaßtheil Wasser und 3,4 Maaßtheile Cement, von dem gleich steifen Dolomitcementmörtel aber 1 Maaßtheil Wasser und nur 2,6 Maaßtheile Cement. Es verhalten sich demnach bei gleicher Mörtelconsistenz die in gleichem Volumen befindlichen Cementmengen wie 2,6 : 3,4 = 0,765, die Wassermengen aber wie 1 : 1 = 1. Die Wassermengen, welche auf je 1 Maaßtheil Cement erforderlich sind, um gleiche Steifigkeit der Mörtel zu erzeugen, verhalten sich (s. oben) wie 0,3846/0,2941 = 1,307 = 1/0,765, welches Verhältniß die Umkehrung des vorigen ist. Die zu einer bestimmten Steifigkeit erforderlichen Wassermengen verhalten sich demnach bei den beiden in Rede stehenden Cementen, beidemale auf dasselbe Maaß Cement bezogen, umgekehrt wie die Cementmengen, welche – mit gleichen Wassermengen zu Mörtel angemacht – ein bestimmtes Volumen ausfüllen. Das Verhältniß 1/0,765 für welches wir der Einfachheit halber 4/3 setzen wollen, gründet sich auf das Vorhandenseyn der 21 Proc. Magnesia. Es drückt die Festigkeitsverminderung aus, welche der Cement durch das Aufquellen, veranlaßt durch die Magnesia, erleidet – abgesehen von der Festigkeitsverminderung, welche im bis zur annähernd Weißgluth erbrannten Dolomitcement die Magnesia außerdem als auflockernde, inerte Beimischung zu verursachen scheint. Das Verhältniß 4/3 könnte man demnach das Quellungsverhältniß von Porlandcement nennen, welcher 21 Proc. Magnesia enthält. Dieses Verhältniß wird mit weiterer Zunahme von Magnesia wachsen, mit deren Abnahme kleiner werden. In entsprechender Weise wird die Festigkeit des Cementes sich verringern oder größer werden. Wollte man versuchen, wenigstens einigermaßen die Festigkeit des dolomitischen Portlandcementes aus der des gewöhnlichen Cementes zu berechnen, so könnte man etwa folgendermaßen verfahren. In 1 Volumen des Dolomitcementmörtels sind 2,6 Maaßtheile Cement enthalten. Auf je 1 Gewichtstheil dieses Cementes kommen 0,21 Gewichtstheile Magnesia. Da bei der angewandten hohen Temperatur durch die Magnesia das specifische Gewicht des Cementes nicht herabgestimmt wird, kann man annehmen, daß annähernd im trockenen Cementpulver die Magnesia denselben Raum einnimmt wie die Kalkverbindungen. Es wären demnach in obigen 2,6 Maaßtheilen des Cementes nur 2,6 . 0,79 = 2,0 Maaßtheile Kalkverbindungen respect. die Erhärtung bedingende Substanz vorhanden. Da alle 4 Gußstücke denselben Raum einnehmen, würde sich hiernach die Festigkeit des Dolomitcementes zur Festigkeit der drei anderen Cemente zunächst verhalten wie 2,0 : 3,4, also 0,6 von der Festigkeit der letzteren betragen. Unter sonst gleichen Umständen wächst aber die Festigkeit mehr oder weniger annähernd proportional mit der Dichtigkeit desselben. Im Mörtelvolum des Dolomitcementes sind 2,6 Maaßtheile, d. i. 2,6 . 1,47 = 3,8 Gewichtstheile Cement enthalten, ferner 1 Maaßtheil, d. i. = 1 Gewichtstheil Wasser, zusammen also 4,8 Gewichtstheile. In den anderen drei Cementgußstücken kommen auf 1 Volumen 4,764,353,84 (Cement)„„ + 1+ 1+ 1 (Wasser)„„ === 5,765,354,84 Gewichtstheile„„ Mörtel„„ Die Dichtigkeit des Gußstückes aus Dolomitcement im Verhältniß zur Dichtigkeit jedes einzelnen Gußstückes der drei anderen Cemente würde demnach ausgedrückt durch folgende drei Brüche: 4,82/5,76, 4,82/5,35, u. 4,82/4,84. Diese Verhältnisse mit der oben gefundenen Zahl 0,6 multiplicirt, ergeben die Werthe: 0,50; 0,54 und 0,60. Diese Zahlen 0,50; 0,54 und 0,60 würden also die Festigkeit von Kalkmagnesiacement mit 21 Proc. Magnesiagehalt ausdrücken im Verhältniß zur Festigkeit der anderen drei Cemente; und zwar gelten diese gefundenen Werthe für Mörtel gleicher Consistenz. Darnach würde die Festigkeit des Dolomitcementes von der Festigkeit des Cementes der Marke Nr. 3 etwa 0,50 betragen, von derjenigen des Cementes der Marke Nr. 6 etwa 0,54 und von der des Cementes der Marke Nr. 7 etwa 0,60. Um aber Mörtel von gleicher Consistenz zu erzielen, stellen sich in den beiden fraglichen Arten Cement etwa folgende Wassermengen gegenüber: Wassermengen nach Maaßtheilen auf 1 Maaßtheil Cement: Dolomit-Portlandcement mit 21 Proc. Magnesia: Gewöhnlicher Portlandcement: 0,6666 0,4615 0,4615 0,3846 0,3846 0,2941 0,3333 0,2500 0,2666 0,2000 Die Zahlen rechts ergeben sich annähernd aus den Zahlen links, wenn man die linken Zahlen mit dem umgekehrten Quellungsverhältniß, also mit 3/4 multiplicirt. Vergleicht man nun in den gegebenen Tabellen die Festigkeit von domolitischem Portlandcement mit 0,666 Wasser, mit der von gewöhnlichem Portlandcement mit 0,4615 Wasser, und so in ähnlicher Weise jeden einzelnen der obigen Posten mit seinem gegenüberliegenden, so zeigt sich, daß die Festigkeit des Kalkmagnesiacementes noch erheblich hinter der nach obiger Rechnung sich ergebenden Festigkeit zurückbleibt, daß dieselbe noch nicht 1/2 von der Festigkeit gewöhnlicher Portlandcemente ausmacht. Selbst dann, wenn man die Festigkeiten bei gleichen Wassermengen einander gegenüberstellt, spricht die Sache immer noch sehr zu Ungunsten des magnesiahaltigen Cementes. Trotz dessen der Mörtel desselben dann viel derber ist als der von gewöhnlichem Portlandcement mit gleicher Wassermenge, bringt man doch bei gleich angewandten Mengen von Cement und Wasser nicht soviel Masse in die Form als von dem gewöhnlichen Cement. Es läßt auch dieß sich annähernd durch Rechnung zeigen. Bei gleicher Consistenz waren von dem magnesiahaltigen Cement in 1 Volumen des Gußstückes 1 Maaß Wasser + 2,6 Maaß Cement = 3,6 Maaßtheile. Bei gewöhnlichem Cement waren 1 Maaß Wasser + 3,4 Maaß Cement = 4,4 Maaßtheile in 1 Volum des Gußstückes. Sollen nun vom Kalkmagnesiacement zu 1 Maaßtheil Wasser auch 3,4 Maaßtheile Cement gegeben werden, so bilden 1 + 3,4 = 4,4 Maaßtheile desselben ein bestimmtes Volumen Mörtel. Von diesen 4,4 Maaßtheilen gehen aber nur etwa 3,6 Maaßtheile in die Form, 4,4 – 3,6 = 0,8 Maaßtheile müssen also noch übrig bleiben, die als Mörtel natürlich ein anderes, durch das Quellen größeres Volumen repräsentiren als 0,8 Maaßtheile der Bestandtheile. Vorher enthielt das Gußstück 2,6 Maaßtheile Cement. Jetzt enthält es 3,6/4,4 . 3,4 = 2,78 Maaßtheile Cement. Die Festigkeit wird also entsprechend größer seyn. –––––––––– Das Quellungsverhältniß bei 21 Proc. Magnesia war etwa 4/3. Um 1/3 vergrößert sich also das Volumen bei 21 Proc. Magnesia, bei 1 Proc. Magnesia demnach um etwa 1/21,3 = 1/63 und bei 31 1/2 Proc. Magnesia um etwa 1/2. Die Festigkeit des Cementes mit 31 1/2 Magnesia wird von der Festigkeit des Cementes mit 21 Proc. Magnesia rücksichtlich hierauf 1/3/1/2 = 0,333/0,5000 = 0,666 betragen. Ferner sind aber im Cement mit 21 Proc. Magnesia 100 – 21 = 79 Proc., im Cement mit 31 1/2 Proc. Magnesia nur 100 – 31 1/2 = 68 1/2 Proc. Kalkverbindungen vorhanden, so daß die Festigkeit des magnesiareicheren Cementes etwa 0,666 . 685/790 = 0,58 von der Festigkeit des Cementes mit 21 Proc. Magnesia betrüge. –––––––––– Es braucht wohl kaum bemerkt zu werden, daß alle ausgeführten Berechnungen und gegebenen Zahlen der ganzen Natur der Sache nach nur mehr oder weniger Annäherungswerthe repräsentiren können. Immerhin erfüllen dieselben ihren Zweck, die starke Abnahme der Festigkeit der Portlandcemente bei steigendem Magnesiagehalte lebhafter zu verdeutlichen, als es durch bloße Worte möglich ist. –––––––––– Der Portlandcement aus dolomitischem Kalk steht also dem aus gewöhnlichem Kalk erzeugten in der Festigkeit sehr erheblich nach, und kann nicht gleichen Rang mit letzterem beanspruchen. Der Maurer stellt sich beim Verarbeiten einen bequemen dünnflüssigen Zustand des Mörtels her. Er wird zur Erzielung desselben bei magnesiahaltigem Kalk mehr Wasser zugeben müssen als bei gewöhnlichem Portlandcement. Da schon bei gleichem Wasserzusatz der Kalkmagnesiacement ähnlich wie mit Sand gemischter Cement hinter der Festigkeit des gewöhnlichen Portlandcementes zurückbleibt, kommt er durch den höheren Wasserzusatz noch ein zweites Mal in Betreff der zu erzielenden Festigkeit in Nachtheil. Hierzu tritt nun noch das Quellen, welches abermals die Festigkeit herabstimmt. – Bekanntlich erhält man aus dolomitischen Kalken durch schwaches Brennen und Beimischung von Thon (um etwaigem Treiben durch Kalk vorzubeugen) ganz vorzügliche Mörtel. Durch das Brennen bis zu annähernd Weißgluth erzielt man zwar ein viel dichteres Pulver; da aber der Cement als Mörtel nicht entsprechend dicht bleibt, sondern dieser Mörtel durch das Quellen der Magnesia weniger dicht ist als der Mörtel von gewöhnlichem Portlandcement, geht der durch die hohe Temperatur erzielte Vortheil des hohen specifischen Gewichtes beim Anmachen mit Wasser wieder verloren. Die Anwendung so hoher Temperatur ist demnach zwecklos, kann vielmehr die Ursache nachtheiliger Erscheinungen werden. Es wird hiervon später noch die Rede seyn. Es wird bei dieser Gelegenheit auch darauf zurückgekommen werden, daß unter Umständen doch die Festigkeit des abgehandelten Cementes nach ziemlich kurzer Zeit auf 20 Kilogrm. pro Quadratcentim. (s. S. 287 der früheren Abhandlung) steigen kann. Es sollen dann auch einige Berichtigungen und Erläuterungen einzelner bisher nur flüchtig berührter Eigenschaften des Dolomitportlandcementes ihre Erledigung finden.