Ueber die Festigkeitsprüfung der Cemente; von Dr. H. Frühling. Mit einer Abbildung auf Taf. XI [d/4] Frühling, über die Festigkeitsprüfung der Cemente. Deutschland ist ziemlich reich an Fundstätten derjenigen Mineralien, welche als Grundlage zur Herstellung der Mörtel dienen. Außer den reinen Kalkgesteinen aller geologischen Formationen werden in ausgedehnter Weise die mit Thonerdesilicaten gemischten Kalkarten für die Bautechnik nutzbar gemacht, welche die verschiedenen hydraulischen Kalke, die Romancemente und meistens auch das Rohmaterial zur Fabrikation des Portlandcementes liefern. Die hydraulischen Kalke, die Romancemente und auch der Traß sind an vielen Orten durch den Portlandcement verdrängt worden, so daß deren Verwendung meistens nur noch in einem begrenzten Umkreise ihres Vorkommens stattfindet, da bei größern Transportwegen die Preise derselben denen des Portlandcementes zu nahe rücken. Einige der natürlichen hydraulischen Kalke und Cemente haben jedoch so vorzügliche Eigenschaften, daß dieselben erfolgreich mit dem Portlandcemente in Concurrenz treten. Ich erinnere nur an die sehr verbreiteten Cemente von Perlmoos, Staudach, Ulm, Grenoble u. a. m. Zugleich werden aber auch häufig sehr geringwerthige Materialien weithin transportirt und theuer bezahlt, weil sich dieselben eines guten Rufes erfreuen; denn es ist noch sehr allgemein, daß die Auswahl der Mörtelmaterialien nach den über dieselben verbreiteten oberflächlichen und oft falschen Meinungen geschieht, da die Feststellung des wahren Werthes auf Grund der besondern Eigenschaften des Materials noch verhältnißmäßig wenig ausgeführt wird. Wie oft aber bei richtiger Auswahl unter Umständen bedeutende Ersparnisse gemacht werden können, haben in auffallender Weise die Versuche von Dr. Michaëlis (S. 188. 287. 417 d. Bd.) dargethan. Diese mit aus dem Handel entnommenen Cementen angestellten Festigkeitsprüfungen beweisen, daß der Werth der Cemente ein sehr ungleicher ist, während deren Verkaufspreis nur in beschränkten Grenzen schwankt. Man findet Cemente, welche, mit 2 Th. Sand vermischt, einen Mörtel geben, der nicht fester ist als ein solcher mit 4 und 5 Th. Sand eines andern Cementes, welcher zu gleichem Preise wie jene verkauft wird. Wenn die genaue Prüfung der Cemente nicht mit gewissen Schwierigkeiten verknüpft wäre, sollte man im Angesicht solcher Thatsachen den Verkaufspreis der Cemente — ähnlich wie der des Spiritus, des Zuckers nach Gehaltgraden bestimmt wird — nach Festigkeitskilogrammen regeln. Eine solche Regelung wäre jedenfalls allein richtig, ist aber augenblicklich noch nicht allgemein durchzuführen. Wo es sich also darum handelt, unter den gebotenen Fabrikaten eine rationelle Auswahl zu treffen, ist die Ermittlung der Erhärtungsfähigkeit der aus denselben hergestellten Mörtelmischungen durch Prüfung ihrer Festigkeit nach einer bestimmten Erhärtungsdauer der einzige und sicherste Weg. Es ist hier natürlich nur die Rede von den allgemein gebräuchlichen Mörtelmaterialien, deren Hauptbestandtheile Kalkerde, Magnesia und Thonerdesilicate bilden; denn bei manchen andern, wie z. B. Gyps, ist die Festigkeit der daraus erzeugten Mörtel kein Beweis für die allgemeine Anwendbarkeit derselben. Die Feststellung des absoluten Werthes der Festigkeit einer Mörtelmischung zur Einreihung in die Werthe für die Steinbaumaterialien ist eine ziemlich schwere Aufgabe, da über eine einheitliche Methode zur Formulirung dieser Werthe noch keine Vereinbarungen bestehen, und weil sodann das Endresultat der Erhärtung von vielen Umständen beeinflußt wird, welche nicht immer und an allen Orten nach Wunsch geregelt werden können. Dagegen hat die Feststellung des relativen Werthes der Mörtelmaterialien unter einander keine besondern Schwierigkeiten, wenn auch eine gewisse Uebung und Sachkenntniß dazu gehört. Der Verwendungsweise angepaßt, sollten die Mörtel eigentlich vorzugsweise auf Druckfestigkeit geprüft werden; es geschieht dies auch wesentlich in öffentlichen Prüfungsanstalten. Die zum Zerdrücken der Probeobjecte nöthigen hydraulischen Pressen sind aber so theuere und umfangreiche Apparate, daß deren Anschaffung von Privatleuten, Bautechnikern und Händlern, welche selbst die Prüfung der Mörtelmaterialien vornehmen wollen, selten geschieht. Geeignete Apparate für Druckfestigkeitsprüfungen liefern Frühling, Michaëlis und Comp. in Berlin. Es hat sich daher die Prüfung auf Zugfestigkeit, welche mit weniger Arbeit und mit einfachern Apparaten ausgeführt werden kann, allgemein für die Werthbestimmung der Mörtel in der Praxis Eingang verschafft. Der Deutsche Verein für Fabrikation von Ziegeln, Thonwaaren, Kalk und Cement in Berlin hatte in den letzten 2 Jahren eine Commission niedergesetzt zur Feststellung allgemeiner Regeln, welche den Prüfungen des Cementes im Handelsverkehre zu Grunde gelegt werden sollten, um denselben an verschiedenen Orten die größtmögliche Uebereinstimmung zu sichern. In den Beschlüssen dieser Commission (S. 417 d. Bd.) ist der von mir construirte Festigkeitsapparat, welcher von der Firma Frühling, Michaëlis und Comp. in Berlin geliefert wird, zur Ermittlung der Cemente empfohlen, weil derselbe bereits vielfach in Deutschland und im Auslande verbreitet ist und sehr genaue Resultate liefert. Indem ich die Construction dieses Apparates nachstehend beschreibe, will ich noch einige Worte über ähnliche, demselben Zwecke dienende Apparate sagen. Der Apparat von Michele (*1871 199 260) — in Form und Wirkungsweise eine Zeigerwage — hat vor andern noch die compendiöseste Gestaltung und besticht auf den ersten Blick durch Einfachheit der Construction und der Behandlungsweise. Ich habe vor einigen Jahren nach der veröffentlichten Skizze einen derartigen Apparat bauen lassen, denselben aber wegen der damit erzielten ungenauen Resultate als unbrauchbar zur Seite gestellt. Die Hauptmängel desselben sind folgende: 1) Constructionsschwierigkeiten gestatten nicht, den kurzen Hebelarm kleiner als 1/10 des langen zu machen. Das Gewicht des Zeigers muß also schon bei den kleinsten, in Deutschland angenommenen Querschnitten der Probekörper von 5qc, zur Prüfung reiner Cementmörtel, die zuweilen über 80k für 1qc Zugfestigkeit erreichen, ein solches von etwa 40k sein. Den Rückschlag dieses Gewichtes beim Bruche des Probekörpers abzufangen, erfordert umständliche Vorsichtsmaßregeln, welche den Gang der Arbeiten aufhalten. — 2) Um die Scale des Quadranten ganz auszunutzen, muß der Drehpunkt des Hebels in Form eines cylindrischen Zapfens hergestellt werden. Die Reibung dieses Zapfens im Lager ist nun unvermeidlich bei Beanspruchung von Gewichten bis zu 400k so groß, daß von einer genauen Wägung nicht mehr. die Rede sein kann. — Es wären noch einige andere Mängel zu erwähnen, welche diesen auf den ersten Blick so handlichen und einfachen Apparat leider für die Praxis nicht empfehlen, was aber unterbleiben kann, da meines Wissens derselbe in Deutschland keinen Eingang gefunden hat. Die andern zum Prüfen der Cemente gebräuchlichen Apparate bestehen größtentheils aus einfachen Wagen mit ungleicharmigen Hebeln, von denen der kürzere das Probeobject angreift und der längere das Belastungsgewicht aufnimmt. Die allmälige Belastung bis zum Bruche der Probe geschieht entweder durch Verschiebung eines auf einer Rolle beweglichen Gewichtes, oder durch allmälige Einführung von Sand aus einem passend aufgestellten Behälter. Alle diese Apparate nehmen wegen der Anwendung einfacher Hebelübersetzungen einen ziemlich großen Raum ein, erfordern dementsprechend viel Baumaterial und sind nicht leicht transportabel. Durch Combination von zwei Hebeln habe ich erreicht, den Apparat in eine so einfache Form zu bringen, daß derselbe bei großer Leistungsfähigkeit nicht mehr räumliche Ausdehnung und Gewicht hat, als die gewöhnlichen Tafelwagen auf den Verkaufstischen der Kaufleute. Mit Hinweisung auf die Figur 14 gebe ich hier einige Erläuterungen der Construction und der Gebrauchsweise: Die von einer massiven Säule aus Gußeisen von 375mm Höhe getragenen beiden Hebel 1 und m bilden durch Vermittlung der Zugstange g eine Quinquagesimalwage. Der an der Klaue d wirkende Widerstand von verticalen Zugkräften wird also durch 1/50 des Gewichtswerthes an der Wagschale b oder dem Eimer e ausgeglichen. Die Schneiden des obern Hebels 1 sind in Maßverhältnissen von 1 : 10 an demselben vertheilt, die des untern Hebels m im Verhältnisse von 1 : 5. Die an dem Haken a aufgehängten Lasten können also durch Gewichte auf der Schale b wie mit einer Decimalwage gewogen werden. Die Lagerpfannen, Schneiden und die Gehänge sind ähnlich wie an den Präcisionswagen und in dieser Form von dem Mechaniker Hugo Schickert in Dresden construirt, welcher auch die Ausführung der Apparate übernommen hat. Die obere Klaue d′ zur Aufnahme des Probeziegels ist auf einem Stahldorne leicht beweglich aufgehängt; die untere erhält ihre Beweglichkeit durch ein Kugelgelenk. Die eiserne Kugel k, welche auf einer cylindrischen Verlängerung des obern Hebels 1 verschiebbar ist, dient zur Herstellung des genauen Gleichgewichtes des Hebelsystems, nach Aufhängung der obern Klaue d′ und des Doppelhakens b mit der Wagschale. Das Blechgefäß s dient zur Aufnahme des zum. Brechen der Proben angewendeten Bleischrotes. Die Mündung des am Boden befindlichen Auslaufes ist mit einem federnden Schieber h abgeschlossen, welcher durch Anziehen einer daran befindlichen Schnur gestattet, den Schrot nach Belieben schnell oder langsam auslaufen zu lassen und den Auslauf beim Bruche der Probe durch Loslassen der Schnur schnell abzuschließen. Die Prüfung des Probeobjectes geschieht in folgender Weise: Nachdem dasselbe in die Klauen möglichst symmetrisch eingeschoben ist, wird die untere Klaue durch das Stellrad c so weit nach unten gezogen, daß das Formstück an den innern Flächen der Klauen fest anliegt und der nun mit dem Eimer e belastete Hebel 1 ein wenig höher als in horizontale Lage kommt. Man öffnet nun durch Anziehen der Schnur den Auslauf h des passend über den Eimer aufgestellten Schrotgefäßes und läßt den Inhalt bis zum Bruche der Probe abfließen. Der kleinste Querschnitt der für die Cementprüfungen angenommenen Nomalformen ist 5qc. Wiegt man also den Eimer mit Schrot jetzt an dem Haken a durch Gewichte auf der Schale b ab, so erhält man durch 1/10 der Anzahl Gramm, welche zum Auswiegen nöthig waren, den Ausdruck der absoluten Festigkeit in Kilogramm für 1qc des Probeobjectes, wie sich leicht beweisen läßt. Bei häufig vorzunehmenden Prüfungen einer großen Anzahl von Proben ist die Anwendung einer Federwage zum Auswiegen des Bruchgewichtes sehr bequem, da der Zeiger der Wage direct das Bruchgewicht für 1qc zum Ablesen angibt. Der Apparat ist sehr empfindlich. Man kann die schwächsten, erst Stunden alten Mörtel damit prüfen, zugleich aber auch solche, welche bis an 100k auf 1qc tragen, da die Tragfähigkeit der ganzen Construction auf 500k berechnet ist. Nach passender Abänderung der Zugvorichtung ist der Apparat auch zur Prüfung der Zugfestigkeit von Draht, Garn u. s. w. zu gebrauchen. Zur Prüfung der verschiedenen Leimsorten ist derselbe in vorliegender Form zu verwenden. Man benutzt hierbei Stücke aus Eichenholz in Form der Probeobjecte für Cement. Diese Stücke sind an der Stelle des kleinsten Querschnittes durchgesägt und werden mit dem zu prüfenden Leime mit einander verbunden. Die Ermittlung der Festigkeit dieser Verbindung geschieht dann genau, wie oben angegeben. Bei der Prüfung des Cementes und anderer Mörtelmaterialien besteht eine Schwierigkeit zur Erzielung gleichwerthiger Resultate in dem Umstände, daß die Dichtigkeit der Masse des Probeobjectes einen so sehr bedeutenden Einfluß auf das Resultat hat. Dieses geht so weit, daß ein gewöhnlicher gebrannter Baukalk als Mörtel ganz dieselbe Festigkeit erreicht wie der beste Portlandcement, wenn man dafür sorgt, daß bei der Hydratbildung die Kalkerde ihr Volum nicht vergrößere, also eine dem erhärteten Cementmörtel in Dichtigkeit ähnliche Masse entstehen kann. Pulverisirter gebrannter Kalk (mit etwa 5 Proc. Gehalt an Thonerdesilicaten), mit 20 Proc. Wasser angefeuchtet und in einer eisernen Form unter die Presse gebracht, um eine Volumvergrößerung zu verhindern, erreichte nach von mir angestellten Versuchen schon nach 24 Stunden eine Zugfestigkeit von 35k auf 1qc, die also jener, welche gute Portlandcemente nach etwa 7 Tagen, geringere aber erst nach mehrern Monaten erreichen, gleich ist. Dabei verhielt sich die Dichtigkeit dieser Kalkprobe zu der eines gleichzeitig geprüften Portlandcementes im Verhältnisse von 23 : 31. Ein und dasselbe Mörtelmaterial, mit verschiedenen Wassermengen zu Probeziegeln hergerichtet, ergibt bei der Prüfung so große Unterschiede, daß ganz unabsichtliche Abänderungen in diesem Punkte die Resultate verwirren können. Es ist daher nöthig, daß bei vergleichenden Mörtelprüfungen die Probeobjecte mit der größten Sorgfalt und Gleichförmigkeit angefertigt werden. Sodann müssen die Objecte möglichst solche Beschaffenheit haben, daß sie den Mörtel so zur Prüfung bringen, wie derselbe in der Praxis zur Verwendung kommt. In Rücksicht auf diesen Umstand, und damit das für verschiedene Materialien anzuwendende Wasserquantum nicht willkürlich gewählt werde, wird in der unter meiner Betheiligung geleiteten Prüfungsanstalt für Baumaterialien von Frühling, Michaëlis und Comp. folgendes Verfahren angewendet: Die zu prüfende Mörtelmischung aus Cement oder anderm Materiale wird mit reichlicher Menge Wassers in solche Consistenz gebracht, wie dieselbe zum Verarbeiten beim Mauern gerecht ist. Diese Mischung wird als Fugenverbindung zwischen 2 lufttrockne, gebrannte Ziegel gebracht; beide so verbundene Ziegel werden mit dem Gewichte von 10 Ziegeln belastet, so daß der Mörtel sich unter Verhältnissen befindet, welche täglich in der Praxis wiederkehren. Nach Verlauf von 2 Stunden wird das von dem Mörtel in der Fuge zurückbehaltene Wasser ermittelt und diese Menge bei Anfertigung der Probeobjecte den trocknen Materialien beigemischt. Bei Cementen und andern pulverförmigen Mörtelmaterialien muß man meistens ein wenig mehr Wasser zur Anfertigung der Probeziegel anwenden, als das in den Fugen ermittelte, um die Masse formbar zu machen. Es ist dann nur zu beachten, daß diese Menge bei allen zu vergleichenden Materialien gleichmäßig bemessen werde. Wenn auch die ungleiche Beschaffenheit der Ziegel Unterschiede im Wassergehalte der Mörtel von demselben Materiale verursacht, so sind diese doch nicht so groß, daß die für jede Mörtelmischung besondere Fähigkeit, Wasser mechanisch zu binden, dadurch verdeckt würde. Es ist nicht leicht, der Praxis ein anderes Verfahren vorzuschlagen, diesen für die Mörtelprüfungen wichtigen Punkt in eine gewisse Regel zu bringen. Außer den anzustrebenden Vereinbarungen für allgemeine Regeln zur Herstellung der Probeobjecte ist es nöthig, auch solche über die Erhärtungsdauer festzustellen, nach welcher die Prüfungen zur Erlangung eines entscheidenden Urtheils angestellt werden sollen. Die obenerwähnte Commission hat durch Stimmenmehrheit, welche zum größten Theil aus Cementfabrikanten bestand, die Prüfung des Portlandcementes nach 28 Tagen Erhärtung als Regel hingestellt und die von Dr. Michaëlis und einigen Cementfabrikanten verlangte Prüfung nach 7 Tagen als unzuverlässig verworfen. Als Grund zur Verwerfung der 7tägigen Probe wurde der Umstand angeführt, daß nach dieser Zeit die Cemente häufig sehr große Unterschiede in der Festigkeit aufweisen, welche nach längerer Zeit verschwinden. Diese Thatsache ist nicht zu bestreiten; man darf aber nicht vergessen, daß auch gewöhnliche Kalkmörtel, mit etwas Traß oder andern Zuschlägen versetzt, mit der Zeit die Härte der Cementmörtel annehmen. Mörtel aus gebranntem pulverisirtem Rüdersdorfer Kalke und 3 Th. Sand, mit Wasser angerührt, welchem 10 Proc. Schwefelsäure von 1,82 spec. Gew. beigemischt waren, lieferten mir Probestücke, welche 7 bis 7k,5 Zugfestigkeit nach 30 Tagen erreichten. Für eine Portlandcementmischung mit 3 Th. Sand ist eine Minimalfestigkeit von 8k für 1qc nach 30 Tagen als Beweis eines tadellosen Fabrikates hingestellt worden. Dieses Resultat ist aber mit vielen billigern Romancementen auch zu erreichen. Der hohe Werth des Portlandcementes besteht darin, daß derselbe seinen Erhärtungsproceß sehr schnell, viel schneller als andere bekannte hydraulische Kalke beendigt. Bei Arbeiten, wie die Fundamentirungen unter Wasser, bei Herstellung künstlicher Steinmassen u. a., ist es von Wichtigkeit, der Arbeitsdauer Tage und Stunden abzusparen. Die Architekten, welche umfangreiche Wasserbauten auszuführen haben, werden bei der Wahl eines Cementes nicht im Zweifel sein, wenn ein solcher geboten wird, welcher nach 7 Tagen die doppelte Festigkeit eines andern erreicht, sei es auch, daß nach Monatsfrist beide sich gleichstellen sollten. Langsames Abbinden und rasches Erhärten sind die vorzüglichsten Eigenschaften guter Cemente. Leider wird das Abbinden und das Erhärten der Cemente noch häufig mit einander verwechselt, so daß viele Architekten die raschbindenden Cemente wählen in dem Glauben, daß diese auch die rasch erhärtenden seien, während in der Regel das Gegentheil gilt. In manchen, selbst in vielen Fällen, kann es gleichgiltig sein, ob der Cement bereits nach 7 Tagen eine sehr hohe Festigkeit erreicht, wenn nur das Endresultat einer guten Erhärtung gesichert ist. So zeigen ja die werthvollen Traßmörtel erst nach etwa 3 bis 4 Monaten ihre besondern Eigenschaften. Es sind das alles aber keine Gründe, den hohen Werth rasch erhärtender Cemente herabzusetzen. Dr. Michaëlis hat auf Grund vieler, auf Jahre ausgedehnte Versuche nachgewiesen, daß sich die Güte eines Cementes nach 7 Tagen erkennen läßt. Zu demselben Resultate ist Dr. Heinzel in Lüneburg durch eine Reihe von Versuchen gelangt. Vgl. Notizblatt des Deutschen Vereins für Fabrikation von Ziegeln, Thonwaaren etc., 1876 S. 199. Auch ich bekenne mich auf Grund vieljähriger Erfahrungen zu dieser Ansicht. Es ist nicht zu empfehlen, die Prüfung nach 30 Tagen zur Beurtheilung der Cemente ganz auszuschließen — im Gegentheil, bei wichtigen, umfangreichen Bauten, wozu namentlich die der Häfen, Docks, Canalisationen der Städte gehören, sollte eine möglichst auf viele Jahre hinausgehende Controle ausgeführt werden, da bei eintretender Beschädigung solcher Anlagen die Ursache oft dem Mörtel zugeschoben wird. Eine solche Controle wird thatsächlich an mehrern Orten Deutschlands durch die bauleitenden Ingenieure ausgeführt. Diese Controlproben werden aber durchgehends bestätigen, daß die Probe nach 7 Tagen schon entscheidend war, wenn man bei dieser sowohl den Mörtel aus reinem Cement, als auch den mit 3 Th. Sand untersuchte. Da nun die Prüfung nach 7 Tagen in Rücksicht auf diesen kurzen Zeitraum auch geeignet ist, in der Praxis wirklich zur Controle der Cementlieferungen Anwendung zu finden, was bei der Prüfung nach 30 Tagen nur selten der Fall sein wird, so sollte die 7tägige Prüfung gegen die andere in den Vordergrund gestellt werden, wenn man dieselbe auch nicht in allen Fällen als die entscheidende für die Wahl gelten läßt. Berlin, März 1877.