EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Exkurs KM-5: Modellbildung und Strukturen Kalk – Gips – Zement – Beton 57 57 Baustoffe Abb. 057–1: Reaktionen beim Herstellen und Abbinden von Löschkalk Abb. 057–2: Herstellung von Kalkmörtel Beim Bauen benötigt man neben den eigentlichen Baumaterialien wie Ziegel noch Bindemittel. Dies sind Stoffe wie Baukalk und Gips, die mit Wasser zu einer plastischen Masse gemischt werden und nach gewisser Zeit erhärten. Kalk – CaCO 3 Um Kalk (Calciumcarbonat) als Bindemittel zu verwenden, wird das in Steinbrü- chen abgebaute Kalkgestein bei 1000 °C gebrannt – „Kalkbrennen“ –, wobei sich Kohlenstoffdioxid abspaltet. Das entstandene Calciumoxid heißt in der Technik „gebrannter Kalk“. Es wird mit einer exakten Menge Wasser versetzt, wobei es unter Energieabgabe zu Calciumhydroxid („Löschkalk“) reagiert. Dieser „Lösch- kalk“ wird als Bindemittel für Mörtel zum Mauern und Verputzen eingesetzt. Kalkmörtel erhärtet unter Aufnahme von Kohlenstoffdioxid aus der Luft, wobei wieder das harte, schwer wasserlösliche Calciumcarbonat entsteht. Gips – CaSO 4 . 2 H 2 O Zur Herstellung von Baugips wird Gips bei 120 – 160 °C gebrannt. Dabei verliert er den Großteil seines Kristallwassers. Hohe Brenntemperatur führt zum völli- gen Kristallwasserverlust. Dieser „totgebrannte Gips“ erhärtet nicht mehr. Der gebrannte Gips erhärtet unter Wasseraufnahme, wobei das Gipspulver schon nach wenigen Minuten zu fest verwachsenen Gipskristallen kristallisiert. Bei der Reaktion wird etwas Energie frei, und das Volumen nimmt beim Erhärtungsvor- gang etwa 1 % zu. Dadurch füllt Gips Löcher in Wänden gut aus, was ihn zum idealen Material für Ausbesserungsarbeiten macht. Auch Gipsabdrücke geben die Form exakt wieder. Im Innenausbau werden zunehmend Gipsverputze und Gips-Kartonplatten verwendet. Da Gips in geringem Umfang wasserlöslich ist, ist er für Außenverputze unge- eignet. Zement Zement ist ein künstlich hergestelltes Silicat. Man geht bei der Zementherstel- lung von ca. 75 % Kalk und 25 % Ton aus. Dieses Gemisch wird entweder her- gestellt, oder man findet es als „Mergel“ in der Natur. Zusätzlich wird Flugasche (zB aus dem Kohlekraftwerk Dürnrohr) zugegeben. Das Gemisch wird in Dreh- rohröfen bei etwa 1400 °C gebrannt. Dabei entweicht Kohlenstoffdioxid, und es bilden sich wasserfreie Calciumsilicate, Aluminate und Alumosilicate. Um Brennstoff zu sparen und zur Altreifenentsorgung, werden dem Ausgangs- material Altreifen zugesetzt. Sie verbrennen dabei. Das entstehende Schwefel- dioxid aus dem Schwefelgehalt der Altreifen wird im Zement gebunden. Beton Hauptsächlich wird Zement zur Herstellung von Beton verwendet. Dabei wird Zement mit der vier- bis achtfachen Menge Sand und Schotter mit Wasser ge- mischt. Die Kristalle verwachsen miteinander und mit dem zugesetzten Sand zu einer steinharten Masse, dem Beton. Zur Erhärtung benötigt der Beton ausschließlich Wasser. Daher erhärtet er auch unter Wasser, was beim Bau von Brückenfundamenten wichtig ist. Beton ist ein sehr hartes und druckfestes Material, aber spröde und nicht auf Zug und Verwindung belastbar. Deckenkonstruktionen aus reinem Beton wür- den unter der eigenen Gewichtsbelastung einstürzen. Daher werden Stahlstäbe und Stahlgitter in den Beton eingelegt. Der Stahl ist zugfest und übernimmt die Zugbelastung. Der Beton schützt das Eisen vor Korrosion. Beton und Stahl haben eine gleich starke Temperaturausdehnung. So entstehen bei Tempera- turschwankungen keine Risse. Mit diesem Stahlbeton werden Brücken und Hochhäuser gebaut, die mit der früher angewandten Bautechnik nicht möglich waren. CaCO 3 → CaO + CO 2 Kalkbrennen CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 Kalklöschen Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O Verfestigen von Baukalk Sand H 2 O KALK KALK KALK KALK Mörtel Ziegel Abb. 057–3: Brennen u. Abbinden von Gips CaSO 4 • 2 H 2 O CaSO 4 • 0,5 H 2 O 1,5 H 2 O Brennen Abbinden 1,5 H 2 O Abb. 057–4: Zementproduktion Abb. 057–5: Herstellung von Stahlbeton Kugel- mühle Drehrohr- ofen Silo Z Altreifen Erdgas oder Erdöl oder Kohlestaub Zementklinker ZEMENT KALK TON GIPS H 2 O Stahlbewehrung Betondecke Stahlbeton ZEMENT ZEMENT ZEMENT ZEMENT Sand Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv