Probenherstellung für Zug- und Druckfestigkeit

Da es darauf ankommt, dass bei der Prüfung desselben Zements an verschiedenen Orten übereinstimmende Ergebnisse erzielt werden, ist auf die genaue Einhaltung der nachfolgenden Regeln besonders zu achten.

Zur Ermittlung zuverlässiger Durchschnittswerte sind für jede Prüfung mindestens 10 Probekörper anzufertigen.

Anfertigung der Zement-Sandproben.

Zugproben.

Die Zugprobekörper können entweder von Hand oder maschinell hergestellt werden.

a) Handarbeit. Man legt auf eine zur Probenherstellung dienende Metall- oder starke Glasplatte 5 mit Wasser getränkte Rundfilter (Fließpapierblättchen) und setzt darauf 5 mit Wasser befeuchtete Formen. Man wiegt 250 g Zement und 750 g trockenen Normalsand ab und mischt beides in einer Schüssel gründlich. Danach gibt man 100 cm³ (= 100 g) reines, süßes Wasser hinzu und arbeitet die Masse 5 Minuten lang kräftig durch. Mit dem so erhaltenen Mörtel werden die Formen unter Andrücken auf einmal so hoch gefüllt, dass sie stark gewölbt überstehen. Man schlägt nun mit einem eisernen Spatel (Spatelfläche 5 auf 8 cm, Länge 35 cm, Gewicht ca. 250 g) den überstehenden Mörtel anfangs leicht und von der Seite, dann immer kräftiger so lange in die Form ein, bis er elastisch wird und sich an der Oberfläche Wasser zeigt. Ein bis zu diesem Zeitpunkt fortgesetztes Einstampfen von etwa 1 Minute pro Form ist unbedingt erforderlich. Ein nachträgliches Aufbringen und Einschlagen von Mörtel ist nicht zulässig, da die Probekörper aus demselben Zement an verschiedenen Prüfstellen die gleiche Dichte aufweisen müssen.

Man streicht nun den Überstand mit einem Messer ab und glättet die Oberfläche. Die Form wird vorsichtig gelöst und die Probekörper werden in einen mit Zink ausgekleideten Kasten gestellt, der mit einem Deckel verschlossen wird, um ein ungleichmäßiges Austrocknen bei unterschiedlichen Temperaturen zu verhindern. 24 Stunden nach der Herstellung werden die Probekörper unter Wasser gelegt. Es ist darauf zu achten, dass sie während der gesamten Erhärtungszeit vollständig vom Wasser bedeckt bleiben.

b) Maschinelle Herstellung. Nachdem die mit dem Füllkasten versehene Form auf der Unterlagplatte mit den beiden Stellschrauben befestigt ist, werden für jede Probe 180 g des wie unter a) hergestellten Mörtels in die Form gefüllt und der eiserne Formkern eingesetzt. Man führt nun mit dem Schlagapparat nach Dr. Böhme (Hammergewicht 2 kg) 150 Schläge auf den Kern aus.

Nach dem Entfernen des Füllkastens und des Kerns wird der Probekörper abgestrichen und geglättet, mitsamt der Form von der Unterlagplatte abgezogen und im Übrigen wie unter a) behandelt.

Bei genauer Einhaltung der Vorschriften liefern Handarbeit und maschinelle Herstellung gut übereinstimmende Ergebnisse. In Streitfällen ist jedoch die maschinelle Herstellung maßgebend.

Druckproben.

Um bei Druckproben an verschiedenen Prüfstellen vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, ist eine maschinelle Herstellung erforderlich.

Man wiegt 400 g Zement und 1200 g trockenen Normalsand ab, mischt beides in einer Schüssel gründlich durch, gibt 160 cm³ (= 160 g) Wasser hinzu und knetet den Mörtel 5 Minuten lang kräftig durch. Von diesem Mörtel füllt man 860 g in die mit Füllkasten versehene und auf der Unterlagplatte festgeschraubte Würfelform. Man setzt den eisernen Kern in die Form ein und führt mit dem Böhme-Schlagapparat (Hammergewicht 2 kg) 150 Schläge auf den Kern aus.

Nach dem Entfernen des Füllkastens und des Kerns wird der Probekörper abgestrichen und geglättet, mit der Form von der Unterlagplatte abgezogen und im Übrigen wie unter a) behandelt.

Anfertigung der Proben aus reinem Zement.

Man fettet die Formen innen leicht mit Öl ein und setzt sie auf eine Metall- oder Glasplatte (ohne Fließpapier unterzulegen). Man wiegt 1000 g Zement ab, gibt 200 g (= 200 cm³) Wasser hinzu und arbeitet die Masse (am besten mit einem Pistill) 5 Minuten lang durch. Anschließend füllt man die Formen stark überstehend voll und verfährt wie unter a). Die Formen dürfen jedoch erst abgenommen werden, wenn der Zement ausreichend erhärtet ist.

Da beim Einstampfen des reinen Zements Probekörper von gleicher Konsistenz erzielt werden sollen, ist bei sehr feinem oder rasch bindendem Zement der Wasserzusatz entsprechend zu erhöhen.

Der verwendete Wasserzusatz ist bei der Angabe von Festigkeitswerten stets mit anzugeben.

Zusatz. Die vorstehenden Bestimmungen über die Herstellung und Behandlung der Probekörper überlassen es dem Prüfer, die Probekörper entweder sofort nach der Herstellung aus den Formen zu entnehmen oder sie bis zur ersten Erhärtung darin zu belassen. Da im ersten Fall beim Anfassen der Probekörper von Hand leicht kleine Gefügeveränderungen entstehen können, die das Prüfergebnis beeinflussen, ist die Königliche Prüfungsstation zu Berlin dazu übergegangen, die Probekörper bis zur ausreichenden Erhärtung in den Formen zu belassen. Der Verein deutscher Portlandzementfabrikanten hat seinen Mitgliedern empfohlen, sich im Interesse gleichmäßiger Prüfergebnisse diesem Verfahren anzuschließen. Die bis zum Zeitpunkt der Prüfung (nach 7 Tagen, 28 Tagen usw.) erforderliche Erhärtungszeit bleibt davon selbstverständlich unberührt.

Behandlung der Proben bei der Prüfung.

Alle Proben werden unmittelbar nach der Entnahme aus dem Wasser geprüft.

Da die Belastungsgeschwindigkeit die Zugfestigkeit beeinflusst, soll bei der Zugprüfung die Laststeigerung während des Zerreißens 100 g pro Sekunde betragen. Der Mittelwert aus den 10 Zugproben gilt als maßgebliche Zugfestigkeit.

Bei der Druckprüfung soll der Druck zur Gewährleistung einheitlicher Ergebnisse stets auf zwei Seitenflächen der Würfel ausgeübt werden, nicht jedoch auf die Bodenfläche und die geglättete Oberseite. Der Mittelwert aus den 10 Proben gilt als maßgebliche Druckfestigkeit.

Die vorstehenden Normen wurden vom Vorstand des Vereins deutscher Zementfabrikanten mit einem Begleitschreiben versandt, in dem es hieß:

„Nachdem Seine Exzellenz der Herr Minister der öffentlichen Arbeiten auf Antrag des Vorstandes des Vereins deutscher Zementfabrikanten eine Revision der durch Erlass vom 12. November 1878 veröffentlichten Normen für die einheitliche Lieferung und Prüfung von Portlandzement hat durchführen lassen, sind diese auf Grundlage einer Vorlage des genannten Vereins überarbeiteten Normen mit dem Runderlass des Herrn Ministers vom 28. Juli 1887 den ihm unterstellten Behörden mitgeteilt worden.

Mit Rücksicht auf die Bedeutung, die eine sachgemäße Prüfung der Mörtelstoffe für die gesamte Zementindustrie hat, sieht sich der Vorstand veranlasst, nochmals ausdrücklich darauf hinzuweisen, dass diese Normen, wie schon ihre Überschrift besagt, nur zum Vergleich verschiedener Portlandzemente untereinander dienen können, nicht aber zum Qualitätsvergleich mit anderen hydraulischen Bindemitteln. Durch die ausschließliche Prüfung der Bindekraft mit Sand, wie sie die Normen für Portlandzement vorschreiben, werden nicht alle Eigenschaften eines hydraulischen Bindemittels erfasst. Diese zeigen bezüglich Volumenbeständigkeit, Festigkeit bei anderen Sandzusätzen und anderen Erhärtungsbedingungen als den in den Normen vorgeschriebenen sowie hinsichtlich Wasserundurchlässigkeit, Witterungsbeständigkeit, Haftfestigkeit (Adhäsion), mechanischer Abnutzung usw. ein sehr unterschiedliches Verhalten. Es ist daher notwendig, beim Vergleich hydraulischer Bindemittel untereinander die Prüfung auch auf diese Eigenschaften auszudehnen.“¹

Der aus Freienwalder Rohsand hergestellte Normalsand muss sorgfältig gewaschen sein, um gleichmäßige, vergleichbare Festigkeitsergebnisse erzielen zu können. Der Anteil an abschlämmbaren Bestandteilen im Normalsand muss weniger als 0,09 Prozent betragen; die genaue zulässige Grenze ist jedoch durch weitere Versuche noch exakter zu bestimmen. Schwankungen im Verhältnis von groben zu feinen Körnern im Normalsand, wie sie bei der praktischen Herstellung unvermeidlich sind, haben nur geringen Einfluss auf die Festigkeitsergebnisse. Dennoch sollte ein bestimmtes Verhältnis von groben zu feinen Körnern (z. B. nahe 1 : 1) angestrebt werden, da die Festigkeit mit dem Anteil an groben Körnern, wenn auch nur in geringem Maße, ansteigt.

Die höchste zulässige und in der Praxis zu vernachlässigende Menge solcher Körner im Normalsand, die das 120-Maschensieb noch passieren, muss durch spezielle Versuche ermittelt werden, da auch diese feinsten Körner die Festigkeitswerte beeinflussen können.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass der Begriff Normalsand präziser definiert werden muss. Der Rohsand muss aus ein und derselben Grube gewonnen werden, und die Eigenschaften des Normalsands bzw. die zulässigen Grenzwerte müssen genau festgelegt und fortlaufend kontrolliert werden.

Hinsichtlich der Einspannung der Formen und des Einfüllens des Mörtels ist zu beachten, dass die Zugfestigkeit des Normalmörtels (1:3) beeinträchtigt werden kann, wenn die Form nicht fest an der Grundplatte und dem Füllkasten anliegt.

Das Ölen der Formen ist besonders bei der Herstellung von Probekörpern aus reinem Zement unerlässlich, muss jedoch vorsichtig geschehen, um die Festigkeit der Körper nicht herabzusetzen. Dünnflüssige Öle eignen sich besser als dickflüssige. Eine Mischung aus drei Teilen Rapsöl (Rüböl) und einem Teil Petroleum hat sich in jahrelangem Gebrauch bewährt.

Um gleichmäßige Ergebnisse zu erzielen, ist es erforderlich, für Zug- wie für Druckproben bestimmte Mörtelmengen ein für alle Mal beizubehalten. Der in jede Form einzufüllende Mörtel ist daher abzuwiegen. Lose in die Form gefüllter Mörtel führt zu gut übereinstimmenden Festigkeiten, wohingegen die Festigkeit durch unkontrolliertes Einpressen des Mörtels in die Form unvorhersehbar erhöht wird. Vermutlich ändern sich Dichte und Festigkeit der Körper mit dem Grad der Vorpressung des Mörtels vor dem eigentlichen Einschlagen im Apparat.

Das gleichmäßige Einstampfen von Würfeln aus reinem Zement bereitet gewisse Schwierigkeiten, da eine gleichmäßige Dichte in allen Schichten des Würfels nur schwer zu erreichen ist. Wenn gleichmäßige Versuchsergebnisse erzielt werden sollen, müssen für das Einformen dieser Körper besondere Vorschriften erlassen werden.

Bei einer Handmischung mit der Kelle wird mit 150 Schlägen des 2-kg-Hammers die größte Dichte und höchste Festigkeit der Zug- und Druckproben erreicht. Eine verringerte Schlaggeschwindigkeit kann die Zugfestigkeit schnell- und mittelschnell bindender Zemente verringern und deren Druckfestigkeit erhöhen. Daher wird die Einhaltung einer mittleren Schlaggeschwindigkeit von 50 Schlägen pro Minute empfohlen.

Zug- und Druckproben müssen für möglichst gleichmäßige und zuverlässige Festigkeitswerte sorgfältig abgestrichen und auf der Oberfläche geglättet werden. Einfaches Abschneiden ohne anschließendes Glätten verringert die Festigkeit und die Gleichmäßigkeit der Proben.

Die Zugproben dürfen nicht länger als eine halbe Stunde, Druckproben müssen dagegen 24 Stunden in der Form belassen werden, wenn die Festigkeitsergebnisse nicht verfälscht werden sollen. Die Proben müssen zudem unter völlig gleichbleibenden Bedingungen aufbewahrt werden.

Langsam bindende Zemente müssen während des Abbindens vor starken, dauerhaften Erschütterungen geschützt werden, da solche Erschütterungen den Erhärtungsprozess stören; dieser störende Einfluss scheint mit zunehmendem Alter der Proben sogar noch zuzunehmen.

Frisch geformte Proben sind sorgfältig vor Luftzug und Austrocknung zu schützen.

Bei vergleichenden Prüfungen von Portlandzementen ist eine möglichst konstante Temperatur des Erhärtungswassers einzuhalten. Die Festigkeiten fallen in wärmerem Erhärtungswasser höher aus als in kälterem. Das Ausmaß dieses Einflusses scheint sich je nach den Zementeigenschaften zu verändern und mit höherer Normfestigkeit des Zements zuzunehmen. Der Temperatureinfluss wirkt sich nahezu gleichermaßen auf die Zug- wie auf die Druckfestigkeit aus.

Zementprüfapparate für Zug- und Druckfestigkeit baut unter anderem Oskar A. Richter in Dresden, Güterbahnhofstraße 8. Ebenso liefert das chemische Laboratorium von Prof. Dr. H. Seger & E. Cramer in Berlin NW 5, Kruppstraße 6, Prüfapparate für Zement.