Beim Löschen des hydraulischen Kalkes wird das Wasser absorbirt, ohne
dass bedeutende Wärmeentwickelung und Volumenvergrösserung stattfindet.
Die Verwendung des hydraulischen Mörtels geschieht auf dieselbe Weise wie
die des Luftmörtels, nur muss der Kalkbrei frisch bereitet angewendet,
die Steinflächen aber gehörig benetzt und das Mauerwerk feucht erhalten
werden. Je fester und dichter der Mörtel beim Vermauern angedrückt wird,
desto fester wird beim nachherigen Erhärten seine Consistenz; wird er
dagegen nur locker aufgetragen, so wird durch Eindringen des Wassers der
Zusammenhang geschwächt, so dass auch beim nachfolgenden Erhärten nur
eine weniger dichte Masse entsteht.
[Sidenote: Die Cämente.]
Aus dem Vorstehenden folgt, dass man, indem dem gewöhnlichen Kalk durch
geeigneten Zusatz Kieselsäure zugeführt wird, hydraulischen Mörtel
künstlich erzeugen kann. Solche Zusätze oder Zuschläge nennt man
=Cämente= (Cemente). In Bezug auf ihren Ursprung lassen sich dieselben
eintheilen 1) in =natürliche Cämente=, welche, ohne dass sie gebrannt zu
werden brauchen, in dem Zustande, wie sie sich finden (sie sind nämlich
durch vulkanische Hitze bereits gebrannt), zur Herstellung von
Wassermörtel gebraucht werden können, und 2) in =künstliche Cämente=,
welche vorher durch Brennen aufgeschlossen werden müssen und dadurch erst
in Cämente übergehen. Die natürlichen Cämente sind, wie oben bemerkt,
durch vulkanische Processe aufgeschlossen worden; zu ihnen gehören der
=Duckstein= oder =Trass=, die =Puzzuolane= und das =Santorin=.
Der =Trass= oder =Duckstein= ist eine Art Trachyttuff, welcher in
bedeutenden Mengen im Brohl- und Nettethal, unfern Andernach,
angetroffen wird. Der Trass ist wesentlich nichts anderes als
zertrümmerter und zerriebener Bimsstein, welchen die vielen
vulkanischen Kegelberge der Rheinufer lieferten. Er enthält sehr oft
Bimssteinfragmente, manchmal in grosser Zahl, eingeschlossen; ausserdem
finden sich darin Titaneisen-, Magneteisenpartikelchen,
Thonschieferstückchen u. s. w. Schon seit dem dritten Jahrhundert
verwendet man den Trass zur Herstellung von hydraulischem Mörtel und
bearbeitet daraus Quadern, die in den Mauern alter Festungen, Kirchen,
Schlösser und Thürme jetzt noch zu sehen sind. Die Zusammensetzung des
Trass aus dem Brohlthale ist folgende:
In Salzsäure
lösliche unlösliche Bestandtheile.
Kieselerde 11,50 37,44
Kalk 3,16 2,25
Magnesia 2,15 0,27
Kali 0,29 0,08
Natron 2,44 1,12
Thonerde 17,70 1,25
Eisenoxyd 11,17 0,75
Wasser 7,65 --
----- -----
56,86 42,98
Die =Puzzuolane= (Puzzolanerde) ist ein dem Trass verwandter Körper,
welcher bei Puzzuoli bei Neapel, dem Puteoli der Alten, vorkommt; sie
findet sich ferner in Hügeln von ziemlicher Ausdehnung an der
südwestlichen Seite der Apenninenkette, in der Gegend von Rom bis gegen
die pontinischen Sümpfe und Viterbo. Sie bildet eine lockere, graue
oder gelblichbraune, matte Masse, von theils feinkörnigem, theils
erdigem Bruche. Sie besteht in 100 Th. aus 44,5 Th. Kieselsäure, 15 Th.
Thonerde, 8,8 Th. Kalk, 4,7 Th. Magnesia, 12 Th. titanhaltigem
Eisenoxyd, 5,5 Th. Kali und Natron und 9,2 Th. Wasser. Ihres geringen
Kalkgehaltes halber kann sie keinen hydraulischen Kalk geben, muss
mithin mit Luftkalk gemengt werden, um einen hydraulischen Mörtel zu
bilden. Bei dem Bau des Leuchtthurmes von Eddystone wurden gleiche
Theile gepulverter Puzzuolane und zu Pulver gelöschten Kalkes
verwendet.
Das =Santorin= ist ein von der griechischen Insel =Santorin= (auch St.
Erini, nach der Schutzpatronin des Eilandes, der heiligen Irene),
=Therasia= und =Asprosini= stammendes, an der Küste von Dalmatien
häufig zu Wasserbauten angewendetes natürliches Cäment, welches mit dem
Trass den vulkanischen Ursprung und das äussere Ansehen gemein hat, von
demselben sich aber durch seine weit geringere Aufschliessbarkeit in
Säure unterscheidet. Nach den Untersuchungen von =G. Feichtinger=
(1870) ist die Santorinerde als ein Gemenge von Cäment und Sand zu
betrachten. Das Cäment ist der fein abschlämmbare Theil, der Sand
besteht aus Bimsstein- und Obsidianstückchen. Nur dem feinen Pulver, d.
i. der in grosser Menge darin sich findenden amorphen Kieselerde
verdankt die Santorinerde ihre Wirksamkeit als Cäment.
[Sidenote: Künstliche Cämente.]
=Künstliche Cämente.= Das seltene Vorkommen und der hohe Preis der
natürlichen Cämente gab die Veranlassung, dass man an ihre Stelle ein
wohlfeileres Material zu setzen suchte. So versuchte =Parker= durch
Brennen der nierenförmigen Massen, die sich in der über der Kreide
liegenden Thonschicht an den Ufern der Themse, auf den Inseln Sheppey,
Wight u. s. w. finden, ein Cäment darzustellen, auf dessen Bereitung 1796
=Parker=, =Wyatt= u. Co. ein Patent für England erhielten und dadurch
eine Cämentfabrik gründeten, welche bis auf den heutigen Tag blüht. Das
so dargestellte Cäment führt den Namen =englisches= oder =römisches
Cäment= (=Roman-Cäment=). Die Thonnieren werden in einem gewöhnlichen
Ofen, wie man sich deren zum Kalkbrennen überhaupt bedient, bei einer
Temperatur gebrannt, welche fast hinreicht, sie zu verglasen, und dann
auf einer Mühle feingepulvert. Das rothbraune Pulver, welches
Kohlensäure und Wasser aus der Luft begierig aufnimmt, wird nach dem
Beuteln in Fässer verpackt. Er lässt sich ohne weiteren Zusatz als
hydraulischer Mörtel verwenden und erhärtet in 15-20 Minuten. Das rasche
Erhärten des hydraulischen Mörtels und seine grosse Festigkeit nach
diesem raschen Erhärten, welche die des gewöhnlichen Mörtels wenigstens
fünfmal übertrifft, machen ihn zu einem höchst werthvollen Baumaterial,
das den gewöhnlichen Mörtel rasch verdrängen würde, wenn nicht die
Kostbarkeit des hydraulischen Mörtels die Ursache wäre, dass man ihn nur
da anwenden kann, wo gewöhnlicher Mörtel nicht ausreicht. In Deutschland
wird das Romancäment von vorzüglicher Beschaffenheit von =Leube= in Ulm
dargestellt.
=W. Michaëlis= fand bei der Analyse verschiedener Sorten Romancäment:
1. 2. 3. 4.
Kalk 58,38 55,50 47,83 58,88
Magnesia 5,00 1,73 24,26 2,25
Kieselsäure 28,83 25,00 5,80 23,66
Thonerde 6,40 6,96 1,50 7,24
Eisenoxyd 4,80 9,63 20,80 7,97
Die Analysen sind auf das Cäment im kohlensäure- und wasserfreien
Zustande berechnet. No. 1 ist Romancäment aus Kalkstein vom Krienberge
bei Rüdersdorf, der oberen Abtheilung des Muschelkalks angehörend; im
Zustande der grössten Verwitterung vorkommend. -- No. 2 aus
Kalksteinnieren von der Insel Sheppey; gelblichbraun, derb und fest. --
No. 3 aus Kalkstein, der das Lager von Bleierz bei Tarnowitz bedeckt;
zur Muschelkalkformation gehörig; bläulichgrau, derb und zum
Krystallinischen hinneigend. -- No. 4 aus fettem und magerem Kalkstein
von Hausbergen.
Das =Portland-Cäment= (der Name ist durch die mit dem Portland-Baustein
übereinstimmende Farbe und Festigkeit entstanden), ein
schuppig-krystallinisches Pulver von grauer Farbe mit einem Stich ins
Grünliche, wurde zuerst 1824 von =Joseph Aspdin= in Leeds dargestellt.
Nach dem ihm für England ertheilten Patent bereitet er das Cäment auf
folgende Weise: Er nimmt eine grosse Menge Kalkstein, wie er in Leeds zum
Wegmachen angewendet wird, pulverisirt ihn entweder durch Maschinen, oder
nimmt den Staub oder Koth von den mit diesem Material reparirten
Strassen, trocknet die Masse und brennt sie in einem Kalkofen. Hierauf
nimmt er eine gleiche Gewichtsmenge Thon und knetet denselben mit dem
gebrannten Kalk und Wasser zusammen, bis eine plastische Masse entsteht,
die man trocknet, nach dem Trocknen in Stücke bricht und in einem
Kalkofen brennt, bis alle Kohlensäure entwichen ist. Dann wird die Masse
in ein feines Pulver verwandelt und ist zum Gebrauch fertig. Er kommt im
Handel vor als graues, ins Grünliche gehendes, sandig anzufühlendes
Pulver. Der eigentliche Gründer der in England so schwunghaft betriebenen
Fabrikation jenes künstlichen Cämentes, das unter dem Namen
Portland-Cäment versendet wird, ist =Pasley=, welcher (1826) das Cäment
durch Brennen eines Gemisches von Flussthon (aus dem Medway-Fluss),
welcher durch das zu Fluthzeiten eintretende Meerwasser salzhaltig ist,
mit Kalkstein oder Kreide zu bereiten lehrte[98]. Gegenwärtig stellt man
auf ähnliche Weise aus dem Schlamme, der sich an den Mündungen grosser
Ströme absetzt und dort zu Deltabildungen Veranlassung giebt, ein dem
Portland-Cäment ganz gleiches Material her.
[98] Der Thon des Medway-Flusses ist wahrscheinlich wegen seines
Natriumgehaltes zur Portland-Cämentfabrikation der geeignetste.
=v. Pettenkofer= macht mit Recht darauf aufmerksam, dass man
vielleicht mit grossem Vortheil manche Mergel in gute Cämente
verwandeln könne, wenn man sie mit Kochsalzlösung getränkt brenne.
Die =Fabrikation des Portland-Cäments= geschieht gewöhnlich auf die
Weise, dass man die innige Mischung der Rohmaterialien (Kalkstein und
Thon) in Stücke gleicher Höhe (Backsteine) ferner dieselben erst
lufttrocken werden lässt und dann in Schachtöfen brennt. Die
Schachtöfen haben eine Höhe von 14-30 Meter und eine lichte
Schachtweite von 2,3-4 Meter. In einer Höhe von 1-1,3 Meter über dem
Erdboden liegt ein entsprechend starker Rost, dessen Stäbe sich nach
beendetem Brande gänzlich entfernen lassen. Die mehr oder minder
gesinterte Masse gleitet beim Erkalten theils freiwillig nieder, theils
wird das Fallen derselben mit Brechstangen befördert. Die Oefen werden
solchergestalt beschickt, dass je eine Lage Brennmaterial und eine Lage
Cämentsteine abwechseln. Als Brennmaterial wählt man in der Regel Koks.
Für jedes Material ist die geeignete Weissglühhitze durch Versuche zu
erproben; zu stark gebranntes Cäment bindet mit Wasser gar nicht mehr;
die Farbenveränderungen, welche im Feuer vor sich gehen, können einen
wesentlichen Anhalt über die beim Brennen innezuhaltenden Grenzen
darbieten. Bei lebhafter, ungefähr eine Stunde lang anhaltender
Rothgluth hat zwar der Kalk bereits aufschliessend auf den Thon gewirkt
und die Masse besitzt eine hellgelbbraune Farbe, aber ihre
Erhärtungsfähigkeit ist nur gering, sie erhitzt sich stark mit Wasser
und zerfällt an der Luft wie gewöhnlicher Aetzkalk. Mit steigender
Temperatur wird die Masse immer dunkler braun; ihre Beständigkeit an
der Luft wächst mit ihrer Erhärtungsfähigkeit; ihre Erhitzung mit
Wasser nimmt ab; Beweise, dass der beim Brennen aus dem Kalkstein
zunächst entstehende ätzende Kalk mehr und mehr in chemische Verbindung
mit den Bestandtheilen des Silicates tritt. Mit Weissglut wird die
Masse grau, nimmt einen Stich in's Grüne (von einer Calcium-Ferrat-
oder Silicatbildung) an, welcher wiederum mit der Temperatur zunimmt.
Bis jetzt hat noch immer die Güte und Erhärtungsfähigkeit des Cäments
zugenommen; denn die Härte und Widerstandsfähigkeit des angemachten
Cäments steht, innerhalb der zulässigen Grenzen, mit der Dichtigkeit
des gebrannten Cämentes in geradem Verhältnisse. Nimmt die Intensität
des Feuers noch weiter zu, so tritt an die Stelle der grüngrauen eine
blaugraue Färbung und dann wird das Cäment schon untauglich. Bei noch
weiterer Steigerung der Temperatur wird die Masse immer dichter, man
könnte sagen basaltischer und zuletzt geht sie in den Zustand
vollkommener Schmelzung über und wird obsidianartig. Im ersten Stadium
giebt die Masse ein helles gelbbraunes, lockeres Pulver; im zweiten,
dem Normalstadium ein graues scharfes Pulver, mit einem Stich in's
Grüne, im dritten ist das Pulver entschieden bleigrau, während das
letzte, das verglaste Cäment, ein helles, weissgraues, äusserst
scharfes Pulver giebt, wie wir es an Gläsern erkennen. Man hat also
sein Augenmerk darauf zu richten, dass durchweg die bimssteinartige
grüngraue Masse erzeugt werde; dass man möglichst wenig gelbbraune
Stücke einerseits und so wenig als möglich blaugraue und verglaste
Partien andererseits erhalte. Die Stücke sollen gut »stehen«, dass
heisst im gebrannten Zustande nach dem Erkalten nicht zerfallen. Dieses
spontane Zerfallen tritt ein beim blaugrauen, todtgebrannten, aber auch
beim ganz normal gebrannten Cäment; in diesem Falle liegt die Ursache
in der chemischen Zusammensetzung allein. Je kalkhaltiger (basischer)
die Mischung ist, desto sicherer lässt sich das Cäment normal brennen
und desto weniger zerfällt es nach dem Brande; thonreiche Mischungen
zerfallen je nach ihrer Zusammensetzung mehr oder weniger stark, oft
total. Das zerfallene Cäment stellt, wenn von normal gebrannter Masse
herrührend, ein äusserst feines, hellbraunes Pulver dar; todtgebranntes
blaues Cäment giebt ein ebenso feines blaugraues Pulver. Nach
=Michaëlis= lässt sich durch Zusatz von Kalk oder Alkalien das
Zerfallen des Cäments verhüten, wenn sonst nicht durch zu scharfes
Brennen die erwähnten blaugrauen Massen erzeugt werden. In der Praxis
kann aber aus ökonomischen Gründen nur an einen Kalkzusatz gedacht
werden. Je feiner Thon und Kalkstein gemischt werden, desto höher kann
man unbeschadet mit dem Kalkgehalte gehen; ja alsdann ist ein möglichst
hoher Kalkgehalt von grösstem Nutzen, weil er vorzüglich gute Brände
zur Folge hat. Nichts ist aber gefährlicher, als bei schlechter
mechanischer Mischung den Kalkgehalt zu steigern; alsdann wird man
nämlich anstatt einen Fehler (des Zerfallen) zu beseitigen, nur noch
einen andern Nachtheil (das Treiben und Reissen) hinzufügen. Auf
innigste Mischung der Rohmaterialien ist daher in jeder Hinsicht das
grösste Gewicht zu legen. Die kalkreicheren Cämente ziehen langsamer
an, aber erhärten vorzüglicher. Von dem Momente der Erstarrung an
erhärtet das Cäment zunehmend sowol an der Luft, wie im Wasser. An der
Luft ohne jeden Substanzverlust; unter Wasser wird es zunächst nicht
unbeträchtlich angegriffen, da er in Wasser nicht unlöslich ist. Vor
allem aber werden durch Wasser die Alkalien extrahirt. Zum Brennen des
Portland-Cämentes (hinsichtlich der Details sei auf =W. Michaëlis= und
=Paul Löss=[99] verwiesen) dient jetzt häufig der Ringofen (vergl.
Seite 371). Das getrocknete Cäment wird vor seiner Verwendung noch zu
feinem Pulver gemahlen.
[99] Vergl. =W. Michaëlis=, Die hydraulischen Mörtel, Leipzig 1869 und
=Paul Löss=, Bau von Kalk-, Cäment-, Gyps- und Ziegelöfen,
Berlin 1870.
Das Portland-Cäment fängt, mit Wasser zu einem Brei angerührt, schon
nach einigen Minuten an, zu erstarren, nach einigen Tagen besitzt es
schon eine ziemliche Härte, die nach einigen Monaten einen solchen Grad
erreicht, dass es beim Anschlag mit einem harten Körper wie gebrannter
Thon klingt. Es lässt sich gleich dem Gyps ohne Sandzusatz in Formen
giessen und eignet sich daher besonders zur Herstellung
architektonischer Verzierungen und mit Sand gemengt zur =Fabrikation
von künstlichen Steinen=. In neuerer Zeit hat =Grüneberg= die
Herstellung von Krystallisirgefässen aus Portland-Cäment und =Posch=
die zu Reservoirs für heisse und warme Soole vorgeschlagen.
[Sidenote: Fabrikation von künstlichem Cäment in Deutschland.]
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass die Fabrikation von künstlichem
Cäment (Portland-Cäment) in jeder Gegend möglich ist. In der That
fabricirt man jetzt auch in mehreren Theilen Deutschlands durch Mischen
von Kreide und Thon, Formen der Mischung zu Ziegeln, Brennen und
Zermahlen derselben, ein Cäment, welches allen Anforderungen entspricht,
ohne dass es dabei nothwendig wäre, die Materialien aus grossen
Entfernungen herbeizuschaffen. So wurde z. B. der hydraulische Kalk für
die Göltzschthalüberbrückung auf der sächsisch-bayerischen
Staatseisenbahn durch Mischung gleicher Theile von Ziegelmehl, Sand und
Kalkmehl erhalten; das Gemenge wurde kurz vor der Verwendung mit Wasser
angemacht und als möglichst dicker Brei verarbeitet. Zur Darstellung von
hydraulischem Mörtel benutzt man ausser der oben erwähnten Mischung von
Kreide und Thon, die Mergel (wie sie unter andern bei Kufstein in Tyrol
in vorzüglicher Beschaffenheit sich finden), die Aschen von Steinkohlen
und Torf, die bei der Alaunfabrikation aus Alaunschiefer und Alaunerde
zurückbleibende Masse, manche Hochofenschlacken, gebranntes
Töpfergeschirr, Porcellankapselscherben, gepulverten Feuerstein und
Chalcedon[100] u. s. w. Obgleich die Principien bekannt sind, nach
welchen hydraulische Mörtel angefertigt werden müssen, so misslingen
dennoch immer sehr viele Versuche. Das Misslingen liegt meist in dem
unrichtigen Hitzegrad beim Brennen, in der versäumten Innigkeit der
Mischung, hauptsächlich aber in der Unkenntniss der chemischen
Zusammensetzung der zu mischenden Substanzen. So ist, um ein Beispiel
anzuführen, nicht jeder Mergel zur Herstellung eines guten hydraulischen
Mörtels geeignet. Bedingungen der Anwendbarkeit sind 1) das richtige
Verhältniss des eingemengten Thons, am vortheilhaftesten 25 Proc.; 2)
dieser Thon muss die erforderliche Beschaffenheit haben, er muss reich an
Kieselerde und dabei höchst fein zertheilt sein; er muss ferner mit dem
kohlensauren Kalk in innigem Gemenge sich befinden. Diese drei
Bedingungen finden sich nur sehr selten mit einander vereinigt. In
Deutschland wurde ein dem englischen Portland-Cäment gleichkommendes
Produkt zuerst im Jahre 1850 durch =Gierow= in Stettin dargestellt,
hierauf 1852 von =H. Bleibtreu= bei Stettin (auf der Insel Wollin),
später auch in Bonn eine Fabrik errichtet, deren Produkte in grossen
Mengen consumirt werden. Auch anderwärts wird gegenwärtig Portland-Cäment
dargestellt, so von Gebr. =Heyn= in Lüneburg, von =A. Licht u. Comp.= in
Dirschau bei Danzig, vom Bonner Bergwerks- und Hüttenverein (bei
Obercassel oberhalb Bonn), von =Saulich= in Perlmoos bei Kufstein
(Tyrol), so dass die deutsche Industrie in Bezug auf Portland-Cäment bald
von England unabhängig sein wird. Nach =W. Michaëlis= seien im Folgenden
einige Portland-Cämentanalysen (auf den kohlensäure- und wasserfreien
Zustand berechnet) angeführt:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Kalk 59,06 62,81 61,91 60,33 61,64 61,74 55,06 57,83 55,28
Kieselsäure 24,07 23,22 24,19 25,98 23,00 25,63 22,92 23,81 22,86
Thonerde 6,92 5,27 7,66 7,04 6,17 6,17 8,00 9,38 9,03
Eisenoxyd 3,41 2,00 2,54 2,46 2,13 0,45 5,46 5,22 6,14
Magnesia 0,82 1,14 1,15 0,23 -- 2,24 0,77 1,35 1,64
Kali 0,73} 1,27 0,77 0,94 -- 0,60 1,13 0,59 0,77
Natron 0,87} 0,46 0,30 -- 0,40 1,70 0,71 --
Calciumsulfat 2,85 1,30 -- 1,52 1,53 1,64 1,75 1,11 3,20
Thon }
Sand } 1,47 2,54 1,32 1,04 1,28 1,13 2,27 -- 1,08
[100] =H. Frühling= (1870) stellt aus gebrannten Chalcedonen ein
besonderes Cäment, das =Chalcedoncement= dar, welches in der
Menge von 1 Vol. mit 1 Vol. Kalkbrei und 2 Vol. weissen Sandes
einen glänzend weissen, dem geschliffenen Marmor ähnlichen
Verputz liefert.
No. 1 ist Portland-Cäment von =White= und =Brother= von =Michaëlis=
analysirt. No. 2 ist Stettiner Cäment von =Michaëlis= analysirt. No. 3
ist Wildauer Cäment ebenfalls von =Michaëlis= analysirt. No. 4
desgleichen. No. 5 ist Sterncäment aus Vorpommern von demselben
analysirt. No. 6 ist Stettiner Cäment von demselben analysirt. No. 7
ist englisches Cäment von =Hopfgartner= analysirt. No. 8 ist Cäment vom
Bonner Bergwerks- und Hüttenverein von =Hopfgartner= analysirt und
No. 9 ist Cäment von Kraft und Saulich in Perlmoos von =Feichtinger=
analysirt.
Vergleicht man damit die procentische Zusammensetzung von englischen
Portland-Cämenten, so ergeben sich nur ganz geringe Differenzen, welche
jedenfalls von keinem Einfluss sein können. Die deutschen
Portland-Cämente besitzen dieselbe Farbe wie das englische
Portland-Cäment, erhärten unter Wasser auch bald und die Härte, die sie
erlangen, steht der des erhärteten englischen Portland-Cämentes nicht
nach. Unter dem Mikroskop betrachtet, zeigen die Theilchen der
deutschen Portland-Cämente dieselbe blätterige und schieferige Form,
wie sie von =v. Pettenkofer= zuerst bei dem englischen Portland-Cämente
gefunden wurde. Dadurch, dass dieselben, wie das englische
Portland-Cäment, bis zur Sinterung des Thones gebrannt wurden, besitzen
ihre Theile eine eben so grosse Dichtigkeit, wie die des englischen.
Was die Fabrikationsweise des Kufsteiner Portland-Cämentes betrifft, so
giebt =Feichtinger= darüber folgende Notizen: In der Nähe von Kufstein
findet sich ein Mergellager von einer solchen Ausdehnung, dass bei
einer jährlichen Erzeugung von 200,000 Ctnr. dasselbe 600 Jahre
ausreichen dürfte. Das Kufsteiner Portland-Cäment ist ein natürlicher
hydraulischer Kalk zum Unterschiede von den englischen
Portland-Cämenten, welche durchwegs künstliche hydraulische Kalke sind.
Es ist dies der erste Fall, dass in den grossen Mergellagern in den
Alpen ein Mergel gefunden wurde, der einfach durch Brennen ein so
vorzügliches Produkt liefert wie das englische Portland-Cäment ist, und
mit Gewissheit lässt sich daher auch annehmen, dass noch an mehreren
Orten Mergel zu finden sein würden, welche sich ebenso zur
Portland-Cämentfabrikation eignen. Es ist daher nicht uninteressant,
die procentische Zusammensetzung des Mergels, aus welchem das
Kufsteiner Portland-Cäment bereitet wird, kennen zu lernen. Derselbe
besteht aus:
{ Calciumcarbonat 70,64
In Salzsäure { Magnesiumcarbonat 1,02
lösliche { Eisenoxyd 2,58
Bestandtheile { Thonerde 2,86 Gesammtmenge der in
{ Gyps 0,34 Salzsäure löslichen
{ Wasser und organ. Substanz 0,79 Bestandtheile
-----
78,23
{ Kieselerde 15,92
In Salzsäure { Thonerde 3,08
unlösliche { Eisenoxyd 1,40 Gesammtmenge der in
Bestandtheile { Kali 0,55 Salzsäure unlöslichen
{ Natron 0,82 Bestandtheile
-----
21,77
Die Menge des in Salzsäure unlöslichen Theiles, welcher als sogenannter
Thon bezeichnet wird, beträgt nur 21,77 Proc., während die meisten
Mergel eine viel grössere Menge Thon enthalten und auch in der Praxis
die Annahme herrscht, dass diejenigen Mergel, bei welchen der Thon
25-30 Proc. beträgt, die besten sind. Dieser Mergel unterscheidet sich
von anderen auch noch durch die chemische Zusammensetzung seines
Thones, und bekanntlich ist letztere von einem wesentlichen Einflusse
für die Güte eines Cämentes. Vergleicht man die chemische
Zusammensetzung vom Thone des Kufsteiner Mergels mit der des Thones vom
Medway-Flusse, welcher in England zur Fabrikation von Portland-Cäment
verwendet wird, so findet sich darin auf 100 Kieselerde:
Thon Thon
vom Kufsteiner Mergel. vom Medway-Flusse.
Thonerde 19,34 17,0
Eisenoxyd 8,79 21,6
Kali 3,45 2,8
Natron 5,15 3,0
----- ----
36,73 44,4
Es folgt hieraus, dass im Thon vom Kufsteiner Mergel die Kieselerde
bereits mit einer bedeutenden Menge von Basen verbunden ist; letztere
betragen der Quantität nach nur um einige Procent weniger wie im Thone
des Medway-Flusses, aber immerhin mehr als sonst in den Mergeln
gefunden wird. Dadurch hat der Thon im Kufsteiner Mergel auch die
Eigenschaft, im Feuer leicht zu schmelzen, er kann leicht
aufgeschlossen werden. Von Einfluss auf die Güte des Kufsteiner
Portland-Cämentes ist auch dessen geringer Magnesiagehalt und die
häufig ausgesprochene Ansicht, dass ein grösserer Gehalt an Magnesia
nur nachtheilig wirke, findet hier ihre Bestätigung. Alle vorzüglichen
hydraulischen Kalke enthalten nur wenig Magnesia. Wenn man ferner die
procentische Zusammensetzung des Kufsteiner Portland-Cämentes mit
derjenigen des Mergels, aus welchem es bereitet wird, vergleicht, so
wird man finden, dass die Menge der Schwefelsäure (Gyps) in dem
gebrannten Steine zugenommen hat. Dies ist eine Folge der als
Brennstoff angewendeten Braunkohle, welche Schwefelkies enthält.
Als Anhang zu den Cämenten sei das =Concrete= (künstlicher Stein) der
Engländer erwähnt, worunter man einen dem Wasser gut widerstehenden
Mörtel versteht, der indessen nie die Festigkeit des mit Sand
gemischten Cämentes erreicht. Es besteht aus einem Gemenge von
gewöhnlichem Mörtel mit Steinen, Grus, das man in verlorenen Formen
oder Verschalungen aus Holz (Gussmauern) oder in bleibenden, aus
Ziegel- oder Quadermauern (Futtermauern) bestehend, erstarren lässt.
Man verwendet zu dem Concrete gewöhnlich mageren, thonhaltigen Kalk,
den man mit 2-3 Volumen gröberem und feinerem Sand mengt. Nach =Pasley=
erhält man aber ein besseres Produkt, wenn 1 Vol. frisch gebrannter
Kalk, in Stücken nicht grösser als eine Faust (etwa 35 Pfd.) gemahlen
mit 3-1/2 Vol. scharfem Flusssand und ungefähr 1,5 Vol. Wasser schnell
gemischt und eingestampft wird. Die Maurer benutzen jedoch nicht die
erstere Vorschrift, weil das trockene Gemisch sich besser mit Wasser
mischt und zäher und langsamer im Erhärten ist. Der Mörtel erhärtet in
wenigen Stunden hinlänglich, um, wenn auch die schwersten Mauern auf
einer Grundlage von Concrete aufgeführt werden sollen, sogleich damit
beginnen zu können. Auf 1,3-2 Meter dicken Schichten von Concrete sind
auf sumpfigem Grunde die Fundamente grosser Bauwerke in London nach dem
Vorgange von =Smirke= gebaut worden, welcher auf die Anwendung des
ungelöschten Kalkes zur Darstellung des Concretes geleitet wurde.
[Sidenote: Erhärten des hydraulischen Mörtels.]
Das =Festwerden und Erhärten des hydraulischen Mörtels= ist oft zum
Gegenstande ausführlicher Untersuchungen gemacht worden. Beim
Festwerden lassen sich, und das ist für die Praxis von Wichtigkeit,
zwei verschiedene Vorgänge unterscheiden: zunächst das blosse
=Erstarren=, wobei die angemachte Masse aufhört, flüssig zu sein, aber
noch sehr leicht vom Nagel geritzt wird; dann, was viel länger dauert,
das =Hartwerden= selbst, d. h. die durch andauernde Vermittelung des
Wassers vor sich gehende Versteinerung.
Der beim Erhärten des hydraulischen Mörtels stattfindende chemische
Vorgang ist von =v. Fuchs=, =v. Pettenkofer=, =Winkler=, =Feichtinger=,
=Heldt=, =Lieven=, =Schulatschenko=, =Ad. Remelé=, =Heeren=, =W.
Michaëlis=, =v. Schoenaich-Carolath= u. A. studirt worden. Nach einigen
Forschern theilt man die hydraulischen Mörtel nach den chemischen
Vorgängen beim Erhärten unter Wasser und den verschiedenen
Verbindungen, die in den noch nicht erhärteten Mörteln enthalten sind,
in zwei Klassen.
Die _erste Klasse_, die man als =Roman-Cämente= bezeichnet, umfasst die
Gemenge von Aetzkalk mit den Zuschlägen (den eigentlichen Cämenten):
Puzzuolane, Trass, Santorin, Ziegelmehl und solche hydraulische Mörtel,
welche man durch Brennen von hydraulischem Kalk und Mergel erhält. Alle
diese Cämente erhalten in frischem Zustande Aetzkalk. Die _zweite
Klasse_ bilden die =Portland-Cämente=, welche in frischem Zustande
keinen Aetzkalk enthalten. Die Erklärung des chemischen Vorganges beim
Erhärten eines =Roman-Cämentes= rührt von =v. Fuchs= her, welcher
zuerst nachgewiesen hat, dass es die Verbindung von Kalk mit
Kieselsäure ist, welcher ein hydraulischer Mörtel seine
charakteristischen Eigenschaften verdankt. Er hat nachgewiesen, dass
aus allen hydraulischen Mörteln durch Säuren Kieselerde im
gallertartigen Zustande ausgeschieden wird. Dasselbe findet bei den
chemischen Verbindungen von Kieselsäure und Kalk statt. Silicate,
welche für sich nicht mit Salzsäure Kieselgallerte abscheiden, erlangen
diese Eigenschaft, wenn sie längere Zeit der Einwirkung von Kalk unter
Wasser ausgesetzt sind: Die Alkalien sind auf die Bildung und das
Erhärten des hydraulischen Mörtels von günstigem Einfluss. In ersterer
Beziehung wirken sie nützlich, indem sie die Kieselerde des Quarzes und
die durch Säuren nicht zersetzbaren Silicate besonders leicht
aufschliessen und in den gallertartigen Zustand überführen. In Bezug
auf das Erhärten wirken sie indirect, indem sie die Kieselerde
aufgeschlossen enthalten und nach und nach ihren Platz dem Kalk
überlassen. Wasserglaslösung giebt schon in der Kälte ihre Kieselsäure
an Kalk ab, unter Freiwerden von Alkali. Die Alkalien werden übrigens
durch das Wasser ausgewaschen. =Kuhlmann=, der sich mit dem
hydraulischen Kalke und der Fabrikation künstlicher Steine
beschäftigte, giebt an, dass man fetten Kalk in hydraulischen durch
inniges Mischen desselben mit 10-12 Proc. kieselsaurem Alkali oder
durch Behandeln mit einer Wasserglaslösung überführen könne. Fasst man
die Resultate aller Versuche, die sich auf die Erhärtung des
Roman-Cämentes beziehen, zusammen, so erklärt sich das Erhärten
wesentlich durch die Bildung einer Verbindung eines sauren Silicates
oder aufgeschlossener Kieselerde mit dem vorhandenen gebrannten Kalk,
zu wasserhaltigem basischem Calciumsilicate, in welchem die
Kieselerde, wie es scheint, zum Theil durch Thonerde und Eisenoxyd
ersetzt sein kann. Die Erhärtung ist keineswegs eine Folge der
Hydratation eines beim Brennen des hydraulischen Kalkes erzeugten
Silicates, denn sonst müssten entwässerte Zeolithe unter Wasser
gleichfalls erhärten, was mit der Erfahrung nicht übereinstimmt. Neben
dem Hydrosilicate bildet sich stets eine grössere oder kleinere Menge
von Calciumcarbonat, deren Bildung jedoch unwesentlich für das Erhärten
des hydraulischen Mörtels zu sein scheint.
Der Vorgang beim Erhärten des =Portland-Cämentes= ist von =Winkler= und
von =Feichtinger=, jedoch nicht im gleichen Sinne, zu erklären versucht
worden. Nach ersterem besteht der chemische Vorgang, welcher unter
Mitwirkung des Wassers das Erhärten bewirkt, in dem Zerfallen eines
Silicates von genau bestimmter Zusammensetzung, in freien Kalk und
solche Verbindungen zwischen Kieselerde und Calcium, und Thonerde und
Calcium, welche auf nassem Wege zwischen genannten Körpern hergestellt
werden können. Der ausgeschiedene Kalk verbindet sich an der Luft mit
der Kohlensäure zu Calciumcarbonat. Ein erhärtetes Portland-Cäment
enthält demnach dieselben Verbindungen wie ein erhärtetes Roman-Cäment;
diese Verbindungen bilden sich aber unter Einwirkung des Wassers auf
entgegengesetzte Art. Ihre Unlöslichkeit in Wasser und ihr inniges
Aufeinanderlagern während des allmäligen Entstehens bewirkt, dass das
ursprüngliche Pulver nach und nach in eine cohärente Masse übergeht.
Aus den Versuchen =Winkler='s scheint zu folgen, dass die Kieselsäure
in den Portland-Cämenten durch Thonerde und Eisenoxyd vertreten werden
kann. Die Thonerde vermindert hierbei den Grad des Erhärtens nicht,
macht aber das Cäment minder geeignet, den Einwirkungen der Kohlensäure
zu widerstehen. Während des Erhärtens des Portland-Cämentes durch die
Einwirkung des Wassers wird fortdauernd Kalk ausgeschieden, bis als
Endresultat der Einwirkung von Wasser auf Portland-Cäment die
Verbindungen Ca_{2}Si_{3}O_{9} und CaAl_{2}O_{4} entstehen. Letztere
Verbindung wird durch Kohlensäure zerlegt, sie muss aber so lange im
erhärteten Portland-Cäment als bestehend angenommen werden, als noch
Kalkhydrat in demselben enthalten ist. =G. Feichtinger= ist, was die
Theorie der Erhärtung des Portland-Cämentes betrifft, anderer Ansicht
als =Winkler=. Seine Versuche bestimmen ihn zu der Meinung, dass in
allen hydraulischen Mörteln die Erhärtung auf einer chemischen
Vereinigung zwischen Calcium und Kieselerde und zwischen Calcium und
erhaltenen Silicaten beruhe. In allen hydraulischen Kalken ist freier
Kalk enthalten. Dafür spricht folgender Versuch. Wenn man
Portland-Cäment mit einer höchst concentrirten Lösung von kohlensaurem
Ammon zu einem Brei anrührt und längere Zeit unter öfterem Umrühren
stehen lässt, so tritt keine Erhärtung ein, und es wird ein grosser
Theil des Kalkes in Calciumcarbonat umgewandelt. Wäscht man dann das
überschüssige kohlensaure Ammon weg, trocknet das so behandelte
Portland-Cäment und macht es dann mit reinem Wasser zu Mörtel an, so
erhärtet es nicht; setzt man ihm aber etwas Calciumhydroxyd hinzu, so
erhärtet es wie frischer Mörtel. Dasselbe Resultat erhält man, wenn man
Portland-Cäment statt mit kohlensaurem Ammon mit Kohlensäuregas in
Berührung bringt. Hierzu wurde Portland-Cäment mit viel Wasser
angerührt, in ein hohes Cylindergefäss gebracht, und dann unter
häufigem Umrühren der Masse 1-2 Stunden lang ein Strom Kohlensäuregas
eingeleitet; dadurch wurde ein grosser Theil des Calciums in
Calciumcarbonat umgewandelt (die Menge des Calciumcarbonates betrug
dabei oft bis 27 Proc.). So behandeltes Portland-Cäment, getrocknet und
mit Wasser zu Mörtel angemacht, erhärtete niemals; sobald man aber
Calciumhydroxyd hinzusetzte, erhärtete es ebenso wie frischer Mörtel.
Wäre also die Ansicht von =Winkler= richtig, so dürfte bei so
behandelten Portland-Cämenten nach Zusatz von Calciumhydroxyd keine
Erhärtung mehr eintreten. So aber zeigen diese Versuche, dass in den
Portland-Cämenten auch Silicate oder freie Kieselerde enthalten sind;
dass ferner in den Portland-Cämenten auch freier Kalk vorhanden ist und
sein muss, und dass die Erhärtung der Portland-Cämente auf demselben
chemischen Processe beruht, wie die der anderen von =Winkler= als
Roman-Cämente bezeichneten. Die Portland-Cämente sind nicht bis zu
Verglasung, d. h. bis zur vollständigen Verbindung aller Alkali- und
Erdmetalle, also auch des Calciums mit Kieselerde, gebrannt. Ein so
weit erhitztes Portland-Cäment wäre ein ganz unbrauchbares Material.
Die Portland-Cämente sind nur bis zur Sinterung des in ihnen
enthaltenen Thones gebrannt.
Der Gyps und das Gypsbrennen.
[Sidenote: Vorkommen.]
Der =Gyps= ist wasserhaltiges Calciumsulfat und besteht nach der Formel
CaSO_{4} + 2H_{2}O in 100 Theilen aus:
Kalk 32,56
Schwefel 18,60 } Schwefelsäure 46,51
Sauerstoff 27,91 }
Wasser 20,93
------
100,00
Er gehört zu den verbreitetsten Mineralkörpern und bildet theils für
sich, theils mit dem =Anhydrit= (Karstenit, CaSO_{4}) Lager und Stöcke,
zuweilen sogar ganze Gebirgsstockmassen. Die Gypslager und Stöcke gehören
vorzüglich den Flötzformationen und gewissen tertiären Gebilden an.
Man unterscheidet folgende Arten des Gypses: 1) =Gypsspath=
(blätteriger Gyps, Frauenglas, Fraueneis, Marieneis, Selenit), worunter
sowohl der zu Krystallen ausgebildete, als auch der blätterige
krystallinische Gyps verstanden ist. 2) =Fasergyps= (Federweiss),
faserig krystallinischer Gyps. Seideglänzend. 3) =Schaumgyps=
(Gypsblüte), schuppig krystallinischer Gyps. 4) =Körniger Gyps= von
grob- oder feinkörnig krystallinischer Textur, dessen reinste
Varietäten den Namen =Alabaster= führen. 5) =Dichter Gyps= (Gypsstein),
dichte, durchscheinende Massen von splittrigem Bruch. 6) =Erdiger Gyps=
(Gypserde, Gypsgut, Mehlgyps).
[Sidenote: Eigenschaften des Gypses.]
Der =Gyps= löst sich in 445 Th. Wasser von 14° C. und 420 Th. von 20,5°
C. auf; die Löslichkeit des Gypses wird durch Gegenwart von Salmiak
vermehrt. Von Wichtigkeit ist sein Verhalten in der Wärme. Die von
=Graham= herrührende Angabe, dass Gyps im luftleeren Raume über
Schwefelsäure bis auf 100° erhitzt, die Hälfte seines Wassers verliere
und dadurch in die Verbindung CaSO_{4} + H_{2}O (mit 12,8 Proc. Wasser)
übergehe, die mit Wasser nicht erhärtet, ist nach =Zeidler= irrig. Bei
90° schon entweichen bei längere Zeit fortgesetztem Erhitzen über 15
Proc. Wasser und bei höherer Temperatur entweicht auch der Rest des
Wassers, das übrigens nach den gründlichen Untersuchungen von =Zeidler=
(1866) erst bei einer Steigerung der Temperatur bis auf 170° fortgeht. An
der Luft erhitzt ist das Verhalten des Gypses ein anderes; er beginnt
dabei erst etwas über 100° Wasser zu verlieren, welches noch unter 132°
vollständig entweicht. Der seines Wassers zum grössten Theil beraubte
Gyps heisst =gebrannter Gyps= oder =Sparkalk=; er hat die Eigenschaft,
die beiden Moleküle Wasser, die er durch das Brennen verlor, wieder
aufzunehmen und dabei zu erstarren[101]. Auf dieser Eigenschaft beruht
die Anwendung des Gypses zum Giessen und zu Mörtel. Der über 204°
gebrannte Gyps ist =todtgebrannt=, d. h. er hat die Fähigkeit verloren,
in gepulvertem Zustand mit Wasser zusammengerührt einen erhärtenden Brei
zu bilden. Dieses Verhalten mag wol darin seinen Grund haben, dass durch
das zu starke Erhitzen die Atome des Gypses sich anders lagerten und
dadurch der Gyps in Anhydrit übergeht, welchem ebenfalls die Eigenschaft
fehlt, mit Wasser zu erhärten.
[101] Nach =Zeidler= ist der gebrannte Gyps der Gewerbe, wie er zu
Stucco und Gypsgüssen dient, nicht sowol =wasserfreier= Gyps, als
vielmehr Gyps mit 1/4 (= 5,27 Proc.) seines natürlichen
Wassergehaltes.
Das eine Molekül Wasser des Gypses ist salinisches Wasser und lässt
sich demnach durch Salze vertreten; darin liegt der Grund, warum auch
das Pulver des ungebrannten Gypses erhärtet, wenn man es, statt mit
Wasser, mit der wässerigen Lösung von Kaliumsulfat, Kaliumcarbonat u.
s. w. mengt. Die Erhärtung erfolgt schneller als mit gebranntem Gyps
und reinem Wasser; bei Anwendung von Kaliumbitartrat findet das Stocken
sofort statt. Die erhärtete Masse gleicht, was Härte und Aussehen
betrifft, dem auf gewöhnliche Weise erhärteten Gyps. Bei Anwendung von
Kaliumsulfat bildet sich ein Doppelsalz von der Formel (K_{2}SO_{4} +
CaSO_{4} + H_{2}O), während die Gypsgüsse mit Kaliumbitartrat nichts
sind als Gemenge von Weinstein- und Gypskrystallen (=Schott d. ä.=).
Kaliumchlorat und Kaliumnitrat, so wie die Natriumsalze bewirken die
Erhärtung des Gypspulvers nicht. Wird auf solche Weise erhärteter Gyps
wieder gepulvert und von Neuem mit einer Auflösung von Kaliumsulfat
oder Kaliumcarbonat versetzt, so erhärtet er nochmals. Man wird diese
Eigenschaft wahrscheinlich in solchen Fällen benutzen können, wo man
genöthigt ist, einen nicht mehr gut erhärtenden alten oder auch zu
wenig gebrannten Gyps zu verwenden, indem man ihn statt mit Wasser, mit
einer Lösung von Kaliumcarbonat anrührt.
[Sidenote: Brennen des Gypses.]
Das =Brennen des Gypses= bezweckt eine vollständige Entwässerung
desselben durch Erhitzen. Alle in neuerer Zeit vorgeschlagenen
Verbesserungen im Gypsbrennen gründen sich auf die Beobachtung, dass die
relative Härte des gebrannten und gegossenen Gypses in geradem
Verhältniss zu der Härte des Gypses vor dem Brennen stehe. Die dichten
Gypssteine geben demnach wieder harten und dichten Gyps, während die
weichen und leichten Steine auch nur weichen Gyps liefern.
Bei in grösserm Maassstabe angestellten Versuchen über das Brennen des
Gypses kam =Payen= zu folgenden Resultaten: a) die niedrigste
Temperatur, bei welcher der Gyps noch mit Vortheil gebrannt werden
kann, jedoch weit langsamer, ist 80° C.; b) eine Temperatur von
110-120° genügt, um ihm alles Wasser zu entziehen und ihn im
technischen Sinne vollkommen zu brennen; c) um das Brennen
gleichförmiger als alle Theilchen der Substanz zu machen, ist es
zweckmässig, den Gyps als Pulver oder in kleinen Stückchen anzuwenden.
In allen Fällen beabsichtigt man, ein ganz gleichartiges Produkt zu
erzielen und nicht ein Gemenge von schlecht gebranntem mit gar- oder
mit todtgebranntem Gypse. Es ist demnach die Frage, ob es zweckmässiger
sei, den Gyps zerkleinert zu brennen oder in ganzen Stücken, in welchem
letzteren Falle grössere Mengen von Brennmaterial erforderlich sind.
Zur völligen Verflüchtigung des Krystallwassers genügt allerdings eine
Temperatur von 110-120°, es gehört aber auch noch ein pulverförmiger
Zustand des Gypses und ein Ausbreiten desselben in Lagen von 6-8
Centim. Höhe dazu; ausserdem muss die Oberfläche des zu brennenden
Gypses durch Umrühren und Wenden öfters erneuert werden. Man hat
deshalb sehr zweckmässig die Wärme der Gewölbe der Flammen- und
Verkohlungsöfen zum Gypsbrennen benutzt, deren strahlende Wärme sich
ohne neuen Brennmaterialverbrauch auf 120° erhalten lässt. Will man nur
kleine Quantitäten Gyps brennen, so bringt man den fein gemahlenen Gyps
in einem eisernen Kessel über ein schwaches Kohlenfeuer und rührt so
lange, bis die wallende Bewegung der Oberfläche aufgehört hat und eine
über den Gyps gehaltene Glasplatte nicht mehr mit Wasserdämpfen
beschlägt.
[Sidenote: Brennöfen.]
Im Grossen brennt man den Gyps in =Gypsbrennöfen=, wobei im Allgemeinen
zu bemerken ist, dass man nicht wie beim Brennen des Kalkes die zu
brennenden Gypssteine mit Brennmaterial durchschichten kann, weil sonst
der Gyps oberflächlich zu Schwefelcalcium (CaSO_{4} + 4C = CaS + 4CO)
reducirt werden würde.
[Illustration: Fig. 183.]
[Illustration: Fig. 184.]
Eine sehr einfache, aber sehr gebräuchliche Construction eines
Gypsofens zeigt Fig. 183; er besteht aus vier starken Mauern _A_, die
oben mit einem flachen Gewölbe überspannt sind, welches einige
Abzugskanäle _a a_ enthält. In zwei einander gegenüberstehenden Mauern
befinden sich die zum Feuern dienenden Schürlöcher. In dem Ofenraum
baut man nun die grössern Gypssteine zu kleinen Gewölben oder
Feuergassen auf, schüttet darauf den übrigen Gyps und unterhält in den
Schürlöchern ein schwaches Feuer mit Reissig. _b_ ist eine Oeffnung zum
Beschicken und Entleeren des Ofens, die während des Brennens
verschlossen wird. Zweckmässig ist der Gypsbrennofen von =Scanegatty=
(Fig. 184). Der innere Raum ist in der Höhe von 1 Fuss über dem Boden
durch des Gewölbe _P_, _P_ in zwei ungleiche Hälften getheilt. In die
obere Abtheilung wird der zu brennende Gyps sowol durch die Thüre _G_,
als auch durch die Mundöffnung _H_ eingesetzt; sie ist mit einer Anzahl
von Zügen versehen. Die untere Abtheilung, der Feuerraum, steht mit der
vor dem Ofen gelegenen Feuerung _E_ in Verbindung. Der Zug _C_ endigt
in den Aschenfall unter dem Rost _A_, auf dem ein Steinkohlenfeuer sich
befindet. Die Flamme tritt bei _X_ unter das durchbrochene Gewölbe _P_
und entweicht durch die Oeffnungen _c_, _c_, _c_ in den Gypsbrennofen.
Die sich entwickelnden Wasserdämpfe entweichen durch im obern Theile
des Gewölbes befindliche Oeffnungen. Ein solcher Ofen fasst gegen 54
Kubikmeter Gyps. Da bei diesem Ofen das Brennen des Gypses nicht sowol
durch die Flamme, als vielmehr durch die heisse Feuerluft geschieht, so
lässt sich eine Ueberhitzung leichter vermeiden.
[Illustration: Fig. 185.]
[Illustration: Fig. 186.]
Der in neuerer Zeit aufgekommene Gypsbrennofen von =Dumesnil= (Fig. 185
im Horizontaldurchschnitt über der Sohle des Brennraumes, und Fig. 186
im Verticaldurchschnitt dargestellt) ist ähnlich dem Ofen von
=Scanegatty= construirt, zeigt aber von diesem wesentliche
Verschiedenheiten. Er besteht aus dem untern Theile, welcher die
Feuerung enthält und dem darüber befindlichen Brennraume. Ersterer
reicht unter den Fussboden hinab und besteht aus dem Aschenfalle _A_
mit seiner Thüre _B_, dem Roste _C_ und dem Feuerraume _D_, zu welchem
letzteren ein Kanal _H_ führt. Oben ist der Feuerraum durch ein Gewölbe
geschlossen. Seitlich unterhalb des Gewölbes gehen von dem Feuerraume
12 Kanäle _E_ aus, welche nach oben gebogen sind und die Feuerluft in
den Brennraum führen. _J_ ist eine Vertiefung, in welche der Heizer auf
der Treppe _g h_ hinabsteigt, wenn er zum Aschenfall gelangen will. Der
Brennraum hat das Mauerwerk _J_ aus feuerfesten Steinen zur Basis.
Seine innen cylindrische, aussen schwach konische Seitenwand _K_ ist
aus zwei Lagen Steinen gebildet und äusserlich mit Gyps bekleidet. Oben
ist er durch die gewölbte Decke _L_ begrenzt, welche in ihrer Mitte die
eisenblechene Esse _P P_ trägt. Diese Esse ist mit einer Klappe _Q_
versehen, welche durch eine Kette _U U_ regulirt werden kann. Ausserdem
sind noch, symmetrisch um diese vertheilt, vier kleine Zugröhren _O_
angebracht, die man durch aufgelegte Deckel schliessen kann. Diese
Röhren dienen dazu, die Hitze in den verschiedenen Theilen des Ofens
gleichmässig zu machen. In der Wand des Brennraumes sind, einander
gegenüberstehend, zwei Oeffnungen angebracht, eine _M_ in der
Seitenwand, welche zum Einbringen der unteren Gypslagen in den
Brennraum, sowie beim Entleeren des Ofens, benutzt wird, und eine _N_,
welche dazu dient, die oberen Gypslagen in den Brennraum zu bringen.
_M_ kann durch eine ausserhalb mit einer Ziegelbedeckung versehene
gusseiserne Platte, _N_ durch eine Thüre von starkem Eisenblech
verschlossen werden. Als sehr wichtiger Theil, um ringsum im Brennraume
ein gleichmässiges Brennen des Gypses zu erzielen, ist auf der Sohle
des Brennraumes über den Mündungen der Kanäle _E_ eine cylindrische, im
Innern 1 Meter weite Haube von gebrannter Thonmasse angebracht, welche
nach oben durch die Kappe _G_ geschlossen und seitwärts mit 12
Oeffnungen _F_ von 0,7 Meter Höhe versehen ist, durch welche die
Feuerluft hindurchströmt, um sich zwischen der Gypsmasse zu vertheilen.
Um die gleichmässige Vertheilung der Wärme in dem Brennraume zu
bewirken, muss der zu brennende Gyps in demselben in geeigneter Art
angeordnet werden. Man stellt die Stücke in von der Haube nach der Wand
des Brennraumes gehenden Reihen so auf, dass sie auf der schmalen Seite
stehen und zwischen ihnen angemessene Zwischenräume bleiben. Vor den
Oeffnungen _F_ lässt man breitere Zwischenräume frei. Die zweite Lage
macht man aus quer über den Reihen der ersten Lage ebenfalls auf die
schmale Seite gelegten Gypsstücken. Ueber der zweiten Lage macht man
eine dritte ähnlich der ersten, nur dass man vermeidet, die hohlen
Räume derselben vertical über denen der ersten Lage anzubringen. In
dieser Weise wird mit dem Beschicken des Ofens fortgefahren. Dann wird
der bei der Thüre _M_ noch freigelassene Raum ebenfalls vollgesetzt und
diese Thüre geschlossen. Die weitere Füllung erfolgt durch die Oeffnung
_N_, indem man die Gypsstücke auch ferner angemessen aufeinander
schichtet und nach oben hin immer kleinere Stücke nimmt. Ist die
Beschickung beendet, so setzt man das Feuer in Gang. Während der vier
ersten Stunden unterhält man das Feuer gelinde; während der acht
folgenden Stunden verstärkt man das Feuer. Nach Verlauf von 12 Stunden
hört man mit dem Feuern auf; man schliesst dann alle Oeffnungen und
breitet zugleich oben auf dem Gypse im Brennraume 5 bis 6 Kubikmeter
grobes Gypspulver aus. Dadurch wird der Zug im Ofen sehr verlangsamt
und durch die vorhandene Hitze zugleich dieser pulverförmige Gyps
gebrannt. Nachdem der Ofen 12 Stunden lang zur Abkühlung gestanden hat,
beginnt man, den gebrannten Gyps herauszuziehen.
[Sidenote: Mahlen des Gypses.]
Sofort nach dem Brennen wird der Gyps gepulvert, wenn er nicht schon im
zerkleinerten Zustande dem Brennen unterworfen wurde. Das Pulvern macht
keine Schwierigkeit, da er so weich und mürbe ist, dass er sich fast
zwischen den Fingern zerdrücken lässt. Im Kleinen geschieht es mittelst
Zerschlagen mit hölzernen Schlägeln und darauf folgendem Sieben, im
Grossen entweder in einer Stampfmühle oder in einer Walzmühle, oder
endlich in einer gewöhnlichen Mahlmühle mit horizontalen Steinen, welche
ebenso wie eine Mehlmühle beschaffen ist, jedoch keine Beutelvorrichtung
hat; der gemahlene Gyps läuft unmittelbar aus dem Boden der die
Mühlsteine umgebenden Zarge in untergestellte Fässer. Nach dem Mahlen
oder Sieben schlägt man den Gyps in trockne Fässer und bewahrt ihn, vor
Feuchtigkeit geschützt, auf.
[Sidenote: Anwendung des Gypses.]
Der Gyps wird auf mannichfaltige Weise benutzt. Der ungebrannte Gyps
findet zuweilen in Stücken als =Baustein= Anwendung, da indessen der Gyps
in Wasser nur =schwer= löslich, aber nicht =un=löslich ist, so löst sich
mit der Zeit der Gyps durch Regen und überhaupt durch Feuchtigkeit auf.
Deshalb ist diese Anwendung mit Recht von den Behörden untersagt. Der
dichte und feste feinkörnige Gyps, besonders der weisse, wird zu
Bildhauerarbeiten, zu gedrehten und geschliffenen Gegenständen und zu
architektonischen Verzierungen verwendet. Aus dem Alabaster von Volterra
verfertigt man zu Florenz Vasen von grosser Schönheit. Dasselbe Material
dient zur Fabrikation der römischen Perlen. Auch die faserige Varietät
des Gypses wird zu Damenhals- und Armschmuck verarbeitet, indem man durch
convexes Schleifen sein Schillern zu verstärken sucht. Hier und da
gebraucht man den Fasergyps zum Streusande, den späthigen als Polirmittel
und zum Putzen von silbernen Gegenständen. Auch wird das feine Gypspulver
zur Grundmasse der Pastellfarben und als Zusatz zu gewissen
Porcellanmassen verwendet. Ungebrannter Gyps findet ferner Anwendung zur
Umwandlung des kohlensauren Ammoniaks in schwefelsaures. Der Gyps enthält
46,5 Proc. Schwefelsäure und 18,6 Proc. Schwefel; beide Körper hat man
aus dem Gyps zu isoliren versucht (vergl. Seite 213 und 230). Eine sehr
ausgedehnte und wichtige Anwendung findet sowol der rohe, als auch der
gebrannte Gyps in der Landwirthschaft als Düngemittel, vorzüglich zum
Bestreuen der Wiesen, des Klees und anderer Futterkräuter und der
Hülsenfrüchte.
Man nahm früher an, dass die günstige Einwirkung des Gypses auf die
Vegetation darauf beruhe, dass der Gyps Ammoniak absorbirt, welches
ausserdem auf einem nicht gegypsten Boden wieder verdunstet sein würde.
Das bei der Fäulniss sich entwickelnde, sowie das in der Atmosphäre
enthaltene kohlensaure Ammon werde fixirt; es zerlege sich mit dem
Gypse in der Weise, dass Ammonsulfat und Calciumbicarbonat entsteht.
Diese Erklärung der Wirksamkeit der Gypsdüngung ist ungenügend.
Untersuchungen von =W. Mayer= haben gezeigt, dass der Ackerboden durch
seinen Thon, sein Eisenoxyd u. s. w. das Ammoniak weit besser und in
grösserer Menge fixirt als der Gyps. Bei der Gypsdüngung hält man eine
Dosis von 5 Ctr. auf den englischen Acker für genügend; angenommen,
aller Gyps gelange zur Realisation und diene zur Fixirung von
kohlensaurem Ammon, so könnte er doch nicht mehr davon binden als
2-7/10 Ctr. =Mayer='s Versuche zeigen dagegen, dass auf einen engl.
Acker
eine Sorte Havannaerde 227 Ctr.
Kalkboden von Schleissheim bei München 158 "
Ammoniak fixirt enthält. Wie aus =v. Liebig='s neueren Versuchen (1863)
folgt, begünstigt der Gyps dadurch die Vegetation, dass er an die
Ackererde einen Theil seines Kalkes abgiebt und dafür Magnesia und Kali
eintauscht; diese Stoffe werden durch Gyps im Boden verbreitbar
gemacht. Man hat sich ferner zu erinnern, dass Gypspulver, auch von
ungebranntem Gypse, mit Lösungen gewisser Kaliumsalze zusammengebracht,
zu einer Masse erstarrt, in welcher das Kalium (nach =Schott= als
Doppelsalz) in schwer löslicher Form enthalten ist, und man wird diese
Eigenschaft des Gypses bei der Aufstellung einer Theorie der
Gypsdüngung nicht hoch genug anschlagen können.
[Sidenote: Gypsabgüsse.]
Die Anwendung des Gypses zum =Giessen= und zu =Abdrücken= ist eine sehr
beliebte zur Nachahmung und Vervielfältigung von Gegenständen. Man
bedient sich hierzu eines dünnen Breies aus 1 Th. gebranntem Gypse und
2-1/2 Th. Wasser; obgleich der Gyps durch das Brennen nur gegen 20 Proc.
verliert, so ist er doch noch im Stande, mit 2-1/2 Th. Wasser einen
harten Brei zu geben, weil durch die entstehenden Gypskrystalle (CaSO_{4}
+ 2H_{2}O) das übrige Wasser mechanisch eingeschlossen wird. Das Erhärten
des Gypses erfolgt bei gut gebranntem Gypse in 1-2 Minuten und unter
geringer Erwärmung. Die Herstellung von =Gypsabgüssen= ist nach der
Gestalt der Gegenstände mehr oder weniger schwierig. Die angewendeten
Formen sind häufig selbst aus Gyps angefertigt und werden, um das
Adhäriren des eingegossenen Gypses zu verhindern, mit Oel getränkt. Um
die Unbequemlichkeit harter Formen zu umgehen, bedient man sich auch
elastischer Leimformen. Oft auch benutzt man Formen von Gyps als Modell
zum Giessen von Zink und Bronze oder zur Vervielfältigung
galvanoplastischer Gegenstände, zu Modellen in der Porcellan- und
Fayencefabrikation u. s. w. Der gegossene Gyps wird auch unter anderm
gebraucht, um die Böden von Oelfässern zu bekleiden.
Um das Erhärten des Gypsbreies zu verzögern, giebt man ihm einen Zusatz
von Leim, welcher ausserdem dem Gyps grössere Härte, einen gewissen
Grad von Durchscheinenheit und ein marmorähnliches Ansehen ertheilt.
Den so gemischten Gyps wendet man hauptsächlich zu architektonischen
Verzierungen, die unter dem Namen =Stucco= (=Stuck=, =Gypsmarmor=)
bekannt sind, an. Zu diesem Zwecke wird der Gyps mit Leimwasser,
welchem man etwas Zinkvitriollösung zugesetzt hat, angerührt und auf
das Mauerwerk aufgetragen. Nach dem Trocknen wird der Ueberzug mit
Bimsstein abgeschliffen. Auf die trockne Oberfläche trägt man eine neue
Lage Gyps, die mit stärkerem Leimwasser angemacht ist, auf, polirt dann
die völlig trocken gewordene Oberfläche mit Tripel und Leinwandballen
und tränkt dann dieselbe mit Olivenöl. Um gefärbten Gypsmarmor
darzustellen, rührt man den Gyps mit Farben, wie mit Colcothar, Russ,
Indig, Mennige u. s. w., an oder macht aus dem gefärbten Gypse Kuchen,
welche man übereinander legt und durchschneidet, um gebänderten Gyps zu
erzeugen. =Kuhlmann= empfiehlt die Anwendung einer Lösung von
Kaliummanganat, mit welcher man den Gyps anrührt, um sehr schön
gefärbte künstliche Steine zu erhalten. Ein Gemisch von feinem Gyps und
gepulvertem Frauenspath (Gypsspath) mit Leimwasser giebt die in neuerer
Zeit vielfach zu ornamentalen Zwecken angewendete =Scaliogla= (von
scaglia, Schuppe, Rinde).
Der Gyps (namentlich der unter dem Namen =Annalin= durch Fällen einer
Chlorcalciumlösung mit Schwefelsäure künstlich dargestellte) wird auch
in grosser Menge in der Papierfabrikation als mineralisches
Lumpensurrogat, als Füllstoff, verwendet.
[Sidenote: Härten des Gypses.]
Der Gyps lässt sich auf verschiedene Weise =härten=. Eine der ältesten
Methoden besteht darin, das Pulver von gebranntem Gyps mit Lösungen von
Leim oder arabischem Gummi anzurühren und auch den fertigen gegossenen
und abgetrockneten Gegenstand in derartige Lösungen zu tauchen. Später
schlug man vor, Gypsgegenstände in eine Auflösung von 40 Loth =Alaun= in
6 Pfd. Wasser zu tauchen, sie 15-30 Minuten darin zu lassen, dann
herauszunehmen und über den erkalteten Gegenstand Alaunlösung zu
schütten, so dass er mit einer Krystallschicht überzogen ist, ihn
trocknen zu lassen, mit Sandpapier zu poliren und endlich mit einem
feuchten Tuche die letzte Politur zu geben. Dieses Verfahren wurde später
dahin vereinfacht, dass man gebrannte Gypsstücke, sowie sie aus dem Ofen
kommen, mit Alaunlösung tränkt oder gepulverten Gyps mit Alaunlösung
anrührt und dann nach dem Trocknen zum zweiten Male brennt. Der Alaungyps
erstarrt nach dem Mahlen so leicht wie gewöhnlicher Gyps. Die Härte des
Produkts tritt dann erst hervor, wenn man das Pulver anstatt mit Wasser
mit Alaunlösung anmacht. Nach diesem Verfahren hergestellte
Gypsgegenstände erhalten durch vollständiges Trocknen die Härte und das
Durchscheinende des Marmors und Alabasters. Die Härte wird weder durch
kaltes noch durch siedendes Wasser vermindert. Der mit Hülfe von Alaun
gehärtete Gyps heisst =Marmorcäment=. Das =Pariancäment= ist durch
=Borax= gehärteter Gyps; zu dem Ende befeuchtet man die gebrannten
Gypsstücke mit einer Lösung von 1 Th. Borax in 9 Th. Wasser durch und
durch, glüht sie sechs Stunden lang und mahlt sie hierauf. Noch besser
soll der Erfolg sein, wenn man dieser Lösung 1 Th. Weinstein und die
doppelte Wassermenge zusetzt.
Das Härten von Gyps mit =Wasserglaslösung= ist nur schwierig
auszuführen; Gyps mit Wasserglaslösung zusammengerieben kommt sogleich
ins Stocken und beim Austrocknen wittert sehr bald Kalium- oder
Natriumsulfat in grosser Menge aus; nach dem Trocknen ist die Masse
kaum fester als der gewöhnliche Gyps. Aus Gyps gefertigte Gegenstände
lassen sich daher nicht mit Wasserglaslösung imprägniren, um sie fester
zu machen, indem die Flüssigkeit wegen des Stockens nicht eindringen
kann. Bessere Resultate erhält man mit Anhydrit oder mit dem ihm sich
gleich verhaltenden starkgebrannten Gyps. =Knauer= und =W. Knop= (1865)
combiniren Kaliumwasserglas mit Caseïn-Kali, um Gyps zu härten. In
neuerer Zeit ist auch die =Kieselfluorwasserstoffsäure= (für sich oder
als Kieselfluorkalium) zu gleichem Zwecke vorgeschlagen worden. Das
Erhärten des Gypses wird (nach =C. Puscher=) verzögert, wenn man dem
gebrannten Gypspulver 2-4 Proc. Eibischwurzelpulver zufügt und die
Mischung mit 40 Proc. Wasser zum Teige knetet.
Von den vorstehenden Methoden unterscheiden sich wesentlich diejenigen,
die eine Härtung des Gypses nicht durch Zusatz eines andern Körpers,
sondern durch eigenthümliche Behandlung des Gypses erstreben. Hierher
gehört das Verfahren von =Fissot=, welches sich indessen nur zur
Umwandlung der Gypsblöcke in künstlich gehärtete Steine zu Bauzwecken
eignet; nach diesem Verfahren giebt man dem rohen Gypsblocke die
gewünschte Gestalt, bringt ihn in den Brennofen, lässt ihn nach dem
Brennen erkalten und taucht ihn dann 1/2 Minute lang unter Wasser;
nachdem er einige Sekunden der Luft ausgesetzt, taucht man ihn 1-2
Minuten lang in Wasser; an der Luft nimmt er nach dieser Behandlung
eine grosse Härte an. Wie es scheint, beruht dieses Verfahren auf einer
vermehrten Aneinanderkittung der einzelnen Theilchen durch
Krystallisation. Völlig fertig gemachte und getrocknete Gypsgegenstände
nehmen, wenn sie mit Stearinsäure oder mit Paraffin (nach
=Angerstein=), welche beiden Körper vorher zweckmässig in
Petroleumäther gelöst werden, getränkt worden sind, einen gewissen Grad
von Durchscheinenheit und durch Reibung gute Politur an, sodass sie dem
mit Wachs getränkten Meerschaum ähneln. Da hierbei vollkommene Reinheit
der Gypsmasse unerlässlich ist, so ist es, da ohnehin das Verfahren nur
bei kleinen Gegenständen Anwendung finden kann, am besten, Gypsspath
anzuwenden und ihn während des Brennens vor jeder Beimengung von
Unreinigkeit zu verwahren. Um der Masse ein besonders warmes Ansehen zu
geben, giebt man dem Paraffin oder der Stearinsäure durch Zusatz von
etwas Gummigutt und Drachenblut eine schwach röthlichgelbe Färbung.