Zementsand

Formstoffe

Umgangssprachliche Bezeichnung für den Formstoff für das Zementsand-Formverfahren, bestehend aus Quarzsand, in besonderen Fällen auch Zirkonsand oder Olivinsand und Zement als Bindemittel.

Zement ist ein hydraulischer Binder. Mit Wasser angemacht vollzieht sich die Erhärtung (Abbindung) mehr oder weniger rasch. In der Gießereitechnologie wird Portlandzement als Bindemittel verwendet.

Der chemische Aufbau wird durch den hydraulischen Modul, dem Masseverhältnis der basischen zu den sauren Komponenten, gekennzeichnet:

Der Abbindevorgang lässt sich durch folgende Hydrationsgleichung darstellen:

Das Tricalciumsilikat des Zements wird durch Wasser unter Bildung von Monocalciumsilicat und Calciumhydroxid zersetzt. Diese Reaktionsprodukte scheiden sich in Form kleinster Kristallite aus und bilden einen festen Gefügeverbund. Das im Portlandzement gleichfalls enthaltene Dicalciumsilicat bindet langsamer ab, wobei dieselben Reaktionsprodukte entstehen:

Der zuzumischende Zementanteil soll 7 bis 12 % und der Wasserzusatz 3,5 bis 12 % betragen. Als Regel gilt, dass der Wassergehalt ungefähr gleich oder etwas niedriger sein soll als der Zementgehalt. Zu empfehlen ist ein Wasser/Zement-Verhältnis von etwa 0,8. Der Zementgehalt soll wenigstens 7 % und normalerweise nicht mehr als 10 % betragen. Eine Steigerung des Zementgehaltes auf über 10 % hinaus erbringt nur eine geringe Festigkeitszunahme, jedoch eine beträchtliche Verschlechterung der Gasdurchlässigkeit des Formsands.

Eine Temperaturerhöhung führt zu einer Beschleunigung des Abbindens, die aber bei Temperaturen über 600 °C eine Verminderung der Druckfestigkeit, beginnend etwa 10 bis 19 h nach der Aufbereitung, zur Folge hat. Eine Beschleunigung des Abbindens ist praktisch nur durch einen Zusatz von Calciumchlorid (etwa 0,5 bis 2 %) erreichbar, dies ist auch die einzige Methode, die praktisch angewandt wird. Lediglich bei Zementsandkernen wird gelegentlich auch ein Begasen mit Kohlensäure vorgenommen, das ein sehr rasches Abbinden ermöglicht, aber mit einer Verminderung der Formstofffestigkeit verbunden ist.

Zementaltsand, der im Brecher aufbereitet und von Feinbestandteilen gereinigt wird, kann wiederverwendet werden; er bindet zwar wesentlich schneller ab als ein aus Neusand aufbereiteter Zementsand, erreicht aber bei gleichem Zement- und Wassergehalt nicht mehr die gleiche Druckfestigkeit.

Bei der Aufbereitung werden zunächst Sand und Zement trocken gemischt; danach wird das Wasser in möglichst feinverteilter Form durch Einsprühen zugesetzt. Verwendet werden Betonmischmaschinen, Schaufelmischer und Kollermischer. Der Formstoff ist sehr fließfähig und mit einem Ölsand vergleichbar. Das Abbinden beginnt etwa 3 h nach der Aufbereitung. Die Druckfestigkeit erreicht nach 2 bis 3 Tagen gleiche oder höhere Werte wie bei tonhaltigen Natursanden nach einer Ofentrocknung. Aus Zementsand hergestellte und an der Luft abgebundene Formen können 48 bis 72 Stunden nach der Formstoffaufbereitung abgegossen werden. Für das Zementsand-Formverfahren wird vorwiegend aus Portlandzement, dem auch Abbindebeschleuniger beigemischt werden können, wie beispielsweise Calciumchlorid und/oder Melasse.

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