Was passiert eigentlich, wenn ich Zement- und Sandanteile im Mörtel verändere?

Bei der Herstellung von Zementmörtel können AFAIK-Anteile von Sand und Zement variiert werden. Ich habe immer das empfohlene Verhältnis von 1 zu 3 (ein Volumen Zement pro drei Volumen Sand) verwendet.

Was passiert eigentlich, wenn ich den Anteil ändere - wie wirkt sich das auf den Mörtel aus und warum sollte ich das wollen?

Codes und andere Anleitungen bieten nominelle Mixkombinationen, die unter allgemeinen Bedingungen eine faire Leistung erbringen.

Im Allgemeinen ergibt eine 1: 2-Mischung eine bessere Festigkeit als eine 1: 3-Mischung. Es ist jedoch durchaus möglich, dass ein 1: 0,5-Mix schlechter abschneidet. Die Festigkeit ergibt sich aus der Kraftübertragung zwischen den Partikeln zwischen den Sandkörnern und auch aus der Scherfestigkeit, die der als Klebstoff wirkende Zement bietet. Somit liefern Codes bekannte ausgeglichene Kombinationen, die zufriedenstellend sind.

Um eine vollständige Kontrolle über die Eigenschaften eines Mörtel-Beton-Gemisches zu erhalten, müssen Sie die folgenden Kriterien berücksichtigen:

1. Zementmenge : In der Regel erhöht eine Erhöhung der Zementmenge die Festigkeit. Ab einem bestimmten Punkt wirkt es sich auch negativ aus. Da die Hauptkraftübertragung in einer Beton- / Mörtelmatrix von einer Sand-Sand-Wechselwirkung herrührt, wird der Mörtel durch überschüssigen Zement sehr spröde, da Zementpartikel keine normale Kontaktkraft übertragen können - sie bieten eine gute Scherfestigkeit. Da Zement teuer ist, ist bei Anwendungen mit geringer Festigkeit wie Straßen die Zementmenge geringer, um die Kosten zu optimieren.
2. Wassermenge: Im Allgemeinen wird ein Wassergehalt zwischen 20% und 35% (Gew./Gew. Zement) als sicherer Betriebsbereich angesehen. Ein niedrigerer Wassergehalt ergibt eine geringe Festigkeit und eine weniger wendige Mischung für flache Bedingungen wie Straßenverlegung. Ein höherer Wassergehalt wird in der Regel unter bestimmten Bedingungen verwendet, z. B. bei der Stapelauslegung mit Tremie, wenn die rieselfähige Beschaffenheit der Mischung erforderlich ist. Obwohl Hochwasser auch zu einer geringeren Festigkeit führt, gibt es andere Problemumgehungen (die weiter oben erwähnt wurden).
3. Sandmenge : Eine sehr hohe Sandmenge macht Ihre Mischung sehr spröde und schwach gegen alle Arten von Kräften. Für M20, M25 usw. beträgt das allgemeine Verhältnis 1: 3. Für einen hochfesten Mix (M35 +) ist es jedoch besser, 1: 2 zu wählen und irgendwo anders.
4. Gesamtmenge: Aggregate haben zwei Gründe, um da zu sein - Wirtschaftlichkeit und Stärke. Sie sind billig und bieten sich als guter Füllstoff an. Sehr hohe und sehr niedrige Mengen an Zuschlagstoffen ergeben eine geringe Festigkeit, aber eine vielfältige wirtschaftliche Lösung. Eine moderate Menge ist gut genug.
5. Aggregatform: Im Allgemeinen führt eine zunehmende Krümmung des Aggregatteilchens zu einer zunehmenden Festigkeit, da es eine größere Kontaktfläche und bessere Verriegelungsmöglichkeiten bietet.
6. Lufteinschluss: Ein hoher Luftgehalt in der Mischung führt zu einer geringeren Festigkeit. Aus diesem Grund wird hochfester Beton vor dem Verlegen in Schwingungen versetzt, um die kleinen Lufteinschlüsse zu beseitigen. Ein niedriger Luftgehalt führt zu einer geringen Manövrierfähigkeit. Daher werden manchmal Luftporenbildner (chemische Zusätze) verwendet, um die gewünschte Fließfähigkeit zu erzielen, ohne den Wassergehalt und damit die Festigkeit zu beeinträchtigen.
7. Zusatzstoffe: Physikalische Zusatzstoffe wie 'Feinkieselpulver', 'Flugasche' ermöglichen eine Zementreduzierung und sorgen für Wirtschaftlichkeit. Feinkieselsäure ist ... sehr fein, geht also in kleinste Hohlräume und bietet eine gute Kontaktfestigkeit durch Reduzierung des Luftgehalts. Flugasche ist ein allgemeiner Ersatz für Zement. Es ist ein Nebenprodukt aus Wärmekraftwerken und sehr billig. Bis zu 15% Zement können durch Feinkieselsäure und bis zu ~ 40% durch Flugasche ersetzt werden. Chemische Additive wie Super-Weichmacher sorgen für eine effektive Verbesserung der Verarbeitbarkeit oder sogar für eine Wasserreduzierung bei ähnlicher Verarbeitbarkeit - wodurch eine Mischung mit höherer Festigkeit erhalten wird.

tldr; Halten Sie sich an die empfohlene Mischung.

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Jetzt kommt die Wissenschaft:

Beton, Mörtel und Mörtel sind alle Mischungen aus Portlandzement, Wasser und Zuschlagstoffen (Sand und im Fall von Beton: Kies).

Beton wird für strukturelle Zwecke verwendet, und seine Hauptaufgabe besteht darin, eine Last abzustützen. Der ideale Beton ist ein solider, monolithischer Steinblock ohne Zement. Offensichtlich ist dies nicht sehr praktikabel. Das nächstbeste ist eine Mischung, die größtenteils aggregiert und fein abgestuft ist, um alle Größen von Staub bis zu Felsblöcken einzuschließen, so dass die zum Zusammenkleben erforderliche Zementmenge minimiert wird. Je weniger Zement, desto fester der Beton, vorausgesetzt, es ist genug Zement vorhanden, um ihn zusammenzuhalten.

Mörtel ist semi-strukturell. Es dient zum Zusammenkleben von Ziegeln, muss aber in der Lage sein, die Last über dünne Schichten zu tragen. Es ist hauptsächlich grober Sand, der mit Portlandzement zusammengehalten wird. Es sind Sand-gegen-Sand-Kräfte, die dem Mörtel seine Festigkeit verleihen, daher würde ich die Sandmenge in der Mischung nur ungern reduzieren.

Fugenmassen und Dünnbettmassen sind insofern nicht strukturell, als sie kein wirkliches Gewicht tragen müssen. Sie werden beim Verfliesen verwendet, um seitliche Bewegungen zu verhindern, oder um ein Bauteil (z. B. Unterböden) auszugleichen. Sie bestehen hauptsächlich aus feinem Sand und Portlandzement.

Nun müssen wir den Zement selbst betrachten. Das W / C-Verhältnis (Wasser-Zement) ist der wichtigste Faktor für die Endfestigkeit des ausgehärteten Zements. Je weniger Wasser Sie einfüllen, desto stärker ist das Endprodukt (wieder bis zu einem bestimmten Mindestwert). Dies würde uns also sagen, dass wir für einen guten Zement eine relativ trockene Mischung wünschen. Falsch. Es gibt zwei weitere Faktoren. eine andere: Verarbeitbarkeit und Aushärtung.

Verarbeitbarkeit: Dies ist die Leichtigkeit des Gießens, Formens und Glättens des Mörtels. Offensichtlich soll ein Mörtel etwas steifer sein als ein Beton, da Beton gegossen und Mörtel verteilt wird. Es muss in der Lage sein, alleine aufzustehen. Aber wenn Sie es zu steif machen, können Sie es überhaupt nicht bearbeiten. Die Lösung ist, mehr Wasser hinzuzufügen. Für Strukturbauteile gibt es Zusatzstoffe, die als Super-Weichmacher bezeichnet werden und die die Verarbeitbarkeit verbessern, ohne das W / C-Verhältnis zu verändern, aber sie sind in einem Mörtel nicht nützlich / kostengünstig. Aus diesem Grund würde ich auch nicht in Betracht ziehen, die Sandmenge zu erhöhen - Sie verlieren die Bearbeitbarkeit.

Aushärten: Zement hört nie auf zu härten. Wir betrachten 28 Tage jedoch als eine vollständige Aushärtung, bei der der Zement seine Nennfestigkeit erreicht. Das Aushärten ist der Vorgang, bei dem sich die Zementpartikel an vorhandene Wasserpartikel binden und aushärten. Das bedeutet, dass das Wasser die ganzen 28 Tage anwesend sein muss! Sobald die ursprüngliche Mischung ausgehärtet ist, müssen wir die Oberfläche feucht halten. Sie werden strukturelle Polster sehen, die mit Kunststoff bedeckt sind - das reduziert die Verdunstung. Sie werden auch Wasserwagen sehen, die auf frisch eingegossene Pads sprühen, um sie feucht zu halten. (Hochwertiges Fertigteil wird im Werk häufig dampfgehärtet.) Im Falle eines Mörtels ist die freiliegende Oberfläche jedoch klein und vertikal, was es schwierig macht, das erforderliche Wasser nachträglich hinzuzufügen. Daher müssen wir das überschüssige Wasser einbeziehen in der Mischung. Dies verringert natürlich die Festigkeit gegenüber dem W / C-Verhältnis.

Wie Sie sehen, ist dies eine sehr komplexe Wissenschaft mit vielen zu berücksichtigenden Faktoren. Das Ergebnis ist, dass Sie oder ich nicht ohne guten Grund mit den empfohlenen Mischungen herumspielen sollten - wir haben nicht die Erfahrung oder das Wissen, um die Konsequenzen zu verstehen. - Die Industrie hat festgestellt, dass die Standardmischungen den besten Allzweckkompromiss für die vielen widersprüchlichen Faktoren darstellen.

Dies wirkt sich auf die Festigkeit und Langlebigkeit Ihres Mörtels aus. Obwohl ich hier kein Experte bin, MUSS es eine optimale Lösung für ein solches Problem geben. Welche Mischung hält so lange wie möglich, hält sich fest am Stein, der sie umgibt, ist stark in Kompression usw.?

Tatsächlich ist dies ein Optimierungsproblem mit mehreren Kriterien, das vor langer Zeit durch die Praxis gelöst wurde, um die Mischung zu finden, die alle Ziele in Kombination am besten erfüllt. Tatsächlich werden Sie jedoch feststellen, dass einige dieser Ziele besser erreicht werden, während die anderen Ziele geschadet werden, wenn Sie ein kleines Stück in die eine Richtung gehen. So verhält sich ein solches Problem. Nun stellt sich die Frage, ob ich der Mischung etwas mehr Sand (oder ein anderes Aggregat) beifüge. Was wird passieren? Sehr wahrscheinlich (und ich vermute nur, dass ich gerade die genauen Effekte errate, während ich von der Manschette spreche) wird die Mischung stärker komprimiert, aber irgendwann wird sie leichter erodieren und weniger klebrig. Natürlich fügen Sie irgendwann zu viel Sand hinzu und alles, was Sie haben, ist ein Sandhaufen, der keine der Eigenschaften von Mörtel aufweist, die Sie möchten.

Angenommen, ich erhöhe den Zementanteil. Es macht Sinn, dass es jetzt besser am umgebenden Stein haftet, aber es ist nicht so stark in der Kompression.

Das Hinzufügen von mehr Wasser zu der Mischung hat andere Konsequenzen, die ebenfalls auf das von Ihnen empfohlene Niveau optimiert sind. Wenn Sie also Wasser hinzufügen, wird die Mischung nasser, leichter zu verarbeiten, klebriger, aber auch rutschiger. Es wird nicht an Ort und Stelle bleiben. Es kann auch die Aushärtezeit ändern.

Mein Punkt ist, dass alle diese Parameter so gewählt wurden, dass sie für die Gruppe von Merkmalen optimal sind, die definieren, was Mörtel ist und was er tun soll - die physikalischen Eigenschaften des Mörtels. Tatsächlich wurden diese Parameter jahrelang durch einfache Versuche von Maurern optimiert, bis sie eine Mischung ergaben, die an einem Punkt, der robust und gegenüber Materialschwankungen stabil ist, die besten Werte einigermaßen erfüllt.

Nachdem ich das alles gesagt habe, werde ich jetzt ein wenig über das Thema recherchieren. Zum Beispiel sagt mir diese Seite , dass das Verhältnis von Sand und Zement irgendwo im Bereich von 1: 2 bis 1: 3 liegen kann, was die Festigkeit des Gemisches in Bezug auf seine Fähigkeit, Druckbelastungen standzuhalten, ändert. Es wird auch erwähnt, dass das Hinzufügen von Kies zu der Mischung die Festigkeit erhöht.

Wenn ich mehr lese, sehe ich auch, dass die Qualität des Zements ein Faktor ist. Bei billigem Material wird mehr Zement benötigt, was wahrscheinlich durch die Zusammensetzung des Zements selbst bestimmt wird. (Enthält die Mischung Kalk? Wie viel?)

Ich höre hier auf, da es VIELE Faktoren gibt. Welche Art von Sand verwenden Sie? Sand, der aus perfekt runden Kugeln gleicher Größe besteht, ist leicht zu bearbeiten. Aber es wird nicht sehr stark sein. Sand, der "scharf" gebrochen ist und viele scharfe Kanten mit unterschiedlicher Partikelgröße aufweist, lässt sich weniger leicht mischen, lässt sich weniger leicht verarbeiten, ist jedoch im Hinblick auf die Eigenschaften des ausgehärteten Materials stärker.

Eine Mischung von Aggregatgrößen wird auch die Dinge ändern. Sehr feiner Sand erfordert mehr Zement in der Mischung, da die winzigen Partikel für das gegebene Volumen mehr Oberfläche haben, so dass mehr Zement benötigt wird, um den Sand für eine gute Haftung zu beschichten. Aber feiner Sand ist leichter zu mischen, leichter zu verarbeiten und leichter an einem Ort zu verstauen. Wenn die zu befestigende Oberfläche sehr unregelmäßig ist, haftet sie möglicherweise besser. Das Hinzufügen größerer Zuschlagstoffe zu einer Mischung erhöht jedoch die Druckfestigkeit, da große Steine ​​stärker sind. (Irgendwann verwandelt dies den Mörtel in Beton.) Hier ist ein Zitat, das ich auf einer Seite finde:

"Mörtel ist eine Zement / Sand / Wasser- (und normalerweise Kalk-) Mischung, die zum Verlegen von Mauerwerkseinheiten wie Zementblöcken, Steinen oder Ziegeln bestimmt ist. Mörtel ist" klebrig ", so dass er an Blöcken, Steinen oder Ziegeln haftet. Beton ist so konstruiert, dass er standhält allein."

Ich bin sicher, dass ich hier nicht alle Faktoren behandelt habe, aber dies sollte Ihnen eine Idee geben. Es sind sehr viele Parameter beteiligt. Wichtig ist nicht nur die Menge an Zement und Sand, sondern auch die genaue Zementformulierung, die Art des Sandes und die Menge an Wasser.

Ich bin seit vierzig Jahren praktizierender Steinmetz und habe die langfristigen Auswirkungen der 1: 3-Mischung im Vergleich zur 1: 2-Mischung gesehen. Ich empfehle die 1: 2-Mischung bei richtiger Vorbereitung von der Basis unter dem Fundament und während des gesamten Aufbaus, insbesondere bei Platten und Oberflächen, die viel Wetter ausgesetzt sind. Meine Erfahrung ist jedoch fast ausschließlich in Stein und ich kann sehen, wo die Verwendung der weicheren Mischung mit Ziegel und Block vorteilhafter sein könnte. (Um Risse im Ziegel oder Block zu vermeiden.) Ich werde sagen, dass ich vor über 30 Jahren Stützmauern und Plattenkonstruktionen im Verhältnis 1: 2 gebaut habe, die bis heute keine Risse aufweisen. (26.01.16) Das Verhältnis 1: 2 scheint viel besser zu halten als das Verhältnis 1: 3. Noch eine Notiz. Der Einfrier- / Auftauzyklus ist ein Hauptfeind für alle Mauerarbeiten und das Eindringen von Wasser kann sehr schädlich sein.

Noch ein paar Punkte zum Nachdenken:

• Wenn der Mörtel zu hart ist, biegt er sich nicht und neigt daher dazu, stärker von den Ziegeln getrennt zu reißen.
• Wenn der Mörtel härter als der Ziegel ist, nutzt sich der Mörtel bei Regen / Wind langsamer ab als der Ziegel. Andernfalls bleibt der Mörtel hervorstehen und sammelt Wasser und schwächt die Ziegel.
• Ein härterer Putz lässt auch weniger Wasserdampf durch, sodass die Atmung des Gebäudes unterbrochen / verlangsamt werden kann.

Daher ist manchmal ein schwächerer flexibler Mörtel aus Kalk (und ohne Zement) besser.