🧱 Zementfestigkeit
Bestimmung der Druck- und Biegezugfestigkeit von Zement an 40×40×160 mm Normenmörtel-Prismen. Grundlage für Zementklassifizierung in Festigkeitsklassen.
Übersicht
Die Prüfung der Zementdruckfestigkeit (und optional Biegezugfestigkeit) ist eine grundlegende Prüfung in der Bindemitteltechnologie. Das 28-Tage-Ergebnis bildet die Grundlage für die Klassifizierung von Zement in Festigkeitsklassen (32,5; 42,5; 52,5 MPa) und Frühfestigkeitsunterklassen (N — normal, R — hoch). Die Prüfung wird an Normenmörtel-Prismen der Abmessungen 40×40×160 mm durchgeführt.
Die Norm PN-EN 196-1 legt die Normenmörtelzusammensetzung präzise fest: 450 g Zement + 1350 g Normensand (CEN) + 225 g Wasser (w/z = 0,50). CEN-Normensand ist zertifizierter natürlicher Quarzsand mit streng definierter Körnung, hergestellt von benannten Laboren (z. B. SNL in Frankreich, Normensand GmbH in Deutschland). Die Verwendung von nicht standardisiertem Sand macht das Ergebnis ungültig.
Der Mörtel wird in einem automatischen Mischer gemäß strengem Zeitprogramm gemischt, in dreiteiligen Formen geformt und auf einem Rütteltisch verdichtet (60 Zyklen in 60 s). Nach dem Ausschalen (nach 24 h) werden die Prismen in Wasser bei 20 ± 1°C bis zum Prüftag gelagert (2 oder 7 Tage — Frühfestigkeit, 28 Tage — Normalfestigkeit).
Die Prüfung ist bei der werkseigenen Produktionskontrolle von Zement (WPK), der Konformitätsbewertung gem. PN-EN 197-1 und der Produktzertifizierung verpflichtend. Zementwerke führen diese Prüfung täglich durch. Prüflabore führen sie im Rahmen der Marktüberwachung und Ringversuche (PT) durch.
Prinzip der Methode
Normenmörtel-Prismen 40×40×160 mm werden nach entsprechender Lagerungszeit zunächst auf Biegung, dann die entstandenen Hälften auf Druck geprüft. Beim Biegeversuch wird das Prisma auf zwei Auflagern (100 mm Abstand) platziert und mit Einzellast in der Spannweitenmitte mit 50 ± 10 N/s belastet. Beim Druckversuch wird die Prismenhälfte zwischen zwei 40×40 mm Druckplatten platziert und mit 2400 ± 200 N/s belastet. Druckfestigkeit Rc = Fc/1600 [MPa], wobei Fc — Bruchkraft [N].
Anwendungen
- Klassifizierung von Zement in Festigkeitsklassen (32,5; 42,5; 52,5 MPa)
- Werkseigene Produktionskontrolle von Zement (WPK gem. PN-EN 197-2)
- Bewertung der Zementkonformität mit Norm PN-EN 197-1
- Typprüfung (ITT) neuer Zementarten
- Ringversuche (PT/ILC) von Zementlaboren
- Qualitätskontrolle von Spezialzementen (sulfatbeständig, niedrig-hydratisierend)
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Prismenabmessungen | 40 × 40 × 160 mm |
| Mörtelzusammensetzung | 450 g Zement + 1350 g CEN-Sand + 225 g Wasser |
| Belastungsgeschwindigkeit (Druck) | 2400 ± 200 N/s |
| Belastungsgeschwindigkeit (Biegung) | 50 ± 10 N/s |
| Lagerungsbedingungen | Wasser 20 ± 1°C |
| Prüfalter | 2 Tage (früh R) oder 7 Tage (früh N) und 28 Tage |
Norm
- Normnummer
- PN-EN 196-1:2016
- Titel (PL)
- Metody badania cementu — Część 1: Oznaczanie wytrzymałości
- Title (EN)
- Methods of testing cement — Part 1: Determination of strength
Schritt-für-Schritt-Verfahren
1. Materialvorbereitung
Zement, Sand und Wasser auf 20 ± 1°C temperieren. Wiegen: 450 ± 2 g Zement, 1350 ± 5 g CEN-Sand, 225 ± 1 g Wasser.
2. Formenvorbereitung
Dreiteilige Formen reinigen. Schalöl auftragen. Auf Rütteltisch montieren. Dichtheit prüfen.
3. Mörtelmischen
Wasser in Mischer gießen. Zement hinzufügen. 30 s mischen (langsam). Sand über 30 s zugeben. 30 s mischen (schnell). Pause 90 s. 60 s mischen (schnell).
4. Prismenformung
Formen in zwei Lagen mit Mörtel füllen. Nach jeder Lage auf Rütteltisch verdichten (60 Stöße in 60 s). Oberfläche glätten.
5. Anfangslagerung
Formen in Feuchtekammer (20 ± 1°C, rel. Feuchte ≥90%) für 24 h stellen. Mit Glasplatte abdecken.
6. Ausschalen
Nach 24 h Prismen vorsichtig ausschalen. Kennzeichnen (Nummer, Datum). In Wasserbad 20 ± 1°C stellen.
7. Wasserlagerung
In Wasser 20 ± 1°C bis Prüftag lagern. Wasser muss Prismen min. 5 mm bedecken. Alle 2 Wochen wechseln.
8. Biegezugfestigkeitsprüfung
Prisma aus Wasser entnehmen. Auf Auflager (100 mm) platzieren. Mit 50 ± 10 N/s bis zum Bruch belasten. Bruchkraft Ff aufzeichnen.
9. Druckfestigkeitsprüfung
Prismenhälften zwischen 40×40 mm Platten platzieren. Mit 2400 ± 200 N/s bis zum Versagen belasten. Kraft Fc aufzeichnen.
10. Ergebnisberechnung
Rf = 1,5 × Ff × l / b³ [MPa] (Biegung, l=100 mm, b=40 mm). Rc = Fc / 1600 [MPa] (Druck). Ergebnis = Mittelwert von 6 Druckwerten.
11. Bewertung und Klassifizierung
Rc28 mit PN-EN 197-1-Anforderungen vergleichen: Klasse 32,5 (≥32,5 MPa), 42,5 (≥42,5 MPa), 52,5 (≥52,5 MPa). Rc2 oder Rc7 prüfen.
12. Dokumentation
Bericht erstellen: Zementart, Mischdatum, Lagerungsbedingungen, Rf- und Rc-Ergebnisse, Klassifizierung.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Zementprismen-Presse | Controls Autotest 300, Matest E161/E159, TZB-130 (ARHO) | 40 000–150 000 PLN |
| Biegezugprüfvorrichtung | Auflagerabstand 100 mm, Rate 50 ± 10 N/s | 5 000–15 000 PLN (im Set mit Presse) |
| Automatischer Mörtelmischer | Controls 65-L0005, Matest E093 — Mischprogramm gem. PN-EN 196-1 | 8 000–20 000 PLN |
| Dreiteilige Formen 40×40×160 mm | Stahl gem. PN-EN 196-1, Controls, Matest | 1 500–4 000 PLN/Stück |
| Rütteltisch | Controls 65-L0030, Matest E095 — 60 Rüttelstöße in 60 s | 5 000–12 000 PLN |
| Thermostatisches Wasserbad | Controls 65-L0006 — 20 ± 1°C, Fassungsvermögen min. 100 L | 3 000–10 000 PLN |
| Laborwaage | Radwag PS 6000/C/2, Genauigkeit 1 g, Bereich bis 6000 g | 2 000–5 000 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| CEN-Normensand (EN 196-1) | — | Zertifizierter Quarzsand, Körnung 0,08–2,0 mm, 1350-g-Packungen, Hersteller: SNL/Normensand |
| Prüfzement | — | Zementprobe entnommen gem. PN-EN 196-7, in verschlossenem Behälter gelagert |
| Destilliertes oder deionisiertes Wasser | — | Zur Mörtelvorbereitung (225 g pro Ansatz) und Füllung des Lagerungstanks |
| Schalöl | — | Dünne Schicht auf innere Formflächen — erleichtert Prismenentschalung |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Prüfpresse — Quetschgefahr, Schutzhauben verwenden
- Zement — reizend für Haut und Augen (pH>12), Handschuhe und Schutzbrille
- Zementstaub — FFP2-Maske beim Wiegen und Mischen verwenden
- Mörtelfragmente beim Versagen — Schutzbrille
- Heißes Wasser (optional) — bei beschleunigten Prüfungen