Was passiert eigentlich, wenn ich die Anteile von Zement und Sand im Mörtel variiere?

Codes und andere Leitfäden bieten nominale Mischungskombinationen, die unter allgemeinen Bedingungen recht gut funktionieren.

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 Sandkörnern und auch aus der Scherfestigkeit, die durch den als Klebstoff wirkenden Zement erzielt wird. Daher liefern die Normen bekannte ausgewogene Kombinationen, die zufriedenstellend sind.

Um eine vollständige Kontrolle über die Eigenschaften einer Mörtel-/Betonmischung zu erhalten, müssen Sie die folgenden Kriterien berücksichtigen:

1. Zementmenge: Als Faustregel gilt, dass eine Erhöhung der Zementmenge die Festigkeit erhöht. Ab einem bestimmten Punkt wirkt sie sich auch negativ aus. Da ein Großteil der Kraftübertragung in einer Beton/Mörtelmatrix von der 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 die Zementmenge bei Anwendungen mit geringer Festigkeit, wie z.B. Straßen, geringer, um die Kosten zu optimieren.
2. Wassermenge: Im Allgemeinen wird ein sicherer Betriebsbereich mit einem Wassergehalt zwischen 20% und 35% (w/w Zement) in Betracht gezogen. Ein geringerer Wassergehalt ergibt eine niedrige Festigkeit und ein weniger manövrierfähiges Mischgut für ebene Bedingungen wie Straßenbau. Ein höherer Wassergehalt wird im Allgemeinen unter besonderen Bedingungen wie dem Auslegen von Pfählen mit Tremie verwendet, wo die frei fließende Beschaffenheit des Mischguts erforderlich ist. Obwohl ein hoher Wassergehalt auch zu einer geringeren Festigkeit führt, gibt es andere Umgehungsmöglichkeiten (die bereits erwähnt wurden).
3. Sandmenge: Eine sehr hohe Sandmenge macht Ihre Mischung sehr spröde und schwach gegenüber allen Arten von Kräften. Bei M20, M25 usw. beträgt das allgemeine Verhältnis 1:3. Bei hochfester Mischung (M35+) ist es jedoch besser, 1:2 zu verwenden und irgendwo in der Nähe davon.
4. Aggregatmenge: Aggregate haben zwei Gründe, um dort zu sein - Wirtschaftlichkeit und Festigkeit. Sie sind billig und eignen sich gut als Füllstoff. Sehr hohe und sehr niedrige Mengen an Gesteinskörnungen ergeben eine schlechte Festigkeit, aber eine vielfältige wirtschaftliche Lösung. Eine moderate Menge ist gut genug.
5. Form der Gesteinskörner: Im Allgemeinen führt eine zunehmende Krümmung der Gesteinskörner zu einer zunehmenden Festigkeit, da sie eine größere Kontaktfläche und bessere Verriegelungsmöglichkeiten bieten.
6. Lufteintrag: Ein hoher Luftgehalt in der Mischung führt zu einer geringeren Festigkeit. Aus diesem Grund wird hochfester Beton vor dem Verlegen gerüttelt, um die kleinen Lufteinschlüsse zu entfernen. Ein niedriger Luftgehalt führt zu geringer Manövrierfähigkeit, so dass manchmal “Luftporenbildner” (chemische Zusätze) verwendet werden, um das gewünschte Fließverhalten zu erzielen, ohne den Wassergehalt und damit die Festigkeit zu verändern.
7. Additive: Physikalische Additive wie ‘Feinkieselkieselpulver’, ‘Flugasche’ ermöglichen die Zementreduzierung und sorgen für Wirtschaftlichkeit. Feinkieselkiesel ist … sehr fein, so dass es in die kleinsten Hohlräume eindringt und durch Reduzierung des Luftgehalts eine gute Kontaktfestigkeit bietet. Flugasche ist ein allgemeiner Ersatz für Zement. Sie ist ein Nebenprodukt aus Wärmekraftwerken und sehr billig. Bis zu 15% Zement können durch Feinkiesel und bis zu ~40% durch Flugasche ersetzt werden. Chemische Zusätze wie Fließmittel sorgen für eine effektive Erhöhung der Verarbeitbarkeit oder sogar für eine Wasserreduzierung bei ähnlicher Verarbeitbarkeit - und damit für eine Mischung mit höherer Festigkeit.

tldr; Halten Sie sich an die empfohlene Mischung.

Lesen Sie auch und stimmen Sie ab diese andere hervorragende Antwort .

Nun, hier kommt die Wissenschaft:

Beton, Mörtel und Einpressmörtel sind alles Mischungen aus Portlandzement, Wasser und Zuschlagstoffen ( Sand, und im Falle von Beton: Kies.)

Beton wird für strukturelle Zwecke verwendet, und seine Hauptaufgabe ist es, eine Last zu tragen. Der ideale Beton ist ein solider, monolithischer Gesteinsblock ohne jeglichen Zement. Offensichtlich ist dies nicht sehr praktikabel. Das Nächstbeste ist eine Mischung, die zumeist aus Zuschlagstoffen besteht, die fein abgestuft sind, um alle Größen von Staub bis zu Felsbrocken zu enthalten, so dass die Menge an Zement, die zum Zusammenkleben erforderlich ist, minimiert wird. Je weniger Zement, desto stärker ist der Beton, vorausgesetzt, es ist genug Zement vorhanden, um ihn zusammenzuhalten.

Mörtel ist halbstrukturell. Er ist dazu da, Ziegel zusammenzukleben, muss aber in der Lage sein, die Last über dünne Schichten zu tragen. Er besteht hauptsächlich aus grobem Sand, der mit Portlandzement zusammengehalten wird. Es sind Sand-gegen-Sand-Kräfte, die dem Mörtel seine Festigkeit verleihen, daher würde ich nur ungern die Sandmenge in der Mischung reduzieren.

Mörtel und Dünnbettmörtel sind nicht strukturell, da sie kein wirkliches Gewicht tragen müssen. Sie werden beim Fliesenlegen verwendet, um seitliche Bewegungen zu verhindern oder um ein Bauteil (d.h. Unterböden) zu nivellieren. Sie bestehen hauptsächlich aus Feinsand und Portlandzement.

Nun müssen wir den Zement selbst betrachten. Das w/z-Verhältnis (Wasser-Zement) ist der wichtigste Faktor für die Endfestigkeit des ausgehärteten Zements. Je weniger Wasser zugegeben wird, desto stärker ist das Endprodukt (wiederum bis zu einem bestimmten Mindestpunkt.) Dies würde uns also sagen, dass wir für einen guten Zement eine relativ trockene Mischung wünschen? Falsch. Es gibt noch zwei weitere Faktoren: Verarbeitbarkeit und Aushärtung.

Verarbeitbarkeit: Dies ist die Leichtigkeit, mit der der Mörtel gegossen, geformt und geglättet werden kann. Offensichtlich wollen Sie, dass ein Mörtel etwas steifer als Beton ist, da Beton gegossen und Mörtel verteilt wird. Er muss in der Lage sein, selbstständig zu stehen. Aber wenn man ihn zu steif macht, kann man ihn überhaupt nicht bearbeiten. Die Lösung ist, mehr Wasser hinzuzufügen. Für Strukturbauteile gibt es Zusätze, die als Fließmittel bezeichnet werden, die die Verarbeitbarkeit verbessern, ohne das w/z-Verhältnis zu verändern, aber sie sind in einem Mörtel nicht nützlich/kostenwirksam. Das ist auch der Grund, warum ich eine Erhöhung der Sandmenge nicht in Betracht ziehen würde - man verliert dann die Verarbeitbarkeit.

Aushärten: Zement hört nie auf zu härten. Wir betrachten jedoch 28 Tage als eine vollständige Aushärtung, in denen der Zement seine Nennfestigkeit erreicht. Die Aushärtung ist der Prozess, bei dem sich die Zementpartikel an vorhandene Wasserteilchen binden und aushärten. Das bedeutet, dass die vollen 28 Tage lang Wasser vorhanden sein muss! Nachdem die ursprüngliche Mischung abgebunden hat, müssen wir nun die Oberfläche feucht halten. Sie werden strukturelle Pads sehen, die mit Kunststoff bedeckt sind - das ist, um die Verdunstung zu reduzieren. Sie werden auch Wasserwagen sehen, die frisch gegossene Pads abspritzen, um sie feucht zu halten. (Hochwertige Fertigteile werden oft im Werk dampfgehärtet.) Im Falle eines Mörtels ist unsere freiliegende Oberfläche jedoch klein und vertikal, was es schwierig macht, das erforderliche Wasser nachträglich hinzuzufügen, so dass wir das überschüssige Wasser in die Mischung einarbeiten müssen. Dies verringert natürlich die Festigkeit gegenüber dem w/z-Verhältnis, erhöht aber die Festigkeit aufgrund der Aushärtung.

Wie Sie sehen, handelt es sich eigentlich um eine sehr komplexe Wissenschaft, bei der viele Faktoren zu berücksichtigen sind. Das Fazit ist, dass Sie oder ich nicht ohne einen wirklich guten Grund mit empfohlenen Mischungen herumspielen sollten - wir haben weder die Erfahrung noch das Wissen, um die Konsequenzen zu verstehen. – Die Industrie hat festgestellt, dass die Standardmischungen der beste Allzweck-Kompromiss für die vielen widersprüchlichen Faktoren sind.

Ich bin seit vierzig Jahren als Steinmetz tätig und habe die langfristigen Auswirkungen der 1:3-Mischung im Vergleich zur 1:2-Mischung gesehen. Bei richtiger Vorbereitung von der Basis unter dem Fundament und während des gesamten Baus empfehle ich die 1:2-Mischung besonders bei Fliesen und Oberflächen, die viel Wetter ausgesetzt sein werden. Ich habe jedoch fast ausschließlich Erfahrungen mit Stein gemacht, und ich sehe, wo die Verwendung der weicheren Mischung mit Ziegeln und Blöcken vorteilhafter sein könnte. (Um Risse im Ziegel oder Block zu vermeiden.) Ich möchte sagen, dass ich vor über 30 Jahren Stützmauern und Plattenstrukturen im Verhältnis 1:2 gebaut habe, die bis heute keine Risse aufweisen.(26.01.16) Das Verhältnis 1:2 scheint Wasser viel besser standzuhalten als das Verhältnis 1:3. Noch eine Anmerkung. Der Frost-/Tauzyklus ist ein Hauptfeind aller Mauerwerksarbeiten, und das Eindringen von Wasser kann sehr schädlich sein.

Ein paar weitere Punkte, über die man nachdenken sollte:

• Wenn der Mörtel zu hart ist, wird er sich nicht biegen und daher eher dazu neigen, sich von den Ziegeln zu lösen.
• Wenn der Mörtel härter ist als der Ziegel, dann wird sich der Mörtel bei Regen/Wind langsamer abnutzen als der Ziegel, andere zusammen mit Zeitschaltuhr mit wird den Mörtel herausstehen lassen, der dann Wasser sammelt und die Ziegel schwächt.
• Ein härterer Putz lässt auch weniger Wasserdampf durch, so dass die Atmung des Gebäudes angehalten/verlangsamt werden kann.

Daher ist manchmal ein schwächerer flexibler Mörtel, der mit Kalk (und ohne Zement) hergestellt wird, besser.