5 Aanvulling hoofdstuk 5 Anorganische bindmiddelen

Transcriptie

1 5 Aanvulling hoofdstuk 5 Anorganische bindmiddelen 5.1 De productie van portlandcement 5.2 Opnamen elektronenmicroscoop 5.3 De productie van hoogovencement 5.4 De productie van portlandvliegascement 5.5 De kleur van beton met hoogovencement 5.1 De productie van portlandcement Bij paragraaf 5.1 in het boek. Het opwerkingsproces van ruwe grondstoffen tot portlandcement vraagt om een grote energietoevoer en veroorzaakt een grote CO 2 -uitstoot. De grote energiebehoefte komt benodigde energie om de ruwe grondstoffen geschikt te maken voor voeding in de grote klinkeroven en door de hoge temperatuur die in de oven moet worden aangehouden. Om deze redenen is het natte opwerkingsproces van de grondstoffen verlaten omdat het wegstoken van het water in de oven te veel energie opslorpte. De grote CO 2 -uitstoot is te wijten aan de verbranding van de energiedragers (olie, aardgas en dergelijke) en aan de omzetting van CaCO 3 (dus het mergel) naar CaO, waarbij CO 2 vrijkomt. De CO 2 -uitstoot door de omzetting van CaCO 3 kan alleen omlaag als er minder portlandklinker geproduceerd wordt, dus als er minder mergel wordt verbruikt. Om die reden is men er mede toe overgegaan om de portlandklinker te versnijden met andere stoffen zoals vliegas en gegranuleerde hoogovenslak, waardoor de vraag naar mergel enigszins wordt afgeremd. Ook is de kleibehoefte aangepast door gebruik te maken van een klei met 60 tot 80% zand. De cementindustrie probeert tevens te besparen op hoogwaardige energiedragers zoals aardgas en olie, door naast deze energiebronnen ook andere aan te boren. De cementindustrie wordt hierbij geconfronteerd met bezwaren van omwonenden vanwege de veronderstelde ongunstige milieuaspecten als er andere energiedragers worden ingezet. De cementindustrie heeft echter grote bedragen geïnvesteerd in maatregelen ter voorkoming van milieubelasting tijdens het stoken van de cementoven. De moderne productie van portlandklinker en portlandcement is weergegeven in figuur A5.1 en A5.2. Grondstoffen Poederkoolvliegas Gegranuleerde hoogovenslak Zavel Mergel Draaioven Figuur A5.1 De productie van portlandklinker Aanvulling hoofdstuk 5 Anorganische bindmiddelen 1

2 Grondstoffen Poederkoolvliegas Gipsanhydriet Malen Portlandcement CEM I Figuur A5.2 De productie van portlandcement Bij de meeste portlandklinkerfabrieken zijn zavel en mergel de hoofdbestanddelen. Soms voegt men voor het malen van de klinker nog een fijnkorrelig product, zoals vliegas. Aanvulling hoofdstuk 5 Anorganische bindmiddelen 2

3 5.2 Opnamen elektronenmicroscoop Bij paragraaf 5.2 in het boek. Figuur A5.3 laat een portlandklinker zien in een elektronenmicroscoop (Scanning Electron Microscope, SEM-opname). 1 aliet, C3S = (3CaO)(SiO2) 2 beliet, C2S = (2CaO)(SiO2) 3 interstitiële matrix C3A+C4AF, dus (3CaO)(Al2O3) + (4CaO)(Al2O3)(Fe2O3) Figuur A5.3 SEM-opname cementklinker Bron: S. Sarkar, B. Samer, The microstructural approach to solving clinkerrelated problems. In: STP1215, Petrography of Cementious Materials, ASTM Publication, 1994, p In een elektronenmicroscoop kan men van diverse detectoren gebruikmaken en figuur A5.4 geeft het resultaat van een back-scattering detector van een gepolijst klinkerdeeltje. A B AL F P aliet, C3S = (3CaO)(SiO2) beliet, C2S = (2CaO)(SiO2) C3A = (3CaO)(Al2O3) dentritisch C4AF porie Figuur A5.4 Back-scattered opname in een elektronenmicroscoop van cementklinker Bron: P. Stutzman, Application of Scanning Electron Microscopy in Cement and Concrete Petrography. In: STP1215, Petrography of Cementious Materials, ASTM Publication, p Aanvulling hoofdstuk 5 Anorganische bindmiddelen 3

4 5.3 De productie van hoogovencement Bij paragraaf 5.3 in het boek. Bij de productie van ruwijzer bij staalfabrieken wordt (in Nederland in IJmuiden) het vloeibare hoogovenslak, dat op het vloeibare ruwijzer drijft, afgetapt uit de hoogoven. Vervolgens wordt de vloeistof met (zee)water zeer snel afgekoeld. Als gevolg hiervan ontstaat het zeer amorfe hoogovenslakkenzand. Dit een glasachtig product dat in een waterig milieu een verbinding aangaat met Ca(OH) 2 (calciumhydroxide of 'kalk'). Aangezien portlandcement bij hydratatie kalk ontwikkelt, is het niet onlogisch om een gedeelte van het portlandcement te vervangen door gemalen hoogovenslakkenzand. In de praktijk worden de portlandklinker, het slakkenzand en anhydriet (CaSO 4 ) in één procesgang in geweldige maalinstallaties gemalen tot het eindproduct hoogovencement. De cementindustrie is in staat om door het slakkengehalte te variëren en de maalfijnheid aan te passen om hoogovencement van verschillende sterkteklassen te produceren. Het hoogovencement kan gemaakt worden met vervangingspercentages van de portlandklinker tot ruwweg 50 en 75%. Grondstoffen Gegranuleerde hoogovenslak Anhydriet (CaSO 4 ) Malen Portlandcement CEM III Figuur A5.5 De productie van hoogovencement Aanvulling hoofdstuk 5 Anorganische bindmiddelen 4

5 5.4 De productie van portlandvliegascement Bij paragraaf 5.4 in het boek. Vliegas ontstaat bij de verbranding van poederkool in elektriciteitscentrales en in afvalverbrandingsinstallaties. De vliegas van elektriciteitscentrales is geschikt om te verwerken als ruwe grondstof bij de cementfabricage dan wel om toe te passen als vulstof respectievelijk cementvervanger bij de productie van beton. Er worden duidelijke eisen gesteld aan de kwaliteit van de vliegas; niet iedere vliegas is hiervoor geschikt. Ook vliegas reageert in een waterig milieu met Ca(OH) 2 alleen gaat dit proces veel trager dan bij gemalen hoogovenslakken en is er een hogere ph voor nodig. Ook vliegas is voor een groot gedeelte glasachtig en de meeste glazen lossen op in zeer alkalische vloeistoffen. Het poriewater van verhardende beton is inderdaad een zeer alkalische vloeistof met een hoge ph. Omdat vliegas zoveel trager reageert dan hoogovenslak, is het niet mogelijk om dezelfde vervangingspercentages te bereiken als bij hoogovencement. Gedacht moet worden aan vervangingspercentages tot ruwweg 27%. Om toch dezelfde 28-daagse sterkte te bereiken als bij gewoon portlandcement CEM I 32,5 zal het poeder fijner gemalen moeten worden dan het CEM I 32,5. Het specifiek oppervlak van portlandvliegascement is ongeveer 420 m 2 /kg. Het gewone portlandcement CEM I 32,5 heeft een specifiek oppervlak van ongeveer 280 m 2 /kg. In figuur A5.6 is het productieschema van portlandvliegascement weergegeven. Grondstoffen Gipsanhydriet Poederkoolvliegas Malen Als te grof dan: Mengen Portlandvliegascement CEM II 32,5 Figuur A5.6 De productie van portlandvliegascement Aanvulling hoofdstuk 5 Anorganische bindmiddelen 5

6 5.5 De kleur van beton met hoogovencement Bij paragraaf 5.6 in het boek. De hoogovenslak bevat verbindingen van ijzer en zwavel die na de verharding van de cement blauw kleuren. Dus verse beton zal een blauwe kleur te zien geven. Deze verbindingen zijn niet aanwezig in portlandcement waardoor portlandcement beton een grijze kleur zal hebben na verharding. In het verloop van de tijd oxideren de blauwkleurende verbindingen waardoor op den duur de blauw kleur aan het oppervalk van beton met hoogovencement zal verdwijnen. Aanvulling hoofdstuk 5 Anorganische bindmiddelen 6