Characterizing Components of Cements Using Morphologi G3-ID

Sementtiä tuotetaan vuosittain noin kolme miljardia tonnia. Tämä valtava määrä vastaa 10 % maailman hiilidioksidituotannosta ja 10-15 % maailman energiankulutuksesta teollisuudessa.

Sementin kysyntä kasvaa kehitysmaiden lisääntyvän kasvun myötä, mikä johtaa hiilidioksidituotannon ja energiankulutuksen kasvuun. Tämä aiheuttaa huolenaiheita sosiaalisesta ympäristövastuusta ja luontaisia kustannuksia.

Sementin valmistuksen aiheuttamista CO2-päästöistä noin 50 prosenttia johtuu kalkkikiven kalsinoinnista. Kalkkikiven kalsinoinnissa tuotettu klinkkeri sekoitetaan kipsin kanssa portlandsementin valmistamiseksi, joka on tärkeä ainesosa useimmissa markkinoilla saatavilla olevissa betonissa ja sementissä.

Portlandsementti ei kuitenkaan ole aina ollut sementin keskeinen ainesosa. Roomalaiset käyttivät potsolaani-kalkkisementtiä rakentaessaan rakennuksiaan, joista suurin osa on edelleen pystyssä 2000 vuoden jälkeen.

Pantheon Roomassa, Italiassa on esimerkki potsolaani-kalkkisementillä rakennetusta rakenteesta. Pozzolansementit ovat helpompia työstää, kun ne valetaan ensimmäisen kerran, koska ne kovettuvat hitaasti, mutta nämä sementit kehittävät lujuutta ajan myötä ja ovat paljon vahvempia kuin portlandsementit.

Pozzolaanimateriaaleja, kuten vulkaanista tuhkaa ja lentotuhkaa, käytetään yhä useammin teollisessa sementtituotannossa korvaamaan portlandsementtiä. Tämä ei ainoastaan vähennä kustannuksia ja hiilidioksidipäästöjä, vaan myös lisää pitkäikäisyyttä, kuten Pantheon on osoittanut.

Sementin parempi ymmärtäminen hiukkastasolla voisi auttaa lisäämään hyötyjä ja viime kädessä alentamaan kustannuksia.

Sementtiseoksen eri komponenttien muotoa ja kokoa voidaan luonnehtia yksilöllisesti morfologisesti suunnatun Raman-analyysin avulla Morphologi G3- ID:n avulla. Raman-analyysin tulokset voivat auttaa ratkaisemaan tuotantoon liittyviä ongelmia, saamaan paremman käsityksen tuotekehityksestä tai vertailemaan tuotteita ja eriä.

Menetelmä

Viisi erilaista sementtinäytettä kahdelta eri yritykseltä valittiin testattavaksi Morphologi G3-ID:llä.

Sementin dispergoimiseen voidaan käyttää höyrystysmenetelmää, jossa sementtiä suspendoidaan liuottimessa pieni aliquot-annos liuottimella ja käytetään dispersioinnissa käytettävää ultraääntä. Ennen analyysia suspensiosta levitetään aliquotti ja jätetään kuivumaan mikroskooppilasille. Kuvassa 1 on esimerkkikuva tästä dispersiosta.

Kuva 1. 50-kertainen suurennoskuva sementtidispersiosta.

Morfologisesti suunnatussa Raman-analyysissä näytteestä tehdään ensin morfologinen kuva-analyysi, minkä jälkeen hiukkaskuvista saadaan muotoon ja kokoon liittyvää tietoa. Tästä tutkimuksesta saadun sijaintitiedon avulla palataan automaattisesti kohdehiukkasiin, joista on saatava Raman-spektrit.

Puhtaiden komponenttien spektrit hankitaan referenssikirjaston luomiseksi. Saadut hiukkasspektrit arvioidaan referenssispektrejä vasten, minkä jälkeen tehdään korrelaatiolaskelma. Alhainen korrelaatiopistemäärä tarkoittaa, ettei vastaavuutta ole, kun taas korkea korrelaatiopistemäärä määrittää hyvän vastaavuuden hiukkasen ja referenssispektrin välillä.

Tällä tavoin Raman-spektroskopian tuloksia käytetään hiukkasten luokitteluun erillisiksi komponenteiksi.

Johtopäätökset

Morfologisen analyysin suorittamiseen käytettiin 50-kertaista objektiivia. Koskettavien hiukkasten kuvat jätettiin analyysin ulkopuolelle käyttämällä analyysin jälkeistä muotosuodatinta.

Tässä tutkimuksessa noin 1000-2000 yli 3 µm:n kokoista hiukkasta kohdennettiin kemiallista analyysia varten käyttäen 30 sekunnin ottoaikaa hiukkasta kohti.

Tämä tieto on peräisin, tarkistettu ja muokattu Malvern Panalyticalin toimittamista materiaaleista.

Lisätietoa kyseisestä lähteestä saat osoitteesta Malvern Panalyticalin sivuilta.

Sitaatit