Characterizing Components of Cements Using Morphologi G3-ID

Elk jaar wordt ongeveer drie miljard ton cement geproduceerd. Dit enorme volume is goed voor 10% van de wereldwijde CO2-productie en 10-15% van het wereldwijde energieverbruik in de industrie.

De vraag naar cement neemt toe met de toenemende groei van ontwikkelingslanden, wat resulteert in een toename van de CO2-productie en het energieverbruik. Dit leidt tot bezorgdheid over de sociale verantwoordelijkheid voor het milieu en tot inherente kosten.

Bijna 50% van de CO2-uitstoot die door de productie van cement wordt veroorzaakt, is het gevolg van het branden van kalksteen. De klinker die bij het branden van kalksteen wordt geproduceerd, wordt met gips vermengd tot portlandcement, dat een belangrijk ingrediënt is van het meeste beton en cement dat op de markt verkrijgbaar is.

Portlandcement is echter niet altijd een hoofdbestanddeel van cement geweest. De Romeinen gebruikten Pozzolan-kalkcement voor de bouw van hun bouwwerken, waarvan de meeste na 2000 jaar nog steeds overeind staan.

Het Pantheon in Rome, Italië, is een voorbeeld van een met Pozzolan-kalkcement gebouwd bouwwerk. Pozzolan-cement is gemakkelijker te verwerken wanneer het voor het eerst wordt gegoten, omdat het langzaam hard wordt, maar na verloop van tijd wordt het sterker en is het veel sterker dan portlandcement.

Pozzolan-materialen, zoals vulkanisch natriumcarbonaat en vliegas, worden steeds vaker gebruikt bij de industriële productie van cement als vervanging voor portlandcement. Dit vermindert niet alleen de kosten en de CO2-uitstoot, maar verhoogt ook de levensduur, zoals bewezen door het Pantheon.

Een beter begrip van het cement op deeltjesniveau zou kunnen helpen om de voordelen te vergroten en uiteindelijk de kosten te verlagen.

De vorm en grootte van verschillende componenten in een cementmengsel kunnen individueel worden gekarakteriseerd door middel van morfologisch gerichte Raman-analyse met behulp van de Morphologi G3- ID. De resultaten van de Raman-analyse kunnen helpen om productieproblemen op te lossen, een beter inzicht te krijgen in productontwikkeling, of producten en batches te vergelijken.

Methodologie

Vijf verschillende cementmonsters van twee verschillende bedrijven werden geselecteerd om te worden getest met behulp van de Morphologi G3-ID.

Een verdampingsmethode waarbij een kleine hoeveelheid cement in een oplosmiddel wordt gesuspendeerd en ultrageluid wordt gebruikt voor dispersie, kan worden gebruikt voor het dispergeren van cement. Vóór de analyse wordt een aliquot van de suspensie uitgesmeerd en op een microscoopglaasje te drogen gelegd. Figuur 1 toont een voorbeeldbeeld van deze dispersie.

Figuur 1. 50x vergrotingsafbeelding van dispersie van cement.

Bij een morfologisch gerichte Raman-analyse wordt eerst een morfologische beeldanalyse op het monster uitgevoerd, waarna informatie met betrekking tot vorm en grootte wordt verkregen uit de deeltjesbeelden. De uit dit onderzoek verkregen positionele gegevens worden gebruikt om automatisch terug te keren naar de doeldeeltjes waarvan Raman spectra moeten worden verkregen.

De spectra van zuivere componenten worden verkregen om een referentiebibliotheek samen te stellen. De verkregen deeltjes spectra worden geëvalueerd tegen de referentie spectra en een correlatie berekening wordt vervolgens gemaakt. Een lage correlatiescore wijst op geen overeenkomst, terwijl een hoge correlatiescore wijst op een goede overeenkomst tussen het deeltjes- en referentiespectrum.

Op deze wijze worden de Raman-spectroscopieresultaten gebruikt om de deeltjes als afzonderlijke componenten te classificeren.

Conclusie

Een 50x objectief werd gebruikt om morfologische analyse uit te voeren. De beelden van deeltjes aanraken werden uitgesloten van de analyse met behulp van een post-analyse vorm filter.

In deze studie werden ongeveer 1000 tot 2000 deeltjes van meer dan 3 µm gericht op chemische analyse, met behulp van een acquisitietijd van 30 seconden per deeltje.

Deze informatie is afkomstig, beoordeeld en aangepast van materialen die door Malvern Panalytical.

Voor meer informatie over deze bron, bezoek Malvern Panalytical.

Citations