Caracterizarea componentelor cimentului folosind morfologia G3-ID

În fiecare an, se produc aproximativ trei miliarde de tone de ciment. Acest volum uriaș reprezintă 10% din producția globală de CO2 și 10-15% din consumul global de energie în industrie.

Domanda de ciment crește odată cu creșterea tot mai mare a națiunilor în curs de dezvoltare, ceea ce duce la creșterea producției de CO2 și a consumului de energie. Acest lucru creează preocupări legate de responsabilitatea socială de mediu și costuri inerente.

Aproximativ 50% din emisiile de CO2 cauzate de producția de ciment se datorează calcinării calcarului. Clinkerul produs în urma calcinării calcarului este amestecat cu gips pentru a produce ciment Portland, care este un ingredient important în majoritatea betonului și cimentului disponibil pe piață.

Cu toate acestea, cimentul Portland nu a fost întotdeauna un ingredient cheie al cimentului. Romanii au folosit cimenturi Pozzolan-calcaroase pentru a-și construi structurile, dintre care majoritatea au rămas încă în picioare după 2000 de ani.

Panteonul din Roma, Italia, este un exemplu de structură construită din ciment Pozzolan-calcaros. Cimenturile pozzolanice sunt mai ușor de lucrat atunci când sunt turnate pentru prima dată, deoarece se întăresc lent, însă aceste cimenturi își dezvoltă rezistența în timp și sunt mult mai puternice decât cimenturile Portland.

Materialele pozzolanice, cum ar fi cenușa vulcanică și cenușa zburătoare, sunt din ce în ce mai mult folosite în producția industrială de ciment ca înlocuitor al cimentului Portland. Acest lucru nu numai că reduce costurile și emisiile de CO2, dar crește și longevitatea, așa cum a dovedit Panteon.

O mai bună înțelegere a cimentului la nivel de particule ar putea contribui la creșterea beneficiilor și, în cele din urmă, la reducerea costurilor.

Forma și dimensiunea diferitelor componente dintr-un amestec de ciment pot fi caracterizate individual prin analiza Raman dirijată morfologic cu ajutorul Morphologi G3- ID. Rezultatele analizei Raman pot ajuta la rezolvarea problemelor de producție, la o mai bună înțelegere a dezvoltării produsului sau la compararea produselor și a loturilor.

Metodologie

Cinci probe diferite de ciment de la două companii diferite au fost selectate pentru a fi testate cu ajutorul Morphologi G3-ID.

Pentru a dispersa cimentul se poate folosi o metodă de evaporare care implică suspendarea unei mici părți alicotale de ciment într-un solvent și utilizarea ultrasunetelor pentru dispersie. Înainte de analiză, o parte aliquotă din suspensie este împrăștiată și lăsată să se usuce pe o lamelă de microscop. Figura 1 prezintă un exemplu de imagine a acestei dispersii.

Figura 1. Imagine cu mărire de 50x a unei dispersii de ciment.

O analiză Raman dirijată morfologic presupune efectuarea mai întâi a unei analize morfologice a imaginii probei, apoi se obțin informații legate de formă și dimensiune din imaginile particulelor. Datele de poziționare obținute în urma acestei investigații sunt utilizate pentru a reveni automat la particulele țintă de la care trebuie obținute spectrele Raman.

Spectrele din componentele pure sunt achiziționate pentru a crea o bibliotecă de referință. Spectrele particulelor obținute, sunt evaluate în raport cu spectrele de referință și ulterior se face un calcul de corelație. Un scor de corelație scăzut indică faptul că nu există nicio potrivire, în timp ce un scor de corelație ridicat specifică o potrivire bună între spectrul particulei și cel de referință.

În acest mod, rezultatele spectroscopiei Raman sunt folosite pentru a clasifica particulele ca fiind componente separate.

Concluzie

Un obiectiv de 50x a fost folosit pentru a efectua analiza morfologică. Imaginile particulelor care se atingeau au fost excluse din analiză cu ajutorul unui filtru de formă post-analiză.

În acest studiu, aproximativ 1000 până la 2000 de particule care măsoară mai mult de 3 µm au fost vizate pentru analiza chimică, folosind un timp de achiziție de 30 de secunde pentru fiecare particulă.

Aceste informații au fost obținute, revizuite și adaptate din materiale furnizate de Malvern Panalytical.

Pentru mai multe informații despre această sursă, vă rugăm să vizitați Malvern Panalytical.

Citate

.