Portland-Zement

All the clinker compounds form solid solutions with small amounts of every element that is in a clinker., Zusätzlich zu den vier Hauptoxiden sind MgO, K2O und Na2O in den meisten Rohstoffen allgegenwärtige Verunreinigungen. Unreine C3S wird alite genannt: Es reagiert schneller mit Wasser als reines C2S. C2S existiert als vier Hauptpolymorphe: γ, β, α‘ und α. Bei Umgebungstemperaturen ist der nichthydraulische γ-Polymorph thermodynamisch stabil, aber im Zement stabilisieren Verunreinigungen den hydraulischen β-Polymorph. Unreines C3A enthält erhebliche Mengen (∼10 mol.% ) von Eisen, das es weniger reaktiv als die reine Verbindung machen kann., Hohe Natriumsubstitutionspegel verändern seine Kristallstruktur von orthorhombisch zu kubisch mit einer entsprechenden Abnahme der Reaktivität.

C4AF hat keine exakte Stöchiometrie; Kontinuierliche feste Lösung zwischen A und F erlaubt es, seine Zusammensetzung von etwa C6A2F bis C6AF2 zu variieren. Aus diesem Grund wird C4AF üblicherweise als Ferritphase bezeichnet. Obwohl in vielen Zementen die Zusammensetzung der Ferritphase C4AF nahe kommt, ist die Zusammensetzung in solchen mit sehr niedrigem C3A-Gehalt näher an C6AF2. Wenn der Eisengehalt zunimmt, nimmt die Reaktivität der Ferritphase ab., Es ist die Ferritphase, die Zement seine Farbe verleiht: Wenn MgO in der Ferritphase vorhanden ist, wird es schwarz und der Zement grau.

Wenn der MgO-Gehalt niedrig ist oder wenn die Ferritphase nennenswertes eisenhaltiges Eisen enthält (aufgrund einer reduzierenden Atmosphäre im Ofen), ist der Zement bräunlicher. Darüber hinaus ist kristallines MgO (Periklase) in den meisten Klickern vorhanden, typischerweise im Bereich von 2-4 Gew.%. Die Menge an MgO ist begrenzt, da die langsame Hydratation zu störenden Ausdehnungen in der ausgehärteten Paste führen kann., In Klinkern, die unter Verwendung von schwefelreicher Kohle als Brennstoff hergestellt werden, treten manchmal Alkalisulfate wie KS oder C2KS3 auf; Diese Verbindungen können das Einstellverhalten beeinflussen und die 28-Tage-Stärke senken.

Zemente können nach den ASTM-Typen in Tabelle 2 klassifiziert werden. Diese Klassifikationen basieren hauptsächlich auf Leistung und nicht auf Zusammensetzung, obwohl Zemente desselben Typs im Allgemeinen weitgehend ähnliche Zusammensetzungen aufweisen. Über 90% aller in den USA hergestellten Portlandzementarten sind Typ I. Wenn eine höhere Festigkeit im frühen Alter (1-3 Tage) erforderlich ist, kann ein Typ III verwendet werden., Dies ist feiner gemahlen, so dass seine gesamte Hydratation schneller ist. Zement vom Typ IV kann verwendet werden, um thermische Risse in Massenbeton zu vermeiden, indem die Hydratationswärme und damit die Innentemperatur der Masse gesenkt werden, die jedoch nicht mehr in den USA hergestellt werden. Bei hohen Konzentrationen von Sulfaten in Grundwasser oder Böden können die Hydratationsprodukte von C3A weiteren Reaktionen ausgesetzt sein, die zu einer störenden Expansion führen. Die Beständigkeit von Beton gegen Sulfatangriffe kann durch Absenken des C3A-Gehalts in einem Zement vom Typ V verbessert werden., Typ-II-Zement hat Eigenschaften zwischen denen vom Typ I und Typ V.

Abgesehen von den fünf ASTM-Typen von Portlandzement sind andere spezielle Zemente erhältlich. Gemischte Zemente, die reaktive silikathaltige Materialien (Pozzolane) oder mit Typ I gemischte Hydraulikschlacken enthalten, werden in den meisten Ländern als Alternativen zu den Typen IV und V. Bei der Hydratation bilden sie mehr C–S–H und weniger Calciumhydroxid. Expansive Zemente sind modifizierte Portland-Zemente, die den Auswirkungen der Trocknungsschrumpfung entgegenwirken, indem sie große Mengen Ettringit bilden, um eine zurückhaltende Expansion zu erzeugen., Einige spezielle Zemente verwenden Ettringit, um eine hohe Frühfestigkeit zu gewährleisten. Mauerwerkszemente und Ölbrunnenzemente sind Portland-Zemente, die modifiziert wurden, um die speziellen Anforderungen dieser Anwendungen zu optimieren. Calciumaluminate (High-Alumina-Zemente) werden hauptsächlich für feuerfeste Betone verwendet. Sie können wegen möglicher Festigkeitsverluste während des Betriebs nicht für strukturelle Zwecke verwendet werden. Magnesiumoxychlorid (Sorel) – Zemente können nur für Innenanwendungen verwendet werden, da sie Feuchtigkeit nicht widerstehen.