Συντάχθηκε 13-07-2021 14:23
Τόπος: Διαδικτυακή παρουσίαση
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 19/07/2021 10:00
Λήξη: 19/07/2021 11:00
Θέμα: ΠΟΣΟΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΛΙΝΚΕΡ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ PORTLAND ΚΑΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΑΜΟΡΦΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ RIETVELD
Εξεταστική επιτροπή:
Καθηγ. Γ. Χρηστίδης (επιβλέπων)
Επικ. Καθηγ. Π. Γκαμαλέτσος
Δρ. Γ. Τριανταφύλλου, ΕΔΙΠ
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Η παρουσία άμορφου υλικού καθώς και φτωχά κρυσταλλοποιημένων ορυκτών φάσεων στο κλίνκερ τσιμέντου τύπου Portland συνήθως δεν λαμβάνεται υπόψη στην ορυκτολογική του μελέτη. Το γεγονός αυτό οφείλεται κυρίως στην δυσκολία εντοπισμού του άμορφου υλικού με μεθόδους περιθλασιμετρίας κόνεως ακτίνων-Χ (Χ-Ray diffraction, XRD). Η ποσοτική ανάλυση του άμορφου σε βιομηχανικά πετρώματα είναι πολύ σημαντική για τον λεπτομερή χαρακτηρισμό των πρώτων υλών.
Η μέθοδος Rietveld επιτρέπει την ακριβή ορυκτολογική ανάλυση των δομικών υλικών και θεωρείται από τις πιο αξιόπιστες μεθόδους που χρησιμοποιούνται για εντοπισμό άμορφου υλικού. Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ποσοτικής ανάλυσης με την μέθοδο Rietveld έξι δειγμάτων γκρι τσιμέντου και ενός δείγματος κλίνκερ λευκού τσιμέντου, τα οποία χορηγήθηκαν από τον όμιλο ΤΙΤΑΝ Α.Ε. σε διαφορετικές ημέρες παραγωγής και από διαφορετικά εργοστάσια (Καμάρι, Πάτρα και Θεσσαλονίκη). Ως εσωτερικό πρότυπο χρησιμοποιήθηκε οξείδιο ψευδαργύρου (ZnO) για να προσδιορισθεί το ποσοστό του άμορφου υλικού. Το μέγεθος των κόκκων των δειγμάτων καθώς και η χημική τους σύσταση προσδιορίσθηκε με την μέθοδο περίθλασης με λέιζερ και με φασματοσκοπία ακτίνων-Χ φθορισμού (Χ-Ray fluorescence, XRF) αντίστοιχα.
Τα δείγματα γκρι τσιμέντου αποτελούνται κυρίως από πυριτικό τριασβέστιο (C3S, 54.4-61.5%) και αργιλοσιδηρικό τετρασβέστιο (C4AF, 12.7-17.4%) με πυριτικό διασβέστιο (C2S, 3.2-7.6%) και αργιλικό διασβέστιο (C3Α, 2.2-4.4%) και αργιλικό διασβέστιο ως δευτερεύουσες φάσεις. Το λευκό κλίνκερ λόγω έλλειψης σιδήρου δεν παρουσιάζει καθόλου αργιλοσιδηρικό τετρασβέστιο (C4AF), ενώ παρουσιάζει μικρότερο ποσοστό πυριτικού τριασβεστίου (C3S, 50.5%) και μεγαλύτερο ποσοστό πυριτικού διασβεστίου (C2S, 14.6%) σε σχέση με τα δείγματα γκρι κλίνκερ. Τέλος, τα κλίνκερ παρουσιάζουν μικρές ποσότητες ασβέστου (0-4.5%), περίκλαστου (0-2%) και πορτλαντίτη (0.82-4.5%). Τα έξι δείγματα κλίνκερ γκρι τσιμέντου παρουσίασαν σχετικά σταθερό ποσοστό άμορφου υλικού (13.6-20.2%). Τα ποσοστά αυτά αποδεικνύουν την ελεγχόμενη σύσταση των πρώτων υλών καθώς και των συνθηκών έψησης. Σε αντίθεση, το λευκό κλίνκερ παρουσίασε αρκετά μεγαλύτερο ποσοστό αμόρφου υλικού (27.6%).
Ο μέσος όρος του μεγέθους των γκρι κλίνκερ κυμαίνεται από 10 έως 16.5 μm, ενώ του λευκού στα 15.4μm. Η χρήση των εξισώσεων του Bogue, για τα γκρι κλίνκερ χαρακτηρίζεται από τα μεγαλύτερα ποσοστά στις τέσσερις κύριες ορυκτολογικές φάσεις, καθώς δεν συμπεριλαμβάνει τα ποσοστά άμορφου υλικού στο δείγμα. Η εξίσωση του Bogue για το λευκό δείγμα παρουσίασε μεγαλύτερα ποσοστά στις φάσεις C3S και C3A, και χαμηλότερα ποσοστά C2S σε σχέση με την μέθοδο Rietveld.
Τα αποτελέσματα της έρευνας υποδηλώνουν ότι ο προσδιορισμός του ποσοστού του άμορφου υλικού είναι χρήσιμος για την λεπτομερή ανάλυση του κλίνκερ τσιμέντου, γεγονός που καθιστά την μέθοδο Rietveld ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο στην διαδικασία αυτή.
ABSTRACT
The presence of amorphous or poorly crystalline phases in Portland clinker and cements is usually overlooked when studying their phase composition. This is largely due to the difficulty in determining amorphous content by conventional X-Ray diffraction (XRD) methods. The quantification of amorphous matter in industrial rock is important for the thorough characterization of the raw materials and assist to interpret their reactivity.
The Rietveld method allows a precise quantitative phase analysis of mortars and building materials, and it is considered among the most reliable methods used for quantification of amorphous matter. In this thesis, the results of quantitative analyses with the usage of the Rietveld refinement of a series of six grey and one white Portland cement clinkers are presented. The clinkers were supplied by TITAN Cement Co., corresponding to industrial products of different production days and different cement plants (Kamari, Patra and Thessaloniki). Zinc Oxide was used as the internal standard to determine the amorphous matter content. The particle size analysis and the cement composition of the clinker were determined by laser diffraction and X-Ray fluorescence (XRF) spectroscopy respectively.
The grey clinkers consist mainly of trialcium silicate (C3S, 57-61.5%) and calcium aluminate ferrite (C4AF, 12.7-17.4%), with dicalcium silicate (C2S, 3.2-7.6%) and tricalcium aluminate (C3A, 2.2-4.4%) being secondary phases. The white clinker due to the absence of Fe2O3 is free of C4AF, and has lower amounts of C3S (50.5%) and C2S (14.6%) than its grey counterparts. Finally, most samples contain traces of lime (0-4.5%), periclase (0-2%) and portlandite (0.82-4.5%). The six grey clinkers have a relatively constant amorphous matter content (13.6-20.2%), suggesting relatively controlled composition of the blend and constant firing conditions. By contrast, the white clinker has a considerably higher amorphous content (27.6%).
Without the application of the Rietveld method, there is not clear evidence for the presence of amorphous matter. The mean particle size of the grey clinkers varied between 10-16.5 μm, were that of the white clinker was 15.4 μm. The theoretical Bogue composition of grey clinkers in characterized by higher contents of the four main crystalline phases, because it does not take into consideration amorphous matter. The Bogue composition of the white clinker yielded higher C3S and C3A contents but lower C2S content than Rietveld. These results strongly suggest that the determination of amorphous matter is necessary for accurate analysis of the cement clinkers, rendering the use of Rietveld analysis a valuable tool in this aspect.
