W2-28-51 Zement-2-Klinkerphasen SS2013 · 2 C. L. Lengauer slide - 5 W2_28_51 / SS2013 Mineralische Werkstoffe II / Zement Klinkerphasen C3S (Alit) 3 CaO · SiO2 = Ca3SiO5 thermodynamisch

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C. L. Lengauerslide - 1

W2_28_51 / SS2013Mineralische Werkstoffe II / Zement

Klinker-Zusammensetzung



Klinker-Zusammensetzung Portland Zement Hauptphasen

Alit 3CaO·SiO2 C3S

Belit 2CaO·SiO2 C2S

Aluminat 3CaO·Al2O3 C3A

Ferrit 2CaO·(Al2O3,Fe2O3) F

Calziumsulfat CaSO4 CS´

Freikalk,Lime CaO C

Periklas MgO M

Arkanit K2SO4 KS´

Langbeinit-Ca K2Ca2(SO4)3 K2C2S´3

Aphtitalit K3Na(SO4)2 K3NS´2



Klinker-Zusammensetzung



Klinkerphasen C3S (Alit)

3 CaO · SiO2 = Ca3SiO5

Mineral: Hatrurit

ideale Zelle rhomboedrisch R3m(160) a = 7.14, c = 25.59 Å, γ = 120°, V = 1132 Å3

reale Überstruktur monoklin C1m1(8)- a = 33.11, b = 7.05, c = 18.54 Å, β = 94.19°, V = 4289 Å3

7 Polymorphe

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3 CaO · SiO2 = Ca3SiO5

thermodynamisch nur stabil 1250 – 2150 °C

T < 1250 °C: C3S → C2S + C

hT R-Modifikation jedoch stabil bei RT durch Einbau von Fremdionen → Alit

+H2O → C-S-H + CH C-S-H = meist X-ray amorphe Phasen

im Nanobereich

- Tobermorit-14A (Plombierit)

- Jennit

CH = Portlandit Ca(OH)2




idiomorphe, pseudohexagonale XX

oft mit Einschlüssen (z.B. Belit)




Alit mit vielen Einschlüssen

rundliche Körner = Belit




Alite-Kristalle mit randlichem Belit

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Klinkerphasen C2S (Belit)

2 CaO · SiO2 = β - Ca2SiO4

Mineral Larnit, Kontakt- Pyrometamorphose

ideale Zelle monoklin P21/n(14) a = 5.50, b = 6.76, c = 9.34 Å, β = 94.14° Dimorph von Calcio-Olivin

5 Polymorphe: α, α´H, α´L, β, γ γ ist die thermodynamisch stabile Phase bei RT, jedoch keine

hydraulischen Eigenschaften β ist bei RT thermodynamisch instabil, jedoch hydraulische

Eigenschaften Stabilisierung durch Fremdionen → Belit



Klinkerphasen

L (C2S) = Larnit β-Ca2[SiO4], T = Ternesit Ca5[SiO4]2SO4, M = Mayenit Ca12Al14O32(Cl,OH)2

L

M

T

L

M

100 μm




xenomorphe, rundliche XX

oft mit charakteristischen Zwillingslamellen




xenomorphe XX von Belit: Blaufärbung durch HF

idiomorphe XX von Alit: Braunfärbung durch HF

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Klinkerphasen C3A (Tricalciumaluminat)

3 CaO · Al2O3 = Ca3Al2O6

orthorhombisches Polymorph Pbca(61)

a = 10.87, b = 10.86, c = 15.11 Å

kubisches Polymorph Pa-3(205)

a = 15.26 Å

monoklines Polymorph

a = 10.85, b = 10.86, c = 15.13 Å, β = 90.28°

in PZ bei RT kubische Modifikation

Fremdionen könne die anderen Modifikationen stabilisieren, vor allem bei Alkaligehalten



Klinkerphasen C3A (Tricalciumaluminat)

Klinkermatrix aus Aluminat (schwarz) und Ferrite (weiß)

Hydration 2C3A + 27 H → C2AH8 + C4AH19 (AFm-Phase)

C3A + CH + 19H → C4AH19

C3A + xCS´ + yH → C6AS´3H32 (AFt-Phase, Ettringit)



Klinkerphasen C2AF (Ferrit)

2 CaO · (Al2O3, Fe2O3) = Ca2(AlxFe+31-x)2O5 [0 < x < 0.7]

Mineral: Brownmillerit RT-Form orthorhombisch Ibm2(46) a = 5.53, b = 14.59, c = 5.32 Å hT-Form Pnma(62) a = 5.41, b = 14.72, c = 5.59 Å Mineral: Srebrodolskit Ca2Fe+3

2O5

in PZ Fe ↔ Mg + (Ti,Si)



Klinkerphasen C (Freikalk)

CaO

Mineral: Lime

kubisch Fm-3m(225)

a = 4.81 Å

tritt bei zu grober Körnung im Rohmehl auf

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KlinkerphasenM (Magnesia)

MgO

Mineral: Periklas

kubisch Fm-3m(225)

a = 4.20 Å

Bei zu grober Dolomitkörnung im Rohmehl



Klinkerphasen Alkali-Sulfate

Arkanit K2SO4 KS´

Langbeinit-Ca K2Ca2(SO4)3 K2C2S´3

Aphtitalit K3Na(SO4)2 K3NS´2

Hohe Wasserlöslichkeit

SO42- Ionen wichtig zur Bildung der SO3-Hydratphasen



KlinkerphasenMikroskopie

Alite mit feindispersen Freikalk

Klinker mit hoher CaO Sättigung




Alite und Belit statistisch verteilt, kein Freikalk

Klinker mit geringer CaO Sättigung

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K+Na gebunden in Alkali-Sulphaten

C3A-kub (dunkel): moderate Reaktivität




K+Na gebunden im Aluminate (dunkel)

C3A-ortho/mon: rasche Reaktivität




Belit-Cluster mit feinverteiltem Freikalk




Freikalk-Cluster in Alit

Cluster zeigt original Korngröße

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Freikalk und Quarz

schlechte Rohmehlaufbereitung




Belit-Rand auf Klinkerkorn

Effekt von Brennstoffasche




hohe Porosität, kleine Alit XX

kurze Sinterzone




geringe Porosität, große Alit XX

lange Sinterzone

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große Porosität, Freikalk-Cluster

schlecht gebrannter Klinker




Lamellen von Belit in Alit XX

reduzierende Bedingungen

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