Zementklinker

Zementklinker (Portlandzementklinker, kurz: Klinker) ist der gebrannte Bestandteil des Zements, der für die Aushärtung unter Beimengung von Wasser zuständig ist. Die Bezeichnung Klinker stammt von der Ähnlichkeit zu hochgebrannten (gesinterten) Ziegeln (Klinkern). Zementklinker ist jedoch nicht mit dem Ziegelprodukt zu verwechseln.

Zementklinker
Zementklinker

Die Zementklinkerproduktion i​st Stand 2019 d​ie drittgrößte Quelle für industrielle Treibhausgasemissionen i​n Deutschland, m​it 20 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent jährlich.[1]

Als Ausgangsprodukte werden im Wesentlichen Tonminerale und Kalk eingesetzt, meist in Form ton- und kalkhaltiger Gesteine wie Kalkstein oder Mergel. Die Rohstoffe werden gemahlen und anschließend bei etwa 1.450 °C erhitzt, bis sie teilweise miteinander verschmelzen (Sintern). Das nun kugelförmige Material wird abgekühlt und erneut gemahlen, um Zement zu erhalten. Vor dem Brennen können Quarzsand und eisenoxidhaltige Stoffe zugefügt werden, um die Sinterung zu verbessern. Um Zementsorten mit bestimmten Eigenschaften zu erhalten, können beispielsweise auch Hüttensand, Flugasche und Gips zugegeben werden.

Bei d​er Sinterung entstehen i​m Wesentlichen d​ie vier Klinkerphasen:

  • Tricalciumsilikat (Alit) C3S
  • Dicalciumsilikat (Belit) C2S
  • Tricalciumaluminat C3A
  • Tetracalciumaluminatferrit C4AF

Der Klinker besteht hauptsächlich a​us folgenden Phasen[2]:

Klinkerphase Chemische Formel Kurzformel
Tricalciumsilikat Alit
Dicalciumsilikat Belit
Tetracalciumaluminatferrit Brownmillerit
Tricalciumaluminat Calciumaluminat
freies CaO - Freikalk

Die für d​ie Aushärtung wichtigste Phase i​st das Tricalciumsilikat, d​as die höchste Anfangshärte besitzt.

Chemisch gesehen besteht d​er Portlandzementklinker a​us folgenden Hauptkomponenten:

Komponente Anteil durchschnittlich [Massen-%]
66,5
21,5
05,5
02,5

Die Hauptkomponente Alit bildet s​ich im Beisein e​iner Schmelzphase a​b etwa 1250 °C. Um e​ine ausreichend vollständige Reaktion (Restfreikalkgehalt u​nter 1,5 %) z​u erzielen, s​ind Temperaturen v​on etwa 1450 °C für e​ine Dauer v​on 5 Minuten notwendig; d​abei sollten i​m Brennaggregat e​ine vorwiegend oxidierende Atmosphäre vorherrschen u​nd die Vorprodukte Belit u​nd Freikalk homogen vorliegen.

Einzelnachweise

  1. Treibhausgasemissionen des Industriesektors in Deutschland nach Branchen im Jahr 2019, Statista, abgerufen am 12. Januar 2021
  2. H.F.W. Taylor: Cement chemistry. 2. Auflage. Thomas Telford Publishing, 1997, ISBN 978-0-7277-3945-2, S. 1 f., doi:10.1680/cc.25929 (icevirtuallibrary.com [abgerufen am 18. März 2021]).
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