Charakterisierung von Portlandzementklinkern

Neben der chemischen Zusammensetzung spielt die Klinkermineralogie eine wesentliche Rolle bei der hydraulischen Reaktion von Zementen. Mit den im Forschungsinstitut verfügbaren Methoden können die chemisch-mineralogischen Eigenschaften von Zementklinker eingehend charakterisiert werden. Vielfach lassen sich daraus unmittelbar verfahrenstechnische Einflüsse auf die Klinkereigenschaften ableiten und Möglichkeiten zur Prozessoptimierung aufzeigen.

Eine erste Beschreibung der Klinkerbeschaffenheit ist mit Hilfe der Röntgenfluoreszenzanalyse möglich. Anhand der so bestimmten chemischen Zusammensetzung lassen sich spezifische Kenngrößen, wie z. B. Kalkstandard, Silikatmodul, Tonerdemodul oder der Sulfatisierungsgrad der Alkalien bestimmen. Nach einem Ansatz von R.H. BOGUE kann aus der chemischen Analyse auch die potentielle Phasenzusammensetzung errechnet werden. 

Ein weitergehender Blick auf die Klinkerphasenzusammensetzung ergibt sich mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie. Die Auswertung der Diffraktogramme mittels Rietveld-Verfeinerung ermöglicht eine quantitative Klinkerphasenbestimmung mit hoher Zuverlässigkeit. Insbesondere bei der Verwendung von Sekundärstoffen hat sich herausgestellt, dass die Rietveld-Methode der Bogue-Berechnung überlegen ist. Zudem ist die Phasenquantifizierung anhand der Rietveld-Verfeinerung erheblich weniger aufwändig als mit mikroskopischen Verfahren.

Als bildgebendes Verfahren ist jedoch die Mikroskopie, speziell die Auflichtmikroskopie, eine unverzichtbare Methode bei der Klinkerbeurteilung. Damit sind Inhomogenitäten erkennbar, die aus der Rohmehlbeschaffenheit oder durch das Anlagern von Aschepartikeln aus den Brennstoffen resultieren können. Außerdem lassen sich die Brenn- und Kühlbedingungen ableiten, von denen die Reaktivität des Klinkers abhängt. Reduzierende Brennbedingungen sind ebenso erkennbar wie z. B. die Einflüsse erhöhter Schwefel-, Phosphor- oder Alkalieinträge. 

Sinnvoll ergänzt werden kann die Untersuchung der Klinkermineralogie durch den Einsatz des Rasterelektronenmikroskops. Hiermit ist es möglich auch feinere Strukturen aufzulösen, die mit dem Auflichtmikroskop nicht mehr erkennbar sind. Außerdem kann mit Hilfe der energiedispersiven Mikrobereichsanalyse die chemische Zusammensetzung einzelner Klinkerphasen bestimmt werden. Auch die Aufnahme von Flächenanalysen, z. B. zur Bestimmung der Phosphatverteilung innerhalb der Klinkerminerale, ist möglich.