Elects of phosphate on clinker mineralogy and cement properties: Fid-Bau Portal

Elects of phosphate on clinker mineralogy and cement properties

Puntke, S. / Schneider, M.

Die bislang bekannten Untersuchungen zum Einfluss steigender Phosphatgehalte in Zementklinkern auf die Klinkermineralogie, das Erstarrungsverhalten und die Festigkeitsentwicklung sind in ihren Aussagen widersprüchlich. Eindeutige Konsequenzen des Phosphateintrags oder Gehalte, die in der industriellen Praxis nicht überschritten werden sollten, lassen sich nicht ableiten. Aus diesem Grund wurde in enger Abstimmung mit der Deutschen Zementindustrie ein Forschungsvorhaben am Forschungsinstitut der Zementindustrie durchgeführt, das die grundlegenden Wirkungsmechanismen des Phosphats vor dem Hintergrund heutiger Zementklinker, Zemente und Herstellungstechnologien jenseits der bisherigen Erfahrungswerte ermitteln sollte. An einer repräsentativen Rohmehlzusammensetzung wurde der Reaktionsverlauf eines phosphatfreien mit denen von phosphathaltigen Klinkern verglichen und der Phosphateinfluss über die einzelnen Stadien des Brands hinweg nachvollzogen. In einem zweiten Schritt wurden Klinker mit Phosphatgehalten von bis zu 8,0 M.-% P2O5 gebrannt und neben einer mineralogischen Charakterisierung hinsichtlich ihrer Produkteigenschaften in Zementen untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass Phosphat aktiv in die Reaktionen während des Klinkerbrands eingreift und die Stabilitätsgrenzen einzelner Phasen verschiebt. Phosphatgehalte von bis zu 1,0 Massenprozent wirken sich nicht grundsätzlich nachteilig auf die Gebrauchseigenschaften von Klinker und Zement aus. Um dies sicherzustellen, ist jedoch neben der stabilen Prozessführung während des Klinkerbrands eine ausreichend hohe Kalksättigung erforderlich. Andernfalls kann der Phosphateintrag zu einer überproportionalen Abnahme des Alitgehalts im Klinker mit den entsprechenden Konsequenzen für die Festigkeitsentwicklung durch eine verzögerte und verminderte Bildung von C-S-H-Phasen führen.

The known investigations into the influence of rising levels of phosphate in cement clinker on the clinker mineralogy, setting behaviour and strength development have produced contradictory information. It has not been possible to draw any clear conclusions about the consequences of introducing phosphate or about the levels that should not be exceeded in industrial practice. A research project was therefore carried out at the Research Institute of the Cement Industry in close cooperation with the German cement industry that was intended to go beyond the existing empirical values and determine the underlying action mechanisms of the phosphate against the background of modern cement clinker, cements and production technology. Using a representative raw meal composition the course of the reaction in a phosphate-free clinker was compared with those in clinkers that contained phosphate. The influence of the phosphate was then reconstructed over the individual stages of burning. A second step was to bum clinkers with levels of phosphate of up to 8.0 mass % P2O5 and, in addition to their mineralogical characterization, to investigate their product properties in cement. The investigations showed that phosphate takes part actively in the reactions during the clinker burning and displaces the stability limits of individual phases. Phosphate levels of up to 1.0 mass % do not, in principle, have an adverse effect on the working properties of clinker and cement. However, this requires not only a stable process regime during the clinker burning but also a sufficiently high lime saturation factor. Otherwise the phosphate input can lead to a disproportionately large decrease in the alite content in the clinker with the corresponding consequences for the strength development due to delayed and reduced formation of C-S-H phases.