Untersuchung der inneren Kornverteilung von (Multi)-Kompositzementen

Unseld, Johannes Otto GND

Ziel dieser Arbeit war es, zwei Methoden zur Untersuchung der „inneren“ Kornverteilung von gemeinsam vermahlenen Hauptbestandteilen in Zement analysierbar zu machen. Die innere Kornverteilung beschreibt hierbei die Einzelkornverteilungen von Hauptbestandteilen, die so bislang nicht nachträglich erfasst werden konnten. Dabei lag das Augenmerk auf der Analysierbarkeit solcher Zemente, die nach der neuen [DIN EN 197-1:2014] erlaubt sind, im Besonderen Zemente, die in Deutschland produziert werden. Aufbauend auf die bisherigen Ergebnisse soll eine „Labormethode“ entwickelt werden, die mit hoher Genauigkeit die Einzelkornverteilungen wiedergeben kann. Hier konnten mehrere Trennungsgänge entwickelt werden, mit deren Hilfe rund 95 % der in Deutschland produzierten Zemente nachträglich analysiert werden können. Dabei werden die einzelnen Hauptbestandteile der Zemente separat und deren jeweilige Kornverteilung als Differenz der Residualverteilungen ermittelt. Da die Labormethode ein sehr kosten- und zeitintensives Verfahren ist, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine „Werksmethode“ entwickelt, welche durch Kombination zementwerksseitig vorhandener Analysetechnik und eines erstmals in der Zementtechnologie eingesetzten Hochleistungssichters, eine vollständige Analyse der inneren Kornverteilung bei der Herstellung von (Multi)-Kompositzementen in einer Stunde ermöglichen soll. Bei der Werksmethode wird zunächst ein Zement in einzelne Korngrößenbereiche gesichtet, um anschließend eine Analyse per Rietveld o. ä. zur Bestimmung der enthaltenen Phasen durchzuführen. Es sollte ein Aufbau resultieren, der in die laufenden Prozesse eines Zementwerkes integriert werden kann, um möglichst schnell Ergebnisse zur aktuellen Produktion zu liefern. Der hierfür verwendete „Ellbow-Jet“ Sichter der Firma Matsubo (Japan) vereint Trennschärfe und Geschwindigkeit in Kombination mit einer leichten Reinigung und damit verbundenen schnellen Wiedereinsetzbarkeit. Durch eine gegenseitige Validierung der Methoden konnten die wichtigsten Parameter wiedergefunden werden.

The Target of these Ph. D. thesis was, to find a way for analyzing the inner particle size distribution (iPSD) of (multi)-composite-cements (mcc). The iPSD is used to find out the single particle size distributions of each main substituent of the cement, even if they were grinded together. Main focus in this work is the german cement market and the European standard DIN EN 197-1:2014. Since the very first results, it was clear to evolve two methods, the first one is very accurate and give the complete iPSD of every main substituent. This method is called the “laboratory method”. Analyzing a cement needs roughly about 2-4 days. The reason is, that one by one, all the substutients are solved by a way of separation. By measuring the particle size distribution (PSD) before and after separation of one substituent, the iPSD of the substituent can be calculated exactly. One by one, all the different substituents are observable in this way. As a second method, the “cement plant method” should deliver the results fast, and very cost efficient. This method doesn’t need to be that accurate. Keyfacts about the rough fineness of every substituent must be the target for these method. The Ellbow Jet Air Classifier, produced by Matsubo Co. is able to classify a cement probe of 500 g in about 15 minutes in 3 fractions. The threshold of the classification can be set freely for each fraction individually, so that a separation at 5 μm and 40 μm can be set as well as a separation at 10 and 75 μm. By grinding main substituents together, the amount of each substituent is known before grinding. After interground, the cement can be classified and each fraction can be weighed and analysed by X-ray diffraction with Rietveld-analysis. After that the information about the fineness of the substituents can be calculated roughly. Last the methods validate each other and the important parameters can be found in both methods.

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Unseld, Johannes: Untersuchung der inneren Kornverteilung von (Multi)-Kompositzementen. 2020.

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