Znaczenie cynku w produkcji cementu portlandzkiego

• Autorzy: Kurdowski Wiesław , Zajd Paweł

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2022.27.1.4

Warianty tytułu

EN

Importance of zinc in Portland cement production

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W doświadczeniach laboratoryjnych stwierdzono nieoczekiwany wpływ dodatku cynku, który przyspieszył proces wiązania cementu portlandzkiego. Ten nietypowy wpływ cynku został spowodowany przez dodatek anhydrytu II, jako regulatora wiązania cementu, przez jego producenta. Anhydryt II rozpuszcza się bardzo powoli i stężenie jonów siarczanowych w zaczynie hydratyzującego cementu było bardzo małe. Natomiast cynk rozpuścił się bardzo szybko, a powstający wodorotlenek strącał się na powierzchni kryształów C3A, utrudniając powstawanie ciągłej warstwy ettringitu. Ettringit powstawał w tych warunkach w wolnych przestrzeniach w roztworze, łącząc ziarna cementu, powodując szybkie wiązanie „ettringitowe”. Natomiast, kryształy alitu pozostają ciągle pokryte bezpostaciową warstewką Zn(OH)2, i w tych warunkach okres indukcji reakcji z wodą tej fazy, pozostaje bez zmian. Przedłużenie tego okresu rośnie ze zwiększeniem dodatku cynku.

EN

In laboratory experiments, we found the unexpected influence of zinc addition, which was the acceleration of the Portland cement setting. This untypical cement behaviour was caused by the addition of anhydrite II as the setting time regulator, by its producer. Anhydrite II dissolves very slowly and the sulphate ions concentration in the paste of the hydrating cement, was very low. However, zinc was soluted very quickly and its hydroxide precipitated on the surface of C3A crystals, limiting the formation of the continuous ettringite layer. Thus, ettringite is formed in the free areas in the solution, linking the cement grains, with the formation of the quick “ettringite” setting. Ettringite precipitated in the free areas within the solution, binds to the cement grains and causes the ‘quick’ setting of ettringite. However, the alite crystals remain continuously covered by the amorphous layer of Zn(OH)2, and under this condition the induction period with water reaction of this phase remains hang-up. The elongation of this period is increasing with the increase in the addition of zinc.

Słowa kluczowe

PL

cement portlandzki; cynk; ettringit; hydratacja

EN

ettringite; hydration; Portland cement; zinc

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 27, nr 1
• Strony: 45--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kurdowski Wiesław

• Cement Wapno Beton Foundation

autor

Zajd Paweł

• Górażdże Cement S.A.

Bibliografia

• 1. G. Kakali, Investigation of the effect of Zn oxide on the formation of Portland cement clinker. Cem. Concr. Res., 25, 79, (1995).
• 2. R. Barbarulo, F. Sorrentino, C. Sing, Impact of ZnO on Clinker Composition and Reactivity - Coupling with MgO, 12th ICCC, Montréal, Canada, 2007.
• 3. N. Gineys, Influence de la teneur en elements métalliques du clinker sur les proprieties techniques et environnementales du ciment Portland - these. Université Lille Nord de France, (2011).
• 4. G. Arliguie, J. Grandet, Etude par calorimetrie de l’hydratation du ciment Portland en presence de zinc. Cem. Concr. Res., 15, 825, (1985).
• 5. I. Fernandez Olmo, E. Chacon, A. Irabien, Influence of Lead, Zinc, Iron (III) and Chromium (III) Oxides on Setting Time and Strength Development of Portland Cement. Cem. Concr. Res., 31, 1213, (2001).
• 6. D. Stephan, R. Mallmann, D. Knöfel, R. Härdtl, High intakes of Cr, Ni and Zn in clinker: Part I. Influence on burning process and formation of phases. Cem. Concr. Res., 29, 1949, (1999).
• 7. K. Kolovos, S. Barafaka, G. Kakali, S. Tsivilis, CuO and ZnO addition in the cement raw mix: effet on clinkering process and cement hydration and properties. Ceramics 49, 205, (2005).
• 8. H. Bolio-Arcero, F. P. Glasser, Zinc oxide in cement clinkering: part 1 systems CaO-ZnO-Al2O3 and CaO-ZnO-Fe2O3. Adv. Cem. Res. 10, 25, (1998).
• 9. N. Gineys, G. Aouad, F. Sorrentino, D. Damidot, Incorporation of trace elements in Portland cement clinker: Thresholds limits for Cu, Ni, Sn or Zn. Cem. Concr. Res. 41, 1177, (2011).
• 10. M. Gawlicki, D. Czamarska, Effect of ZnO on the hydration of Portland Cement. J. Therm. Anal. 38, 2157, (1992).
• 11. A. Matusiewicz, A. Bochenek, H. Szeląg, W. Kurdowski, Some issues concerning the high content of zinc in clinker and in cement. Cem. Wapno Beton, 16, 332, (2011).
• 12. A. Matusiewicz, Influence of zinc oxide on the process of Portland clinker formation and cement properties. PhD. Thesis, AGH UST, Kraków 2015 (in Polish).
• 13. A. Bochenek, Influence of selected zinc phases on the properties of cements. PhD. Thesis, AGH UST, Kraków 2015 (in Polish).
• 14. A. Bochenek, W. Kurdowski, Influence of zinc phase on the properties of Portland cement. Cem. Wapno Beton, 18, 52 (2013).
• 15. Bochenek A. Properties of zinc phase and its influence on hardening of calcium aluminate cement. Cem. Wapno Beton, 18, 370 (2013).
• 16. D. Kalarus, W. Nocuń-Wczelik, Identification of Portland cements produced in Poland based upon the minor components content. Cem. Wapno Beton, 13, 75, (2008).
• 17. A. Bochenek, unpublished data.
• 18. W. Lieber, 5th ICCC Tokyo, vol. II, 444, Tokyo 1968.
• 19. G. Arliguie, J. Grandet, R. Duval, Etude du contact zinc -Pate de ciment Portland. 7th ICCC Paris, v. III, VII-22, (1980).
• 20. C. Weeks, R. J. Hand, J. H. Sharp, Retardation of cement hydration caused by heavy metals present in ISF slag used as aggregate. Cem. Concr. Compos., 30, 970, (2008).
• 21. K.L. Scrivener, P. Juilland, P. M. Monteiro, Advances in understanding hydration of Portland cement. Cem.Concr. Res., 78, 38-56 (2015).
• 22. F.W. Locher, Cement principles of production and use. Verlag Bau + Technik, Gmbh, Dusseldorf, 2006.
• 23. H.F.W. Taylor, Chemistry of cement hydration, 8th ICCC, Rio de Janeiro, vol. I, p. 82, 1986
• 24. E.M. Gartner, J.F. Young, D.A. Damidot, I. Jawed, Hydration of Portland cement Structure and Performance of Cements. (ed. P. Barnes), p. 57, Appl. Science Publ., London 1983.