Mitä on portlandsementti?

Monet ihmiset sekoittavat termit ”sementti” ja ”betoni”. Portlandsementti on valmistettu tuote, joka on erilaisten betonituotteiden ainesosa. Portlandsementtiä myydään hienojakoisena jauheena, joka sekoitetaan veden ja kiviaineksen kanssa portlandsementtibetonin (PCC) valmistamiseksi. Portlandsementti koostuu kalsiumsilikaateista, kalsiumaluminaateista, kalsiumaluminoferriiteistä ja yleensä hieman kipsistä. Kun sementtiin lisätään vettä, kalsiumin mineraalit hydratoituvat ja muodostavat geelin. Tämä geeli pitää betonin runkoaineet yhdessä.

Portlandsementtejä on kahdeksaa eri tyyppiä, joilla kullakin on erityiset käyttötavat ja kemialliset vaatimukset. Valmistusprosessi on kuitenkin pohjimmiltaan sama ja se on uunitoiminnan tuote. Sementin valmistus on kaksivaiheinen prosessi. Kalsiumoksidia sisältävät materiaalit, kuten kalkkikivi, sekoitetaan pii- ja alumiinioksidia sisältävien materiaalien, kuten hiekan, liuskekiven tai saven kanssa. Raaka-aineet kuivataan ja jauhetaan yleensä, minkä jälkeen seos kuumennetaan kiertouunissa klinkkeriksi. Tämän jälkeen klinkkeri sekoitetaan kipsin ja muiden materiaalien kanssa ja jauhetaan hienoksi jauheeksi (200 silmän seula), jota kutsutaan portlandsementiksi.

Miten valimohiekkaa käytetään portlandsementin valmistuksessa?

Hiekkaa pidetään ”vaihtoehtoisena materiaalina”, jolla voidaan korvata neitseellisiä raaka-aineita. Portlandsementin valmistuksessa käytettävien raaka-aineiden on sisällettävä sopivassa suhteessa kalsiumoksidia, piidioksidia, alumiinioksidia ja rautaoksidia. Portlandsementtiseokset sisältävät yleensä 10-12 painoprosenttia piidioksidia sekä alumiinioksidia ja rautaoksidia (2-5 painoprosenttia). Nämä mineraalikomponentit ovat merkittäviä komponentteja useimmissa valimohiekoissa, joilla voidaan siis korvata neitseellisiä mineraaleja. Portland Cement Associationin vuonna 2008 tekemän tutkimuksen mukaan 13 maan sementtiuuneista hankki valimohiekkaa. Myös jauhettua kuppikuonaa voidaan käyttää sementinvalmistuksen raaka-aineena.

Miten Portlandsementti toimii valimohiekkaa käytettäessä?

Valimohiekasta valmistettu Portlandsementti täyttää kaikki laatu- ja suorituskykyvaatimukset, jotka täyttävät pelkästään neitseellisistä materiaaleista valmistetun Portlandsementin. American Foundry Societyn tutkimus osoitti, että valimohiekasta valmistetulla portlandsementillä voi olla korkeammat puristuslujuudet kuin tavanomaisista raaka-aineista valmistetulla portlandsementillä.

Valimohiekkaa käytetään valmistuksen raaka-aineena portlandsementin valmistuksessa. Erilaisilla portlandsementtityypeillä on erilaiset kemialliset ja fysikaaliset vaatimukset sementin erilaisten käyttötarkoitusten vuoksi. ASTM-standardi C-150, Standard Specification for Portland Cement, määrittelee erityyppiset portlandsementit.

Mitä teknisiä kysymyksiä liittyy valimohiekkaan portlandsementin valmistuksessa?

Valimohiekan kemiallinen koostumus on fysikaalisia ominaisuuksia tärkeämpi määritettäessä soveltuvuutta portlandsementin valmistukseen. Valimohiekan piidioksidipitoisuus ylittää portlandsementtiuunien vaatiman 80 prosentin piidioksidipitoisuuden, ja muiden alkuaineiden, kuten raudan ja alumiinin, esiintyminen on eduksi. Valimohiekan savipitoisuus voi olla ongelma, jos se aiheuttaa juoksevuusongelmia sementtiuuneissa, joissa raaka-aineiden sekoitusprosessit ovat märkiä.

Vaikka valimohiekka voi olla erinomainen raaka-aine portlandsementin valmistukseen, kuljetusetäisyydet voivat olla esteenä useampien valimohiekkojen hankkimiselle portlandsementtiuuneihin. Yhdysvalloissa on vain 118 sementtiuunia, joista osa omistaa viereisiä louhoksia, joissa käsitellään kalkkikiveä ja muita neitseellisiä kiviaineksia sementin valmistusta varten.

Onko olemassa erityisiä laadunvarmistukseen ja laadunvalvontaan liittyviä seikkoja, joista toimittajien ja/tai loppukäyttäjien on oltava tietoisia?

Siivilöity valimohiekka voi olla toivottava materiaali sementinvalmistuksen raaka-aineeksi, jos kuljetusetäisyydet eivät estä sen käyttöä. Uunien syöttöjärjestelmät on suunniteltu käsittelemään raekokoisia materiaaleja, ja seulottu valimohiekka on jo hienojakoista kiviainesta. Tämä tarkoittaa, että valimohiekan käytöllä vältetään muiden raaka-aineiden jauhamisesta aiheutuvat kustannukset ja ympäristövaikutukset.

Sementtiuuniin tarkoitettu valimohiekka on seulottava siten, että siinä ei ole roskia, sytytystulppia, hukkametallia ja vieraita materiaaleja. Erityisesti rihlattu metalli voi vahingoittaa uunin syöttöjärjestelmiä. Hiekanjämiä voidaan jauhaa ja sekoittaa muihin hiekkavirtoihin, kunhan kemiallinen koostumus säilyy. Natriumsilikaattivaluhiekkaa on vältettävä, koska kyseinen sideainetyyppi muuttaa sementin kemiaa. Suurin haitta valuhiekan käytön lisäämiselle sementinvalmistuksessa on seulotun hiekan tarvittavien määrien saaminen tasaisesti.

Onko olemassa erityisiä ympäristökysymyksiä, jotka liittyvät valimohiekan käyttöön portlandsementissä?

Portlandsementtiyhdistys (Portland Cement Association) on perustanut ohjelman, jonka tarkoituksena on tehdä portlandsementin valmistuksesta ja käytöstä kestävämpää. Valimohiekan käyttö portlandsementin valmistusprosessissa auttaa luomaan kestävämmän tuotteen. Portlandsementin kysynnän tyydyttämiseen tarvitaan valtavia määriä kalkkia, piidioksidia, alumiinioksidia ja rautaoksidia sisältäviä raaka-aineita. Sementin valmistus on hyvin energiaintensiivistä teollista toimintaa. Sen lisäksi, että valimohiekan käyttö vähentää neitseellisten materiaalien käyttöä, se säästää energiaa välttämällä neitseellisten raaka-aineiden louhimista, murskaamista ja jauhamista raekokoon.