Wat is portlandcement?

Velen verwarren de termen “cement” en “beton”. Portlandcement is een vervaardigd product dat is een ingrediënt in diverse betonproducten. Portlandcement wordt verkocht als een fijn poeder dat wordt gemengd met water en toeslagstoffen om Portlandcementbeton (PCC) te maken. Portlandcement is samengesteld uit calciumsilicaten, calciumaluminaten, calciumaluminoferrieten en meestal wat gips. Wanneer water aan het cement wordt toegevoegd, hydrateren de calciummineralen en vormen een gel. Deze gel is wat de aggregaat samenhoudt in beton.

Er zijn acht soorten portlandcement, elk met speciale gebruiks- en chemische eisen. Het fabricageproces is echter in wezen hetzelfde en is een product van een ovenbewerking. Cementfabricage is een proces in twee fasen. Materialen zoals kalksteen die calciumoxide bevatten, worden gemengd met silica- en aluminiumoxidematerialen zoals zand, leisteen of klei. De grondstoffen worden gewoonlijk gedroogd en gemalen, en vervolgens wordt het mengsel in een draaioven verhit tot klinker. De klinker wordt vervolgens gemengd met gips en andere materialen en vermalen tot het fijne poeder (200 mesh zeef) dat bekend staat als portlandcement.

Hoe wordt gieterijzand gebruikt bij de fabricage van portlandcement?

Gieterijzand wordt beschouwd als een “alternatieve grondstof” die kan worden vervangen door nieuwe grondstoffen. De grondstoffen die bij de fabricage van portlandcement worden gebruikt, moeten de juiste verhoudingen calciumoxide, silica, aluminiumoxide en ijzeroxide bevatten. Portlandcementmengsels bevatten gewoonlijk 10-12 gewichtsprocenten siliciumdioxide en 2-5 gewichtsprocenten aluminiumoxide en ijzeroxide. Deze minerale bestanddelen zijn belangrijke bestanddelen van de meeste gieterijzanden, die bijgevolg maagdelijke mineralen kunnen vervangen. Volgens een onderzoek van de Portland Cement Association uit 2008 kochten 13 van de nationale cementovens gieterijzand in. Gemalen koepelslakken kunnen ook worden gebruikt als grondstof voor de cementproductie.

Hoe presteert portlandcement met behulp van gieterijzand?

Portlandcement vervaardigd met gieterijzand voldoet aan alle kwaliteits- en prestatie-eisen van portlandcement dat uitsluitend met maagdelijke materialen is vervaardigd. Een studie van de American Foundry Society wees uit dat portlandcement vervaardigd met gieterijzand hogere druksterktes kan vertonen dan portlandcement gemaakt met conventionele grondstoffen.

Gieterijzand wordt gebruikt als een productiegrondstof bij de productie van portlandcement. Verschillende soorten portlandcement hebben verschillende chemische en fysische eisen vanwege de verschillende toepassingen van het cement. ASTM Standard C-150, Standard Specification for Portland Cement, geeft de verschillende soorten portlandcement aan.

Wat zijn de technische problemen in verband met gieterijzand bij de fabricage van portlandcement?

De chemische consistentie van gieterijzand is belangrijker dan de fysische kenmerken bij het bepalen van de geschiktheid voor de fabricage van portlandcement. Het kiezelzuurgehalte van gieterijzand is hoger dan het minimale kiezelzuurgehalte van 80% dat in portlandcementovens is vereist en de aanwezigheid van andere elementen zoals ijzer en aluminium is een pluspunt. Het kleigehalte van gieterijzand kan een probleem zijn als het problemen oplevert voor de vloeibaarheid in cementovens met natte mengprocessen van grondstoffen.

Hoewel gieterijzand een uitstekende grondstof kan zijn voor de fabricage van Portland cement, kunnen transportafstanden een belemmering vormen voor het betrekken van meer gieterijzand voor Portland cementovens. Er zijn slechts 118 cementovens in de Verenigde Staten, waarvan sommige aangrenzende steengroeven bezitten waar kalksteen en andere maagdelijke aggregaten voor de cementproductie worden verwerkt.

Zijn er specifieke QA/QC-kwesties waarvan leveranciers en/of eindgebruikers op de hoogte moeten zijn?

Gezeefd gieterijzand kan een wenselijk materiaal zijn voor de productie van cementgrondstof als de transportafstanden het gebruik ervan niet uitsluiten. De invoersystemen van de ovens zijn ontworpen om materialen met korrelgrootte te verwerken en gezeefd gieterijzand is al een fijn toeslagmateriaal. Dat betekent dat het gebruik van gieterijzand de kosten en milieueffecten van het malen van andere grondstoffen vermijdt.

Gieterijzand dat voor een cementoven bestemd is, moet worden gezeefd om vrij te zijn van alle puin, kernresten, schroot en vreemde materialen. Met name schroot kan het toevoersysteem van de oven beschadigen. Kernresten kunnen worden vermalen en vermengd met andere zandstromen, zolang de chemische consistentie wordt gehandhaafd. Natriumsilicaatzand voor gieterijen moet worden vermeden, omdat dit type bindmiddel de chemische samenstelling van het cement verandert. Het grootste nadeel van de toename van het gebruik van zand voor de productie van cement is het verkrijgen van de nodige hoeveelheden gezeefd zand op een consistente basis.

Zijn er specifieke milieuaspecten verbonden aan het gebruik van gietzand in portlandcement?

De Portland Cement Association heeft een programma opgezet om de fabricage en het gebruik van portlandcement duurzamer te maken. Het gebruik van zand voor gieterijen in het fabricageproces van portlandcement draagt bij tot de totstandkoming van een duurzamer produkt. Om aan de vraag naar portlandcement te voldoen, zijn enorme hoeveelheden grondstoffen nodig die kalk, silica, aluminiumoxide en ijzeroxide bevatten. Cementproductie is een zeer energie-intensieve industriële activiteit. Het gebruik van zand voor gieterijen vermindert niet alleen het gebruik van nieuwe grondstoffen, maar bespaart ook energie doordat er geen nieuwe grondstoffen hoeven te worden gedolven, gebroken en vermalen tot de korrelgrootte is bereikt.