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Kalorimetrie Qualitäts- und Prozesskontrolle in Zementwerken

Redakteur: Sabine Mühlenkamp

Die bisherige Analyse der Reaktivität von Klinker- und Zement dauerte bisher mindestens 24 Stunden. Jetzt stehen die Ergebnisse in weniger als 60 Minuten zur Verfügung - dank eines vollautomatischen, in die Laborautomation integrierbaren isothermen Kalorimeters.

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Das erste automatisierte isotherme Kalorimeter - vorne sieht man den Zugang zu Kalorimeter und Roboter-Probenhandling; hinten sind Ampullenmagazin und Probenannahme.
Das erste automatisierte isotherme Kalorimeter - vorne sieht man den Zugang zu Kalorimeter und Roboter-Probenhandling; hinten sind Ampullenmagazin und Probenannahme.
(Bild: ThyssenKrupp)

Die Kontrolle und Regelung der Klinkerreaktivität ermöglicht eine Reduktion des Klinkeranteils im Zement. Nun stehen erstmals die Daten zur Reaktivität von Zement in weniger als einer Stunde zur Verfügung. Das erste automatisierte Kalorimetrie-System wurde gemeinsam von Thyssenkrupp Industrial Solutions mit Calmetrix entwickelt. Neben der Zementindustrie kann das Polab Cal auch zur Qualitätskontrolle in der Lebensmittel-, Pharma- und Bindemittelindustrie sowie weiten Bereichen der Grundstoffindustrie eingesetzt werden.

Bei einem Pilotversuch im Zementwerk Karlstadt von Schwenk konnte das Kalorimeter alle prognostizierten Kennwerte erreichen. Die dabei gemeinsam mit Schwenk gesammelten Daten und Analysen sind ein wichtiger Bestandteil künftiger Regelkreise auf Basis künstlicher Intelligenz (KI).

Reaktivität bestimmt Leistungsfähigkeit des Zements

Die Bestimmung der Reaktivität – also der Fähigkeit eines Stoffes, eine chemische Reaktion einzugehen – lässt sich durch die Wärmeabgabe pro Zeiteinheit messen und ist für die Qualität und Einsatzfähigkeit zahlreicher Stoffe von größter Bedeutung. Eines dieser Produkte ist Zement! Die Wärmeentwicklung ist ein direktes Maß zur Reaktivität und damit für die Leistungsfähigkeit eines Zements. Wichtig ist die Reaktivität für die Geschwindigkeit der Festigkeitsentwicklung und die Dauerhaftigkeit. So kann eine zu große Wärmeentwicklung in massiven Betonbauteilen zu großen Temperaturunterschieden zwischen Kern und Betonoberfläche führen. Daraus können Spannungen oder gar Risse entstehen. Für die Zementindustrie ist es daher wichtig, die Reaktivität des Zements schnellstmöglich und kontinuierlich messen zu können.

Polab Cal ist das erste automatisierte Kalorimetrie-System, das vollständig in Polab-Laborautomatisierungssysteme integriert oder als eigenständige Einheit in den Bereichen Forschung, Entwicklung und Produktentwicklung eingesetzt werden kann. Das System bereitet die Zementproben vollautomatisch vor und analysiert sie auf Basis der vom Betreiber vorgegebenen Parameter. Dies umfasst das Abwiegen der Probe, das Einstellen des Wasser-Zement-Verhältnis, das Mischen der Proben, das Einbringen der Proben in das Kalorimeter und die automatische Datenauswertung.

Die Integration des Kalorimeters schließt die Lücke zwischen der Prozess- und Produktqualitätskontrolle. Die besondere Stärke der Lösung ist seine Schnelligkeit: Der Betreiber einer Zementanlage muss nicht mehr einen Tag, sondern nur noch weniger als eine Stunde auf die Analyseergebnisse warten.

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