cement

Portlandcement er den almindeligste cementtype. Den er fremstillet af portlandklinker, gips og en større eller mindre mængde af andre materialer, fx flyveaske. Ved hjælp af en grundstofanalyse kan man under visse forudsætninger, som udtrykkes i Bogues formler, beregne indholdet af komponenterne og heraf slutte en del om cementens egenskaber. Mere direkte kan mineralsammensætningen bestemmes ved mikroskopi eller røntgendiffraktion. Efter cementbrændingen og tilsætning af gips har portlandcement følgende karakteristiske sammensætning, udregnet efter Bogue:

Alit, tricalciumsilikat (C₃S), er hovedkomponenten, idet portlandcement indeholder 55-60 %. Når cementen tilsættes vand (hydratiseres), vil alit hurtigt danne calciumsilikathydrater, hvorved hærdningen finder sted. Hydratiseringen af alit er i nogen grad afhængig af tilstedeværelsen af cementens øvrige komponenter.

Dicalciumsilikat (C₂S) indgår i mængder på 18-22 %. Der findes to former, belit (α-dicalciumsilikat) og felit (β-dicalciumsilikat), og ligesom alit danner de calciumsilikathydrater med vand, men reaktionen er betydelig langsommere. Komponenterne har betydning for cementens sene styrkeudvikling.

Tricalciumaluminat (C₃A) og tetracalciumaluminatferrit (C₄AF), der begge har den mineralogiske betegnelse celit, indgår med hhv. 8-10 % og 6-10 %. C₃A, der bidrager til cementens hurtige styrkeudvikling, reagerer foruden med vand også med gips. C₄AF reagerer som C₃A med vand, men betydelig langsommere, og har kun ringe betydning for cementens styrke.

Foruden disse klinkermaterialer indeholder cement en række forbindelser, der kan influere på cementens egenskaber. Det drejer sig om calciumoxid (0,5-2 %), magnesiumoxid (0-5 %) og natrium- eller kaliumoxid (0,3-1 %). Et for højt indhold af calcium- og magnesiumoxid, der begge reagerer med vand, vil give anledning til ekspansion under cementens hærdning. Natrium- og kaliumoxid har indflydelse på cementens tidlige styrkeudvikling.

Ved formaling af klinkerne tilsættes 2,5-5 % gips. Hvis der ikke var tilsat gips, ville reaktionen mellem C₃A og vand forløbe meget hurtigt, og cementen ville størkne i løbet af få minutter.

Rapid®cement, der er særlig hurtigthærdnende, adskiller sig fra portlandcement ved større finhed og mindre gipsindhold. Lavalkali-sulfatbestandig cement har mindre indhold af celit og et lavt alkaliindhold. Den anvendes, hvor beton kan være udsat for sulfatangreb. Hvid portlandcement fremstilles ved en speciel brændeteknik af særlig rent kridt og kaolin i stedet for ler. I Danmark er det lykkedes næsten helt at erstatte kaolin med det specielle flyvesand, der findes i enkelte nordjyske forekomster.

Produktionen foregår i tre hovedtrin: fremstilling af den rå blanding af kalk, ler og sand, brænding og formaling. Mens der tidligere var et valg mellem to metoder, en tør og en våd, har de høje energipriser bevirket, at alle nye fabrikker arbejder efter den tørre metode, som er mindst energikrævende.

I Danmark anvendtes tidligere den våde metode, da man bekvemt kan sønderdele kridt og ler ved opslæmning i vand. Råslammet, der indeholder ca. 35 % vand, fødes ind i den øverste ende af en roterovn.

Ved den tørre metode formales råmaterialerne tørt under anvendelse af ovnrøg som tørreluft. Der kan bruges rørmøller eller kollergangsmøller (vertikalmøller), som har en stor tørreevne og et lavt energiforbrug. I en moderne cementfabrik går råmelet til et system af forvarmercykloner, hvor der sker en opvarmning til ca. 750 °C. Herfra føres råmelet til en kalcinator. Her tilføres varm luft fra klinkerkøleren, og lidt over halvdelen af den samlede brændselsmængde afbrændes. Derved vil kalkkomponenten afgive en stor del af sin kuldioxid. Via en cyklon går materialet derefter til roterovnen.

I Danmark er lerkomponenten i råblandingen erstattet af flyveaske sammen med formalet sand og lidt kisaske. Det er herved lykkedes at skabe en halvtør proces, idet opslæmmet kridt og formalet sandslam sammen indsprøjtes i en tørreknuser, hvortil der også føres kisaskeslam og tør pulveragtig flyveaske. Det tørrede produkt indføres i en totrinsforvarmer og en kalcinator, hvorfra det går til roterovnen.

Roterovnen er et langt, svagt skrånende og kontinuerligt roterende stålrør med ildfast foring. Slammet eller råmelet indføres i ovnens øverste ende. Brændslet (kulstøv eller olie) blæses ind i ovnens nederste ende (brændezonen). På grund af rotationen vil slammet arbejde sig ned gennem ovnen, mens det tørrer. I brændezonen er temperaturen ca. 1500 °C, og her sintrer det til klinker. Efter passage af brændezonen luftkøles klinkerne, og den opvarmede luft benyttes som fyringsluft i ovnen og i kalcinatoren.

Klinkerne formales, hvortil der anvendes en såkaldt rørmølle, som er en kontinuerligt arbejdende kuglemølle. Den er opfundet af danskeren M.J. Davidsen, som solgte rettighederne til F.L. Smidth. I rørmøllen indføres tillige gips for at regulere cementens hærdningstid. Under cementformalingen tilsættes der foruden gips ofte både fyldstoffer (fillere) og latent hydrauliske tilslag, som kan være affaldsstoffer såsom flyveaske eller slagge fra stålværker.

Ordet cement stammer fra latin; opus caementium betegnede en betonagtig konstruktion af sten og en mørtel af brændt kalk. Senere fik mørtel lavet af brændt kalk og tilsætninger som formalede mursten og vulkansk tuf navne som cementum, cimentum, caement og cement. Ofte anvendtes vulkansk sand fra Pozzuoli ved Napoli. Tilsætninger af denne type kaldes puzzolaner. Disse mørtler var hydrauliske, omend med langsom styrkeudvikling. I folkevandringstiden gik kendskabet til cement tabt.

I 1700-t. dukkede cementer op igen. Den engelske ingeniør John Smeaton (1724-92) brugte i 1756 en kalkmørtel til genopbygningen af Eddystone fyrtårn. Han fandt, at en kalk med et indhold af ler ved brænding ville give en hydraulisk kalk. I 1796 lykkedes det englænderen James Parker at fremstille en hydraulisk kalk, som han kaldte romancement, ved brænding af naturlig mergel, og i 1818 fremstillede franskmanden Louis Joseph Vicat (1786-1861) en hydraulisk kalk ved brænding af en blanding af kalk med 25-30 % ler. I 1824 fik Joseph Aspdin (1799-1855) patent på en "kunststen". Han kaldte sin cement portlandcement, fordi den havde samme grålige farve som sandsten fra halvøen Portland i Sydengland. Han lavede den ved at blande brændt kalk og ler med vand, fordampe vandet, brække blandingen i passende klumper, brænde dem i en skaktovn og formale produktet til et fint pulver. Hans søn, William Aspdin, begyndte en industriel produktion i 1843. Hans cement blev overraskende god, hvilket skyldtes, at en del af blandingen var sintret under brændingen. I Tyskland og Frankrig kom de første cementfabrikker i 1850.

I Danmark anlagdes i 1841 ved Rønne fabrikken Phønix, hvor der blev produceret en slags romancement. På Fredens Mølle på Amager blev der fra 1846 produceret romancement og fra 1860 portlandcement, men man måtte snart opgive på grund af konkurrencen med import fra England. Den første større producent blev fabrikken Cimbria, som blev anlagt i 1874 ved Mariager Fjord. I 1889 grundlagdes A/S Aalborg Portland Cementfabrik på initiativ af Ålborg-købmanden Hans Holm (1838-1903) og stifterne af F.L. Smidth & Co. Senere blev der oprettet yderligere en række fabrikker, heriblandt Dansk Andels Cementfabrik ved Nørresundby i 1913, men fra 1978 er Aalborg Portlands anlæg ved Rørdal den eneste danske cementproducent.