Decarbonized cements and the benefits of XRD analysis

Význam tématu

Výroba cementu představuje přibližně 8 % globálních emisí CO₂, přičemž největší podíl má výroba klinkeru. S ohledem na klimatickou krizi je nezbytné vyvíjet materiály s nižší uhlíkovou stopou a optimalizovat analytické postupy při jejich výzkumu a výrobě.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřuje na vývoj a kvantifikaci různých přístupů k odkarbonizaci cementových materiálů:

1. Snížení podílu klinkeru ve směsi
2. Nahrazení klinkeru materiály s neutrální bilancí CO₂
3. Zachycování CO₂ využívaného v procesu

Klíčovou úlohou je identifikace a kvantifikace krystalických i amorfních fází pomocí rentgenové difrakce (XRD).

Použitá metodika a instrumentace

Analýza byla provedena na difraktometru Thermo Scientific ARL EQUINOX 100 s micro-focus tubusem Cu Kα a unikátním zakřiveným detektorem CPS pro simultánní sběr dat. Mleté práškové vzorky byly měřeny v reflexním režimu. K vyhodnocení sloužily software MDI JADE 2010 a databáze ICDD PDF4+. Kvantifikace krystalických fází proběhla pomocí WPF Rietveldových refinements a pro stanovení amorfní složky byl použit standardless přístup s pseudo-RiR hodnotami.

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky analýz odhalily:

• Směs kalcinované jílovo-vápencové suroviny: 91 % amorfní složka, 6 % kalcit, 3 % natrit
• Gypsum (přírodní sádra): dominující difrakční signál s drobnou fází křemene
• Létající popílek (fly ash): téměř 100 % amorfní materiál s malou příměsí křemene
• Portlanditová směs karbonatovaná CO₂: 39 % amorfní složka, 51 % portlandit, 5 % kalcit, 4 % grossit, 1 % křemen

Tato data potvrzují schopnost XRD detekovat a kvantifikovat i složité směsi a ukazují přínos standardless metody pro určení amorfního podílu.

Přínosy a praktické využití metody

Rentgenová difrakce s CPS detektorem umožňuje rychlou a přesnou identifikaci krystalických i amorfních složek bez potřeby externího chlazení. Metoda podporuje vývoj odkarbonizovaných cementových náhrad a zajišťuje efektivní kontrolu kvality surovin i finálních produktů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj standardless kvantifikace amorfních fází, aplikace in situ XRD pro sledování tuhnutí a karbonatace v reálném čase a integrace s komplementárními technikami (SEM-EDS, TGA), což umožní detailnější charakterizaci a optimalizaci nových materiálů.

Závěr

ARL EQUINOX 100 XRD difraktometr se osvědčil jako efektivní nástroj pro analýzu odkarbonizovaných cementových materiálů. Standardless přístup k určení amorfních složek přináší spolehlivé složení i u komplexních směsí, což urychluje vývoj a kontrolu kvality moderních stavebních materiálů.

Reference

• V textu nebyly uvedeny konkrétní literární odkazy.