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セメントクリンカーは、ポルトランドセメント製造の中間製品として生産される固体材料です。クリンカーは塊状または結節状で、通常直径は3ミリメートル（0.12インチ）から25ミリメートル（0.98インチ）です。セメントキルン工程で、石灰石と粘土などのアルミノケイ酸塩材料を焼結（液化点まで溶融せずに融合）することによって製造されます。[ 1 ] [ 2 ]
ポートランドクリンカーは、2種類のケイ酸カルシウム、アライト（Ca 3 SiO 5）とベライト（Ca 2 SiO 4）に加え、三カルシウムアルミネート（Ca 3 Al 2 O 6）とカルシウムアルミノフェライト（Ca 2 (Al,Fe) 2 O 5 ）の4種類の鉱物から構成されています。これらの鉱物は、粘土と石灰石を高温で加熱することにより商業的に生産されます。 [ 3 ]
主な原料は通常、石灰石にアルミノケイ酸塩源として粘土を含む第2の材料を混合したものです。粘土または二酸化ケイ素（SiO 2）を含む不純な石灰石を使用することもできます。これらの石灰石の炭酸カルシウム（CaCO 3）含有量は重量比で80%程度まで低くなることがあります。クリンカーの製造で行われる焼成プロセス中に、石灰石は石灰（酸化カルシウム）と二酸化炭素に分解され、石灰は最終的なクリンカー製品に組み込まれます。
第二の原料は石灰石の純度によって異なります。使用される第二の原料には、粘土、頁岩、砂、鉄鉱石、ボーキサイト、フライアッシュ、スラグなどがあります。
ポルトランドクリンカーは、原料の均質な混合物を回転窯で高温に加熱することによって製造されます。化学反応生成物は、約1,450 ℃（2,640 °F）の焼結温度で凝集します。酸化アルミニウムと酸化鉄は、焼結温度を下げるための融剤としてのみ存在し、セメントの強度にはほとんど寄与しません。
低熱セメント（LH）や耐硫酸塩セメント（SR）などの特殊セメントの場合、生成される三カルシウムアルミン酸塩の量を制限する必要がある。
クリンカーとその水和反応は、熱量測定、強度発現、X線回折、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡など、多くの手法によって詳細に特性評価および研究されている。[ 4 ]
ポルトランドセメントクリンカー（欧州規格では k と略記）は微粉末に粉砕され、多くのセメント製品の結合材として使用されます。ポルトランドクリンカーの中で最も反応性の高い鉱物相（発熱水和反応）である三カルシウムアルミネート（Ca 3 Al 2 O 6 ）の急激な硬化を防ぐために、少量の石膏（5 重量% 未満）を添加する必要があります。また、他の活性成分やセメント添加物と組み合わせて、欧州規格 EN 197-1 に従って、他の種類のセメントを製造することもできます。 [ 5 ]
クリンカーは、石灰岩を模した人工岩の材料の一つで、発明者のジェームズ・パルハム（1820～1898）にちなんでパルハマイトと呼ばれています。その他の材料は、ポルトランドセメントと砂です。パルハマイトは非常にリアルな質感を持つため、19世紀には自然な風合いのロックガーデンを作る際に人気がありました。
クリンカーは、乾燥した状態で保管すれば、品質の著しい低下なく数ヶ月間保存できます。そのため、また一般的な鉱物処理設備で容易に取り扱うことができるため、クリンカーは国際的に大量に取引されています。クリンカーを購入したセメントメーカーは、通常、自社のセメント工場で自社のクリンカーに添加するために粉砕します。また、セメント製造原料が入手困難な地域にある粉砕工場へクリンカーを出荷することもあります。
石膏は主にセメントの急激な硬化を防ぐ添加剤としてクリンカーに添加されますが、ボールやミル壁面への粉末の凝集や付着を防ぐことでクリンカーの粉砕を容易にするのにも非常に効果的です。[ 6 ]
粉末の凝集を防ぐため、粉砕助剤として有機化合物が添加されることもよくあります。トリエタノールアミン（TEA）は一般的に0.1 重量％で使用され、非常に効果的であることが証明されています。エチレングリコール、オレイン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸 などの他の添加剤が使用されることもあります。 [ 7 ]
水を加えると、クリンカー鉱物が反応して様々な種類の水和物を形成し、水和セメントペーストがコンクリートになるにつれて「固化」（硬化）します。ケイ酸カルシウム水和物（CSH）（アライトとベライト鉱物の水和物）は、コンクリートの主要な「接着剤」成分です。初期硬化後もコンクリートは硬化を続け、機械的強度を発現します。
最初の28日間は、コンクリートの硬化にとって最も重要な時期です。コンクリートは乾燥するのではなく、固まり、硬化すると言われます。セメントは水硬性結合材であり、その水和反応には水が必要です。水中でも完全に固まります。水は硬化に不可欠であり、ひび割れの発生を防ぐために、若い時期には水の損失を避ける必要があります。若いコンクリートは乾燥（未反応水の蒸発）から保護されます。乾燥を防ぐ従来の方法としては、製品を湿った麻布で覆ったり、プラスチックシートを使用したりすることが挙げられます。
高速道路などの大規模プロジェクトでは、表面に硬化剤溶液を噴霧して、水を通さないコーティングを形成します。[ 8 ]
2018年現在セメント生産は世界の全炭素排出量の約8％を占め、地球温暖化に大きく寄与している。これらの排出量のほとんどはクリンカー製造工程で発生している。[ 9 ]
2026年に、研究者らはベライトセメントを製造するための代替製造プロセスを導入した。電気化学的CSH製造は2段階プロセスを使用する。CSHは140°F（60°C）で製造され、2段階目でCSHは1200°F（650°C）でベライトに変換される。このプロセスは、従来のプロセスよりも約70%少ないエネルギーを必要とする。このプロセスは、解体されたコンクリートから回収された廃セメントからクリンカーを製造するためにも使用されている。[ 10 ]
再生セメントからベライトクリンカーを製造すると、1トンあたり約20kg（44ポンド）のCO₂しか排出されず、従来の方法の1トンあたり約800kg（1,764ポンド）のCO₂と比較して、ほぼ98%削減される。[ 10 ]
電気化学反応では副産物として水素ガスも生成され、これを燃焼させることでベライト変換に必要な熱エネルギーを供給することができる。[ 10 ]