Cement: Historie, výroba, druhy a specifikace

Moderní termín "cement" pochází od starých Římanů, kteří vyráběli maltu podobnou betonu a nazývali ji "Opus Caementitium". Pantheon v Římě postavený v letech 118-125 n. l. je trvalým příkladem antického betonového díla. Již před naším letopočtem byla známá hydraulická pojiva.

Cement je hydraulické práškové pojivo, což znamená jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou tuhne a tvrdne stejně dobře na vzduchu jako pod vodou. Výsledná vysoká stabilita je založena na chemické reakci, při níž se voda se složkami cementu přeměňuje na vzájemně se spojující jehličkovité krystaly. Po zatvrdnutí zachovává svoji pevnost a stálost také ve vodě. Cementy jsou práškové materiály, které reakcí s vodou tuhnou a tvrdnou za vzniku vápenno-křemičitých hydrátů. Hlavním úkolem při výrobě cementu je vytvořit látky, které jsou schopny reagovat s vodou.

Chemické složení portlandského cementu tvoří přibližně následující poměry:

Výroba cementu

Společným znakem výroby cementů v dobách počátku jeho moderní historie i těch dnešních je příprava suroviny požadovaného složení a vypálení suroviny v peci na tzv. portlandský slínek. Surovinu nejdříve rozdrtíme v drtičích a uložíme na skládku. Dále se rozemílá na surovinovou moučku, kterou shromažďujeme v zásobnících. Portlandský slínek se vyrábí pálením nejméně do slinutí přesně připravené surovinové směsi (surovinové moučky, těsta nebo kalu) obsahující prvky, obvykle vyjádřené jako oxidy CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 a malá množství jiných látek. Surovinová směs, těsto nebo kal musí být v důsledku jemného mletí a dobrého míchání homogenní.

Jako surovina pro výpal slínku již neslouží jen čistě přírodní materiály, ale také nejrůznější vedlejší produkty či odpady, jako jsou železité odprašky, elektrárenský popílek nebo energosádrovec. Ty vhodně doplňují těžený vápenec a přispívají k optimální skladbě surovinové moučky. Namletá surovina putuje do pece, kde probíhá samotný výpal na mez slinutí, to je na více než 1 400 °C. Dříve používané šachtové pece vystřídaly moderní rotační pece s výměníky tepla a předkalcinátory. Spotřeba energie na jednotku vyrobeného slínku je tak několikanásobně nižší. Stále častěji jsou pro výpal používána vedle tradičních paliv také alternativní paliva, která by ještě před několika lety skončila nevyužita jako odpad. Přísná kvalitativní kritéria vymezující podmínky užití alternativních paliv jsou samozřejmostí.

Čtěte také: Bosch GR 500 Professional 0.601.094.300

Existují i nové účinné systémy chlazení slínku, které jej dokážou téměř ihned po výstupu z pece ochladit přibližně na 200 °C. Dále následuje chlazení slínku a jeho mletí. Slínky se odváží na skládku, kde se ponechávají delší dobu odležet. K reakci mezi oxidy vápníků, křemíku a hliníku dochází při teplotě asi 1300 °C, při níž vznikají křemičitany vápenaté, ale i hlinitany i železitany vápenaté. Teprve při teplotě 1400 °C nastává slinování taveniny. Uvolňuje se oxid vápenatý, který se navázal na jiné oxidy.

Druhy a složky cementu

Portlandský cement je jen jedním z mnoha druhů cementů vyráběných z portlandského slínku. Portlandský slínek je hydraulická látka, která musí sestávat nejméně ze dvou třetin hmotnosti z křemičitanů vápenatých (3CaO · SiO2 a 2CaO · SiO2). Ve zbytku jsou pak obsaženy slínkové fáze obsahující hliník a železo a jiné sloučeniny. Jako doplněk slínku lze totiž pro výrobu cementu použít i jiné suroviny. Evropská harmonizovaná norma EN 197-1 rozeznává dokonce 27 druhů cementu pro obecné použití. Dále definuje 7 síranovzdorných cementů pro obecné použití, 3 jmenovité vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a 2 síranovzdorné vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a jejich složky.

Hlavní složky cementu podle ČSN EN 197-1

• Portlandský slínek: Základní složka většiny cementů, vyrábí se pálením surovinové směsi.
• Vysokopecní granulovaná struska (S): Vzniká rychlým ochlazením struskové taveniny z vysoké pece. Musí být nejméně ze dvou třetin hmotnosti sklovitá a vykazovat hydraulické vlastnosti. Dává cementu pozvolnější náběh pevnosti v tlaku a vyšší chemickou odolnost například proti agresivním síranům.
• Popílek (V, W): Získává se odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť otápěných práškovým uhlím. Může být křemičitý (pucolánové vlastnosti) nebo vápenatý (hydraulické a/nebo pucolánové vlastnosti). Větší uplatnění v posledních letech nachází i popílek, například jako součást zmíněných portlandských směsných cementů. Zlepšuje vlastnosti čerstvého betonu, zejména čerpatelnost a homogenitu, a ve ztvrdlém betonu zlepšuje jeho odolnost vůči působení vody.
• Vápenec (L, LL): Použití vápence jako hlavní složky cementu má obvykle zcela opačný vliv na pevnost v tlaku. Její nárůst je zpočátku mnohem rychlejší, konečných pevností pak bývá dosaženo o něco dříve. Jemně mletý vápenec má přímý vliv na zlepšení zpracovatelnosti, snížení nebo odstranění odlučivosti vody a stabilizaci barevnosti betonu.
• Pucolány (P, Q): Přírodní látky křemičité nebo křemičito-hlinité. Po smíchání s vodou samy netvrdnou, avšak jsou-li jemně semlety, reagují v přítomnosti vody s rozpuštěným hydroxidem vápenatým a tvoří sloučeniny podobné těm, které vznikají při tvrdnutí hydraulických látek.
• Kalcinovaná břidlice (T): Vyrábí se ve speciální peci při teplotě přibližně 800 °C. Obsahuje slínkové fáze, volný oxid vápenatý, síran vápenatý a značný podíl pucolanicky reagujících oxidů.
• Křemičitý úlet (D): Vzniká při redukci křemene v elektrické obloukové peci a sestává z velmi jemných, kulovitých částic obsahujících nejméně 85 % hmotnosti amorfního oxidu křemičitého.

Větší zastoupení uvedených materiálů na úkor slínku má jednoznačně pozitivní dopady na množství skleníkových plynů produkovaných přímo při výrobě cementu, což může jeho výrobcům přinést i finanční úspory za nákup emisních povolenek.

Speciální cementy

• Bílý cement: Řadí se mezi speciální cementy z pohledu estetických kvalit.
• Rozpínavé cementy: Obsahují kromě portlandského slínku další složky, které v průběhu hydratace zvětšují svůj objem (rozpíná se o 5 až 11 mm/m). Oba jsou založeny na vzniku síranu hlinitovápenatého při hydrataci.
• Fotokatalytický cement: Nejnovější přírůstek do rodiny speciálních cementů, schopný působením světla rozkládat široké spektrum organických i anorganických látek.

Cementy bez portlandského slínku

Zvláštní skupinu tvoří cementy, při jejichž výrobě není použit portlandský slínek vůbec či pouze v minimálním množství.

• Hlinitanové cementy: Vyráběné z vápence a bauxitu (popřípadě hutnické struska), charakteristické rychlým dosažením konečných pevností, vysokou tepelnou odolností, ale také svou chemickou nestabilitou. Vyrábí se z hlinitanového slínku. Tyto cementy jsou odolné vysokým teplotám, při nichž nemají měknout, aby nedošlo k deformaci konstrukce.
• Nadsíranové (supersulfátové) cementy: Složené z vysokopecní granulované strusky, síranu vápenatého a malého množství portlandského slínku coby aktivátoru. Místo hlinitanových hydrátů přechodně vzniká etringit působící jako regulátor tuhnutí, který v první fázi hydratace zabraňuje okamžitému tuhnutí, takže se prodlužuje doba zpracování čerstvého betonu až na několik hodin.

Vlastnosti a normalizace cementu

Kromě chemického a mineralogického složení určuje jemnost cementu také vlastnosti výrobku. Hydratace cementu na bázi portlandského slínku je natolik složitou záležitostí, že dodnes v podstatě neexistuje jednotná, komplexní a obecně uznávaná teorie, která by dokázala vysvětlit veškeré pochody probíhající při tuhnutí a tvrdnutí cementu.

Čtěte také: měření izolace 22kV

Evropská harmonizovaná norma ČSN EN 197-1

Základním kamenem určování kvality vyrobených cementů je evropská harmonizovaná technická norma EN 197-1, přejatá do soustavy českých technických norem jako ČSN EN 197-1. Norma definuje a určuje specifikace pro 27 jmenovitých cementů pro obecné použití a pro jejich složky. Předepisuje přípustné složení, kvalitu, označování a názvosloví cementů pro obecné použití. Také uvádí tzv. kritéria shody, tedy předpoklady udělení evropského označení shody CE. Pokud nejsou tato kritéria splněna, k cementu nesmí být připojena značka CE a cement nelze na území Evropské unie uvádět na trh jako cement pro obecné použití.

Norma jako hlavní kvalitativní parametry uvádí:

• Pevnost v tlaku (počáteční po dvou dnech a normalizovaná po 28 dnech).
• Počátek tuhnutí.
• Objemovou stálost.
• Obsah síranů.
• Obsah chloridů.
• Pro některé druhy cementů také ztrátu žíháním a nerozpustný zbytek.

Třídy pevnosti cementu

Normalizovaná pevnost cementu je pevnost v tlaku, stanovená podle EN 196-1 po 28 dnech. Rozeznávají se tři třídy normalizované pevnosti a tři třídy počáteční pevnosti pro každou třídu normalizované pevnosti:

Počátek tuhnutí je min. po 60 min, konec tuhnutí max. po 12 hod. (pro běžné portlandské cementy je počátek tuhnutí stanoven po 45 min). Objemová stálost (rozepnutí) musí odpovídat údajům v normě.

Fyzikální vlastnosti cementu

Kromě chemického a mineralogického složení určuje jemnost cementu také vlastnosti výrobku. Vyjadřuje se měrným povrchem. Rozeznáváme jemnost mletí:

Čtěte také: Jak správně měřit izolační stav kabelů

• Hrubě mleté (Sc ≈ 180 m2/kg)
• Středně mleté (Sc ≈ 300 m2/kg)
• Jemně mleté (Sc ≈ 400 m2/kg)
• Velmi jemně mleté (Sc ≈ 600 m2/kg)
• Ultra jemně mleté (Sc ≈ 1000 m2/kg)

Největší měrnou hmotnost mají čisté portlandské cementy (ρ=3050 až 3150 kg/m3, pro výpočty ρ=3100 kg/m3). U směsných cementů měrná hmotnost klesá (například struskoportlandský cement asi ρ=3000 kg/m3). Objemová hmotnost sypkého cementu je 900 až 1100 kg/m3, v pytlích pak 1350 až 1500 kg/m3.

Tuhnutí je chemický a fyzikální pochod, při němž kašovitá směs cementu a vody tuhne v pevnou hmotu. Tvrdnutí je chemický a fyzikální pochod, při němž se tuhá směs přeměňuje v tvrdou hmotu. Bouřlivě se uvolňuje hydratační teplo.

Použití cementu při míchání betonu

Hlavními složkami betonu jsou cement, voda a písek nebo štěrk. Stejně snadné jako jeho složení je také míchání betonu. Přitom je rozhodující správný poměr jednotlivých přísad. Při výrobě betonu je dnes běžné a neodmyslitelné používání přísad stavební chemie, například super a hyper plastifikátory dokáží upravit reologii a dobu zpracovatelnosti čerstvého betonu na zákazníkem požadovanou hodnotu.

Výpočet množství betonu

Pro míchání betonu je důležité nejprve odhadnout potřebné množství. Velké množství betonu o objemu přes 45 l budete potřebovat při stavbě základů, například pro zídky. Pro střední množství o objemu cca 12 l stačí stavební míchadlo. Malá množství o objemu do 12 l lze bez problémů zpracovat ručně pomocí zednické lžíce ve stavebním vědru. V případě malého množství si můžete ušetřit čas a námahu pomocí hotových směsí betonového potěru. Stačí, když ke směsi přidáte zhruba celé určené množství vody a mícháte, dokud nezapracujete všechen suchý materiál.

Stanovení směšovacího poměru

Před začátkem práce doporučujeme připravit si pomůcky a mít je v blízkosti stavby po ruce. Vhodné je použít ochranné prostředky a oblečení: beton může dráždit pokožku, pracovní rukavice a dlouhé rukávy vás tak ochrání. Kromě cementu a vody patří do betonu také písek o zrnitosti do 2 mm nebo štěrk o zrnitosti do 32 mm. Poměr mezi cementem a pískem nebo štěrkem je 1 : 4. V zásadě platí, že čím vyšší je podíl cementu, tím je beton tvrdší. Pro většinu zahradních projektů, jako jsou základy pro terasu, stačí třída pevnosti C12/15. Jedna jednotka cementu se rovná čtyřem jednotkám písku. Voda se následně přidá podle potřeby. Množství vody určuje pozdější konzistenci betonu. S větším množstvím vody bude směs kašovitější a základy se tak budou snáze zalévat. Méně vody vytváří vlhký beton, který se lépe nanáší třeba na svislou podpěru obrubníku.

Míchání betonu

Doporučujeme míchat cement a vodu s pískem nebo štěrkem tak dlouho, dokud směs nedosáhne požadované pevnosti. Doporučená metoda závisí na celkovém množství.

Míchání betonu v míchačce

Pokud používáte míchačku na beton, zacházejte se zařízením opatrně, nesahejte dovnitř a zajistěte stabilitu.

1. Stiskněte tlačítko Start a nechte míchačku rozběhnout.
2. Přidejte čtyři jednotky štěrku.
3. Přidejte jednu jednotku cementu.
4. Přidávejte postupně vodu, dokud hmota nedosáhne lehce lesklé konzistence.

Míchání středního množství betonu pomocí stavebního míchadla

1. Do stavebního vědra naplňte vhodné množství štěrku nebo písku a cementu a vše kompletně promíchejte stavebním míchadlem.
2. Následně pomalu přidávejte vodu, aby bylo možné množství později ještě zvýšit.
3. Míchadlem vše rozmíchejte, dokud nedosáhnete požadované konzistence.

Míchání malého množství betonu v maltovníku

1. Do stavebního vědra naplňte vhodné množství štěrku nebo písku a cementu a vše promíchejte zednickou lžící.
2. Následně pomalu přidávejte vodu, aby bylo možné množství později ještě zvýšit.
3. Zednickou lžící směs zpracujte, dokud nedosáhnete požadované konzistence.

Čištění přístrojů a nářadí

Jakmile je betonování dokončeno, je vhodné všechny pracovní nástroje důkladně očistit vodou. Pracovní oblečení doporučujeme hned po použití namočit do vody. Ztvrdlý beton je už velmi obtížné odstranit z nástrojů a oblečení.

tags: #merici #nadoba #cement #informace

Oblíbené příspěvky:

• Inspirace: Vanilková kuchyně s betonovou stěrkou
• Průvodce vedlejšími vchodovými dveřmi z PVC zlatý dub
• OSB desky a akustika podlah
• Analýza DNA a RNA
• Odstíny barev na dřevo