Informace o mletých cementech a jejich výrobě

Cement je hydraulické práškové pojivo, které po smíchání s vodou tuhne a tvrdne. Cement tuhne a tvrdne i pod vodou, a proto patří mezi hydraulická pojiva, která nepotřebují k tvrdnutí vzduch. Hydraulická pojiva již byla známá před našim letopočtem. Název portlandský cement byl odvozen od vzhledu betonu, který se podobal pískovci, jež se nacházel u anglického města Portland. V roce 1824 byl Johnu Aspdinovi udělen patent na výrobu portlandského cementu.

Cement je jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši, jež tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních reakcí a procesů. Po zatvrdnutí zachovává svoji pevnost a stálost také ve vodě. Cement podle EN 197-1, označovaný jako cement CEM, musí při odpovídajícím dávkování a smíchání s kamenivem a vodou umožnit výrobu betonu nebo malty zachovávající po dostatečnou dobu vhodnou zpracovatelnost. Cementy CEM jsou složeny z různých látek a ve svém složení jsou statisticky homogenní.

Výroba cementu a kontrola kvality

Produkty z naší produktové řady balených cementů se vyrábí v České republice z českých surovin. Při výrobě se uplatňují nejlepší dostupné technologie s ohledem na snižování negativních vlivů na životní prostředí. Hlavním úkolem při výrobě cementu je vytvořit látky, které jsou schopny reagovat s vodou, jako jsou křemičitany vápenaté, ale i hlinitany a železitany vápenaté. Surovinu nejdříve rozdrtíme v drtičích a uložíme na skládku. Požadovaná směs základní suroviny a korekčních přísad je v surovinové mlýnici rozemleta na jemnou surovinovou moučku, kterou shromažďujeme v zásobnících. Nejdříve se ze suroviny vypařuje voda. K reakci mezi oxidy vápníků, křemíku a hliníku dochází při teplotě asi 1300 °C. Reakce však probíhají pouze na povrchu. Teprve při teplotě 1400 °C nastává slinování taveniny. Slínky odvážíme na skládku, kde je ponecháváme delší dobu odležet. Uvolňuje se oxid vápenatý, který se navázal na jiné oxidy.

Slínek je hlavní složka cementu a získává se vypálením vápencového slínu při teplotách vyšších než 1450 °C v rotační peci. Cement se poté vyrobí namletím slínku spolu s dalšími složkami. Hotový slínek je uskladněn v silech. Před uskladněním v krytých halách dochází k předrcení slinku na částice o velikosti 5 až 10 mm. Drcení probíhá v kuželovém nebo odrazovém drtiči. Následné odložení trvá okolo tří týdnů.

Cement, který dodáváme na tuzemský trh, musí splňovat několik předpisů, norem a hlavně požadavků našich zákazníků, a proto jeho kvalitu pečlivě sledujeme v našich laboratořích. V další laboratoři sledujeme fyzikálně-mechanické vlastnosti cementu, které jsou pro naše zákazníky velmi důležité.

Čtěte také: Kreativní průvodce betonových hub

Typy a složení cementů

V naší produktové řadě si můžete vybrat ze dvou druhů pytlovaného cementu, kdy se každý z nich hodí na něco jiného.

• ECOPLANET STANDARD PLUS: Portlandský cement s betonovým recyklátem CEM II/B-F pevnostní třídy 32,5 R je cement s všestranným použitím. Je vhodný pro přípravu betonů, potěrů, malt a dalších cementových směsí.
• Portlandský struskový cement CEM II/A-S: Pevnostní třída 42,5 R je český cement určený pro náročnější typy stavebních konstrukcí. Při staveništní přípravě cementových směsí se používá tam, kde je nutné rychlé odbednění, při betonování náročnějších konstrukcí nebo při betonování za nízkých teplot. Portlandský cement je vhodný pro běžné nosné konstrukce, jakož i pro betonování v zimě.

Mezi hlavní složky cementu patří:

• Portlandský slínek: Vyrábí se pálením nejméně do slinutí přesně připravené surovinové směsi (surovinové moučky, těsta nebo kalu) obsahující prvky, obvykle vyjádřené jako oxidy CaO, SiO2, Al2O3, Fe203 a malá množství jiných látek. Surovinová směs, těsto nebo kal musí být v důsledku jemného mletí a dobrého míchání homogenní. 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. Hmotnostní podíl (CaO) / (SiO2) nesmí být menší než 2,0.
• Granulovaná vysokopecní struska: Vzniká rychlým ochlazením vhodně složené struskové taveniny vznikající při tavení železné rudy ve vysoké peci. Struska musí být nejméně ze dvou třetin hmotnosti sklovitá a při vhodné aktivaci musí vykazovat hydraulické vlastnosti. Granulovaná vysokopecní struska musí sestávat nejméně ze dvou třetin hmotnosti z oxidu vápenatého (CaO), oxidu hořečnatého (MgO) a oxidu křemičitého (SiO2). Zbytek obsahuje oxid hlinitý (Al2O3) a malá množství jiných sloučenin.
• Pucolány: Jsou přírodní látky křemičité nebo křemičito-hlinité, popřípadě kombinace obou. Pucolány po smíchání s vodou samy netvrdnou, avšak jsou-li jemně semlety, reagují v přítomnosti vody za normální teploty s rozpuštěným hydroxidem vápenatým (Ca(OH)2) a tvoří sloučeniny křemičitanů vápenatých a hlinitanů vápenatých, které jsou nositeli narůstající pevnosti. Tyto sloučeniny jsou podobné těm, které vznikají při tvrdnutí hydraulických látek.
• Popílek: Získává se elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť otápěných práškovým uhlím. Křemičitý popílek je jemný prášek převážně sestávající z kulových částic s pucolánovými vlastnostmi. Sestává zejména z aktivního oxidu křemičitého (SiO2) a oxidu hlinitého (Al203). Vápenatý popílek je jemný prášek, který má hydraulické a/nebo pucolánové vlastnosti. Sestává zejména z aktivního oxidu vápenatého (CaO), aktivního oxidu křemičitého (SiO2) a oxidu hlinitého (Al203).
• Kalcinovaná břidlice: Zejména kalcinovaná olejnatá břidlice, se vyrábí ve speciální peci při teplotě přibližně 800 °C. Podle složení přírodního materiálu a výrobního postupu obsahuje kalcinovaná břidlice slínkové fáze, zvláště dikalciumsilikát a monokalciumaluminát. Obsahuje rovněž malá množství volného oxidu vápenatého a síranu vápenatého i značný podíl pucolanicky reagujících oxidů, zejména oxidu křemičitého.
• Křemičitý úlet: Vzniká při redukci křemene vysoké čistoty uhlím v elektrické obloukové peci při výrobě křemičitých nebo ferrokřemičitých slitin a sestává z velmi jemných, kulovitých částic obsahujících nejméně 85 % hmotnosti amorfního oxidu křemičitého.

Mezi doplňující složky cementu patří zvlášť vybrané anorganické přírodní látky, anorganické látky pocházející z procesu výroby slínku nebo složky uvedené výše, pokud nejsou v cementu použity jako složky hlavní. Doplňující složky po vhodné úpravě nebo v důsledku jejich zrnitosti zlepšují fyzikální vlastnosti cementu (jako je zpracovatelnost nebo retence vody). Mohou být inertní nebo mohou mít slabě hydraulické, latentně hydraulické nebo pucolánové vlastnosti. Síran vápenatý se přidává k ostatním složkám cementu v průběhu jeho výroby za účelem úpravy tuhnutí. Síran vápenatý může být přidáván ve formě sádrovce (dihydrát síranu vápenatého, CaSO4 · 2H2O), hemihydrátu síranu vápenatého (CaSO4 · 1/2H2O) nebo anhydritu (bezvodý síran vápenatý CaSO4) popřípadě jejich směsi.

Evropská norma ČSN EN 197-1 ed. 2 specifikuje celou skupinu portlandských cementů směsných CEM II, které obsahují kromě portlandského slínku jedinou hlavní složku. V českých podmínkách jde hlavně o strusku (S), vápenec (L, LL) a popílek (V). Kvalitní a trvale dostupné vápence s minimálním obsahem jiných doprovodných látek umožňují vyrábět pro zákazníka cementy s trvale stabilními vlastnostmi.

Každá z hlavních složek má jiný vliv na vlastnosti cementu a jejich optimální kombinace dovoluje vyrobit cement právě požadovaných vlastností. Jemně mletý vápenec má přímý vliv na zlepšení zpracovatelnosti, snížení nebo odstranění odlučivosti vody a stabilizaci barevnosti betonu, na druhé straně může snižovat konečné pevnosti. Struska s popílkem snižují naopak počáteční pevnosti, příznivě však ovlivňují plynulost nárůstu pevností a dosahování vyšších konečných pevností. Dále tyto složky obvykle zvyšují odolnost betonu proti agresivnímu prostředí, zejména proti síranové agresivitě. Popílek zlepšuje vlastnosti čerstvého betonu, zejména čerpatelnost a homogenitu a ve ztvrdlém betonu zlepšuje jeho odolnost vůči působené vody.

Čtěte také: komplexní přehled o transportu cementu

Mletí cementu a jeho vliv na vlastnosti

Jedním z klíčových kroků ve výrobním procesu cementu je mletí. Tradiční mletí v trojkomorovém mlýně je časově a energeticky náročné. Mlýn pro mletí slinku je většinou komorový kulový mlýn. Důležité je správné plnění mlecími tělesy a surovinou. Dále se používají mlýny oběhové, ve kterých se mele na uzavřený okruh a výmel je tříděn ve větrném třídiči a nedomleté částice se vracejí zpět do mlýna, kde se dále melou. Mletí je energeticky náročný proces. Na 1 tunu cementu je potřeba 20-30 kWh. Pro snížení spotřeby energie se do cementu přidávají aktivátory mletí. Tyto látky spoří energii až o 35 %.

Na mletí slinku se sádrovcem se spotřebuje přibližně 1 % energie, zbytek se přemění na teplo. Účinnost mletí se udává v desetinách procenta. Dochází k výraznému ohřevu cementu, a to až na 180 °C. Cement v mlýnici je chlazen proudem vzduchu, který zároveň odvádí páry vzniklé rozpadem sádrovce. Nejvhodnější velikost částic je 5-35 μm. S rostoucí jemností meliva se zvyšuje množství spotřebované energie a výkon mlýna značně klesá. Tato skutečnost je způsobena vzrůstajícím odporem meliva při pokračujícím rozpojování částic.

Alternativní způsoby mletí

Příspěvek je věnován alternativnímu způsobu mletí, kterým je vysokorychlostní mletí s cílem redukce mlecího času a energie. Výsledky ukazují, že se zkrácenou dobou mletí, potřebnou k dosažení stejného měrného povrchu, dochází k snížení spotřeby elektrické energie. Efekt mechanochemické aktivace má malý vliv na hydrataci cementu.

Byly zkoumány dva způsoby mletí: vysokorychlostní dezintegrátor a kulový mlýn. Výchozí suroviny byly předemlety pomocí kulového mlýna na měrný povrch 300 m2/kg. Takto předpřipravená surovina byla rozdělena na dvě poloviny. První část byla domleta na vysokorychlostním dezintegrátoru a druhá pomocí kulového mlýna na srovnatelný měrný povrch. REM analýza prokázala, že použitím dezintegrátoru bylo dosaženo prakticky shodné granulometrie jako u vzorku mletého na kulovém mlýně. Po provedení RTG analýzy je zřejmé, že hydratační proces probíhá u obou vzorků identicky. Pouze u vzorku mletého na dezintegrátoru byly po 28 dnech zrání pozorovány vyšší bazální linie portlanditu.

Z DTA analýzy bylo vypočteno množství CaO. Z vypočtených hodnot je patrné, že nejvyšší obsah CaO při 28denním zrání má komerčně vyráběný cement. Nejnižší hodnota byla zjištěna u vzorku mletém na kulovém mlýně. Na jednotlivých vzorcích byly sledovány fyzikálně-mechanické vlastnosti. Z naměřených hodnot je patrné, že druh mletí neměl zásadní vliv na vývoj pevností.

Čtěte také: Analýza cementu: Mangan a chemické složení

Ze stanovení fyzikálně-mechanických vlastností je patrné, že technologie mletí má minimální vliv na pevnosti v tlaku. Největší rozdíl byl v mlecím čase a spotřebované energii. Při mletí na srovnatelný povrch, vysokorychlostní dezintegrátor ukazuje výhody vůči kulovému mlýnu, a to z časového i energetického hlediska. Jednou z možností, jak snížit energetickou náročnost mletí je využití mechano-chemické aktivace pomocí vysokorychlostního dezintegrátoru. Důvodem, proč nebylo této technologie hojně využíváno v minulosti je složitá konstrukce mlýnů a nesnadná údržba. Z výsledků provedených zkoušek plyne, že použitím dezintegrátoru lze vyrobit cement, který má stejné vlastnosti jako komerčně vyráběný. Předpokladem perspektivního využití je výroba směsných cementů.

Vlastnosti a normy cementů

Fyzikální vlastnosti cementu

Měrná hmotnost cementu je hmotnost jednotky objemu bez mezer mezi zrny. Největší měrnou hmotnost mají čisté portlandské cementy (ρ=3050 až 3150 kg . m-3 , pro výpočty ρ=3100 kg . m-3). U směsných cementů měrná hmotnost klesá (struskoportlandský cement asi ρ=3000 kg . m-3).

Objemová hmotnost (sypná hmotnost) cementu je hmotnost jednotky objemu i s mezerami mezi zrny. Pro cement ve volně sypaném stavu je ρo=900 až 1100 kg . m-3, v pytlíchρo=1350 až 1500 kg . m-3.

Jemnost mletí vyjadřuje měrným povrchem. Jednotka (m2 . kg-1) se stanovuje metodou permeabilní (Blaine). Rozeznáváme cementy:

• hrubě mleté (Sc ≈ 180 m2 . kg-1)
• středně mleté Sc ≈ 300m2 . kg-1)
• jemně mleté (Sc ≈ 400m2 . kg-1)
• velmi jemně mleté (Sc ≈ 600m2 . kg-1)
• ultra jemně mleté (Sc ≈ 1000m2 . kg-1)

Prosévací metoda slouží pouze ke stanovení hrubých částic cementu. Metoda prosévání proudem vzduchu stanovuje zbytek po prosévání a je vhodná pro částice, které v zásadě prošly zkušebním sítem 2,0 mm, a může být použita pro stanovení zrnitosti materiálů obsahujících shluky velmi jemných částic. Permeabilní metodou (Blaine) se měří měrný povrch (povrch vztažený na hmotnost) v porovnání s měrným povrchem referenčního vzorku. Stanovení měrného povrchu slouží především pro kontrolu rovnoměrnosti mlecího procesu při výrobě v daném závodě.

Tuhnutí je chemický a fyzikální pochod, při němž kašovitá směs cementu a vody tuhne v pevnou hmotu. Začátek tuhnutí je min. po 60 min, konec tuhnutí max. po 12 hod. pro běžné portlandské cementy. Tvrdnutí je chemický a fyzikální pochod při němž se tuhá směs přeměňuje v tvrdou hmotu. Rychlost tvrdnutí je závislá na druhu a jemnosti cementu. Zkoušení pevnosti v tlaku se provádí na zlomcích trámečků.

Pevnost cementu

Normalizovaná pevnost cementu je pevnost v tlaku, stanovená podle EN 196-1 po 28 dnech. Rozeznávají se tři třídy normalizované pevnosti: třída 32,5, třída 42,5 a třída 52,5. Počáteční pevností se rozumí pevnost v tlaku buď po 2 dnech, nebo po 7 dnech. Rozeznávají se tři třídy počáteční pevnosti pro každou třídu normalizované pevnosti: třída s normálními počátečními pevnostmi značená písmenem N a třída s vysokými počátečními pevnostmi značená písmenem R a třída s nízkou počáteční pevností značená písmenem L. Cementy pro obecné použití s nízkou počáteční pevností mají nižší počáteční pevnosti ve srovnání s ostatními cementy pro obecné použití stejné třídy normalizované pevnosti a mohou být požadovány dodatková opatření při jejich použití, jako je prodloužení doby bednění a ochrana při škodlivém počasí.

Normativní požadavky a regulace

Účelem pomůcky je stanovit složení, požadavky a kritéria shody cementů pro obecné použití. Zahrnuje všechny cementy pro obecné použití, které byly příslušnými národními normalizačními orgány v rámci CEN označeny jako tradiční a dobře osvědčené. Byly zavedeny druhy, vycházející ze složení a třídění založeného na pevnosti s cílem zařadit různé cementy. Norma definuje a určuje specifikace pro 27 jmenovitých cementů pro obecné použití, 7 síranovzdorných cementů pro obecné použití, jakož i pro 3 jmenovité vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a 2 síranovzdorné vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a pro jejich složky. Definice každého cementu zahrnuje poměry složek, jejichž kombinací je možno vyrobit určitou skupinu výrobků v rozsahu devíti pevnostních tříd. Definice zahrnuje rovněž požadavky na složky, které musí být splněny, a mechanické, fyzikální a chemické vlastnosti. Norma určuje rovněž kritéria shody a postupy pro jejich stanovení.

Proces evropské integrace v oblasti technické normalizace je zaměřen na zavádění jednotných evropských norem, které by odstranily překážky volného obchodu mezi zeměmi Evropské unie, resp. přidruženými státy, a dále zajistily bezpečnost pracovníků ve stavebnictví a odběratelů, ochranu životního prostředí a další požadavky vycházející z evropských předpisů. V oblasti stavebnictví jde zejména o NAŘÍZENÍ EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY (EU) č. 305/2011 ze dne 9. března 2011, kterým se stanoví harmonizované podmínky pro uvádění stavebních výrobků na trh a kterým se zrušuje směrnice Rady 89/106/EHS (CPR), a dále požaduje, že pro stavbu mohou být použity pouze takové výrobky, které základní požadavky na vlastnosti staveb zaručí.

Evropská komise prostřednictvím svých rozhodnutí uděluje mandáty Evropskému výboru pro normalizaci (CEN) pro vypracování harmonizovaných evropských norem (EN). Harmonizované normy jsou mandátové normy, na něž byly uvedeny odkazy v řadě C Úředního věstníku EU (OJEU). U výrobků, které jsou vyráběny v souladu s harmonizovanou normou, se předpokládá shoda se základními požadavky směrnice. Harmonizované normy musí být doplněny přílohou ZA, která uvádí odkazy na ustanovení normy, odpovídající požadavkům směrnice.

Adaptace nařízení CPR do českého právního řádu byla provedena zákonem č. 100/2013 Sb., kterým se mění zákon č. Nařízení vlády č. 190/2002 Sb., kterým byla původní směrnice Rady 89/106/EHS transponována do českého právního prostředí s ukončením existence této směrnice k 30. červnu 2013 zrušeno, zatímco nařízení vlády č. 163/2002 Sb. týkající se vybraných stavebních výrobků (neharmonizovaná oblast) zůstalo v existenci.

V souboru cementů je podle ČSN EN 197-1 ed. 2 27 výrobků pro obecné použití. Evropská norma ČSN EN 197-1 ed. 2 specifikuje celou skupinu portlandských cementů směsných CEM II, které obsahují kromě portlandského slínku jedinou hlavní složku. Portlandské směsné cementy další skupiny obsahují kromě slínku více než jednu hlavní složku. V českých podmínkách jde hlavně o strusku (S), vápenec (L, LL) a popílek (V).

Vliv prostředí a speciální přísady

Vzhledem k široké variabilitě různých vlivů prostředí lze velmi obtížně obecně definovat vhodnost použití konkrétního druhu portlandského směsného cementu pro konkrétní situaci. Z tohoto důvodu je v normě na beton EN 206+A1 zaveden obecný popis prostředí a jsou klasifikovány různé stupně vlivu prostředí, které jsou informativně doplněny konkrétními příklady.

Při výrobě betonu je dnes běžné a neodmyslitelné používání přísad stavební chemie. Super a hyper plastifikátory dokáží upravit reologii a dobu zpracovatelnosti čerstvého betonu na zákazníkem požadovanou hodnotu.

Produktová řada MasterCell pod značkou Master Builders Solutions jsou přísady, vhodné pro výrobu pěnobetonu a napěněné malty. Přísady MasterCell svým složením umožňují snížit objemovou hmotnost dobře zpracovatelných směsí, snižují segregaci pomocí stabilních vzduchových dutin a sníženého obsahu vody. Betony s MasterCell se vyznačují nízkou objemovou hmotností a zvukovou izolací. Při výrobě malt zaručují stálý objem vzduchových pórů a tím i stabilní hustotu po celou dobu zpracování malty. Přísady nejsou určeny pro předpjatý beton.

Ekologické aspekty výroby cementu

Boj za snížení emisí CO2 a snížení tzv. "uhlíkové stopy" vede přes směsné cementy. Složky cementu mohou snižovat emise skleníkových plynů. Například při výrobě cementu s 30procentním podílem jiné složky než je slínek vznikne až o 27 % emisí CO2 méně. Hlavními složkami mohou být např. přírodní vápenec, vysokopecní struska, nebo popílek, což jsou vedlejší produkty výroby železa a elektrické energie. Za určitých podmínek tyto složky mohou mít pozitivní vliv na konečné vlastnosti cementu.

V Holcim jsme si dobře vědomi toho, že těžba potřebných surovin pro výrobu cementu znamená nemalý zásah do okolní krajiny. Rekultivace těžebních oblastí je jedním z hlavních aspektů naší dlouhodobé strategie, kterému se mimo jiné věnuje rekultivační plán Holcim na 21. století.

Tabulka: Metody zkoušení cementu - Část 6: Stanovení jemnosti mletí

tags: #pancire #mleti #cementu #informace

Oblíbené příspěvky:

• Betonové stěrky pro moderní interiér
• Průvodce výběrem výšky podlahové izolace a postupem montáže
• více o epoxidových nátěrech na beton
• Použití epoxidových produktů
• Praktické řešení úchytů pro bílé kuchyně