PergolyProces výroby cementu: Od suroviny k hotovému produktu
Cement je důležitou složkou betonů i malt, kde slouží jako pojivo. Řadí se k tradičním materiálům, které se ve stavebnictví začaly využívat už v období starověkého Říma. Moderní technologie umožňují výrobu mnoha typů cementů s požadovanými vlastnostmi, které se hodí pro různé stavební činnosti.
Název cement má historický původ již ve starém Římě, kde se budovala zdiva z lomového kamene a páleného vápna vyrobeného z vápenců, obsahujících jílové proplástky. Za počátek výroby cementu lze považovat rok 1824, kdy byl udělen Josephu Aspdinovi anglický patent na výrobu maltoviny, kterou nazval portlandským cementem. Význam obsahu jílu na hydraulické vlastnosti byl objeven v 18. a 19. století (J. Smeaton, L. J. Vicat, J. F. John), když byly stanoveny poměry směsí 75 - 70 % vápence a 25 - 30 % jílu. Zásadní postup zavedl právě J. Aspdin vypalováním umělé směsi vápence a jílu, ne však až do slinutí. Šlo tedy vlastně o pojivo podobné románským cementům. Vzniklý produkt nazýval „Portlandským cementem”. Koncem 19. století byly objeveny latentní hydraulické vlastnosti vysokopecní strusky. Zjištěný poznatek vedl k zavedení výroby struskoportlandských cementů (do 30 % strusky) a vysokopecních cementů (více jak 70 % strusky). Zavedením strusky jako příměsi ke slínku byly položeny základy k pojivové složce lépe odolávající agresivnímu prostředí. Poznatky o vlivu obsahu trikalciumaluminátů na odolnost vůči síranovému iontu vedly k výrobě tzv. cementu.
Základní suroviny a proces výroby
Proces výroby cementu je složitější, než by se mohlo na první pohled zdát. Skládá se z řady dílčích kroků, během nichž se směs vápence a jílů promění ve slínek, který se namele na jemný prášek.
Cement se vyrábí ze slínku, sádrovce a dalších složek.
1. Těžba surovin v lomu
Základními surovinami pro výrobu cementu jsou vápenec a jíl. Suroviny pro výrobu slínku, tj. hlavně vápenec, břidlice apod., se získají z kompaktní horniny pomocí clonových odstřelů. Těží se v lomech, kde se odstřelují výbušninou. 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.
Čtěte také: Jak materiály ovlivňují energii budov
Surovina se pak naloží nakladačem na dampr (velký nákladní automobil), který ji odveze k primárnímu drtiči.
2. Primární drcení surovin
Drcení se provádí kladivo-odrazovým drtičem, který surovinu zdrobňuje na velikost přibližně 4 cm. Lomový kámen se dopraví do odrazového kladivového drtiče, ve kterém se drtí na frakce o velikosti kolem 4 cm.
3. Skladování surovin
Podrcené suroviny jsou dopraveny pásovým dopravníkem do kryté haly, kde se surovina homogenizuje a shromažďuje do několikadenní zásoby.
4. Společné mletí surovin na surovinovou moučku
Rozdrcené a smíchané suroviny se společně rozemelou na moučku. Požadovaná směs základní suroviny a korekčních přísad je v surovinové mlýnici rozemleta na jemnou surovinovou moučku. Jednotlivé suroviny jsou podle daných poměrů naváženy a následně společně pomlety v kulovém mlýně, tím se také vzájemně promíchají.
5. Homogenizace a skladování surovinové moučky
Pomletá surovinová moučka se může ještě dle potřeby homogenizovat pro zvýšení rovnoměrnosti jejích vlastností. Následně se skladuje v zásobních silech, odkud se pak odebírá pro předehřev.
Čtěte také: historie a výzvy v cementářství
6. Předehřev surovinové moučky ve výměníku
Surovinová moučka se nejprve předehřívá. Ze spodní části zásobního sila surovinová moučka putuje do horní části výměníku tepla. V průběhu její cesty do spodní části výměníku řadou tzv. cyklonů se postupně ohřívá. Při vstupu do rotační pece má již teplotu cca 900 °C.
7. Výpal surovinové moučky v rotační peci na slínek
Nejdůležitější částí výrobního procesu cementu je výpal na slínek. Surovinová moučka poté putuje do obří rotační pece. Rotační pec je ve sklonu uložený válec, který se pomalu otáčí kolem své podélné osy, což způsobuje, že se surovinová moučka pomalu posunuje směrem k plamenu hořáku, který ji dále během posunu ohřívá, až dosáhne maximální teploty (přibližně 1450 °C), kdy se surovinová moučka přemění na slínek ve tvaru drobných šedých koulí. Slínek je hlavní složka cementu a získává se vypálením vápencového slínu při teplotách vyšších než 1450 °C v rotační peci. V případě výroby bílého portlandského cementu dosahuje teplota až 1700 stupňů Celsia. Surovinová moučka se mění na lávu a přetéká přes rotující pec, přičemž na jejím konci dostává tvar malých kuliček a vytváří „slínek - meziprodukt“ výroby portlandského cementu.
Potřebné vysoké teploty v peci a výměníku se dosahují spalováním předevškým alternativních paliv. Tyto ve vysoké míře nahrazují fosilní paliva a přispívají k ekologické výrobě a snížení produkce CO2. Výroba portlandského cementu patří mezi energeticky náročné odvětví průmyslu. Úspory energií nacházíme například ve využití odpadního tepla na výrobu elektrické energie, které by jinak uniklo nevyužité spalinami komínem do povětří. Takto si vyrobíme v rohožnické cementárně v malé elektrárně až 18 % elektrické energie potřebné na chod zařízení na výrobu šedého portlandského cementu. Energie na výrobu portlandského cementu pochází převážně z energetického zhodnocování alternativních paliv.
8. Chlazení a drcení slínku
Vyrobený slínek vypadává z pece do chladiče se studeným vzduchem. Z rotační pece padá horký slínek do chladiče slínku, do kterého je vháněn studený vzduch, který slínek prudce ochladí. Proces rychlého ochlazení slínku je důležitý pro vytvoření požadovaných vlastností slínku. Po ochlazení se slínek drtí na velikost do 5 cm. Po ochlazení se materiál rozdrtí na kusy o velikost kolem 4 cm.
9. Skladování slínku v sile
Hotový slínek je uskladněn v silech. Ochlazený a podrcený slínek je dopraven do zásobního slínkového sila, odkud je následně dávkován do cementových mlýnů.
Čtěte také: Kreativní průvodce betonových hub
10. Mletí slínku na cement
Zde se rozemílá (buď samostatně, nebo s dalšími přísadami) pomocí ocelových koulí různých velikostí. Slínek se společně se sádrovcem a popř. dalšími složkami (vápencem, vysokopecní struskou a podobně) společně pomele v kulovém nebo kolovém mlýně - vzniká cement. Rozemletý prášek ze slínku a dalších přísad je finálním produktem - cementem. Cement se poté vyrobí namletím slínku spolu s dalšími složkami.
Složení cementu a jeho vliv na emise
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. Boj za snížení emisí CO2 a snížení tzv. "uhlíkové stopy" vede přes směsné cementy. Část přírodních surovin nahrazujeme vhodnými typy alternativních materiálů, akými jsou železiarenské vysokopecné trosky, vhodné stavební a ostatní odpady.
Typy cementů
Moderní technologie umožňují výrobu mnoha typů cementů s požadovanými vlastnostmi, které se hodí pro různé stavební činnosti. Cementy se liší podle složení na 5 základních typů.
Portlandský cement (CEM I)
Základním typem cementů je portlandský, který se skládá především ze slínku. Vyznačuje se rychlým hydratačním procesem a uvolňuje velké množství hydratačního tepla, a tak umožňuje práci i při nižších teplotách (do 5 °C). Vyrábí se buď jako šedý, nebo bílý, který obsahuje příměs sádrovce. Šedý portlandský cement se využívá při stavbách rodinných domů a obytných budov, průmyslové výstavby i oblasti veřejné infrastruktury.
Portlandský cement se směsnými přísadami (CEM II)
Pokud portlandský cement obsahuje doplňkové materiály se zlepšujícími vlastnostmi, řadí se do kategorie CEM II. Ta je poměrně obsáhlá, protože zahrnuje cementy s různými typy přísad. Nejčastěji na trhu narazíte na portlandský cement s vápencem, existují však i typy s popílkem, kalcinovanou břidlicí či pucolánem.
Vysokopecní cement (CEM III)
Vyznačuje se velkým podílem vysokopecní strusky, která zvyšuje odolnost vůči agresivnímu prostředí. Tento typ cementů se využívá například při betonáži namáhaných konstrukcí, kde dochází ke styku se zeminou. Protože je přírůstek hydratačního tepla malý, využívá se při betonování v parných dnech.
Pucolánový cement (CEM IV)
Díky pucolánu, velmi jemného popílku, je cement vodotěsný a vyznačuje se výraznou odolností vůči agresivním odpadním vodám. Využívá se pro méně namáhané konstrukce.
Směsný cement (CEM V)
Spadá do nejnižší pevnostní třídy a nemá jasně stanovený poměr jednotlivých surovin.
Pevnostní třída cementu
Kromě zařazení do kategorie je důležitým parametrem také pevnostní třída cementu. Udává se v MPa a označuje pevnost po 28 dnech.
Skladování cementu
Ať už si pro výrobu betonu nebo malty pořídíte jakýkoliv typ cementu, zaměřte se na jeho správné skladování. Pytle s cementem chraňte před působením vody a vysoké vlhkosti vzduchu.
Různé typy cementů z renomovaných tuzemských i zahraničních cementáren pořídíte ve všech stavebninách Izomat, které jsou vám k dispozici v mnoha koutech Česka.
Výroba betonu svépomocí
Beton je stavební látka, která se vyrábí z kameniva (písku, štěrku), cementu a vody. Cement po smíchání s vodou ztuhne a vytvrdne na pevnou látku. Zatvrdnutý beton má vlastnosti dobrého kamene. Betón má mnoho dobrých vlastností a předností, a proto se stal jedním z nejpoužívanějších stavebních materiálů. Portlandský cement po smíchání s vodou a kamenivem vytváří beton - základní stavební materiál. Použít můžeme také speciální příměsi, které upravují vlastnosti betonové směsi.
Při míchání betonu dávejte do stavební míchačky vždy jako první vodu, následně 3-4 lopaty kameniva a po promísení přidávejte postupně celou vypočítanou dávku cementu. Po zamísení cementu postupně přidávejte štěrk, dokud nebude mít beton požadovanou konzistenci. Míchejte přibližně 3 - 5 minut. Vodu dávkujte přiměřeně; přebytečná voda snižuje pevnost betonu a jeho životnost. Vezměte v úvahu, že v kamenivu je běžně obsaženo asi 5 - 15 % vlhkosti. Obzvláště při výrobě vnitřních podkladových betonů a potěrů se vyvarujte předávkování vody.
Za předpokladu použití míchačky standardního objemu (tj. 120 litrů) budete pro výrobu metru krychlového betonu muset proces míchání zopakovat 8x. V případě potřeby většího množství betonu proto doporučujeme zakoupení již namíchaného betonu.
Cementárny v České republice
Společnost Heidelberg Materials CZ, a.s. (do 31.12.2023 Českomoravský cement, a.s.) je největším producentem cementu v České republice. Vlastní výroba cementu probíhá ve dvou cementárnách: v Praze-Radotíně a v Mokré-Horákově nedaleko Brna. Společnost nabízí svým zákazníkům širokou škálu vysoce kvalitních cementů s možností použití prakticky ve všech oblastech stavebnictví.
tags: #proces #vyroby #cementu #informace
