Historie vzniku cementu: Od pravěku po moderní stavebnictví

Přestože se beton ve stavebnictví používá ve větším měřítku teprve v posledních stoletích, je známý už tisíce let. Cement, který lidé poprvé použili k přípravě betonu, "vynalezla" příroda. Lidé jej mohli pouze nalézt a následně v cementárnách napodobovat. Cement je hydraulické pojivo a je základní součástí betonu a malty. Je svým způsobem lepidlo, které pojí písek a štěrk dohromady. Cement je jemný prášek vyrobený z vápence a dalších minerálů, který slouží jako pojivo ve stavebnictví. Když se smíchá s vodou, pískem a štěrkem, vytváří beton, pevný materiál používaný pro budovy, silnice a mosty. Cement je složka, která spojuje materiály, zatímco beton je směs cementu, vody, písku a štěrku. Beton se používá pro stavby a cement je to, co jej činí tvrdým a odolným.

Pravěké počátky a starověké civilizace

Pravěkým předchůdcem stavebních hmot byl minerál anhydrit - bezvodý síran vápenatý, po jehož smísení s vodou vznikla rychle tuhnoucí hmota. Poprvé byl použit před osmi tisíci lety v mladší době kamenné (neolitu), v oblasti dnešní Palestiny. Konkrétně v roce 7000 př. n. l. byla v Izraeli objevena vápencová betonová podlaha z nehašeného vápence - kamenů a vody. Další použití vápenného cementu nebylo až do tisíciletí později, kdy starověcí Egypťané používali vápenný cement jako betonovou maltu na vázání bloků a vyplnění kamenných zdí. Cement používali Egypťané k vybudování pyramid a jiných struktur. Od počátku prvních staveb jsou záznamy o využití podobné látky staré přes 12 tisíc let.

Kolébkou prvních maltovin je Mezopotámie (dnešní Irák), kde se již od čtvrtého tisíciletí před naším letopočtem v oblasti hlinitých naplavenin řek Eufratu a Tigridu staví z nepálených cihel. Nepálené cihly a omítky, které se z něj vyrobí, jsou na povrchu pevné a tvrdé, neboť se vodou rozpustné sírany a chloridy vápníku, sodíku, hořčíku a jiných prvků vynášejí na povrch a při vysychání vody vytvářejí krustu. Přibližně v téže době starověcí obyvatelé Mezopotámie a severní Sýrie objevili výrobu pálené sádry z přírodního sádrovce. Sádra se používala zejména na omítky a štukovou výplň na zpevnění podlah starověkých chrámů.

Z Mezopotámie se vápenný cement rozšířil do ostatních oblastí Středozemního moře a kolem roku 500 př. n. l. jej Řekové používali k vyplnění slunečních cihel. Do tohoto období zapadá i objev páleného vápna. K jeho rozšíření však došlo mnohem později, neboť se při pálení vápence spotřebovalo daleko více dřeva, příprava malty byla komplikovanější a doba tuhnutí delší. V zemích, kde není dostatek kamene ani dřeva, už celá tisíciletí lidé stavějí domy z hlíny, jediného dostupného stavebního materiálu.

Římské impérium a puzzolánový cement

Na přelomu letopočtu nechal král Židů Herodes Veliký v Přímořské v dnešním Izraeli postavit přístavní molo, jehož zbytky se zachovaly dodnes. Přímým předchůdcem dnešního cementu byla přírodní hlinka, kterou koncem třetího století před naším letopočtem našli starověcí Římané u své osady Puteoli (část dnešní Neapole). Tato hlinka zvaná puzzoláno (pucolán), vznikla přírodní cestou vypálením slínu (vápnitého jílovce) žhavou lávou tekoucí z blízké sopky a jeho další přeměnou působením horkých roztoků. Pucolán je vulkanická hornina, jejíž jméno pochází z oblasti Pozzoulli v blízkosti Neapole.

Čtěte také: Použití vápenné vody v praxi

Římané připravovali beton smísením puzzolana s trochou páleného vápna, písku a vody. Tam, kde byl omezený sopečný popel, byla k posílení cementu přidána přízemní dlaždice nebo drcená cihla. Okolo prvního století našeho letopočtu Římané zlepšili dosud používané „pojivo". Nyní víme, že půda z oblasti Pozzoulli je v závislosti na místě tvořena 60-90 % jílu a 10-40 % vápna. Římský architekt a inženýr Marcus Vitruvius Pollio popsal cement a beton v deseti knihách o architektuře v 1. století BCE. Jako přísady (látky přidávané do cementu pro zlepšení vlastností) sloužily živočišný tuk, mléko a krev. Cement byl použit k vybudování římského pantheonu, lázní Caracalla, kolosea, akvaduktů a dalších.

Po zániku římské říše v pátém století našeho letopočtu výroba betonu z puzzolána ustala. Během tohoto poklesu byly malty vytvrzovány pomalým procesem karbonace vápna; pozzolána byla později znovu objevena ve středověku. Kvalita spojovacích materiálů se zhoršila. Používání páleného vápna a pucolánu (přísada) bylo zapomenuto a znovu objeveno na počátku 14. století. Španělština představila stavební materiál nazvaný tabby do Ameriky v 16. století. Byl složen z vápna ústřicového, písku a celých ústřic.

Znovuzrození cementu a příchod portlandského cementu

Vzpomínku na vynikající stavivo oživil až roku 1756 Angličan John Smeaton (1724 -1792), když při stavbě majáku u Eddystonu použil směs drceného vápence s místním přírodním hydraulickým pojivem, které se podobalo puzzolánu. John Smeaton zjistil, že kalcinací vápence s obsahem jílu vznikne vápno, které pod vodou tvrdne (hydraulické vápno). Jeho stavba byla zahájena v roce 1756, musel však nejprve vynalézt materiál, který by neničila voda. Skutečné základy modernímu cementu položil v roce 1791 John Smeaton, britský stavební inženýr, který projektoval mosty, přístavy a průplavy. Mnohými je označován za otce stavebního inženýrství. Při svém zkoumání materiálů došel ke zjištění, že pevnost tvrdého vápna se odvíjí od chemického složení. Hloubaví angličtí Smeatonovi konkurenti se vzápětí pokusili toto pojivo vyrobit uměle.

Louis Vicat byl první, kdo určil přesně, řízeně a opakovatelně podíl vápence a kysličníku křemičitého nutného pro získání směsi, která po spálení za určitých teplot a po rozdrcení vytvoří hydraulické pojivo pro průmyslové aplikace. V roce 1824 na tuto studii navázal Joseph Aspdin, britský vynálezce, který začal experimentovat s ohříváním vápence a jílu. Vápenatou směs poté rozemlel a míchal s vodou. Tak vznikl patent na portlandský cement. Skot Joseph Aspdin upravil složení cementu Louise Vicata a v roce 1824 přihlásil patent na pomaleji tuhnoucí cement. Angličan Joseph Aspdin vynalézá portlandský cement, když spaluje jemně mletou křídu s jemně rozdrceným jílem ve vápenné peci s odtahem oxidu uhličitého. Zajímavostí je, že Aspdin nebyl chemikem a veškeré jeho postupy vycházely pouze z vlastních zkušeností a metody pokus-omyl.

O 21 let později továrník Isaac Johnson vystavil směs křídy a jílu vyšší teplotě, a to kolem 1400 °C, a vytvořil tak moderní podobu cementu. Vyšší teploty (1400 ° -1500 ° C) způsobují "clinkering", což vede k tvorbě nerostů, které jsou reaktivní a silnější. V roce 1850 už se portlandský cement využíval pro výrobu betonu ve velkém. Koncem 19. století byly betonové bloky standardem pro výstavbu nových budov. První inženýrská aplikace portlandského cementu se připisuje I. K. Brunelovi. Francouz Henri Le Chatelier stanovil poměry kyslíku pro přípravu správného množství vápna pro výrobu portlandského cementu. Složky nazval alit (trikalciumsilikát), belit (dikalciumsilikát) a celit (tetrakalciumaluminoferit). V americkém městě Bellefontaine ve státě Ohio provedl George Bartholomew betonáž první ulice.

Čtěte také: Kreativní průvodce betonových hub

Rotatční pec byla vynalezena v 20. století a rychle vyměnila vertikální šachtové pece, které byly zvyklé na výrobu vápna. Vylepšené pece používaly přenos radiačního tepla, který byl účinnější při vyšších teplotách. Také kolem začátku 20. století byla přidána sádra, která řídila nastavení cementu, a kulové mlýny na mletí slínku. Tyto novější vývoje vyústily v moderní portlandský cement, který teď většinou zná a používá.

Současné typy cementu a výroba

Dnes rozeznáváme cementy jednosložkové a vícesložkové, které se podle použití dělí na cementy stavební, zubní, laboratorní, sochařské a další. Na stavbě může být podle technologických požadavků použit cement portlandský, struskový, trasový, síranový, sádrostruskový atd. Cementy portlandského typu, coby neodmyslitelná součást betonu, zastávají pozici nejpoužívanějšího anorganického pojiva. Portlandské cementy CEM I jsou proto postupně nahrazovány cementy s vyšší směsností, kdy se inovuje poměr namletého slínku a jednotlivých přísad např. přírodního vápence, strusky, popílku tak, aby byly zachovány požadované vlastnosti cementu.

Cement se vyrábí společným vypalováním vápence a jílu při teplotách okolo 1450 °C. Vyrobený slínek (směs vápence a jílu, která je vypálena za velmi vysoké teploty) se pak rozemílá, někdy i s příměsmi (vysokopecní struskou, trasem, popílkem). Vzniklý šedivý prášek - cement - smíchaný s vodou vytváří pojivovou (hydraulickou) složku betonu, která tvrdne na vzduchu i pod vodou. Během probíhajících chemických pochodů vznikají různé jemné krystaly, vzájemně prorůstající a mající vliv na pevnost. Vzniklý „cementový kámen” si zachovává pevnost a objemovou stálost. Zvýšení množství cementu zlepšuje pevnosti, vodotěsnost, přídržnost a zlepšuje odolnost výztuže proti korozi, i modul pružnosti, ovšem za cenu zvýšení smrštění (možnost trhlinek) a vývoje zvýšeného hydratačního tepla. Převýší-li množství cementu potřebu, klesá pevnost („nakypření”), vzniklá napětí způsobují trhlinky.

Skupina Holcim je autorem dvou významných objevů ze začátku 20. století: objevu bílého cementu, který namísto jílu využívá kaolin, a objevu Ciment Fondu®, který v roce 1908 vyvinul Jules Biede. Tento cement je vyroben z vápence a bauxitu a odolává agresivním prostředím a vysokým teplotám. Jako příměs do pucolánu se začíná používat křemičitý úlet.

V roce 1985 byla v Izraeli objevena vápencová betonová podlaha z nehašeného vápence - kameny a voda. Reakce mezi vápencem a ropnými břidlicemi během samovznícení vytvořily na území dnešního Izraele přírodní ložiska cementových sloučenin. Ložiska byla popsána izraelskými geology v 60. a 70. letech 20. století.

Čtěte také: komplexní přehled o transportu cementu

V roce 1855 byl patentován Bessemerův konvertor, díky kterému bylo možné spustit velkovýrobu oceli ze surového železa. Konvertor zrychlil a zlevnil proces výroby oceli. Před Bessemerovým konvertorem se využívala litina, případně svářková ocel, která byla náročná na výrobu. Tyto materiály vedly například k haváriím mostů.

Historie cementáren v České republice

Závod Mokrá

Rozvoj vápenického a později cementářského průmyslu v brněnském regionu má dlouholetou tradici, neboť předměstí Brna leží na jihu velkého ložiska vápenců. Přímo v okolí Brna bylo vybudováno koncem 19. století několik vápenek. Kruhové pece pod Bílou horou, pod Stránskou skálou v Juliánově a severně od obce Líšeň na Hádech. Šachtové pece byly postaveny v Ochozu pod kopcem Pod Žernávkou, v obci Mokrá Pod Mokerským lesem a na severu u obce Šošůvka. V roce 1907 byla postavena v Maloměřicích cementárna s rotačními pecemi na výpal slínku mokrým způsobem. V letech 1961 - 1968 byl vybudován nový závod v Mokré, který vyrábí cement a vápno. Leží asi 15 km východně od Brna a je umístěn v zalesněné krajině mimo zemědělskou oblast.

• 1957 - 1959: Vypracování studie stavby s pěti různými alternativami.
• Březen a květen 1961: Předložení a schválení zadávacích projektů. V květnu 1961 zahájeny stavební práce na příjezdových komunikacích do závodu, úprava nádraží v Blažovicích, otvírkové práce v lomu a výstavba akumulačních nádrží v údolí Říčky.
• Začátek roku 1963: Celá stavba zastavena pro nedostatek investičních prostředků.
• 1965: Stavba zařazena mezi přednostně realizované stavby a vytvořen národní podnik s názvem Cementárna Mokrá.
• Říjen 1968: Uvedení pecních linek na výpal slínku v cementárně do provozu.
• Druhé pololetí 1969: Uvedení do provozu rotační pece na výpal vápna a mlýny na mletí cementu.
• 1980: Vznik koncernového podniku Cementárny a vápenky se sídlem v Mokré.
• Leden 1990: Založení samostatného státního podniku Cementárny a vápenky Mokrá.
• Leden 1991: Vznik akciové společnosti Cementárny a vápenky Mokrá.
• Prosinec 1991: Akciová společnost privatizována. Majoritním akcionářem se stala belgická společnost CBR.
• 1. května 1998: Vznik akciové společnosti Českomoravský cement sloučením Cement Bohemia Praha a Cementárny a vápenky Mokrá. Závod Mokrá zůstal její součástí.
• 2003: Výroba vápna v Mokré prodána společnosti Carmeuse Czech Republic, s.r.o.
• 1. ledna 2024: Změna názvu společnosti Českomoravský cement, a.s. na Heidelberg Materials CZ, a.s.

Závod Radotín

Výroba cementu v Radotíně má již 140 letou tradici. Dne 14. května 1871 byla založena společnost Pražská akciová společnost pro průmysl v Radotíně. První budovy nové továrny na výrobu portlandského cementu byly postaveny na místě vrchnostenských vápenných milířů, což je dnes střed Radotína. V roce 1897 po rekonstrukci továrního zařízení, kdy byly přistavěny dvě moderní šachtové pece, se zde vyrábělo 7 tisíc tun ročně.

• 1920: Vznik akciové společnosti Spojené pražské továrny na staviva se sídlem v Praze. Radotínská cementárna byla jedním z pobočných závodů.
• 1930: Změna názvu firmy na Prastav, spojené pražské továrny na staviva a. s. Prudký rozvoj firmy.
• Po II. světové válce: Prastav dán pod národní správu.
• 1946: Akciová společnost Králodvorská cementárna se stala součástí národního podniku České cementárny a vápenice se sídlem v Praze.
• 1950: Vytvoření samostatného národního podniku Pragocement se sídlem v Radotíně a k němu přičleněny pobočné závody - vápenka Řeporyje, vápenka Skoupý u Sedlčan, Rakovice u Písku a vápenky Srbsko, Chýnov, Zdice a Loděnice.
• 1959: Zahájení stavby nového závodu v Radotíně.
• Červenec 1961: Uvedení do zkušebního provozu. Ve stejném roce změněn název podniku na Radotínské cementárny a vápenice n. p.
• 1963: Ukončení provozu ve staré radotínské cementárně.
• 1980: Vznik koncernového podniku Cementárny a vápenky Praha, jehož součástí byly cementárna Radotín, cementárna a vápenka Čížkovice a vápenka Loděnice.
• 1990: Konec centrálního řízení oboru, vznik samostatného státního podniku Pragocement. Zahájena spolupráce s akciovou společností Heidelberger Zement.
• 1991: Vznik akciové společnosti Pragocement.
• 1. července 1995: Fúze Pragocement a.s., Cement Bohemia Praha a Králodvorská cementárna a.s. Vedla ke vzniku nové akciové společnosti Cement Bohemia Praha a.s. a cementárna v Radotíně se stala jedním z jejích závodů.
• 1. května 1998: Vznik akciové společnosti Českomoravský cement sloučením Cement Bohemia Praha a Cementárny a vápenky Mokrá.
• 1. ledna 2024: Změna názvu společnosti Českomoravský cement, a.s. na Heidelberg Materials CZ, a.s.

Prodejní terminál Králův Dvůr

Dne 6. listopadu 1889 byla pod názvem Königshofer Patent-Portland und Puzzolan Cement Fabrik založena cementárna v Králově Dvoře jako akciová společnost pro výrobu struskového cementu a také výrobu vápna. Stavba cementárny pokračovala až do počátku roku 1891 a do plného provozu byla uvedena v květnu 1891. V roce 1896 byla zahájena výroba struskových cihel.

• 1911: Vybudování cementárny na výrobu portlandského cementu s roční výrobní kapacitou 90 000 tun kvůli zvyšující se poptávce.
• 1927: Rozšíření kapacity a výstavba na svou dobu nejmodernějšího závodu ve střední Evropě.
• 1946: Akciová společnost Králodvorská cementárna se stala součástí národního podniku s názvem České cementárny a vápenice.
• 1948-1951: Znárodněný podnik postavil další výrobní závod kvůli prudkému zvýšení poptávky po cementu.
• 1961: Provedena rozsáhlá rekonstrukce cementárny.
• 1965: Odstaven z provozu nejstarší závod pocházející z roku 1911.
• 1978: Výroba cementu kulminovala na hodnotě 980 472 tun, což je historicky nejvyšší výroba závodu.
• 1980: Vznik koncernového podniku CEVA Beroun sloučením tří podniků: Králodvorská cementárna, Velkolom Čertovy Schody, Vápenka Velké Hydčice a Berounské eternitové závody.
• 26. listopadu 1990: Ustanovena akciová společnost CEVA Králův Dvůr.
• 2. července 1991: Založena akciová společnost Králodvorská cementárna.
• 1992: Do Králodvorské cementárny vstoupil německý akcionář - společnost Heidelberger Zement.
• Polovina roku 1995: Vznik akciové společnosti Cement Bohemia Praha fúzí akciových společností Pragocement, Cement Bohemia Praha a Králodvorská cementárna.
• 1. května 1998: Akciová společnost Cement Bohemia Praha se sloučila se společností Cementárny a vápenky Mokrá a vznikla tak nová akciová společnost Českomoravský cement.
• 2003: V cementárně Králův Dvůr přerušena výroba cementu a dnes je zde v provozu moderní balicí linka a expedice baleného i volně loženého cementu.
• 1. ledna 2024: Změna názvu společnosti Českomoravský cement, a.s. na Heidelberg Materials CZ, a.s.

Ekologické dopady a budoucnost

Beton je po vodě druhý nejpoužívanější materiál a při výrobě cementu se ročně vyprodukuje asi 8 % globálních emisí. K jeho vzniku je potřeba velké množství energie a do atmosféry se při zahřívání vápence uvolňuje oxid uhličitý. Ekologické dopady výroby cementu zahrnují emise prachu, plynu, hluku, vibrací, poškození zeminy z těžby, emisí CO2, emisí těžkých kovů a další. Za samozřejmostí betonu stojí dostupnost vápence a fosilních paliv, lokalizovaná výroba cementu v blízkosti lomů, ale i nadnárodní slučování výrobců, jako je 280. největší společnost na světě - švýcarský Holcim nebo původně německý Heidelberg Cement.

Výrobci cementu jsou si ohrožení byznysu vědomi a přicházejí na trh s různými alternativami nebo s cementem, při jehož výrobě se vyprodukuje méně skleníkových plynů. Klimatická reakce ve stavebnictví by ale měla být razantnější. Dnes už řešíme Stavebnictví 4.0 a digitalizaci procesů.

tags: #historie #vzniku #cementu

Oblíbené příspěvky:

• Jak vybrat dřevěnou stěrku pro zednické práce?
• Cementové vs. litinové závaží: Rozdíly ve vnímání váhy
• prodej betonových bloků
• Jak vybrat frézy na dřevěné spoje
• Detailní průvodce LED lištami