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. 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. V tomto případě se z cementové pasty vytvoří tvrdý cementový kámen. Cement se používá hlavně k výrobě malty a betonu. Při těchto chemických reakcích působí jako lepidlo pro přírodní a umělá kameniva, se kterými vytváří velmi tvrdý a pevný stavební materiál.
Historie a složení cementu
Cement je velmi starý stavební materiál pocházející z Egypta. Řekové a Babyloňané jej velmi rychle převzali. Římané byli zvláště známí pro použití cementu; přidali k němu sopečný popel a vymysleli tak tzv. Římský beton. Tehdy nebyl cement druh materiálu, jak jej známe dnes. Ve skutečnosti to bylo vápno. Vzhledem k tomu, že vápno neváže vodu, byly do něj přidány různé hydraulické přísady, např. kousky cihel a porcelánu a vznikl tak materiál podobný dnešnímu betonu. Cement, jaký existuje dnes, mohl být vyroben až v 19. století.
Základem cementu je slínek a sádra resp. portlandský cementový slínek. Do cementové směsi se přidávají přírodní nebo umělé pucolány (jemné písečné sopečné popely) a také různé přísady k regulaci tuhnutí, například sádra. Hlavním úkolem při výrobě cementu je vytvořit látky, které jsou schopny reagovat s vodou, např. křemičitany vápenaté, ale i hlinitany i železitany vápenaté.
Výroba cementu
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.
- Základními surovinami pro výrobu cementu jsou vápenec a jíl. Těží se v lomech, kde se odstřelují výbušninou.
- Lomový kámen se dopraví do odrazového kladivového drtiče, ve kterém se drtí na frakce o velikosti kolem 4 cm.
- Rozdrcené a smíchané suroviny se společně rozemelou na moučku.
- Nejdůležitější částí výrobního procesu cementu je výpal na slínek. Surovinová moučka se nejprve předehřívá a poté putuje do obří rotační pece. Ta je uložená ve sklonu a pomalu se otáčí, a tak se moučka postupně posunuje k hořáku a ohřívá se až do teploty cca 1450 °C. Nejdříve se ze suroviny vypařuje voda. K reakci mezi oxidy vápníků, křemíku a hliníku dochází při teplotě asi 1300 °C. Teprve při teplotě 1400 °C nastává slinování taveniny.
- Vyrobený slínek vypadává z pece do chladiče se studeným vzduchem. Po ochlazení se materiál rozdrtí na kusy o velikost kolem 4 cm a dávkuje se do cementových mlýnů. Zde se rozemílá (buď samostatně, nebo s dalšími přísadami) pomocí ocelových koulí různých velikostí. Rozemletý prášek ze slínku a dalších přísad je finálním produktem - cementem. Slínky odvážíme na skládku, kde je ponecháváme delší dobu odležet. Uvolňuje se oxid vápenatý, který se navázal na jiné oxidy.
Druhy cementu a jejich vlastnosti
Existuje několik druhů cementu, které jsou široce používány a jsou dostupné na trhu. Cement je obvykle klasifikován podle značky, přísad a barvy. Cementy se rozdělují podle jejich složení na druhy a podle dosahovaných pevností na třídy.
Čtěte také: Použití bílého cementu v praxi
Portlandský cement (CEM I)
Nejběžněji používaným cementem je portlandský cement, do kterého se přidává struska nebo pucolán. Portlandský cement je tak pojmenován, protože beton z něj vypadá jako kámen, který se těží v Dorsetu na Isle of Portland ve Velké Británii. Portlandský cement je primárně směs vápence, jílu a sádry, která se zpracovává při vysoké teplotě. Je vhodný pro běžné nosné konstrukce, jakož i pro betonování v zimě. Vyznačuje se rychlým hydratačním procesem a uvolňuje velké množství hydratačního tepla, a tak umožňuje práci i při nižších teplotách (do 5 °C).
- Šedý portlandský cement: Využívá se při stavbách rodinných domů a obytných budov, průmyslové výstavby i oblasti veřejné infrastruktury.
- Portlandský směsný cement (CEM II): Pokud portlandský cement obsahuje doplňkové materiály se zlepšujícími vlastnostmi, řadí se do kategorie CEM II. Tato kategorie 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. Evropská norma ČSN EN 197-1 ed. 2 specifikuje celou skupinu portlandských cementů směsných CEM II, které obsahují kromě portlandského slínku jedinou hlavní složku.
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. Není vhodný na konstrukce, kde je požadovaný rychlý nárůst pevnosti a nutná odolnost proti mrazu. Ta zajišťuje odolnost proti agresivnímu prostředí. Vysokopecní cement se proto využívá při betonáži základů, agresivně namáhaných konstrukcí, konstrukcí proti žáru, nebo při práci v parných létech.
Pucolánový cement
Díky pucolánu, velmi jemného popílku, je cement vodotěsný a vyznačuje se výraznou odolností vůči agresivním odpadním vodám. Využívá se pro méně namáhané konstrukce. Pucolán je jemný popel, který u pucolánového cementu zajišťuje odolnost vůči agresivním odpadním, uhličitanovým a slaným vodám. Podporuje i jeho vodotěsnost. Tento druh cementu se využívá především pro nouzové stavby a konstrukce.
Směsný cement
Je základní složkou betonu pro běžné použití. Spadá do nejnižší pevnostní třídy a nemá jasně stanovený poměr jednotlivých surovin. Jeho složení je vhodné pro betonování podlah, potěrů, dlažby a celkově pro všechny minimálně namáhavé konstrukce.
Hlinitanový cement
Vyrábí se z hlinitanového slínku (bauxit + vápenec, popřípadě hutnické struska). Hlinitanový cement na rozdíl od předchozích druhů cementů neobsahuje portlandský slínek. Jeho tvrdnutí je založeno na hydrataci kalciumaluminátů. Hlinitanový cement se pro svou odolnost vysokým teplotám používá pro výrobu žáruvzdorných materiálů.
Čtěte také: Bílý cement: Přehled
Bílý cement
Bílý cement je jedním z nových typů cementů, který je díky mnoha výhodám stále oblíbenější. Bílý cement je speciální typ cementu, jehož charakteristickou vlastností je světlá, téměř bílá barva. Tato barva je dosažena použitím bílého cementu, který se vyrábí z vysoce kvalitních surovin s nízkým obsahem železa a dalších barevných oxidů. Odlišnost výroby bílého cementu spočívá v minimalizaci oxidů (zejména železa a manganu), které dodávají šedou barvu typickou pro klasický portlandský cement. Klíčem k dosažení opravdu zářivě bílého betonu je čistota všech složek - jakákoliv rez nebo tmavé kamenivo může výsledný odstín výrazně ovlivnit.
Charakteristické vlastnosti bílého cementu
- Bělost 87 %.
- Velmi rychlý nárůst pevnosti.
- Stálost fyzikálních a chemických vlastností.
- Přirozeně nízký obsah alkálií a chromátů.
- Vysoká odolnost proti mrazu a vlhkosti.
- Neobsahuje více než 5% alkálií, což znamená, že je odolný vůči síranům.
- Vysoká dlouhodobá pevnost - dosahuje až 52,5 N, což je výrazně vyšší hodnota než u běžného šedého cementu (32,5 - 42,5 N).
- Vysoká bělost a rychlý nárůst počáteční pevnosti.
- Obsahuje nižší alkalitu, nízký obsah síry a chloridů a vysokou objemovou stálost.
Parametry bílého cementu
- Pevnost v tlaku po 2 dnech: 34 MPa až 42 MPa.
- Pevnost v tlaku po 28 dnech: 56 MPa až 66 MPa.
Využití bílého cementu v architektuře a designu
Jasně bílý beton může vzniknout jedině díky použití speciálního bílého cementu. Ten se stává také základní bází pro tvorbu betonů probarvených, u kterých dává vyniknout jemným pastelovým nebo jasným pestrým barvám. Zatímco po stránce chemických a fyzikálních vlastností jsou rozdíly mezi klasickým šedým portlandským cementem a cementem bílým minimální, jsou to právě estetické předpoklady, které jsou hlavním důvodem stále častějšího užívání bílého cementu v architektuře.
Jeho unikátní vzhled a vlastnosti činí bílý beton ideálním materiálem pro řadu aplikací. Je oblíbený v architektonickém designu pro svou schopnost odrážet světlo a přidávat světlé, vzdušné elementy do interiérů a exteriérů budov. Užití bílých betonů a betonů probarvených dává architektům do ruky nástroj s neomezenými možnostmi volby barvy i textury.
- Venkovní použití: Kromě vyniknutí architektonického záměru se přidávají jeho reflexní vlastnosti a tedy i možnost užití na mostech, v tunelech nebo na obrubnících.
- Vnitřní aplikace: Stále častější jsou také vnitřní aplikace bílého či barevného betonu, a to zejména na dekorativní podlahy, pracovní desky kuchyňských linek nebo dokonce na nábytek. Užití bílé i světlých barev betonu v interiéru s sebou potom nese výhody v podobě přirozeného prosvětlení prostor.
- Dekorativní prvky a sochy: Bílý cement je ideální pro odlévání malých i velkých složitých odlitků, které musí vydržet v exteriéru. Nejčastěji se používá pro odlévání do forem s plnivem, jako je písek nebo mramorová moučka a drtě. Díky tomu získávají odlitky nejen pevnost, ale i estetický vzhled. Používá se jako pojivo směsi pro výrobu umělého kamene. Jako plnivo směsi na umělý kámen v poměru 1:3 se používá písek nebo mramorová moučka. Pro vylepšení vzhledu umělého kamene jako aditiva je možné použít drcenou slídu, drcené skořápky (např. mořských živočichů) apod. Bílý cement je skvělou volbou pro různá použití, včetně tmelení a odlévání. V odlévání se často používá pro výrobu soch, balkónů, stavebních prvků, říms, váz, květináčů, tácků, misek a dalších dekorativních prvků. Jeho bílá barva umožňuje snadnější dosažení jasných a čistých barev při malování nebo zdobení. Díky své vysoké pevnosti a odolnosti je bílý cement vhodný pro projekty, které vyžadují trvanlivost a estetiku.
Bílý beton nabízí řadu výhod, včetně vyšší odolnosti proti UV záření a lepší schopnosti odrážet teplo, což přispívá k energetické efektivitě budov. Tato vlastnost je zejména ceněna v teplých klimatických podmínkách, kde může výrazně snížit potřebu klimatizace. Díky výběru betonu jako povrchového materiálu odpadá nutnost dalších úprav povrchu.
Použití a míchání bílého cementu
- Bílé a barevné betony: Bílého betonu je dosaženo mícháním bílého cementu s bílým pískem. Použití rozličných druhů hrubého kameniva otevírá možnosti pracovat se strukturou a texturou betonu. Barevné betony vznikají smícháním s různým množstvím barevných pigmentů. Pro úpravu barevnosti je možné přidat vhodné pigmenty, které si ve směsi zachovají svoji barevnost. Z přírodních barviv jsou to okry, které se získávají upravením barevných hlín bez přidání syntetických látek. Z umělých barviv pro dosažení žlutých, červených a hnědých odstínů jsou vhodné železité pigmenty na bázi oxidů železa.
- Betonové zboží.
- Suché směsi.
- Estetické účely.
Nejčastější dotazy zákazníků
- Mohu použít cement samostatně? Ne, bez přidaného plniva (písku - moučky atd.) cement vypraská.
- S čím míchat? Do cementu se nejčastěji přidává písek nebo moučka.
- S pískem - 1 díl cementu, 2-3 díly písku
- S moučkou - 1 díl cementu, 2 díly mramorové moučky 0 - 0,2.
Důležité upozornění
Všechny nástroje, které s ním přijdou do styku, musí být naprosto čisté; míchačka musí být čistá, cihly též. Zkrátka vše, co přijde do styku s bílým cementem.
Čtěte také: Bílé lesklé lamino desky
Role vody v betonu
Voda patří spolu s cementem a kamenivem k třem základním složkám, bez nichž beton nemůže vzniknout. Voda plní tři úlohy v procesu vzniku betonu: umožňuje hydrataci cementu, umožňuje zpracovatelnost čerstvého betonu a slouží i k ošetřování betonu po dobu nezbytnou k nabytí potřebných fyzikálně-mechanických charakteristik. Vlastní hydrataci cementu zajišťuje dávka vody v množství cca 25 % hmotnosti cementu. Další vodu je pak potřeba dodat k dosažení požadované konzistence.
Kvalita vody
Kromě pitné vody, která je použitelná bez omezení, avšak pořizovací náklady na ni jsou ze všech typů nejvyšší, je potřeba při použití ostatních typů (v ČR hlavně podzemní vody z vrtů a studní nebo povrchové vody z vodotečí či vodních nádrží) složení vody vyzkoušet a pravidelně kontrolovat. Ve vodě podzemní i povrchové se mohou vyskytnout náhlá zvýšení koncentrace látek nepříznivě působících na vlastnosti betonu. Mohou to být látky jak anorganického (chloridy, sírany, alkálie, těžké kovy), tak i organického (cukry, humusovité látky, řasy apod.) původu. Zvláštní pozornost je třeba věnovat i vodě získané při recyklaci v betonárně. Tam se do jímek na recyklovanou vodu dostává voda z procesu rozplavování zbytků betonu vráceného ze stavby zpět na betonárnu, voda z oplachů autodomíchávačů a z výplachu míchaček při jejich čištění. V této vodě se vyskytují stopová množství přísad, jemné částice zhydratovaného cementu a jemné podíly z použitého kameniva.
Vliv množství vody na vlastnosti betonu
Je třeba mít na paměti, že množství vody ovlivňuje i konečné vlastnosti betonu, kterými jsou především odolnost a pevnost, a současně celkovou hutnost betonu související s jeho porozitou. Velmi zjednodušeně lze říci, že čím je v betonu více vody v poměru k cementu (vyšší vodní součinitel), tím je vyšší porozita, nižší hutnost a tím je i nižší odolnost a pevnost betonu. Pro výpočet vodního součinitele se používá tzv. účinný obsah vody, který se dělí hmotností cementu.
Ošetřování a působení vody na betonovou konstrukci
Po uložení do konstrukce se beton nachází v tzv. raném stáří a je potřeba neprodleně zahájit jeho ošetřování po dobu nezbytně nutnou. Mezi nejčastější prostředky ošetřování betonu patří v celé jeho historii prokazatelně voda. Když se betonová konstrukce ocitne v provozu, nezbaví se působení vody, a to jak příznivého, tak nepříznivého. Zejména konstrukce vystavené vnějšímu prostředí se setkávají s přímým působením vody v různých formách, jakými jsou mlha, déšť, odstřiky, zemní vlhkost, tlaková voda, proudící voda, led či mořská voda. Na to je třeba dbát ve fázi projektu betonové konstrukce i při volbě a specifikaci použitého betonu.
Voda je transportní médium pro ionty či sloučeniny, transportní médium pro částice způsobující mechanické poškození betonu (obrus) a médium pro nastartování korozivních procesů v betonu. Voda je nejjednodušší součástí betonu jen zdánlivě. Provází beton celý jeho život a musí být používána správně a s rozmyslem. Zároveň je třeba řešit působení vody a v ní obsažených látek na beton včas již ve stadiu projektování. Tím je možno přispět k využití betonové konstrukce po celou dobu její plánované životnosti a předejít tak nutnosti její sanace či předčasné demolice.
Vliv příměsí na vlastnosti cementu
- Vápenec: Kvalitní a trvale dostupné vápence s minimálním obsahem jiných doprovodných látek umožňují vyrábět pro zákazníka cementy s trvale stabilními vlastnostmi. 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.
Skladování cementu
Je-li cement uchováván ve vnitřních prostorách ve vhodném a suchém prostředí, může být skladován minimálně 6 měsíců. Vyvarujte se vlhkosti. Pytle neskladujte přímo na zemi nebo přímo na podlaze. Zabraňte přímému kontaktu pytlů s vnější zdí. Pytle doporučujeme buď vyrovnat na sebe na slepou podlahu 10-20 cm nad běžnou podlahu, nebo skladovat na paletách. Dutina pod slepou podlahou by měla být ventilována, pytle tak zůstávají v suchu. Cement, který byl skladován dlouhodobě, před použitím zkontrolujte.
Zdraví a bezpečnost
Zabraňte kontaktu s cementem smíchaným s vodou, tělními tekutinami nebo s betonem či maltou, neboť může způsobit podráždění, dermatitidu či popáleniny. Dojde-li k výše zmíněnému kontaktu, neprodleně omyjte zasažené místo velkým množstvím čisté vody.
Požadavky na mechanické a fyzikální vlastnosti cementu
Charakteristické vlastnosti: Cement velmi vysoké kvality pro náročné aplikace. Rychlý nárůst pevnosti. Rychlý a vysoký vývin hydratačního tepla. Stálost fyzikálních a chemických vlastností.
Parametry:
- Pevnost v tlaku po 2 dnech 28 MPa až 32 MPa.
Použití:
- Cement velmi vysoké kvality pro náročné aplikace.
- Příprava malt a betonů vyšších pevností.
- Výroba injektážních malt.
Tabulka: Požadavky na mechanické a fyzikální vlastnosti cementu (příklad)
Následující tabulka ilustruje typické požadavky na mechanické a fyzikální vlastnosti cementů pro obecné použití podle normy ČSN EN 197-1.
| Vlastnost | Požadavek | Jednotka |
|---|---|---|
| Počátek tuhnutí (min.) | ≥ 45 | min |
| Konec tuhnutí (max.) | ≤ 12 | hod |
| Stálost objemu (max.) | ≤ 10 | mm |
| Pevnost v tlaku po 2 dnech (min.) | viz specifikace třídy | MPa |
| Pevnost v tlaku po 28 dnech (min.) | viz specifikace třídy | MPa |
Poznámka: Konkrétní hodnoty se liší v závislosti na pevnostní třídě a typu cementu.
tags: #bily #cement #do #vody #použití #vlastnosti