Cement je hydraulické pojivo, tj. jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši, která tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních procesů a reakcí. Po zatvrdnutí si zachovává svoji pevnost a stálost také ve vodě. Je to základní komponenta nejpoužívanějšího stavebného materiálu na světě: betonu.
Pucolánové příměsi jsou přírodní nebo průmyslové křemičité, hlinito-křemičité látky nebo směsi těchto látek. Po smíchání s vodou samy netvrdnou. Jsou-li však jemně semlety, reagují v přítomnosti vody za normální teploty s rozpuštěným hydroxidem vápenatým za tvorby sloučenin vápenatých silikátů a vápenatých aluminátů, které jsou nositeli postupně narůstající pevnosti. Tyto sloučeniny jsou podobné těm, které vznikají při tvrdnutí hydraulických látek. Pucolány musí v podstatě obsahovat aktivní oxid křemičitý a oxid hlinitý.
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.
Normalizace a klasifikace cementů
Požadavky na složení, značení, třídy a vlastnosti cementů pro obecné použití jsou specifikovány v normě ČSN EN 197-1. Tato norma 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.
Čtěte také: Použití bílého cementu v praxi
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.
Starší označení druhů (např. SPC, PC, VPC) a tříd cementů (např. 32,5; 42,5; 52,5) byly nahrazeny novým systémem značení.
Normalizované značení obsahuje informace o množství a druhu příměsí, pevnosti cementu v MPa a rychlosti nástupu počáteční pevnosti. Například dříve označený CEM II/B-S 32,5 je dle současné normy CEM II/B-S 32,5 N. Značení cementů s vysokými počátečními pevnostmi je stejné.
Obecně platí, že čím je vyšší pevnostní třída cementu a čím méně obsahuje příměsí, tím rychleji probíhá jeho tvrdnutí a tuhnutí a cement je vhodný např. do konstrukcí s požadavky na krátké odbedňovací lhůty nebo pro zimní betonáže. Naopak cementy nižších tříd s vysokým obsahem příměsí tuhnou a tvrdnou pomaleji a jsou vhodné např. pro masivní konstrukce nebo do chemicky agresivního prostředí. Dále se cementy dělí dle obsahu hlavních a doplňujících složek a podle nárůstu počátečních pevností.
Hlavní složky cementu
Cementy CEM jsou složeny z různých látek a ve svém složení jsou statisticky homogenní.
Čtěte také: Bílý cement: Přehled
- Portlandský slínek: Vyrábí se pálením nejméně do slinutí přesně připravené surovinové směsi obsahující prvky, obvykle vyjádřené jako oxidy CaO, SiO2, Al2O3, Fe203 a malá množství jiných látek. Portlandský slínek je hydraulická látka, která musí sestávat nejméně ze dvou třetin hmotnosti z křemičitanů vápenatých (3CaO · SiO2 a 2CaO · SiO2). Hmotnostní podíl (CaO) / (SiO2) nesmí být menší než 2,0.
- Granulovaná vysokopecní struska: Vzniká rychlým ochlazením vhodně složené struskové taveniny z tavení železné rudy ve vysoké peci. Struska musí být nejméně ze dvou třetin hmotnosti sklovitá a při vhodné aktivaci musí vykazovat hydraulické vlastnosti. Musí sestávat nejméně ze dvou třetin hmotnosti z oxidu vápenatého (CaO), oxidu hořečnatého (MgO) a oxidu křemičitého (SiO2).
- Pucolány: Přírodní látky křemičité nebo křemičito-hlinité, popřípadě kombinace obou. 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. Starověký sopečný materiál pro výrobu římského betonu byl nazýván pulvis puteolanus neboli pucolán podle města Pozzuoli.
- 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. Vápenatý popílek je jemný prášek, který má hydraulické a/nebo pucolánové vlastnosti.
- Kalcinovaná břidlice: Vyrábí se ve speciální peci při teplotě přibližně 800 °C. Obsahuje slínkové fáze, volný oxid vápenatý a síran vápenatý 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.
Doplňující složky a přísady
- Doplňující složky: Zvlášť vybrané anorganické přírodní látky, anorganické látky pocházející z procesu výroby slínku nebo složky uvedené výše, pokud nejsou v cementu použity jako složky hlavní. Zlepšují fyzikální vlastnosti cementu (jako je zpracovatelnost nebo retence vody).
- Síran vápenatý: Přidává se k ostatním složkám cementu v průběhu jeho výroby za účelem úpravy tuhnutí. Může být přidáván ve formě sádrovce, hemihydrátu síranu vápenatého nebo anhydritu.
- Přísady: Látky, které nejsou uvedeny výše a jsou přidávány pro usnadnění výroby nebo pro úpravu vlastností cementu. Celkové množství přísad nesmí překročit 1,0 % hmotnosti cementu (s výjimkou pigmentů).
Pevnostní třídy a vlastnosti
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, 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 požadována dodatečná opatření při jejich použití, jako je prodloužení doby bednění a ochrana při škodlivém počasí.
Některé druhy cementů, například CEM III (vysokopecní cement), nejsou vhodné na konstrukce, kde je požadovaný rychlý nárůst pevnosti a nutná odolnost proti mrazu. Pucolánové cementy s pucolány zlepšují odolnost betonu proti agresivnímu prostředí, zejména proti síranové agresivitě.
Níže uvedená tabulka shrnuje některé typy portlandských cementů a jejich složení dle ČSN EN 197-1 ed. 2:
Čtěte také: Portlandský cement – co to je?
| Typ cementu | Hlavní složky | Vliv na vlastnosti |
|---|---|---|
| Portlandský cement (CEM I) | Portlandský slínek (95-100%) | Rychlé tuhnutí a tvrdnutí, vysoké počáteční pevnosti |
| Portlandský popílkový cement (CEM II/A-V, CEM II/B-V) | Portlandský slínek, Popílek | Dobrá zpracovatelnost, plastičnost, hydroizolace, snížení počátečních pevností, vyšší konečné pevnosti, odolnost vůči působení vody |
| Portlandský struskový cement (CEM II/A-S, CEM II/B-S) | Portlandský slínek, Vysokopecní struska | Nižší počáteční pevnost a hydratační teplo, odolnost proti agresivnímu prostředí, vhodný pro základové konstrukce |
| Portlandský cement s vápencem (CEM II/A-L, CEM II/B-L) | Portlandský slínek, Vápenec | Zlepšení zpracovatelnosti, snížení odlučivosti vody, stabilizace barevnosti betonu, může snižovat konečné pevnosti, beton neplesniví |
| Vysokopecní cement (CEM III) | Vysokopecní struska | Odolnost proti agresivnímu prostředí a žáru, pomalý nárůst pevnosti, není vhodný pro mráz |
| Pucolánový cement (CEM IV) | Pucolány | Odolnost vůči agresivním odpadním, uhličitanovým a slaným vodám, vodotěsnost, vhodný pro nouzové stavby |
| Směsný cement (CEM V) | Kombinace hlavních složek | Základní složka betonu pro běžné použití, vhodné pro podlahy, potěry, dlažbu |
Zkušební metody cementů
Stanovení normální konzistence cementové kaše
Princip: Cementová kaše normální konzistence projevuje určitý odpor proti vnikání normalizovaného penetračního válečku. Množství vody, potřebné pro takovou kaši, se stanovuje pokusným vnikáním penetračního válečku do kaší s různým obsahem vody.
Zkušební zařízení: Vicatův přístroj s ručním ovládáním s penetračním válečkem (délka min. 45mm, průměr 10,00 ± 0,05 mm, hmotnost pohyblivé části 330 ± 1g). Vicatův prstenec (kuželový tvar, výška 40,0 ± 0,2 mm, vnitřní průměr 75 ± 10 mm) se umísťuje na podložní skleněnou destičku (tloušťka min. nmin).
Míchání cementové kaše: S přesností ± 1g se naváží 500g cementu a zvolené množství vody. V co nejkratším čase se do míchačky vnesou voda a cement. Míchačka se uvede do provozu nízkou rychlostí na 90 sekund. Poté se míchání zastaví na 30 sekund, během níž se stěrkou setře kaše ze stěn a spodní části nádoby. Míchačka se uvede znovu do chodu nízkou rychlostí na dalších 90 sekund.
Plnění prstence: Vicatův prstenec a podložní destička se lehce potřou olejem. Po zamíchání se kaše bez nadměrného hutnění nebo otřesů naplní s přebytkem do Vicatova prstence. Vzduch se odstraní poklepáváním prstence.
Postup zkoušky: Vicatův přístroj se s předem připojeným penetračním válečkem nastaví do nulové polohy. Vicatův prstenec na podložní destičce se ihned po uhlazení povrchu kaše postaví středem pod penetrační váleček. Penetrační váleček se pak posune dolů tak, aby byl ve styku s povrchem cementové kaše, a po 1-2 sekundách se rychle uvolní. Uvolnění válečku musí být provedeno 4 minuty ± 10 sekund po "nulovém čase". Odečtená hodnota se zaznamená do protokolu o zkoušce spolu s obsahem vody v procentech hmotnosti cementu. Zkouška se opakuje s kašemi s různým množstvím vody, dokud není dosaženo vzdálenosti mezi spodní plochou penetračního válečku a podložní destičkou 6 ± 2 mm.
Stanovení počátku a konce tuhnutí
Princip: Tuhnutí se sleduje vnikáním jehly do cementové kaše normální konzistence, až je dosaženo určité předepsané hodnoty.
Zkušební zařízení: Vicatův přístroj s jehlou s nástavcem o průměru asi 5 mm. Celková hmotnost pohyblivé části musí být 300 ± 1 g.
Postup stanovení počátku tuhnutí: Vicatův přístroj s jehlou se před zkouškou nastaví do nulové polohy. Naplněný prstenec se uloží na podložní destičku do nádobky, doplní se vodou tak, aby povrch kaše byl nejméně 5 mm pod hladinou, a vloží se do prostředí s kontrolovanou teplotou při 20,0 ± 1°C. Poté se nádobka postaví pod jehlu, která se posune dolů tak, aby byla ve styku s povrchem cementové kaše. Po 1-2 sekundách se rychle uvolní. Odečtená hodnota se uvede do protokolu o zkoušce spolu s dobou, která uplynula od nulového času. Vpichy jehly se opakují na stejné cementové kaši v různých místech (nejméně 8 mm od okraje prstence, 5 mm od sebe a nejméně 10 mm od předchozího vpichu) ve vhodných časových intervalech (např. 10 minut).
Postup stanovení konce tuhnutí: Naplněný Vicatův prstenec použitý u stanovení počátku tuhnutí se na podložní destičce obrátí. Prstenec na podložní destičce se ponoří do nádobky a uchovává se v prostředí s kontrolovanou teplotou při teplotě 20,0 ± 1°C. Po vhodné době se prstenec, podložní destička a nádobka postaví pod jehlu Vicatova přístroje, která se pak opatrně posune dolů tak, aby byla ve styku s povrchem. Po 1-2 sekundách se rychle uvolní. Vpichy jehly se opakují na stejné cementové kaši v prstenci v různých místech (8 mm od okraje prstence a 5 mm od sebe, nejméně 10mm od předchozího vpichu) ve vhodných časových intervalech (např. 30 minut). Zaznamená se čas, kdy jehla poprvé vnikla jen 0,5 mm do cementové kaše spolu s dobou, která uplynula od "nulového času". Koncem tuhnutí je pak doba, kdy kruhový nástavec jehly poprvé zanechal kružnicový obrys na povrchu tvrdnoucí cementové kaše.
Stanovení objemové stálosti
Princip: Objemová stálost se stanoví podle změny objemu cementové kaše normální konzistence.
Zkušební zařízení: Le Chatelierova objímka.
Postup zkoušení: Připraví se cementová kaše normální konzistence. Lehce naolejovaná Le Chatelierova objímka se postaví na mírně naolejovanou podložní destičku, ručně se naplní kaší bez výrazného zhutňování nebo potřásání a povrch se zarovná. Objímka se přikryje lehce naolejovanou krycí destičkou a umístí se do vlhkého uložení (t = 20 ± 1°C a rel. vlhkost > 90 %). Poté se změří vzdálenost mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm. Objímka se pak zahřívá ve vodní lázni postupně v době 30 ± 5 minut k varu a vaření se udržuje po dobu 3 hodin ± 5 minut. Objímka se vyjme z vodní lázně, ochladí se na teplotu laboratoře a změří se vzdálenost mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm. Míry se zaznamenají a vypočte se rozdíl s přesností na 1 mm. Je-li rozepnutí větší než je předepsaná hodnota pro cement, provede se opakované stanovení.
Stanovení měrné hmotnosti
Princip: Měrná hmotnost se stanovuje pomocí pyknometru.
Zkušební postup: Suchý a zvážený pyknometr se naplní destilovanou vodou a po osušení se opět zváží. Vodu vylejeme a po vysušení do něj vlijeme kapalinu nereagující s cementem a opět zvážíme. Dále vysušíme pyknometr a vložíme do něj přibližně 2 - 4 g cementu. Cement zalijeme kapalinou tak, aby hladina kapaliny sahala cca 5 mm nad cement, odstraníme vzduchové bublinky a pak doplníme doplna a pyknometr opět po osušení zvážíme. Měrnou hmotnost stanovujeme celkem třikrát.
Stanovení jemnosti mletí (Blaineova metoda)
Princip: Metoda je založena na měření doby průtoku vzduchu přes cementové lůžko.
Příprava vzorku: Vzorek cementu se po dobu 2 min. protřepává v uzavřené nádobě, k rozptýlení shluků částic a opatrně se promíchá.
Příprava cementového lůžka: Děrovaná destička se uloží na opěrný kroužek vnitřní strany komory a přikryje se filtračním papírkem. Odvážené množství cementu se bez střásání vsype do komory. Na urovnaný cement se uloží filtrační papírek. Vloží se píst až se dotkne filtračního papírku a pak se opatrně stlačí dolů, až se spodní strana pístu dotkne tělesa komory. Píst se o 5 mm vysune, pootočí o 90° a znovu pevně dotlačí na cementové lůžko, až se píst dotkne tělesa komory. Cementové lůžko je nyní zpevněno a připraveno ke zkoušení.
Postup zkoušky: Kuželová část průtokové komory se nasadí do kuželového hrdla na horní straně manometru. Horní část průtokové komory se uzavře zátkou. Kohout se otevře a natáhne se kapalina k horní značce. Kohout se uzavře. Pak se sejme zátka z horní části průtokové komory. Hladina kapaliny začne klesat. Jakmile hladina kapaliny dosáhne druhé značky, spustí se stopky a vypnou se v okamžiku, kdy hladina dosáhne značky třetí. Čas t se zaznamená na 0,2 s a teplota na 1°C. Porozita cementového lůžka (e = 0,500).
Stanovení pevnosti
Princip: Pevnost je nejdůležitější vlastností cementu, stanovuje se pevnost v tahu za ohybu a pevnost v tlaku.
Příprava malty pro zkoušení cementu: Do nádoby míchačky se vnese voda a cement. Ihned po styku vody a cementu se spustí míchání nízkou rychlostí po 30 sekund. V následujících 30 sekundách se přidá písek. Poté se míchání přepne na vysokou rychlost a pokračuje dalších 30 sekund. Míchání se zastaví na 90 sekund, během prvních 30 sekund se pomocí stěrky setře malta, která ulpí na stěnách a spodní části nádoby. V míchání se pokračuje dalších 60 sekund vysokou rychlostí.
Zhotovení zkušebních těles: Do formy s nástavcem se po zapnutí vibračního stolku během 45 sekund plní maltou jednotlivé oddíly formy ve dvou vrstvách. Po naplnění formy se nechá forma vibrovat. Celková doba vibrace je 120 ± 1 s. Po sundání nástavce se zarovná povrch a přebytečná malta se setře. Na formu se položí deska ze skla (plexisklo) a forma se umístí do vlhkého uložení (φ > 90 %).
Pevnost v tahu za ohybu: Vyjádří se průměrnou aritmetickou hodnotou ze tří jednotlivých výsledků sady tří trámečků, kdy každý výsledek je vyjádřen s přesností 0,1 MPa. Zkouška se provádí na polovinách trámečků zlomených. Odlišuje-li se jeden výsledek ze šesti o víc než ±10 % od jejich průměrné hodnoty vyřadí se a aritmetický průměr se vypočítá ze zbývajících pěti výsledků.
Mikroskopické stanovení obsahu složek
Princip: Metoda je založena na sledování počtu zrn portlandského slinku a strusky mikroskopem. Zrna portlandského slinku se pod mikroskopem jeví jako tmavá, zrna strusky se jeví jako světlá.
tags: #pucolanovy #cement #zkouška #informace