Cement, klíčová složka betonu a jeden z nejpoužívanějších hydraulických pojiv, se po smíchání s vodou stává plastickou pastou, která tvrdne jak na vzduchu, tak i pod vodou. Je to hydraulické práškové pojivo, které nepotřebuje k tvrdnutí vzduch, což je vlastnost známá již před naším letopočtem.
Kvalita cementu je definována řadou technických ukazatelů, mezi nimiž je klíčová objemová stálost. Ta odkazuje na rovnoměrnost objemových změn cementu během procesu tuhnutí a je zásadním ukazatelem pro hodnocení jeho kvality. Použití cementu s nekvalifikovanou stabilitou je přísně zakázáno, neboť by mohlo vést k nestabilitě a deformacím stavebních konstrukcí.
Definice a význam objemové stálosti
Objemová stálost cementu je vlastnost, která určuje, zda se objem cementu během hydratace a tvrdnutí mění rovnoměrně a předvídatelně, nebo zda dochází k nechtěným expanzím či smršťování. Nadměrné změny objemu mohou vést k praskání a poškození betonu, což snižuje jeho životnost a statickou bezpečnost.
Metody zkoušení objemové stálosti
Objemová stálost se stanoví podle změny objemu cementové kaše normální konzistence. Pro měření objemové stálosti cementu se používají standardizované postupy a zařízení, které zajišťují reprodukovatelnost a přesnost výsledků. Požadavky na složení, značení, třídy a vlastnosti cementů jsou specifikovány v normě ČSN EN 197-1. Konkrétní metody zkoušení objemové stálosti jsou popsány v normě ČSN EN 196-3, která nese název „Metody zkoušení cementu - Část 3: Stanovení dob tuhnutí a objemové stálosti“.
Zkušební zařízení a příprava cementové kaše
K provedení zkoušky je zapotřebí Le Chatelierova objímka a Vicatův přístroj.
Čtěte také: Průvodce měřením výšky plotu
Příprava cementové kaše normální konzistence je prvním krokem. S přesností ± 1g se naváží 500g cementu a zvolené množství vody (např. 125g). V co nejkratším čase se do míchačky vnese voda a cement, přičemž je nutné dbát na to, aby nedošlo ke ztrátám cementu ani vody. Míchačka se uvede do provozu nízkou rychlostí. Zapnutím míchačky se začíná měřit čas 90 sekund. Poté se míchání zastaví na dobu 30 sekund, během níž se stěrkou setře všechna cementová kaše, která ulpí na stěnách a spodní části nádoby, a umístí se do středu nádoby. Míchačka se uvede znovu do chodu nízkou rychlostí na dalších 90 sekund.
K určení doby tuhnutí cementu se používá Vicatův přístroj. Ten má pohyblivou část o celkové hmotnosti 330 ± 1g a penetrační váleček o délce nejméně 45mm a průměru 10,00 ± 0,05 mm. Před každou zkouškou je nutné zajistit, aby nedocházelo k většímu tření pohyblivých částí přístroje. Vicatův prstenec z tvrzené pryže, plastů nebo mosazi, kuželového tvaru s výškou 40,0 ± 0,2 mm a vnitřním průměrem 75 ± 10 mm, se umísťuje na podložní skleněnou destičku, jejíž tloušťka musí být nmin.
Postup zkoušení objemové stálosti
- Příprava kaše a plnění objímky: Připraví se cementová kaše normální konzistence. Lehce naolejovaná Le Chatelierova objímka se postaví na mírně naolejovanou podložní destičku a ručně se naplní kaší bez výrazného zhutňování nebo potřásání. Povrch se zarovná.
- Počáteční měření: Objímka se přikryje lehce naolejovanou krycí destičkou a umístí se do vlhkého uložení (t = 20 ± 1°C a relativní vlhkost > 90 %). Poté se změří vzdálenost mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm.
- Vaření: Objímka se následně zahřívá ve vodní lázni postupně v době 30 ± 5 minut k varu a vaření se udržuje po dobu 3 hodin ± 5 minut.
- Konečné měření: Po vyjmutí z vodní lázně se objímka ochladí na teplotu laboratoře a znovu se změří vzdálenost mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm.
- Vyhodnocení: Míry se zaznamenají a vypočítá se rozdíl s přesností na 1 mm. Je-li rozepnutí větší než předepsaná hodnota pro cement, provede se opakované stanovení.
Faktory ovlivňující objemovou stálost cementu
Objemová stálost cementu je ovlivněna především jeho chemickým a mineralogickým složením. Hlavním úkolem při výrobě cementu je vytvořit látky, které jsou schopny reagovat s vodou: křemičitany vápenaté, hlinitany i železitany vápenaté. K reakci mezi oxidy vápníku, křemíku a hliníku dochází při teplotě asi 1300 °C. Teprve při teplotě 1400 °C nastává slinování taveniny. Pokud je uvolněného oxidu vápenatého, který se navázal na jiné oxidy, příliš mnoho, nebo dojde k přítomnosti nadměrného množství oxidu hořečnatého, může to způsobit nehomogenní expanzi během hydratace a tvrdnutí, což vede k nestabilitě objemu.
Jemnost mletí cementu je dalším významným faktorem. Jemněji mletý cement má větší specifický povrch, což vede k rychlejší hydrataci a potenciálně k větším objemovým změnám v raném stádiu. Naopak hrubě mletý cement může mít pomalejší hydrataci a menší rané objemové změny, ale zároveň pomalejší nárůst pevnosti.
Vlastnosti cementu a jejich měření
Pevnost cementu
Pevnost je nejdůležitější vlastností cementu a je hlavním indexem pro určení stupně pevnosti. V současnosti se dělí podle 28denní síly. Pevnost v tlaku je hlavním indexem udávajícím pevnost betonu a jednotkou je Mpa. Stupeň pevnosti je reprezentován symbolem C a standardní hodnotou. Třídu lze rozdělit na C10,...C30, C35,...C60 atd. Vysokopevnostní beton označuje beton s pevnostní třídou větší nebo rovnou C60. 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.
Čtěte také: Úhel sklonu střechy a jeho význam
Pro přípravu malty pro zkoušení cementu se do nádoby míchačky vnese voda a cement a dbá se, aby nedošlo ke ztrátám vody nebo cementu. Ihned po styku vody a cementu se spustí míchání nízkou rychlostí a současně se zahájí odměřování času míchacích etap ("nulový čas"). Po 30 sekundách míchání se v následujících 30 sekundách přidá písek. Poté se míchání přepne na vysokou rychlost a v míchání se 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, a umístí se do jejich středu. V míchání se pokračuje dalších 60 sekund vysokou rychlostí.
Pro zhotovení zkušebních těles se do formy s nástavcem 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 se vyjádří průměrnou aritmetickou hodnotou ze tří jednotlivých výsledků sady tří trámečků, kdy každý výsledek je vyjádřen s přesností 0,1 MPa.
Spotřeba vody cementu standardní konzistence
Tento ukazatel nejenže přímo informuje o potřebě vody cementu, ale také umožňuje přesně testovat dobu tuhnutí a stabilitu. 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.
Doba tuhnutí cementu
Rychlost tuhnutí přímo ovlivňuje konstrukci. Obecně platí, že počáteční doba tuhnutí by neměla být dříve než 45 minut a doba konečného tuhnutí by neměla být delší než 10 hodin. Tuhnutí se sleduje vnikáním jehly do cementové kaše normální konzistence, až je dosaženo určité předepsané hodnoty. Tuhnutí je chemický a fyzikální pochod, při němž kašovitá směs cementu a vody tuhne v pevnou hmotu. Každý druh cementu má dobu tuhnutí stanovenou normou. (Běžné portlandské cementy mají počátek tuhnutí stanoven po 45 min. a nejpozději do 12 hod.)
Jemnost mletí
Jemnost mletí se vyjadřuje měrným povrchem v jednotkách (m2 . g-1 nebo cm2 . g-1). Rozeznáváme hrubě mleté (Sc ≈ 180 m2 . g-1), středně mleté Sc ≈ 300m2 . g-1), jemně mleté (Sc ≈ 400m2 . g-1), velmi jemně mleté (Sc ≈ 600m2 . g-1) a ultra jemně mleté (Sc ≈ 1000m2 . g-1). Jemnost cementu kromě chemického a mineralogického složení určuje také vlastnosti výrobku.
Čtěte také: Tipy pro lepení dlažby
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.
Měrná hmotnost
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). S objemovou hmotností cementu ρo=1200 kg . až 1100 kg . m-3, v pytlích ρo=1350 až 1500 kg . m-3.
Suchý a zvážený pyknometr se naplní destilovanou vodou a po osušení se opět zváží. Vodu vylejeme a po vysušení do ní 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.
Skladování cementu
Skladovaný cement by měl být stohován odděleně podle typu, štítku a data dodání a měl by být jasně označen. Kdo dřív přijde, je dřív na řadě, a zamezí smíšenému použití. Doba skladování cementu by neměla být příliš dlouhá, aby se zabránilo aglomeraci a snížení pevnosti. Pevnost běžně používaného cementu se sníží o 10-20 procent, pokud je skladován v normálním prostředí po dobu tří měsíců. Prošlý (doba skladování cementu je delší než tři měsíce od data dodání) cement by měl být před použitím zkontrolován.
| Typ produktu | Česká technická norma (ČSN) | Označení základního dokumentu | Třídicí znak | Katalogové číslo | Název dokumentu | Datum vydání | Datum účinnosti | Věstník vydání (měs/rok) | Způsob vydání | Způsob převzetí originálu | ICS kódy |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Technická norma | ČSN EN 196 - 3 | ČSN EN 196 - 3 | 722100 | 502834 | Metody zkoušení cementu - Část 3: Stanovení dob tuhnutí a objemové stálosti | 01.09.2017 | 01.10.2017 | 09/17 | samostatně tiskem | překlad | 91.100.10 - Cement. Sádra. Vápno. |
| Technická norma | ČSN EN 196 - 6 | ČSN EN 196 - 6 | 722100 | 507353 | Metody zkoušení cementu - Část 6: Stanovení jemnosti mletí | 01.06.2019 | 01.07.2019 | 06/19 | samostatně tiskem | překlad | 91.100.10 - Cement. Sádra. Vápno. |
tags: #cim #se #meri #objemova #stalost #cementu