Historie cementu: Od přírodního pojiva k modernímu stavebnímu materiálu

Cement, základní složka betonu a malty, je hydraulické pojivo, které spojuje písek a štěrk dohromady. Přestože se beton ve stavebnictví používá ve větším měřítku teprve v posledních staletích, 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. Vytvoření cementu umožnilo lidstvu postavit trvalé stavby a významné budovy, které by mohly odolat prvkům a katastrofám. Dnes existuje několik různých druhů cementu a každý má svůj účel.

Počátky cementu v prehistorii

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. Zatímco nejstarší známý výskyt cementu byl asi před 12 miliony let, při přírodním spálení roponosné břidlice, která sousedila s vápencem, bylo prvním známým úmyslným použitím cementu v roce 7000 př. n. l. V roce 1985 byla v Izraeli objevena vápencová betonová podlaha z nehašeného vápence - kamenů a vody. Ložiska cementových sloučenin na území dnešního Izraele, vzniklá reakcí vápence a ropných břidlic během samovznícení, byla popsána izraelskými geology v 60. a 70. letech 20. století.

V zemích, kde není dostatek kamene ani dřeva, už celá tisíciletí lidé stavějí domy z hlíny, jediného dostupného stavebního materiálu. 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. Bahno z naplavenin obsahuje vodou rozpustné sírany a chloridy vápníku, sodíku, hořčíku a jiných prvků. Nepálené cihly a omítky, které se z něj vyrobí, jsou na povrchu pevné a tvrdé, neboť se tyto minerály vzlínáním vody vynášejí na povrch a při vysychání vody vytvářejí krustu. Pro spojování sušených cihel používají bláto smíchané se slámou.

Starověké civilizace a rozvoj pojiv

Přibližně v téže době starověcí obyvatelé Mezopotámie a severní Sýrie objevili výrobu pálené sádry z přírodního sádrovce. K objevu pravděpodobně došlo náhodou při vypalování keramiky. Sádra se používala zejména na omítky, štukovou výplní na zpevnění podlah starověkých chrámů. V oblasti, kde je nízká vlhkost vzduchu, je sádra dodnes oblíbeným materiálem i na venkovním zdivu. 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. Další použití vápenného cementu nebylo až do tisíciletí později, kdy staří Egypťané používali vápenný cement jako betonovou maltu na vázání bloků a vyplnění kamenných zdí. Odtud se vápenný cement rozšířil do ostatních oblastí Středozemního moře a kolem roku 500 př. n. l. ho Řekové používali k vyplnění slunečních cihel. Cement používali Egypťané k vybudování pyramid a jiných struktur.

Římský cement a pucolán

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 pucolán vznikla přírodní cestou vypálením slínu (vápnitého jílovce) žhavou lávou tekoucí z blízké sopky a jeho další přeměnou působením horkých roztoků. Obsahovala ve správných poměrech všechny složky, které má dnešní portlandský cement: silikáty, alumosilikáty a oxidy alkalických kovů a alkalických zemin schopné hydratace. Později Římané zlepšili látku tím, že přidali vulkanický popel, který zpevnil cement a byl schopen se pod vodou setkat. Tento typ cementu se stal známým jako "pozzolanický cement", po obci Pozzuoli u Vesuvu. Pucolán je vulkanická hornina, jejíž jméno pochází z oblasti Pozzoulli v blízkosti Neapole.

Čtěte také: Použití bílého cementu v praxi

Římané připravovali beton smísením pucolánu s trochou páleného vápna, písku a vody. Okolo prvního století našeho letopočtu Římané zlepšili dosud používané „pojivo". Nyní víme, že půda z oblasti Pozzoulli - která dala jméno pucolánu - je v závislosti na místě tvořena 60-90 % jílu a 10-40 % vápna. Tam, kde byl omezený sopečný popel, byla k posílení cementu přidána přízemní dlaždice nebo drcená cihla. Jako přísady (látky přidávané do cementu pro zlepšení vlastností) slouží živočišný tuk, mléko a krev.

Římané používali tuto směs k vybudování několika velkých budov, včetně Pantheonu. Používají pucolánový cement z blízkosti italského města Pozzuoli nedaleko Vesuvu při budování známé Appiovy silnice, římských lázní, Kolosea a Pantheonu v Římě a akvaduktu Pont du Gard na jihu Francie. Mnoho římských cementových konstrukcí stále stojí, včetně Pantheonu a některých akvaduktů. Cement byl použit k vybudování římského pantheonu, lázní Caracalla, kolosea, akvaduktů a dalších. Římský architekt a inženýr Marcus Vitruvius Pollio popsal cement a beton v deseti knihách architektury v 1. století př. n. l. Marcus Vitruvius Pollio napsal o cementu a jeho inovativním použití v deseti knihách o architektuře. Po Římanech se však zdá, že v Evropě došlo ke ztrátě stavebních dovedností. Kvalita spojovacích materiálů se zhoršila. Používání páleného vápna a pucolánu (přísada) bylo zapomenuto a znovu objeveno na počátku 14. století.

Znovuzrození cementu a moderní vývoj

Po zániku římské říše v pátém století našeho letopočtu výroba betonu z pucolánu ustala. 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 pucolánu. John Smeaton zjistil, že kalcinací vápence s obsahem jílu vznikne vápno, které pod vodou tvrdne (hydraulické vápno). Hydraulické vápno použil při přestavbě majáku Eddystone v anglickém Cornwallu. Jeho stavba byla zahájena v roce 1756, musel však nejprve vynalézt materiál, který by neničila voda. Zjištěno bylo, že směs vápna, jílu a drcené strusky z výroby železa vedla k maltě, která se vytvrdila pod vodou.

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. A podařilo se! Vypálením portlandského slínovce a jeho následným rozemletím byl roku 1796 vynalezen portlandský cement. Nově objevený proces se dále zdokonaloval. Maurice St. Leger získává patenty na hydraulický cement. Ve Spojených státech se produkuje přírodní cement.

Vynález portlandského cementu

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. Angličan Joseph Aspdin vynalézá portlandský cement, když spaluje jemně mletou křídu s jemně rozdrobeným jílem ve vápenné peci s odtahem oxidu uhličitého. V roce 1824 Aspdin patentoval tuto novou kompozici cementu a nazval ji Portlandský cement, protože látka vypadala jako Portlandský kámen, který byl v Anglii běžně používán. Cement byl vyroben z vypálené jemně mleté hlíny a kalcinovaného vápence.

Čtěte také: Bílý cement: Přehled

Přelomovým rokem pro samotný beton byl 1824, kdy Joseph Aspdin vynalezl cement. Cement byl poprvé použit ve městě Portland v Anglii, proto se od té doby nazývá portlandský cement. Betonáři si připomenou mimořádnou a pro beton zásadní událost, ke které došlo 24. října 1824, a to udělení patentu BP 5022 „Zlepšení ve výrobě umělého kamene“ Josephu Aspdinovi. Jeho autor v přihlášce poprvé použil termín „portlandský cement“. Použití tohoto názvu pro nový výrobek souviselo s tím, že podle autora maltová směs z něj vyrobená se podobala „nejlepšímu portlandskému kameni“. Bez nadsázky je možné prohlásit, že toho dne se začala psát historie moderního betonu.

Vlastní patent nepopisuje zcela jasně produkt známý dnes jako portlandský cement. Produkt byl cílen na trh se štukatérskými potřebami a také pro výrobu architektonických prvků (ostění, římsy, klenáky apod.), kde se hodil rychle tuhnoucí nízkopevnostní cement. Ten byl získáván vypalováním při nízkých teplotách (pod 1 250 °C), a proto neobsahoval žádný alit. Joseph Aspdin nikdy nebyl chemikem a při výrobě postupoval pouze na základě svých zkušeností. Zajímavostí je, že Aspdin nebyl chemikem a veškeré jeho postupy vycházely pouze z vlastních zkušeností a metody pokus-omyl.

„Portlandský cement, jeden z nejdůležitějších materiálů, si 21. října 1824 nechal patentovat Joseph Aspdin, zedník z Leedsu. 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”.

Další zdokonalování a rozvoj

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. V roce 1845 Isaac Johnson dělal první moderní formu portlandského cementu, když vypálil směs křídy a jílu při vyšších teplotách než Aspdin. Vyšší teploty (1400 °C - 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. Angličan J. Grant ukázal důležitost používání nejtvrdších a nejhustších částí slínku. 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). 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. Skot Joseph Aspdin upravil složení cementu Louise Vicata a v roce 1824 přihlásil patent na pomaleji tuhnoucí cement. První cement ve Francii byl vyroben v roce 1846 v Boulogne-sur-Mer.

Čtěte také: Portlandský cement – co to je?

Rotační 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. Ve Spojených státech bylo zavedeno přidávání sádry při mletí slínku jako zpomalovače tuhnutí betonu. 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. V americkém městě Bellefontaine ve státě Ohio provedl George Bartholomew betonáž první ulice.

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. sulfátovzdorných cementů. Jako příměs do pucolánu se začíná používat křemičitý úlet. 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.

Současnost a budoucnost cementu

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. 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.

V moderní době se čím dál více objevují snahy o náhradu cementu jako hlavního pojiva v betonu vzhledem k vysokým emisím CO2 při jeho výrobě. Uhlíková stopa cementu je obrovská a při výrobě 1 tuny cementu je vyprodukováno 0,6 až 1 t CO2. Snížení uhlíkové stopy cementu nyní nejčastěji probíhá použitím tzv. směsných cementů, kdy se část portlandského slínku v cementu nahrazuje pucolánovou příměsí (vysokopecní mletá granulovaná struska, popílek, mikrosilika, mletý vápenec). Tyto příměsi mají oproti samotnému portlandskému slínku nízkou uhlíkovou stopu, proto se jejich mísením snižuje i celková uhlíková stopa cementu.

Beton se proměnil ze stavebního materiálu na materiál, který je možné vkusně využít i v domácím prostředí jako designový doplněk.

Historie výroby cementu 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. 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.

V roce 1980 vznikl koncernový podnik Cementárny a vápenky se sídlem v Mokré. V lednu 1990 byl založen samostatný státní podnik Cementárny a vápenky Mokrá. V lednu 1991 vznikla akciová společnost Cementárny a vápenky Mokrá. V prosinci 1991 byla akciová společnost privatizována. Majoritním akcionářem se stala belgická společnost CBR. Dne 1. května 1998 vznikla akciová společnost Českomoravský cement, a to sloučením dvou předních výrobců stavebních hmot v České republice - akciových společností: Cement Bohemia Praha a Cementárny a vápenky Mokrá. Závod Mokrá zůstal její součástí. V roce 2003 byla výroba vápna v Mokré, včetně všech s ní souvisejících činností, prodána společnosti Carmeuse Czech Republic, s.r.o. Dne 1. ledna 2024 se název společnosti Českomoravský cement, a.s. mění na Heidelberg Materials CZ, a.s.

Závod Radotín

Výroba cementu v Radotíně má již 140 letou tradici. Dne 14. cement v Praze 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. V roce 1920 vzniká akciová společnost Spojené pražské továrny na staviva se sídlem v Praze. Radotínská cementárna byla jedním z pobočných závodů. V roce 1930 mění firma název na Prastav, spojené pražské továrny na staviva a. s. Po II. světové válce byl Prastav dán pod národní správu. V roce 1946 se akciová společnost Králodvorská cementárna stala součástí národního podniku s názvem České cementárny a vápenice se sídlem v Praze.

V roce 1950 došlo k vytvoření samostatného národního podniku Pragocement se sídlem v Radotíně a k němu byly přičleněny pobočné závody. V roce 1959 se začal stavět nový závod v Radotíně. Stále se zvyšující potřeba cementu vedla k rozhodnutí o jeho výstavbě. V červenci 1961 byl uveden do zkušebního provozu. Ve stejném roce byl změněn název podniku na Radotínské cementárny a vápenice n. p. se sídlem v Radotíně. Ve staré radotínské cementárně byl provoz ukončen v roce 1963. V roce 1980 vzniká v rámci nového členění koncernový podnik Cementárny a vápenky Praha, jehož součástí byly cementárna Radotín, cementárna a vápenka Čížkovice a vápenka Loděnice. V roce 1990 končí centrální řízení oboru, vzniká samostatný státní podnik Pragocement, jehož součástí je závod Radotín a vápenka Loděnice. Ve stejném roce byla zahájena spolupráce s akciovou společností Heidelberger Zement. O rok později vzniká akciová společnost Pragocement. Dnem 1. července 1995 vznikla fúzí akciových společností Pragocement a.s., Cement Bohemia Praha a Králodvorská cementárna a.s. nová akciová společnost Cement Bohemia Praha a.s. a cementárna v Radotíně se stala jedním z jejích závodů. Dnem 1. května 1998 vznikla akciová společnost Českomoravský cement, a to sloučením dvou předních výrobců stavebních hmot v České republice - akciových společností: Cement Bohemia Praha a Cementárny a vápenky Mokrá. Dne 1. ledna 2024 se název společnosti Českomoravský cement, a.s. mění 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. V roce 1911 vedla zvyšující se poptávka po cementu k vybudování cementárny na výrobu portlandského cementu s roční výrobní kapacitou 90 000 tun. V roce 1927 došlo k rozšíření kapacity a k výstavbě na svou dobu nejmodernějšího závodu ve střední Evropě. V roce 1946 se akciová společnost Králodvorská cementárna stala součástí národního podniku s názvem České cementárny a vápenice.

Po 2. světové válce došlo opět k prudkému zvýšení poptávky po cementu, a proto znárodněný podnik postavil v letech 1948-1951 další výrobní závod. V roce 1961 byla provedena rozsáhlá rekonstrukce cementárny a poté byl v roce 1965 odstaven z provozu nejstarší závod pocházející z roku 1911. V roce 1978 výroba cementu kulminovala na hodnotě 980 472 tun, což je historicky nejvyšší výroba závodu. V roce 1980 vznikl sloučením tří podniků koncernový podnik CEVA Beroun. Dne 26. listopadu 1990 byla ustanovena akciová společnost CEVA Králův Dvůr. Dne 2. července 1991 byla založena akciová společnost Králodvorská cementárna. V roce 1992 do Králodvorské cementárny vstoupil německý akcionář - společnost Heidelberger Zement. V polovině roku 1995 vznikla akciová společnost Cement Bohemia Praha. Dne 1. května 1998 se akciová společnost Cement Bohemia Praha sloučila se společností Cementárny a vápenky Mokrá a vznikla tak nová akciová společnost Českomoravský cement. V roce 2003 byla v cementárně Králův Dvůr přerušena výroba cementu a dnes je zde v provozu moderní balicí linka a expedice baleného i volně loženého cementu. Dne 1. ledna 2024 se název společnosti Českomoravský cement, a.s. mění na Heidelberg Materials CZ, a.s.

tags: #kdy #se #vynalezl #cement #historie

Oblíbené příspěvky:

• Objevte kouzlo klasicismu
• Přečtěte si více o dlažbě BEST – BELEZA a jejích výhodách.
• Kompletní průvodce rolovacími střechami pergol
• Komfort a design pro vaši terasu
• Recenze betonových plotů Břeclav