Cement je základním stavebním prvkem a klíčovou komponentou nejpoužívanějšího stavebního materiálu na světě: betonu. Je to anorganické pojivo, které na sebe váže ostatní látky (plniva) a posléze tuhne. Cement je hydraulické pojivo, tj. jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši, která tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních reakcí a procesů. Po zatvrdnutí zachovává svoji pevnost a stálost také ve vodě. Cement je jako pojivo součástí nejen betonu, ale i mnoha dalších stavebních materiálů. Je to něco jako lepidlo pro anorganické složky, které jsou součástí betonu, tedy písku, štěrku apod. Cementu je velké množství druhů, které se liší příměsmi, jež upravují jeho vlastnosti a také souběžně i vlastnosti následného výrobku (třeba betonu).
Výroba cementu
Výroba cementu se provádí v cementárnách v pecích. Rozděluje se na mokrý či suchý postup, kdy vstupní složky jsou buď v suchém stavu, nebo ve vlhké kašovité formě. Vstupními složkami je vápenec a jíl, někdy křída a břidlice. Následný postup je prakticky stejný, jen se liší teplotami.
V peci se nejdříve směs předehřeje a vyloučí se z ní voda. Následně se zvýší teplota, díky které se vylučuje uhlík. Poté se teplota zvedá až ke 1450 °C. To se jednotlivé částice spékají a vznikají hroudy takzvaného slínku. Ten se následně vychlazuje a mele na prášek.
Portlandský slínek se vyrábí pálením nejméně do slinutí přesně připravené surovinové směsi (surovinové moučky, těsta nebo kalu) obsahující prvky, obvykle vyjádřené jako oxidy CaO, SiO2, Al2O3, Fe203 a malá množství jiných látek. Surovinová směs, těsto nebo kal musí být v důsledku jemného mletí a dobrého míchání homogenní. Portlandský slínek je hydraulická látka, která musí sestávat nejméně ze dvou třetin hmotnosti z křemičitanů vápenatých (3CaO · SiO2 a 2CaO · SiO2). Ve zbytku jsou pak obsaženy slínkové fáze obsahující hliník a železo a jiné sloučeniny. Hmotnostní podíl (CaO) / (SiO2) nesmí být menší než 2,0.
Druhy cementu a jejich označení
Cement lze snadno určit podle norem, které jsou uvedeny u produktu, a tím vybrat ten nejvhodnější typ pro danou práci a stavbu. Při jeho nákupu většinou narazíte na vícero typů, cenových kategorií a složení. Každý druh cementu má totiž jiné vlastnosti a hodí se na jinou příležitost. Cementy se rozdělují podle jejich složení na druhy a podle dosahovaných pevností na třídy.
Čtěte také: Použití bílého cementu v praxi
Normalizované značení obsahuje informace o množství a druhu příměsí, pevnosti cementu v MPa a rychlosti nástupu počáteční pevnosti. Pozice 32,5 označuje tvrdost v MPa, na kterou cement vytuhne po 28 dnech. Rozeznávají se tři třídy normalizované pevnosti: třída 32,5, třída 42,5 a třída 52,5.
U cementů je také důležité na označení sledovat poslední písmeno, které určuje rychlost nárůstu počáteční pevnosti:
- N: normální
- R: rychlá
- L: pomalá
Dále se cementy dělí dle obsahu hlavních a doplňujících složek:
- K: slínek
- S: vysokopecní struska
- D: křemičitý úlet
- P: přírodní pucolány
- V: křemičité popílky
- W: vápenaté popílky
- T: kalcinovaná břidlice
- L: vápence (LL je kvalitnější varianta)
Portlandský cement (CEM I)
Tím základním je portlandský cement (CEM I). Jde o nejpoužívanější cement pro výrobu malty a betonu a jeho výroba probíhá v cementárenských pecích. Jedná se o jakýsi nejčistší cement, i když se někdy přidávají železité rudy, bauxit apod. Také se přidávají v některých verzích plastifikátory, které zpomalují tuhnutí, a tedy prodlužují zpracovatelnost, což je potřeba například u omítkových směsí.
Portlandský cement se skládá z křemičitého slinku a sádrovce. Díky tomu rychle tuhne už po jedné hodině a konečných hodnot tvrdosti dosahuje během dvanácti hodin. Hodí se proto pro betonování za nízkých teplot (do 5⁰C).
Čtěte také: Bílý cement: Přehled
Portlandský směsný cement (CEM II)
Druhým typem je portlandský směsný cement (CEM II), do kterého se přidávají různé příměsi, jako například struska, popílek, vápenec. Evropská norma ČSN EN 197-1 ed. 2 specifikuje celou skupinu portlandských cementů směsných CEM II, které obsahují kromě portlandského slínku jedinou hlavní složku. Portlandské směsné cementy další skupiny obsahují kromě slínku více než jednu hlavní složku. V českých podmínkách jde hlavně o strusku (S), vápenec (L, LL) a popílek (V).
V tomto případě půjde o portlandský cement s obsahem příměsi 21-35 % vysokopecní strusky. Cement po 28 dnech vytvrdne na hodnotu 32,5 MPa. Vysokopecní struska způsobuje, že oproti obyčejnému portlandskému cementu má tento druh nižší počáteční pevnost a množství hydratačního tepla. Popílek v portlandském popílkovém cementu zajišťuje dobrou zpracovatelnost, plastičnost a hydroizolaci. Kalcinovaná břidlice zajišťuje tomuto druhu portlandského cementu odolnost proti chemickým vlivům.
Portlandské cementy s vápencem obsahují kromě slínku, jako jedinou hlavní složku vápenec (L, LL). Kvalitní a trvale dostupné vápence s minimálním obsahem jiných doprovodných látek umožňují vyrábět 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.
Vysokopecní cement (CEM III)
Vysokopecní cement (CEM III) má větší podíl vysokopecní strusky, díky čemuž se snižuje hydratační teplo, prodlužuje se doba nárůstu pevnosti a zvyšuje se odolnost vůči agresivním prostředím. Hlavní složkou je vápenec, díky němuž z něj namíchaný beton neplesniví. Obsahuje významný podíl vysokopecní strusky, která zajišťuje odolnost proti agresivnímu prostředí. CEM III není vhodný na konstrukce, kde je požadovaný rychlý nárůst pevnosti a nutná odolnost proti mrazu. Vysokopecní cement se proto využívá při betonáži základů, agresivně namáhaných konstrukcí, konstrukcí proti žáru, nebo při práci v parných létech.
Granulovaná vysokopecní struska vzniká rychlým ochlazením vhodně složené struskové taveniny vznikající při tavení železné rudy ve vysoké peci. Struska musí být nejméně ze dvou třetin hmotnosti sklovitá a při vhodné aktivaci musí vykazovat hydraulické vlastnosti. Granulovaná vysokopecní struska musí sestávat nejméně ze dvou třetin hmotnosti z oxidu vápenatého (CaO), oxidu hořečnatého (MgO) a oxidu křemičitého (SiO2). Zbytek obsahuje oxid hlinitý (Al2O3) a malá množství jiných sloučenin.
Čtěte také: Portlandský cement – co to je?
Pucolánový cement (CEM IV)
Pucolánový cement (CEM IV) je cement s příměsí pucolánu, což je jemný písečný sopečný popel. 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 a je vhodný do mokrého prostředí, především pak do agresivní mořské vody.
Pucolány jsou přírodní látky křemičité nebo křemičito-hlinité, popřípadě kombinace obou. Pucolány 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. Tyto sloučeniny jsou podobné těm, které vznikají při tvrdnutí hydraulických látek.
Směsný cement (CEM VI)
Směsný cement (CEM IV, popř. CEM VI) je základní složkou betonu pro běžné použití. Často se využívá nejlevnější směsný cement, který využívá velké množství přísad. Tento cement nezaručuje vysokou pevnost, ale je levný, takže se hodí do nezatěžovaných konstrukcí. Jeho složení je vhodné pro betonování podlah, potěrů, dlažby a celkově pro všechny minimálně namáhavé konstrukce.
Vliv složek cementu na jeho vlastnosti
Každá z hlavních složek má jiný vliv na vlastnosti cementu a jejich optimální kombinace dovoluje vyrobit cement právě požadovaných vlastností.
- Struska s popílkem: Snižují 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 působení vody. Popílek se získává elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť otápěných práškovým uhlím. Popílek může být svou podstatou křemičitý nebo vápenatý.
- Křemičitý popílek: Je jemný prášek převážně sestávající z kulových částic s pucolánovými vlastnostmi. Sestává zejména z aktivního oxidu křemičitého (SiO2) a oxidu hlinitého (Al203). Ve zbytku je pak obsažen oxid železitý (Fe203) a jiné sloučeniny.
- Vápenatý popílek: Je jemný prášek, který má hydraulické a/nebo pucolánové vlastnosti. Sestává zejména z aktivního oxidu vápenatého (CaO), aktivního oxidu křemičitého (SiO2) a oxidu hlinitého (Al203). Ve zbytku je pak obsažen oxid železitý (Fe2O3) a jiné sloučeniny.
- Kalcinovaná břidlice: Zejména kalcinovaná olejnatá břidlice, se vyrábí ve speciální peci při teplotě přibližně 800 °C. Podle složení přírodního materiálu a výrobního postupu obsahuje kalcinovaná břidlice slínkové fáze, zvláště dikalciumsilikát a monokalciumaluminát. Obsahuje rovněž malá množství volného oxidu vápenatého a síranu vápenatého 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: Jsou zvlášť vybrané anorganické přírodní látky, anorganické látky pocházející z procesu výroby slínku nebo složky uvedené výše, pokud nejsou v cementu použity jako složky hlavní. Po vhodné úpravě nebo v důsledku jejich zrnitosti zlepšují fyzikální vlastnosti cementu (jako je zpracovatelnost nebo retence vody). Mohou být inertní nebo mohou mít slabě hydraulické, latentně hydraulické nebo pucolánové vlastnosti. V tom směru však na ně nejsou kladeny požadavky.
- Síran vápenatý: Se přidává k ostatním složkám cementu v průběhu jeho výroby za účelem úpravy tuhnutí. Může být přidáván ve formě sádrovce (dihydrát síranu vápenatého, CaSO4 · 2H2O), hemihydrátu síranu vápenatého (CaSO4 · 1/2H2O) nebo anhydritu (bezvodý síran vápenatý CaSO4) popřípadě jejich směsi. Sádrovec a anhydrit jsou přírodního původu.
- Přísady: Jsou látky, které se přidávají pro usnadnění výroby nebo pro úpravu vlastností cementu. Celkové množství přísad nesmí překročit 1,0 % hmotnosti cementu (s výjimkou pigmentů). Množství organických přísad v přepočtu na suchý stav nesmí překročit 0,5 % hmotnosti cementu. Přísady nesmějí vyvolávat korozi výztuže nebo zhoršovat vlastnosti cementu či betonu nebo malty z něj vyrobených.
Cementy pro obecné použití
Cementy pro obecné použití jsou vyráběny podle přísných norem - ČSN EN 197-1. Účelem normy je stanovit složení, požadavky a kritéria shody cementů pro obecné použití. Zahrnuje všechny cementy pro obecné použití, které byly příslušnými národními normalizačními orgány v rámci CEN označeny jako tradiční a dobře osvědčené. 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. 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.
Cementy pro obecné použití s nízkým hydratačním teplem (LH) nebo s nízkou počáteční pevností mají nižší počáteční pevnosti ve srovnání s ostatními cementy pro obecné použití stejné třídy normalizované pevnosti a mohou vyžadovat dodatečná opatření při jejich použití, jako je prodloužení doby bednění a ochrana při škodlivém počasí.
Síranovzdorné cementy
Síranovzdorné cementy pro obecné použití musí odpovídat dodatkovým požadavkům uvedeným v normách. Tyto cementy se používají v prostředích, kde je beton vystaven agresivnímu působení síranů, například v odpadních vodách nebo v půdě s vysokým obsahem síranů.
Výběr vhodného cementu
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 například 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 například pro masivní konstrukce nebo do chemicky agresivního prostředí.
Vzhledem k široké variabilitě různých vlivů prostředí lze velmi obtížně obecně definovat vhodnost použití konkrétního druhu portlandského směsného cementu pro konkrétní situaci. Z tohoto důvodu je v normě na beton EN 206+A1 zaveden obecný popis prostředí a jsou klasifikovány různé stupně vlivu prostředí, které jsou informativně doplněny konkrétními příklady. Rozhodovat by vždy měla povaha stavby a roční období. U dražších speciálních betonů se nenechte odradit vyšší cenou.
Při výrobě betonu je dnes běžné a neodmyslitelné používání přísad stavební chemie. Super a hyper plastifikátory dokáží upravit reologii a dobu zpracovatelnosti čerstvého betonu na zákazníkem požadovanou hodnotu.
Cena cementu
Ceny u jednotlivých druhů cementu se liší podle výrobce. Orientační cena vychází z ceníkových cen řemeslníků a nezohledňuje různé faktory, které mají na cenu vliv.
Tabulka: Přehled druhů cementu pro obecné použití dle ČSN EN 197-1
| Druh cementu | Označení | Hlavní složky | Základní vlastnosti a použití |
|---|---|---|---|
| Portlandský cement | CEM I | Portlandský slínek (95-100%), sádrovec | Rychlé tuhnutí, vysoké počáteční pevnosti, vhodný pro betonování za nízkých teplot (do 5°C). |
| Portlandský směsný cement | CEM II | Portlandský slínek (65-94%) + příměsi (struska, popílek, vápenec, břidlice) | Různé vlastnosti dle příměsí: nižší počáteční pevnost (struska), dobrá zpracovatelnost a hydroizolace (popílek), odolnost proti chemickým vlivům (břidlice). |
| Vysokopecní cement | CEM III | Portlandský slínek + vysoký podíl vysokopecní strusky (36-95%), vápenec | Nižší hydratační teplo, prodloužená doba nárůstu pevnosti, zvýšená odolnost vůči agresivním prostředím. Není vhodný pro rychlý nárůst pevnosti a odolnost proti mrazu. Použití pro základy, agresivně namáhané konstrukce, konstrukce proti žáru. |
| Pucolánový cement | CEM IV | Portlandský slínek + pucolán (přírodní nebo umělý) | Odolnost vůči agresivním odpadním, uhličitanovým a slaným vodám, vodotěsnost. Použití pro nouzové stavby a konstrukce v mokrém prostředí. |
| Směsný cement | CEM VI | Více než dvě hlavní složky (slínek, struska, popílek, vápenec apod.) | Základní složka betonu pro běžné použití, nižší pevnost, ekonomický. Vhodný pro podlahy, potěry, dlažby a minimálně namáhané konstrukce. |
| Hlinitanový cement | - | Neobsahuje portlandský slínek; hydratace kalciumaluminátů | Odolnost vysokým teplotám. Použití pro výrobu žáruvzdorných materiálů. |
tags: #nejcasteji #pouzivany #cement #druhy