Pevnost je nejdůležitější vlastností cementu. Vlastnosti cementu se ověřují a porovnávají s normami před expedicí v cementárně. Požadavky na složení, značení, třídy a vlastnosti cementů jsou specifikovány v normě ČSN EN 197-1.
Účelem této pomůcky 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.
Normalizace a druhy cementů
Cementy pro obecné použití jsou vyráběny podle přísných norem - ČSN EN 197-1. 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.
Byly zavedeny druhy, vycházející ze složení a třídění založeného na pevnosti s cílem zařadit různé cementy. Normalizované značení obsahuje dále informace o množství a druhu příměsí, pevnosti cementu v MPa, rychlosti nástupu počáteční pevnosti. Cement lze snadno určit podle norem, které jsou uvedeny u produktu a tím vybrat ten nejvhodnější typ pro danou práci a stavbu.
Portlandský cement je vhodný pro běžné nosné konstrukce, jakož i pro betonování v zimě. Jsou vyráběny na bázi portlandského cementu. 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).
Čtěte také: Více o pevnosti betonu
CEM III - vysokopecní cement - není vhodný na konstrukce, kde je požadovaný rychlý nárůst pevnosti a nutná odolnost proti mrazu. 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 požadovány dodatková opatření při jejich použití, jako je prodloužení doby bednění a ochrana při škodlivém počasí.
Definice složek cementu
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 podle EN 197-1, označovaný jako cement CEM, musí při odpovídajícím dávkování a smíchání s kamenivem a vodou umožnit výrobu betonu nebo malty zachovávající po dostatečnou dobu vhodnou zpracovatelnost. Cementy CEM jsou složeny z různých látek a ve svém složení jsou statisticky homogenní.
- 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.
- 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.
- 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 a tvoří sloučeniny křemičitanů vápenatých a hlinitanů vápenatých, které jsou nositeli narůstající pevnosti.
- Popílek: Získává se elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť otápěných práškovým uhlím. Popílek může být svou podstatou křemičitý nebo vápenatý.
- Kalcinovaná břidlice: Zejména kalcinovaná olejnatá břidlice, se vyrábí ve speciální peci při teplotě přibližně 800 °C. Obsahuje slínkové fáze, zvláště dikalciumsilikát a monokalciumaluminát, 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. Zlepšují fyzikální vlastnosti cementu.
- 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 popřípadě jejich směsi.
- Přísady: Jsou látky, které nejsou uvedeny výše. Jsou přidávány pro usnadnění výroby nebo pro úpravu vlastností cementu. Nesmějí vyvolávat korozi výztuže nebo zhoršovat vlastnosti cementu či betonu nebo malty z něj vyrobených.
Zkoušení vlastností cementu
U cementu zjišťujeme normální hustotu (konzistenci) cementové kaše, počátek a konec tuhnutí, objemovou stálost, pevnost v tahu za ohybu a pevnost v tlaku. Vyžadují-li to zvláštní podmínky, zkoušíme u cementu měrnou hmotnost a měrný povrch.
Normální hustota (konzistence) cementové kaše
Normální hustotu (konzistenci) cementové kaše zjišťujeme Vicatovým přístrojem. Princip spočívá v tom, že 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.
Začátek a konec tuhnutí
Začátek a konec tuhnutí určujeme pomocí Vicatovy jehly. Tuhnutí se sleduje vnikáním jehly do cementové kaše normální konzistence, až je dosaženo určité předepsané hodnoty. Začátek tuhnutí je doba, která uplyne od přidání vody k cementu do okamžiku, kdy jehla Vicatova přístroje zůstane vězet 3 až 5 mm nad podložkou. Koncem tuhnutí je pak doba, kdy kruhový nástavec jehly poprvé zanechal kružnicový obrys na povrchu tvrdnoucí cementové kaše. Začátek tuhnutí je min. po 60 min, konec tuhnutí max. po 10 hod.
Čtěte také: Vývoj pevnosti betonu
Objemová stálost
Objemová stálost se stanoví podle změny objemu cementové kaše normální konzistence. Účelem zkoušky stanovení objemové stálosti je posoudit možné nebezpečí pozdějšího rozpínání zatvrdlého cementu v důsledku hydratace oxidu vápenatého nebo volného oxidu horečnatého. Ke zkoušce použijeme Le Chatelierovy objímky, která je válcovitého tvaru průměru 30 mm a výšky 30 mm. Vlivem rozpínání cementu se objímka rozevírá, konce tyčinek se výrazněji od sebe odsunou.
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). Měrná hmotnost se stanovuje celkem třikrát.
Měrný povrch
Měrný povrch cementu zjišťujeme metodou Blaineovou, při které měříme průtok vzduchu cementem. Určíme tak velikost povrchu (v m2) 1 kg cementu. Princip spočívá v porovnáni zkoušeného cementu se standardním cementem o známém měrném povrchu a měrné hmotnosti. Vyjadřuje se měrným povrchem. Jednotka (m2/kg).
- hrubě mleté (Sc ≈ 180 m2/kg)
- středně mleté Sc ≈ 300m2/kg
- jemně mleté (Sc ≈ 400m2/kg)
- velmi jemně mleté (Sc ≈ 600m2/kg)
- ultra jemně mleté (Sc ≈ 1000m2/kg)
Pevnost v ohybu a v tlaku
Pevnost cementu v ohybu a v tlaku zjišťujeme na zkušebních trámcích z cementové malty plynulým zatěžováním do úplného rozrušení. K výrobě zkušebních tělisek rozměru 40 x 40 x 160 mm použijeme normovaný křemičitý písek granulometrické plynulé čáry a konstantní pevnosti.
Pevnost v ohybu se zjistí lisem na trámečcích, které se umístí symetricky na opěrné válce vzdálené 100 mm a postupným zatěžováním se zlomí.
Čtěte také: Beton: prvních 24 hodin
Zkoušení pevnosti v tlaku se provádí na zlomcích trámečků. Očištěné zlomky se položí bočními plochami mezi obě destičky tlakového přípravku - lisu a čelní strana se dorazí k zarážce. Po kontrole uložení a nastavení ploch se zlomky zatěžují. Nárůst napětí se upraví na 1,5 ± 0,5 MPa za sekundu. Provede se alespoň tři měření.
Vliv délky hydratace cementu na mechanické vlastnosti betonu
Beton tvrdne a tím pádem může být konstrukčním materiálem díky hydrataci cementu, což je souhrn chemických reakcí cementu a vody. Z hlediska dosažení co nejlepších vlastností betonu je důležité, aby hydratace cementu proběhla optimálně. Je důležité beton řádně ošetřovat zejména v počátečních fázích jeho zrání, aby proces hydratace nebyl negativně ovlivněn.
Bylo zjištěno, že doba hydratace cementu má vliv na velikost dynamického modulu pružnosti. Čím déle má beton možnost hydratačního procesu, tím je jeho modul pružnosti vyšší. Stejný trend potvrdily i výsledky zkoušky statického modulu pružnosti. Stejný závěr jako u modulu pružnosti betonu byl učiněn také u pevnosti v tlaku. I zde se prokázalo, že výsledná hodnota této charakteristiky závisí na délce hydratace cementu. Čím déle beton hydratuje, tím vyšších pevností v tlaku dosahuje.
Pro zkoušky byl použit referenční beton. Všechna zkušební tělesa byla po betonáži přikryta PE fólií a uložena v normálních laboratorních podmínkách. Po 24 hodinách byla zkušební tělesa odformována a umístěna na předem stanovenou dobu do vodního uložení. Např. zkušební tělesa, u nichž byla hydratace zastavena po 7 dnech zrání (sada s označením 7D), byla 1 den ve formě, poté 5 dní ve vodní lázni a 1 den byla umístěna v sušičce při 105 °C. Doba ve formě (1 den) a v sušičce (také 1 den) byla pro všechny sady zkušebních těles stejná, měnila se pouze doba uložení ve vodě. Takto zvolený postup měl zajistit omezenou dobu na tvorbu hydratačních produktů, což se mělo projevit na vývoji pórové struktury betonu a tím také na jeho mechanických vlastnostech.
Pevnost betonu v tlaku
Pevnost betonu (Stress strenght of concrete) je velikost napětí dosaženého v místě porušení při zániku celistvosti betonu. Jednodušeji řečeno: je to pevnost betonu, při které se zkušební těleso poruší. Podle tvaru zkušebního tělesa, na kterém se zkouška provádí, jde buď o pevnost v tlaku krychelnou nebo válcovou. K rozdělení na třídy podle pevnosti v tlaku se používá tabulka 7 normy ČSN EN 206+A2 pro obyčejný a těžký beton a tabulka 8 téže normy pro lehký beton. Pevnost v tlaku fck,cyl se stanovuje po 28 dnech na válcích o průměru 150 mm a délce 300 mm, nebo fck,cube na krychlích o délce hrany 150 mm.
Normalizovaná pevnost cementu je pevnost v tlaku, stanovená podle EN 196-1 po 28 dnech, která musí odpovídat požadavkům v tabulce. 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, která musí vyhovět požadavkům v tabulce. Rozeznávají se tři třídy počáteční pevnosti pro každou třídu normalizované pevnosti: třída s normálními počátečními pevnostmi značená písmenem N a třída s vysokými počátečními pevnostmi značená písmenem R a třída s nízkou počáteční pevností značená písmenem L.
U zkušebních hranolů s délkou hydratace cementu 2 dny byl zjištěn průměrný statický modul pružnosti 21,6 GPa, zatímco zkušební tělesa, u kterých byl umožněn hydratační proces normových 28 dní, dosahovala průměrné hodnoty statického modulu pružnosti 25,8 GPa. V případě, že byla hydratace pozastavena již po 2 dnech zrání betonu, vykazoval beton průměrnou pevnost v tlaku 34,5 MPa.
Díky harmonizaci evropských norem se odstraňují překážky volného obchodu mezi zeměmi Evropské unie a zajišťuje se bezpečnost ve stavebnictví a ochrana životního prostředí. Nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) č. 305/2011 stanoví harmonizované podmínky pro uvádění stavebních výrobků na trh a vyžaduje, že pro stavbu mohou být použity pouze takové výrobky, které základní požadavky na vlastnosti staveb zaručí. K každé zásilce se pak připojí dodací list s označením druhu cementu, třídy a příslušné normy, které cement svými vlastnostmi vyhovuje. Za kvalitu cementu ručí cementárna po dobu tří měsíců, jestliže byl cement vhodně skladován. Cement skladovaný déle než tři měsíce hrudkovatí vlivem přijímání vlhkosti z ovzduší.
Příspěvek představuje výsledky poměrně rozsáhlého experimentálního výzkumu zabývající se vlivem doby hydratace cementu na nárůst pevností v tlaku a dynamický modul betonu. Uvedené výsledky potvrzují obecnou pravdu, že délka hydratačního procesu cementu má kladný vliv na velikost sledovaných veličin při normou předepsaném ošetřování. Využití těchto dílčích výsledků v praxi je přínosné zejména dnes, kdy se zkracují doby výstavby i nosných betonových konstrukcí a zvyšuje se tlak projektantů na výrobce betonu, kteří kromě základních charakteristik betonu musí garantovat i jeho modul pružnosti.
Třídy pevnosti cementu
Následující tabulka ukazuje přehled tříd pevnosti cementu a požadavky na počáteční a normalizovanou pevnost podle ČSN EN 197-1.
| Třída pevnosti | Počáteční pevnost (MPa) | Normalizovaná pevnost po 28 dnech (MPa) |
|---|---|---|
| 32,5 L | Nízká | ≥ 32,5 a ≤ 52,5 |
| 32,5 N | Normální | ≥ 32,5 a ≤ 52,5 |
| 32,5 R | Vysoká | ≥ 32,5 a ≤ 52,5 |
| 42,5 L | Nízká | ≥ 42,5 a ≤ 62,5 |
| 42,5 N | Normální | ≥ 42,5 a ≤ 62,5 |
| 42,5 R | Vysoká | ≥ 42,5 a ≤ 62,5 |
| 52,5 N | Normální | ≥ 52,5 |
| 52,5 R | Vysoká | ≥ 52,5 |
tags: #pevnost #v #tlaku #cementu #informace