Vyberte stránku

Beton a malta jsou stavební materiály, které vidíme doslova na každém kroku. Od základů domů až po obrovské mosty - spoléháme na jejich pevnost a odolnost. Ale co vlastně spojuje písek, štěrk a vodu do tak pevného celku? Je to cement, nenápadný šedý prášek, který funguje jako klíčové pojivo. Pojďme se podívat na ten nejznámější a nejpoužívanější druh: portlandský cement.

Co je vlastně cement?

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. Tím se liší třeba od vápna, které ke ztvrdnutí potřebuje vzduch. Právě schopnost tvrdnout i ve vlhku dělá z cementu ideální materiál pro stavby.

Proč „portlandský“?

Tenhle název má kořeny v Anglii na začátku 19. století. Patent na něj získal v roce 1824 zedník Joseph Aspdin. Ztvrdlý cement mu prý připomínal tehdy oblíbený a drahý stavební kámen - vápenec z ostrova Portland. Ta podoba nebyla náhoda, byl to vlastně cíl: vytvořit umělý kámen s podobnou kvalitou.

Výroba cementu: Od lomu po finální prášek

Proces výroby cementu je složitější, než by se mohlo na první pohled zdát. Skládá se z řady dílčích kroků, během nichž se směs vápence a jílů promění ve slínek, který se namele na jemný prášek.

  1. Těžba surovin: Základními surovinami pro výrobu cementu jsou vápenec a jíl. Těží se v lomech, kde se odstřelují výbušninou.
  2. Drcení: Lomový kámen se dopraví do odrazového kladivového drtiče, ve kterém se drtí na frakce o velikosti kolem 4 cm.
  3. Mletí surovin: Rozdrcené a smíchané suroviny se společně rozemelou na moučku.
  4. Výpal na slínek: Nejdůležitější částí výrobního procesu cementu je výpal na slínek. Surovinová moučka se nejprve předehřívá a poté putuje do obří rotační pece. Ta je uložená ve sklonu a pomalu se otáčí, a tak se moučka postupně posunuje k hořáku a ohřívá se až do teploty cca 1450 °C. 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.
  5. Chlazení a mletí: Vyrobený slínek vypadává z pece do chladiče se studeným vzduchem. Po ochlazení se materiál rozdrtí na kusy o velikost kolem 4 cm a dávkuje se do cementových mlýnů. Zde se rozemílá (buď samostatně, nebo s dalšími přísadami) pomocí ocelových koulí různých velikostí. Rozemletý prášek ze slínku a dalších přísad je finálním produktem - cementem.

Druhy a složení cementů pro obecné použití

Účelem 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. 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. 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.

Čtěte také: Portlandský cement – co to je?

"Čistý" portlandský cement (CEM I)

Základnímu, „čistému“ portlandskému cementu říká evropská norma ČSN EN 197 - 1 zkráceně CEM I. Jeho hlavní a nejdůležitější složkou (minimálně 95 %) je tzv. portlandský slínek. Sestává především ze slínku. Vyznačuje se rychlým hydratačním procesem a uvolňuje velké množství hydratačního tepla, a tak umožňuje práci i při nižších teplotách (do 5 °C). Šedý portlandský cement se využívá při stavbách rodinných domů a obytných budov, průmyslové výstavby i oblasti veřejné infrastruktury.

Samotný slínek by ale po smíchání s vodou reagoval moc rychle, skoro okamžitě by ztuhnul. Proto se při finálním mletí slínku na jemný prášek přidává trocha sádrovce (většinou 2 - 6 %). Ten funguje jako brzda - zpomalí počáteční reakce a dá nám tak čas na zpracování betonu nebo malty. Bez sádrovce by byl cement prakticky nepoužitelný.

Portlandské směsné cementy (CEM II)

I když je CEM I základ, na stavbách se mnohem častěji setkáte s portlandskými směsnými cementy, značenými jako CEM II. Ty obsahují kromě slínku (kterého je tam 65 - 94 %) ještě další přidané složky. Pokud portlandský cement obsahuje doplňkové materiály se zlepšujícími vlastnostmi, řadí se do kategorie CEM II. Ta je poměrně obsáhlá, protože zahrnuje cementy s různými typy přísad. Nejčastěji na trhu narazíte na portlandský cement s vápencem, existují však i typy s popílkem, kalcinovanou břidlicí či pucolánem. V českých podmínkách jde hlavně o strusku (S), vápenec (L, LL) a popílek (V).

Proč se vyrábějí? Hlavně ze dvou důvodů:

  • Vylepšení vlastností: Příměsi umí cíleně změnit vlastnosti cementu. Některé zlepší zpracovatelnost, jiné zvýší odolnost vůči chemikáliím (třeba síranům) nebo sníží vývin tepla. Každá příměs funguje trochu jinak.
  • Ekologie a ekonomika: Výroba slínku je energeticky náročná a produkuje CO2. Když část slínku nahradíme jiným materiálem (často průmyslovým odpadem jako struska z výroby železa nebo popílek z elektráren), snížíme tím ekologickou zátěž i spotřebu energie. To se může projevit i na ceně.

Nejběžnější typy CEM II podle normy jsou:

Čtěte také: Vlastnosti bílého cementu

  • CEM II/S: Se struskou. Často odolnější vůči chemii, méně hřeje. Vyznačuje se velkým podílem vysokopecní strusky, která zvyšuje odolnost vůči agresivnímu prostředí. Tento typ cementů se využívá například při betonáží namáhaných konstrukcí, kde dochází ke styku se zeminou. Protože je přírůstek hydratačního tepla malý, využívá se při betonování v parných dnech.
  • CEM II/V nebo W: S elektrárenským popílkem. Může zlepšit zpracovatelnost a dlouhodobou odolnost.
  • CEM II/L nebo LL: S jemně mletým vápencem. Zlepšuje zpracovatelnost, ale ve větším množství může mírně snížit pevnost. Portlandské cementy s vápencem obsahují kromě slínku, jakou jedinou hlavní složku vápenec (L, LL). Kvalitní a trvale dostupné vápence s minimálním obsahem jiných doprovodných látek umožňují vyrábět pro zákazníka 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.
  • CEM II/P nebo Q: S pucolány (přírodními nebo umělými). Pomáhají dlouhodobé pevnosti a odolnosti. Díky pucolánu, velmi jemného popílku, je cement vodotěsný a vyznačuje se výraznou odolností vůči agresivním odpadním vodám. Využívá se pro méně namáhané konstrukce.
  • CEM II/M: Směs více různých příměsí.

Písmeno A nebo B v označení (třeba CEM II/A‑S vs. CEM II/B‑S) pak říká, jestli je příměsi méně (A) nebo více (B).

Cementy CEM II jsou tedy určitý kompromis. Možná pomaleji nabírají počáteční pevnost, ale zase mohou nabídnout lepší zpracovatelnost, vyšší odolnost v náročných podmínkách, nižší vývin tepla nebo jsou prostě zelenější.

Složky portlandského cementu

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 (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.
  • 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.
  • 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.
  • Popílek: Získává se elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť otápěných práškovým uhlím (viz také definice podle ČSN EN 450-1). Popílek získaný jiným způsobem nesmí být v cementech podle ČSN EN 197-1 ed. 2 použit. 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. Doplňující složky 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. Síran vápenatý 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: Pro účely této normy jsou látky, které nejsou uvedeny výše. Jsou přidávány 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. 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.

Vlastnosti portlandského cementu

Tvrdnutí a teplo

Cement tvrdne reakcí s vodou. Při tom se uvolňuje teplo (hydratační teplo). U CEM I je ho poměrně hodně a uvolňuje se rychle. To se hodí v zimě (teplo pomáhá tvrdnutí), ale u velkých betonových konstrukcí to může vadit - velké rozdíly teplot uvnitř a na povrchu mohou způsobit trhliny. Cement s vyšší hodnotou hydratačního tepla je pro některá použití vhodný.

Doba tuhnutí

Počátek tuhnutí musí odpovídat údajům v tabulce. To je doba, za kterou se z cementové kaše stane pevná hmota. Normy hlídají, aby byl dostatek času na zpracování (např. minimálně 60 minut pro běžnou třídu 42,5).

Čtěte také: Portlandský Směsný Cement: Kompletní Průvodce

Pevnost

Normalizovaná pevnost cementu je pevnost v tlaku, stanovená podle EN 196-1 po 28 dnech. Cementy se dělí do tříd (32,5, 42,5, 52,5) podle pevnosti po 28 dnech. Písmeno R značí rychlý nárůst počátečních pevností. 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 a 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 požadovány dodatková opatření při jejich použití, jako je prodloužení doby bednění a ochrana při škodlivém počasí.

Tabulka pevnostních tříd cementu:

Třída normalizované pevnosti Pevnost v tlaku po 28 dnech (MPa) Třída počáteční pevnosti Pevnost v tlaku po 2 dnech (MPa) Pevnost v tlaku po 7 dnech (MPa)
32,5 32,5 - 52,5 L (nízká) - ≥ 10
N (normální) ≥ 10 -
R (vysoká) ≥ 16 -
42,5 42,5 - 62,5 N (normální) ≥ 10 -
R (vysoká) ≥ 20 -
52,5 ≥ 52,5 N (normální) ≥ 20 -
R (vysoká) ≥ 30 -

Objemová stálost

Objemová stálost (rozepnutí) musí odpovídat údajům v tabulce.

Trvanlivost

Ztvrdlý cement vytváří hustou hmotu, která chrání třeba kamínky v betonu nebo ocelovou výztuž a zajišťuje tak dlouhou životnost stavby. Síranovzdorné cementy pro obecné použití musí odpovídat dodatkovým požadavkům.

Specifické požadavky na síranovzdorné cementy:

Požadavek CEM I-SR 0 CEM I-SR 3 CEM I-SR 5 CEM II/A-S-SR CEM II/B-S-SR CEM III/A-SR CEM III/B-SR
C3A (slínek) (%) ≤ 0 ≤ 3 ≤ 5 - - - -
C3A (cement) (%) - - - ≤ 3 ≤ 3 - -
Obsah strusky (%) - - - 21-35 36-65 66-80 81-95
Síranová odolnost Všechny síranovzdorné cementy musí splňovat požadavky na síranovou odolnost.

a Požadavky jsou uvedeny jako procenta hmotnosti v hotovém cementu nebo slínku, jak je určeno v tabulce.
b Pro určené aplikace mohou být cementy CEM I-SR 5 vyrobeny s požadavkem na vyšší obsah síranů. V tomto případě musí být uvedena číselná hodnota tohoto požadavku na vyšší obsah síranů v průvodní informaci.
c Zkušební metoda pro stanovení C3A v hotovém cementu je vyvíjena v CEN/TC 51.
d Pouze v případě cementu CEM I je povoleno vypočítat obsah C3A ve slínku z chemického rozboru tohoto cementu. Obsah C3A musí být vypočítán podle vztahu: C3A = 2,65A - 1,69F.

Standardizace a legislativa

Účelem 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. Proces evropské integrace v oblasti technické normalizace je zaměřen na zavádění jednotných evropských norem, které by odstranily překážky volného obchodu mezi zeměmi Evropské unie, resp. přidruženými státy, a dále zajistily bezpečnost pracovníků ve stavebnictví a odběratelů, ochranu životního prostředí a další požadavky vycházející z evropských předpisů. V oblasti stavebnictví jde zejména o NAŘÍZENÍ EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY (EU) č. 305/2011 ze dne 9. března 2011, kterým se stanoví harmonizované podmínky pro uvádění stavebních výrobků na trh a kterým se zrušuje směrnice Rady 89/106/EHS (CPR), a dále požaduje, že pro stavbu mohou být použity pouze takové výrobky, které základní požadavky na vlastnosti staveb zaručí. Evropská komise prostřednictvím svých rozhodnutí uděluje mandáty Evropskému výboru pro normalizaci (CEN) pro vypracování harmonizovaných evropských norem (EN). Harmonizované normy jsou mandátové normy, na něž byly uvedeny odkazy v řadě C Úředního věstníku EU (OJEU). U výrobků, které jsou vyráběny v souladu s harmonizovanou normou, se předpokládá shoda se základními požadavky směrnice. Harmonizované normy musí být doplněny přílohou ZA, která uvádí odkazy na ustanovení normy, odpovídající požadavkům směrnice. Vzhledem k tomu, že CPR je přímo použitelným předpisem, bylo nařízení vlády č. 190/2002 Sb., kterým byla původní směrnice Rady 89/106/EHS transponována do českého právního prostředí s ukončením existence této směrnice k 30. červnu 2013 zrušeno, zatímco nařízení vlády č. 163/2002 Sb. týkající se vybraných stavebních výrobků (neharmonizovaná oblast) zůstalo v existenci. Adaptace nařízení CPR do českého právního řádu byla provedena zákonem č. 100/2013 Sb., kterým se mění zákon č. V souboru cementů je podle ČSN EN 197-1 ed. 2 27 výrobků pro obecné použití. 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.

Použití portlandského cementu

Díky své schopnosti spojit vodu, písek a štěrk v pevný materiál se portlandský cement (jak CEM I, tak CEM II) používá skoro všude:

  • Výroba betonu: To je jasně hlavní využití. Z betonu jsou základy, nosné zdi, sloupy, stropy, mosty, výškové budovy, průmyslové podlahy, ale i dlažba nebo střešní tašky. Používá se i pro speciální účely, třeba v železobetonu (kde chrání ocelovou výztuž) nebo pro výrobu prefabrikátů (panelů, schodů).
  • Výroba malt: Cement je základem zdicích malt (pro spojování cihel a tvárnic) a omítek (pro úpravu povrchů stěn).
  • Potěry a stěrky: Pro vyrovnání podlah před položením finální krytiny.
  • Injektážní malty (grout): Pro vyplňování dutin, spár nebo zpevňování podloží.
  • Suché směsi: Cement je základem pytlovaných směsí na beton a maltu, které stačí smíchat s vodou.

Portlandský cement s vápencem CEM II/B-LL 32,5 R je vhodný pro betony běžných pevnostních tříd (pro domácí použití). Není vhodný pro betonové konstrukce vystavené velkému mechanickému zatížení a do agresivního prostředí. Portlandský struskový cement CEM II/A-S 42,5 R je určený pro náročnější typy stavebních konstrukcí. Při staveništní přípravě cementových směsí se používá tam, kde je nutné rychlé odbednění, při betonování náročnějších konstrukcí nebo při betonování za nízkých teplot.

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.

Příklady použití pro různé stupně vlivu prostředí

Stupeň vlivu prostředí Popis Typický příklad Použitelný cement
XC1 Sucho nebo trvale vlhko Betony trvale ponořené ve vodě X
XC2 Mokro, zřídka sucho Základy X
XC3 Mírná vlhkost Vnitřní beton v budovách s normální vlhkostí X
XC4 Střídavě mokro a sucho Betony v kontaktu s vodou (základy, opěrné zdi) X
XD1 Střídavě mokro a sucho, obsahující chloridy Části mostů vystavené rozmrazovacím solím X
XD2 Mokro, zřídka sucho, obsahující chloridy Nádrže na pitnou vodu s chlorovanou vodou X
XD3 Střídavě mokro a sucho, obsahující chloridy Části konstrukcí vystavené mořské vodě X

X: Použitelný pro daný stupeň vlivu prostředí.

Skladování cementu

Ať už si pro výrobu betonu nebo malty pořídíte jakýkoliv typ cementu, zaměřte se na jeho správné skladování. Pytle s cementem chraňte před působením vody a vysoké vlhkosti vzduchu.

tags: #portlandsky #cement

Oblíbené příspěvky: