Název portlandský cement byl odvozen od vzhledu betonu, který se podobal pískovci, jež se nacházel u anglického města Portland. V roce 1824 byl Johnu Aspdinovi udělen patent na výrobu portlandského 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.
Složení cementu
Cementy CEM jsou složeny z různých látek a ve svém složení jsou statisticky homogenní. 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.
Mezi hlavní složky cementu patří:
- Portlandský slínek
- Granulovaná vysokopecní struska
- Pucolány
- Popílek
- Kalcinovaná břidlice
- Křemičitý úlet
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. 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.
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: Cement – křížovka
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 se získává elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť otápěných práškovým uhlím (viz také definice podle ČSN EN 450-1). Křemičitý popílek je jemný prášek převážně sestávající z kulových částic s pucolánovými vlastnostmi. Sestává zejména z aktivního oxidu křemičitého (SiO2) a oxidu hlinitého (Al203). 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).
Kalcinovaná břidlice, zejména kalcinovaná olejnatá břidlice, se vyrábí ve speciální peci při teplotě přibližně 800 °C. 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.
Mezi doplňující složky cementu patří 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.
Čtěte také: Cement: Klíčová složka ve stavebnictví
Mletí cementu
Jedním z klíčových kroků ve výrobním procesu cementu je mletí. Tradiční mletí v trojkomorovém mlýně je časově a energeticky náročné. Důležité je správné plnění mlecími tělesy a surovinou. Mlýn pro mletí slinku je většinou komorový kulový mlýn. Dále se používají mlýny oběhové, ve kterých se mele na uzavřený okruh a výmel je tříděn ve větrném třídiči a nedomleté částice se vracejí zpět do mlýna, kde se dále melou.
Mletí je energeticky náročný proces. Na 1 tunu cementu je potřeba 20-30 kWh. Pro snížení spotřeby energie se do cementu přidávají aktivátory mletí. Tyto látky spoří energii až o 35 %. Na mletí slinku se sádrovcem se spotřebuje přibližně 1 % energie, zbytek se přemění na teplo. Účinnost mletí se udává v desetinách procenta. Dochází k výraznému ohřevu cementu, a to až na 180 °C. Cement v mlýnici je chlazen proudem vzduchu, který zároveň odvádí páry vzniklé rozpadem sádrovce.
Alternativní způsoby mletí
Příspěvek je věnován alternativnímu způsobu mletí, kterým je vysokorychlostní mletí s cílem redukce mlecího času a energie. Výsledky ukazují, že se zkrácenou dobou mletí, potřebnou k dosažení stejného měrného povrchu, dochází k snížení spotřeby elektrické energie. Efekt mechanochemické aktivace má malý vliv na hydrataci cementu.
Vliv druhu mletí na vlastnosti cementu
Byly zkoumány dva způsoby mletí: vysokorychlostní dezintegrátor a kulový mlýn. Výchozí suroviny byly předemlety pomocí kulového mlýna na měrný povrch 300 m2/kg. Takto předpřipravená surovina byla rozdělena na dvě poloviny. První část byla domleta na vysokorychlostním dezintegrátoru a druhá pomocí kulového mlýna na srovnatelný měrný povrch. REM analýza prokázala, že použitím dezintegrátoru bylo dosaženo prakticky shodné granulometrie jako u vzorku mletého na kulovém mlýně. Po provedení RTG analýzy je zřejmé, že hydratační proces probíhá u obou vzorků identicky.
Výsledky zkoušek
- Technologie mletí má minimální vliv na pevnosti v tlaku.
- Při mletí na srovnatelný povrch, vysokorychlostní dezintegrátor ukazuje výhody vůči kulovému mlýnu, a to z časového i energetického hlediska.
- Použitím dezintegrátoru lze vyrobit cement, který má stejné vlastnosti jako komerčně vyráběný.
Jednou z možností, jak snížit energetickou náročnost mletí je využití mechano-chemické aktivace pomocí vysokorychlostního dezintegrátoru. Důvodem, proč nebylo této technologie hojně využíváno v minulosti je složitá konstrukce mlýnů a nesnadná údržba. Předpokladem perspektivního využití je výroba směsných cementů. Použití této metody je však potřeba hlouběji prozkoumat.
Čtěte také: Portlandský cement: složky a role
Vlastnosti cementů podle druhů a pevnostních tříd
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 (viz tab. 4). Portlandské směsné cementy další skupiny obsahují kromě slínku více než jednu hlavní složku (viz tab. 4). V českých podmínkách jde hlavně o strusku (S), vápenec (L, LL) a popílek (V).
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.
Každá z hlavních složek má jiný vliv na vlastnosti cementu a jejich optimální kombinace dovoluje vyrobit cement právě požadovaných vlastností. 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. Struska s popílkem snižují naopak 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 působené vody.
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.
Pevnost cementu
Normalizovaná pevnost cementu je pevnost v tlaku, stanovená podle EN 196-1 po 28 dnech, která musí odpovídat požadavkům v tab. Rozeznávají se tři třídy normalizované pevnosti: třída 32,5, třída 42,5 a třída 52,5 (viz tab. Počáteční pevností se rozumí pevnost v tlaku buď po 2 dnech, nebo po 7 dnech, která musí vyhovět požadavkům v tab. 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 (viz tab. 1).
tags: #soucast #cementu #slozeni