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.
Doplňující složky a jejich vliv
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. Nesmí výrazněji zvyšovat spotřebu vody pro zpracování cementu, nesmí v žádném případě snižovat odolnost betonu nebo malty vůči poškození a nesmí snižovat ochranu výztuže vůči korozi.
Hlavní složky cementu a jejich charakteristiky
- 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. Portlandský slínek je hydraulická látka, která musí sestávat nejméně ze dvou třetin hmotnosti z křemičitanů vápenatých (3CaO · SiO2 a 2CaO · SiO2).
- 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).
- 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.
- Popílek: Získává se elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť otápěných práškovým uhlím. Může být svou podstatou křemičitý nebo vápenatý. Křemičitý popílek je jemný prášek s pucolánovými vlastnostmi, sestávající zejména z aktivního oxidu křemičitého (SiO2) a oxidu hlinitého (Al203). Vápenatý popílek má hydraulické a/nebo pucolánové vlastnosti a 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. Obsahuje slínkové fáze, volný oxid vápenatý, síran vápenatý a 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.
Síran vápenatý a přísady
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 jsou látky, které nejsou uvedeny výše a 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.
Klasifikace cementů podle pevnosti a tuhnutí
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, třída s vysokými počátečními pevnostmi značená písmenem R a třída s nízkou počáteční pevností značená písmenem L. Počátek tuhnutí musí odpovídat údajům v tabulce. Objemová stálost (rozepnutí) musí odpovídat údajům v tabulce.
Typy cementů a jejich specifické vlastnosti
- Portlandský cement: Je vhodný pro běžné nosné konstrukce, jakož i pro betonování v zimě. Největší měrnou hmotnost mají čisté portlandské cementy (ρ=3050 až 3150 kg . m-3, pro výpočty ρ=3100 kg . m-3).
- Směsné cementy: S klesajícím obsahem slínku u směsných cementů měrná hmotnost klesá (struskoportlandský cement asi ρ=3000 kg . m-3).
- Cementy pro předpínané prvky: Mohou být vyráběny s nižší požadovanou hodnotou.
- Cementy pro obecné použití s nízkou počáteční pevností: Mají nižší počáteční pevnosti ve srovnání s ostatními cementy pro obecné použití stejné třídy normalizované pevnosti.
- Síranovzdorné cementy pro obecné použití: Musí odpovídat dodatkovým požadavkům uvedeným v tabulce 3. Požadavky jsou uvedeny jako procenta hmotnosti v hotovém cementu nebo slínku, jak je určeno v tabulce. Pro určené aplikace mohou být cementy CEM I-SR 5 vyrobeny s požadavkem na vyšší obsah síranů.
- Hlinitanový cement: Na rozdíl od předchozích druhů cementů neobsahuje portlandský slínek. Jeho tvrdnutí je založeno na hydrataci kalciumaluminátů. Hlinitanový cement se pro svou odolnost vysokým teplotám používá pro výrobu žáruvzdorných materiálů.
Vliv jemnosti mletí na vlastnosti cementu
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. Nejvhodnější velikost částic je 5-35 μm. S rostoucí jemností meliva se zvyšuje množství spotřebované energie a výkon mlýna značně klesá. Tato skutečnost je způsobena vzrůstajícím odporem meliva při pokračujícím rozpojování částic.
Čtěte také: Použití šamotových cihel v praxi
Experimentální zjištění vlivu mletí
Výzkum se zabývá studiem vlivu způsobu mletí finálních složek portlandského cementu na jeho vlastnosti. Jako výchozí suroviny pro přípravu portlandského cementu byly zvoleny slínek z cementárny Mokrá a chemosádrovec z Prechezy a.s. Přerov, jenž se vyznačuje vysokou čistotou a bílou barvou. Jako referenční vzorek byl zvolen cement CEM I 42.5 R z produkce cementárny Mokrá.
Suroviny byly předemlety v laboratorním kulovém mlýně na výchozí měrný povrch 300 m2/kg. Jedna šarže byla pomleta vysokorychlostním kolíkovým mlýnem - desintegrátorem DESI a druhá šarže byla pomleta na odpovídající měrný povrch, tj. 380 kg/m2, pomocí kulového mlýna.
Morfologie zrn byla stanovena pomocí skenovací elektronové mikroskopie SEM a distribuce částic pomocí laserového granulometru. Z mikroskopických snímků je patrné, že při domletí došlo ke značnému zmenšení zrn. Částice mleté v dezintegrátoru i v kulovém mlýně mají krychlový až kulovitý tvar. Křivka zrnitosti byla stanovena pomocí laserového granulometru. Z grafů je patrné, že průběh granulometrie je u kulového mlýnu i u dezintegrátoru prakticky stejný.
Mineralogické složení po 7 a 28 dnech hydratace bylo určeno rentgenovou difrakcí REM. Z rentgenogramu při 7denním zrání jsou patrné shodné velikosti píku jednotlivých minerálů. U vzorků z 28denního zrání je na detail píku viditelný větší podíl portlanditu u vzorku mletém na vysokorychlostním dezintegrátoru.
Pomocí diferenčně termické analýzy DTA analýzy bylo určeno množství CaO. Z vypočtených hodnot je patrné, že nejvyšší obsah CaO při 28denním zrání má komerčně vyráběný cement. Nejnižší hodnota byla zjištěna u vzorku mletém na kulovém mlýně. Na jednotlivých vzorcích byly sledovány fyzikálně-mechanické vlastnosti. Z naměřených hodnot je patrné, že druh mletí neměl zásadní vliv na vývoj pevností.
Čtěte také: Použití bílého cementu v praxi
Výsledky provedených zkoušek ukazují, že použitím dezintegrátoru lze vyrobit cement, který má stejné vlastnosti jako komerčně vyráběný. Největší rozdíl byl v mlecím čase a spotřebované energii. Při mletí na srovnatelný povrch, vysokorychlostní dezintegrátor ukazuje výhody vůči kulovému mlýnu, a to z časového i energetického hlediska. Jednou z možností, jak snížit energetickou náročnost mletí je využití mechano-chemické aktivace pomocí vysokorychlostního dezintegrátoru.
Přísady do betonu a jejich vliv na vlastnosti
V souvislosti s požadavky na neustálé zvyšování kvality betonu a také úspor materiálů a energie se začaly při výrobě betonu používat nejrůznější příměsi a přísady. Přísady jako látky přidávané do betonu v průběhu jeho míchání, mají za úkol upravit vlastnosti čerstvého anebo již ztvrdlého betonu. Největší význam z hlediska zvyšování hutnosti betonu mají zejména přísady s dispergačními schopnostmi. Ty zajišťují, že tmel bude kompaktní.
Typy přísad do betonu a jejich účinky
- Plastifikační přísady: Jsou nejpoužívanějšími přísadami do betonu. Účelem jejich použití je zlepšení zpracovatelnosti betonové směsi. Plastifikační přísady dokážou snížit potřebné množství záměsové vody až o 20%.
- Stabilizační přísady do betonu: Byly vyvinuty pro využití ve výrobě samozhutnitelných betonů. Mají za úkol stabilizovat betonové směsi během přepravy a poté i při ukládání.
- Provzdušňující přísady do betonu: Mají za úkol v betonu vytvořit již při míchání velmi malé vzduchové bublinky, které v něm zůstanou i po jeho zhutnění. Získá se tak přiměřené množství bublinek, čímž se zvýší vodotěsnost, trvanlivost a hlavně mrazuvzdornost betonu. Provzdušnění betonu by se mělo pohybovat v rozmezí 4 - 6 %. Vyšší provzdušnění vám výrazně sníží pevnost (1 % provzdušnění sníží výslednou pevnost betonu o cca 5%).
- Urychlovače tuhnutí betonu: Využívají se všude tam, kde je zapotřebí urychlit nárůst počáteční pevnosti betonu. Nejčastěji jsou tyto přísady využívány při výrobě prefabrikátů. Urychlovače tuhnutí mohou snižovat pevnost v tlaku až o 20%.
- Zpomalovače tuhnutí betonu: Jsou důležité pro případy, kdy je nutné prodloužit dobu tuhnutí tak, aby bylo možné beton zpracovávat po delší dobu. Dalším důvodem pro jejich použití je zajištění dobrého spojení s předešlou vrstvou ukládaného betonu.
- Těsnící (krystalizační) přísady: Mají za úkol zlepšit hutnost cementového kamene. U betonu velmi snižují jeho nasákavost. V případě menší poruchy betonu (praskliny) jsou schopné i dodatečně vytvářet nerozpustné sloučeniny (krystaly), které zmenšují nebo zcela zabraňují nasákávání vody (a to i řádech let po betonáži).
Dopad hlavních složek na vlastnosti cementu
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 a popílek: 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. Struska jako přísada do betonu může negativně ovlivnit rychlost některých reakcí, například tuhnutí betonu. Beton pak tuhne nerovnoměrně a tím se vnáší do betonu velké pnutí, což může vést k velkému množství trhlin.
- Popílek: Zlepšuje vlastnosti čerstvého betonu, zejména čerpatelnost a homogenitu a ve ztvrdlém betonu zlepšuje jeho odolnost vůči působené vody. Zabarvuje beton do tmavě šeda až černa. Váže na sebe velké množství vody a ta při vysychání způsobuje velké objemové změny = trhliny, smrštění. Tvoří velké výkvěty na povrchu betonu. Napomáhá zpracovatelnosti betonu (beton je soudržný - mazlavý, lepivý).
- Sopečné sklo: Má za úkol zlepšit zpracovatelnost čerstvého betonu a zvýšit hutnost ztvrdlého betonu.
Pigmenty a rozptýlená výztuž do betonu
- Pigmenty do betonu: S rozšiřováním možností využití betonu přišel na řadu i požadavek na jeho barvení. Prostředí v betonu je silně alkalické, a to má velký vliv především na organické látky. Proto je použití barviv na organické bázi silně omezeno. Požaduje se, aby barevné pigmenty byly světlostálé, nesmí tedy měnit odstín působením UV záření.
- Rozptýlená výztuž do betonu: Zajišťuje pevnost betonu v tahu, za ohybu, také v rázu a houževnatosti. Je nutné, aby při aplikaci do betonu odolala vlákna tření a míchání s kamenivem.
Beton a jeho vlastnosti
Beton je stavivo, které vzniká ztvrdnutím směsi cementu, kameniva (písek, štěrk a drtě) a vody. Smíšením vody a cementu se nastartuje chemická reakce známá jako hydratace. Jakým způsobem se beton chová a jaké má stavební vlastnosti, se odvíjí od poměru jednotlivých složek a od místa, kde se tyto složky těží. Beton je pevný a trvanlivý. Tento stavební materiál velice často používáme v kombinaci s výztuží, která zlepšuje jeho vlastnosti při namáhání v tlaku a tahu. Tvarovatelnost betonu je další z jeho výjimečných vlastností. Proto je beton vhodný pro různá použití v pozemním i inženýrském stavitelství.
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.
Čtěte také: Použití červeného sádrokartonu
| Stupeň vlivu prostředí | Popis prostředí | Použitelný pro daný stupeň vlivu prostředí |
|---|---|---|
| XC1 | Sucho nebo trvale vlhko | X |
| XC2 | Mokro, zřídka sucho | X |
| XC3 | Mírná vlhkost | X |
| XC4 | Střídavě mokro a sucho | X |
| XD1 | Střídavě mokro a sucho, obsahující chloridy | X |
| XS1 | Beton vystavený působení chloridů z mořské vody | X |
| XF1 | Mírná sytost vodou, bez rozmrazovacích prostředků | X |
| XF2 | Mírná sytost vodou, s rozmrazovacími prostředky | X |
| XF3 | Vysoká sytost vodou, bez rozmrazovacích prostředků | X |
| XF4 | Vysoká sytost vodou, s rozmrazovacími prostředky | X |
| XA1 | Slabě agresivní chemické prostředí | X |
| XA2 | Středně agresivní chemické prostředí | X |
| XA3 | Silně agresivní chemické prostředí | X |
tags: #vlastnosti #cementu #ovlivněné #přísadami #informace