Cement, neodmyslitelná součást betonu a malty, je hydraulické pojivo, které je základem moderního stavebnictví. Je to v podstatě lepidlo, které spojuje písek a štěrk dohromady. Jeho historie sahá tisíce let do minulosti a prošel mnoha změnami a vylepšeními. V roce 1934, v kontextu pokročilého vývoje, probíhaly další zkoušky a inovace portlandského cementu, které navázaly na bohatou tradici a přípravu tohoto klíčového stavebního materiálu.
Počátky cementu a starověké civilizace
Již v roce 12000 př. n. l. se na území dnešního Izraele objevila přírodní ložiska cementových sloučenin, vzniklá reakcí mezi vápencem a ropnými břidlicemi během samovznícení. Tato ložiska byla popsána izraelskými geology v 60. a 70. letech 20. století.
- 7000 př. n. l.: První známé úmyslné použití cementu, v Izraeli byla objevena vápencová betonová podlaha z nehašeného vápence - kameny a voda.
- 3000 př. n. l.: Egypťané používali bláto smíchané se slámou pro spojování sušených cihel. Později využívali vápenný cement k vazbě bloků a vyplnění kamenných zdí při stavbě pyramid a jiných struktur.
- Cca 500 př. n. l.: Vápenný cement se rozšířil do ostatních oblastí Středozemního moře a Řekové ho používali k vyplnění slunečních cihel.
Okolo prvního století našeho letopočtu Římané zlepšili dosud používané „pojivo“. Používali pucolánový cement z blízkosti italského města Pozzuoli nedaleko Vesuvu. Tento typ cementu, známý jako „pozzolanický cement“ po obci Pozzuoli, se stal voděodolný a byl ideální pro budování akvaduktů, mostů, římských lázní, Kolosea a Pantheonu v Římě, a akvaduktu Pont du Gard na jihu Francie. Plinius píše o maltové směsi sestávající z 1 dílu vápna a 4 dílů písku, zatímco Vitruvius zmiňuje 2 díly pucolánu na jeden díl vápna. Jako přísady sloužily živočišný tuk, mléko a krev. Římský architekt a inženýr Marcus Vitruvius Pollio popsal cement a beton v deseti knihách o architektuře v 1. století BCE.
Znovuobjevení a moderní vývoj
Po pádu Římské říše došlo v Evropě ke ztrátě stavebních dovedností a kvalita spojovacích materiálů se zhoršila. Používání páleného vápna a pucolánu bylo zapomenuto a znovu objeveno na počátku 14. století. V 17. a 18. století začali inženýři znovu experimentovat s cementovými kompozicemi, což vedlo k objevu moderního cementu.
- 1756: John Smeaton zjistil, že kalcinací vápence s obsahem jílu vznikne vápno, které pod vodou tvrdne (hydraulické vápno). Použil ho při přestavbě majáku Eddystone v anglickém Cornwallu.
- 1759: Bylo zjištěno, že směs vápna, jílu a drcené strusky z výroby železa vede k maltě, která se vytvrdí pod vodou.
- 1791: John Smeaton, britský stavební inženýr, položil základy modernímu cementu, když zjistil, že pevnost tvrdého vápna se odvíjí od chemického složení.
- 1796: Maurice St. Leger získává patenty na hydraulický cement.
Vznik portlandského cementu
Klíčovým milníkem bylo objevení portlandského cementu.
Čtěte také: Význam destruktivních zkoušek betonu
- 1824: Angličan Joseph Aspdin vynalézá portlandský cement. Spaloval jemně mletou křídu s jemně rozdrobeným jílem ve vápenné peci s odtahem oxidu uhličitého. V roce 1824 přihlásil patent BP 5022 „Zlepšení ve výrobě umělého kamene“ a v přihlášce poprvé použil termín „portlandský cement“. Název souvisel s tím, že podle autora maltová směs z něj vyrobená se podobala „nejlepšímu portlandskému kameni“. Aspdin nebyl chemikem a veškeré jeho postupy vycházely z vlastních zkušeností a metody pokus-omyl.
- 1845: Továrník Isaac Johnson vystavil směs křídy a jílu vyšší teplotě, kolem 1400 °C, a vytvořil tak moderní podobu cementu. Vyšší teploty (1400 ° -1500 ° C) způsobují "clinkering", což vede k tvorbě nerostů, které jsou reaktivní a silnější.
- 1850: Portlandský cement se už ve velkém využíval pro výrobu betonu.
Další inovace a milníky
- 1855: Byl patentován Bessemerův konvertor, který umožnil velkovýrobu oceli a přinesl revoluci do celosvětové ekonomiky.
- Konec 19. století: Betonové bloky se staly standardem pro výstavbu nových budov. Angličan J. Grant ukázal důležitost používání nejtvrdších a nejhustších částí slínku. Francouz Henri Le Chatelier stanovil poměry kyslíku pro přípravu správného množství vápna pro výrobu portlandského cementu. Ve Spojených státech bylo zavedeno přidávání sádry při mletí slínku jako zpomalovače tuhnutí betonu.
- Začátek 20. století: Byla vynalezena rotační pec, která rychle nahradila vertikální šachtové pece. Dr. Michael O’Hehir z Holcim Group vyvinul bílý cement, který namísto jílu využívá kaolin. Jules Biede, ředitel výzkumné laboratoře Skupiny Holcim, vyvinul v roce 1908 Ciment Fondu®, vyrobený z vápence a bauxitu, odolný agresivním prostředím a vysokým teplotám.
Portlandský cement v roce 1934 a jeho budoucnost
V roce 1934 se již portlandský cement pevně etabloval jako nejpoužívanější anorganické pojivo. V tomto období probíhaly další zkoušky a výzkumy s cílem zlepšit jeho vlastnosti a efektivitu výroby. I když konkrétní data o zkouškách z roku 1934 nejsou v poskytnutém textu detailně popsána, je zřejmé, že vývoj směroval k optimalizaci poměru namletého slínku a přísad, jako jsou přírodní vápenec, struska a popílek, pro zachování požadovaných vlastností cementu.
Cementy portlandského typu CEM I jsou postupně nahrazovány cementy s vyšší směsností, které inovují poměr namletého slínku a jednotlivých přísad. V současné době vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) objevili způsob, jak učinit portlandský cement odolnější a zároveň šetrnější k životnímu prostředí. Snížením obsahu vápníku na 1,5 dílu na každý 1 hmotnostní díl oxidu křemičitého zdvojnásobí odolnost výsledného betonu vůči trhlinám. Toto snížení poměru vápníku ke křemičitanu by navíc mohlo snížit emise oxidu uhličitého až o 60%, což představuje značnou úlevu pro životní prostředí, jelikož výroba cementu je zodpovědná za 5 až 10 % světové produkce oxidu uhličitého.
Dnes se již zabýváme Stavebnictvím 4.0 a digitalizací procesů. Nicméně, jak ukazuje historie, velké vynálezy ve stavebnictví vznikaly pod rukama konkrétních stavitelů, inženýrů a architektů, podle skutečných potřeb a zkušeností.
Časová osa vývoje cementu
| Rok/Období | Událost/Objev |
|---|---|
| 12000 př. n. l. | Přírodní ložiska cementových sloučenin (Izrael). |
| 7000 př. n. l. | První úmyslné použití cementu (Izrael, vápencová betonová podlaha). |
| 3000 př. n. l. | Egypťané používají bláto se slámou, později vápenný cement. |
| Cca 500 př. n. l. | Řekové používají vápenný cement. |
| 300 př. n. l. - 476 n. l. | Římané používají pucolánový cement (Appiova silnice, Koloseum, Pantheon, akvadukty). |
| 1. století BCE | Marcus Vitruvius Pollio popisuje cement a beton. |
| Po pádu Říma | Pokles kvality spojovacích materiálů, zapomenutí pucolánu. |
| Počátek 14. století | Znovuobjevení páleného vápna a pucolánu. |
| 1756 | John Smeaton objevuje hydraulické vápno. |
| 1759 | Objev malty tvrdnoucí pod vodou (vápno, jíl, struska). |
| 1791 | John Smeaton položil základy modernímu cementu. |
| 1796 | Maurice St. Leger získává patenty na hydraulický cement. |
| 1824 | Joseph Aspdin patentuje portlandský cement. |
| 1845 | Isaac Johnson vytváří moderní formu portlandského cementu (vyšší teploty). |
| 1850 | Portlandský cement ve velkém pro výrobu betonu. |
| 1855 | Patentování Bessemerova konvertoru (velkovýroba oceli). |
| Konec 19. století | Betonové bloky standardem. Grant ukazuje důležitost slínku. Le Chatelier stanoví poměry kyslíku. Přidávání sádry do slínku (zpomalovač tuhnutí). První betonáž ulice (Bellefontaine, Ohio). |
| Začátek 20. století | Vynález rotační pece. Objev bílého cementu (Holcim Group). Vývoj Ciment Fondu® (Holcim Group). |
| 1934 | Zkoušky portlandského cementu a další optimalizace směsí. |
| Současnost | Vývoj odolnějšího a ekologičtějšího cementu (MIT). |
Čtěte také: Aplikace nedestruktivních zkoušek betonu
Čtěte také: Portlandský cement: složky a role
tags: #zkousky #portlandskeho #cementu #1934