Cementy patria medzi spojivá, teda látky, ktoré môžeme upraviť do tekutej alebo kašovitej podoby a ktoré z nej potom relatívne ľahko prechádzajú do pevnej formy. Keďže cementy sú schopné (po počiatočnom stuhnutí na vzduchu) dosiahnuť trvalú a technicky dostatočnú pevnosť aj vo vode, zaraďujeme ich do skupiny tzv. hydraulických spojív. Vznik vo vode nerozpustných trvalých štruktúr podmieňuje prítomnosť hydraulických oxidov, najmä oxidu kremičitého (SiO2) a hlinitého (Al2O3). Podľa toho, ktoré oxidy prevládajú, delíme cementy na kremičitanové a hlinitanové.
Hlinitanové cementy majú niektoré špecifické vlastnosti (rýchle tuhnutie, odolnosť voči agresívnym chemickým látkam, žiaruvzdornosť do 1 750 °C), pre ktoré sa používajú najmä v špeciálnych prípadoch, avšak s rizikom vytvárania nestabilných štruktúr a nemožnosťou použitia na betónovanie nosných konštrukcií. Kremičitanový cement má výraznú hydraulicitu a je základom pre výrobu portlandského cementu.
História a výroba portlandského cementu
Za začiatok moderného cementárstva sa pokladá rok 1824, kedy si Angličan John Aspdin nechal patentovať prvú pec na výrobu cementu. Aspdin údajne vnímal cement predovšetkým ako spojivo na výrobu umelých kamenných prvkov, ktoré mali nahradiť kvalitný stavebný kameň z Portlandu, od čoho je odvodený aj názov "portlandský cement".
Portlandský cement sa vyrába z ílových vápencov (vápencových slieňov), v ktorých sa nachádza väčší obsah hydraulických oxidov, alebo z čistého vápenca doplneného minerálnou surovinou, ktorá obohacuje surovinovú zmes o hydraulické oxidy. V súčasnosti výroba cementu prebieha v priebežne pracujúcich rotačných peciach procesom tzv. slinovania (spekania).
Pri teplotách 1 300 až 1 400 °C sa rozžeravená prášková surovinová zmes postupne speká, čím vzniká slinok v podobe niekoľkocentimetrových tvrdých granúl. Slinok, ktorý je základnou surovinou na ďalšiu výrobu cementu, obsahuje asi dvadsať rôznych zlúčenín, predovšetkým kremičitany (silikáty) a hlinitany (alumináty) vápenaté. Do rozdrveného a čiastočne vychladnutého slinku sa pridáva 2 až 6 % sadrovca (prírodného alebo priemyselného odpadu) a zmes sa následne melie na definitívnu jemnosť, čím vzniká jednozložkový (portlandský) cement. Sadrovec slúži ako regulátor rýchlosti tuhnutia.
Zloženie a triedenie cementov
Každá zo zložiek cementu ovplyvňuje jeho výsledné vlastnosti. Napríklad cement s vyšším obsahom alitu (kremičitanu trojvápenatého) má kratší čas tuhnutia, preto sa používa na stavbách, kde je nutné čo najrýchlejšie pokračovať v prácach nadväzujúcich na betónovanie. Alitový cement je preto veľmi rozšírený a všeobecne používaný typ cementu.
Okrem sadrovca sa môžu v malom množstve pridávať aj ďalšie prísady. Istý objem slinku v cemente sa môže nahradiť aj látkami iného pôvodu bez toho, aby sa stratila spojivová funkcia cementu. Prímesi nahrádzajúce časť slinku sa v cementárňach pridávajú až na konci výrobného procesu. Sadrovcový regulátor tuhnutia a hydraulicky aktívna prímes alebo plnivo sa melú spolu so slinkom na homogénny prášok zvyčajnej cementovej jemnosti. Výsledný produkt označujeme ako viaczložkový cement.
Cementy označené CEM rozdeľujeme do piatich hlavných skupín, ktoré majú priradené rímske číslice od I po V. Tieto číslice označujú druh cementu a uvádzajú sa za značkou CEM. Portlandský cement, označovaný ako CEM I, je jednozložkový cement pozostávajúci prevažne zo slinku a sadrovca.
Ako sa cement vyrába v továrňach?
Pevnostné triedy a označenie
Za druhovým označením cementu je uvedená hodnota normalizovanej pevnostnej triedy. Tá udáva pevnosť betónu v tlaku po 28 dňoch. Najnižšia normalizovaná pevnostná trieda je 32,5, potom nasledujú 42,5 a 52,5, ktorá je najvyššou normalizovanou triedou. Ak má cement vysokú počiatočnú pevnosť, pripája sa za označenie triedy aj písmeno R (rýchloväzný cement).
Vzhľadom na príslušnú pevnostnú triedu sa v norme pre cementy na všeobecné použitie stanovuje aj začiatok tuhnutia. Cementy pevnostnej triedy 32,5 a 42,5 môžu začať tuhnúť najskôr hodinu po zmiešaní s vodou. Pri cementoch s pevnostnou triedou 52,5 je prípustný začiatok tuhnutia už o 45 minút.
Prehľad základných pevnostných vlastností cementu
| Pevnostná trieda | Pevnosť v tlaku po 2 dňoch (MPa) | Pevnosť v tlaku po 28 dňoch (MPa) | Minimálna počiatočná doba tuhnutia (min.) |
|---|---|---|---|
| 32,5 | - | min. 32,5 | 60 |
| 32,5 R | min. 10 | min. 32,5 | 75 |
| 42,5 | - | min. 42,5 | 60 |
| 42,5 R | min. 20 (orientačne) | min. 42,5 | 60 |
| 52,5 | - | min. 52,5 | 45 |
| 52,5 R | min. 30 (orientačne) | min. 52,5 | 45 |
Portlandský cement CEM I 32,5: Vlastnosti a použitie
Portlandský cement CEM I 32,5 je jednozložkový cement s garantovanou pevnosťou v tlaku minimálne 32,5 MPa po 28 dňoch. Tento typ cementu, najmä vo variante s vysokou počiatočnou pevnosťou (označený ako 32,5 R), má relatívne strmý nárast začiatočnej pevnosti v tlaku. To umožňuje jeho použitie na prvky, ktoré treba rýchlo oddebniť a rýchlo pokračovať v prácach nadväzujúcich na betónovanie.
Medzi základné vlastnosti CEM I 32,5 patrí:
- Rýchly nárast počiatočnej pevnosti: Vďaka charakteru portlandského slinku a prípadnému označeniu "R" dosahuje rýchlo dostatočnú pevnosť.
- Rýchly hydratačný proces: Pri tuhnutí sa uvoľňuje väčšie množstvo hydratačného tepla, čo je výhodné pri betónovaní pri nižších teplotách (do 5 °C).
- Optimálna spracovateľnosť: Umožňuje jednoduché miešanie a spracovanie.
- Dlhodobá odolnosť a stabilita: Poskytuje spoľahlivú pevnosť a trvácnosť betónu.
- Vhodnosť pre tenkostenné konštrukcie: Jeho rýchle tuhnutie a vývoj pevnosti sú ideálne pre takéto aplikácie.
Portlandský cement CEM I 32,5 voľne ložený, teda dodávaný bez obalov vo veľkom množstve, je ideálnym spojivom pre širokú škálu stavebných aplikácií, vyžadujúcich spoľahlivú pevnosť a dobrú spracovateľnosť.
Typické použitie portlandského cementu CEM I 32,5
- Výroba betónových zmesí nižších i vyšších tried pre bežné stavebné konštrukcie.
- Transportbetón a betónovanie základov, kde je dôležitý rýchly štart pevnosti.
- Výroba múrových a zdicích mált, omietok a stierok.
- Stavba základových stien a oporných múrov.
- Rôzne interiérové a exteriérové aplikácie, kde sa nevyžaduje špecifická odolnosť voči extrémne agresívnym prostrediam.
Hoci základné vlastnosti jednozložkového portlandského cementu sú dané, výrobcovia ich môžu ovplyvňovať pridaním rôznych prímesí, čím cementu dodajú čo najvýhodnejšie vlastnosti. Je dôležité poznamenať, že zloženie pre CEM I typicky zahŕňa 95-100% slinku a maximálne 5% vedľajších zložiek, čím sa líši od viaczložkových cementov ako napríklad CEM II, ktoré obsahujú väčší podiel prísad (napr. 21-35% prísad pre CEM II).
Skladovanie voľne loženého cementu
Pri rozsiahlejších betonárskych prácach sa často používa cement voľne ložený, ktorý je dodávaný vo väčších množstvách. Je kľúčové uskladniť ho tak, aby bol chránený pred poveternostnými podmienkami, najmä pred zrážkami. Pri dlhodobom skladovaní spôsobí čiastočnú hydratáciu a karbonizáciu cementu aj vzdušná vlhkosť a oxid uhličitý. Hydratáciou a karbonizáciou sa v skladovanom cemente vytvárajú pelety.
Po troch mesiacoch klesá pevnosť riadne skladovaného cementu asi o 10 až 20 %, po šiestich mesiacoch o 20 až 30 %. Ak sa pelety dajú ľahko rozdrobiť prstami, je pravdepodobné, že pevnostný pokles nepresahuje 10 %. Bez osobitnej úpravy môžeme všetky druhy cementu na všeobecné použitie skladovať najdlhšie tri mesiace. Dlhšiemu skladovaniu je prispôsobený tzv. hydrofobizovaný cement, ktorý sa vyrába mletím s látkou odpudzujúcou vlhkosť.
