Portlandský cement – druhy, složení, vlastnosti | TC Rus

Cement je práškové pojivo, tedy látka schopná tvrdnout při chemické reakci. Interakcí s vodou se prášek změní na plastickou hmotu, která po vytvrzení vytvoří těleso podobné kameni. Tato vlastnost je široce používána ve stavebnictví, dokončování, opravách, nouzových, restaurátorských a domácích pracích.

Způsob přípravy cementu neprošel od starověku zásadními změnami. K jeho výrobě stačí přidat hlínu do vápence, rozdrtit a upéct. Výsledné granule (slínek) poté rozdrťte na prášek a cement je hotov.

Po staletí lidstvo zdokonalovalo receptury cementu, měnilo proporce a vybíralo přísady s cílem zlepšit kvalitu, vyrobitelnost, snadnou přepravu a balení a snížit náklady.

V roce 1840 si Francouz Louis Vic nechal patentovat technologii výroby cementu pod obchodním názvem Portlandský cement.

V současné době se téměř ve všech zemích vyrábí portlandský cement a speciální odrůdy jsou pouze jeho deriváty.

Jazyk má tendenci zjednodušovat tvary slov, a proto se v praxi častěji používá slovo „cement“ místo „portlandského cementu“.

Cena portlandského cementu je tvořena součtem nákladů ve fázích jeho výroby: těžba komponentů, jejich drcení a dodávka na místo výroby, přímá výroba, skladování a doprava cementu ke spotřebiteli specializovanou dopravou.

Složení portlandského cementu

Portlandský cement je registrovaná ochranná známka. Základním produktem ruského průmyslu je portlandský cement bez přísad. Komponenty, které tvoří výrobek, se mohou lišit od jednoho výrobce k druhému, ale chemické složení portlandského cementu podle GOST zůstává nezměněno.

Hlavním základem cementu je vápenec (75 %–78 %) s přídavkem jílu (22 %–25 %) v procentech, podle receptury pro konkrétní druh nebo značku cementu.

V závislosti na vlastnostech surovinové základny a přísad se cementy dělí na typy.

Druhy portlandského cementu

• Limetka. Nejběžnější a nejrozšířenější.
• Marly. Na bázi opukového vápence.
• Struska. Z hutního odpadu nebo popela ze spalování uhlí a břidlice. Používá se k výrobě škvárových bloků.

Druhy cementů

• Rychle tvrdnoucí portlandský cement. Používá se pro odlévané prefabrikované budovy.
• Vodotěsný nesmršťovací portlandský cement. Pro těsnění spár a hydroizolaci hydraulických konstrukcí.
• Napínací nebo injektáž portlandského cementu. Pro výrobu železobetonových výrobků. Má schopnost zvětšovat objem během procesu kalení, což zajišťuje dokonalejší vyplnění kanálů a úzkých prostor.
• Bílý. Pro dokončovací směsi. Lze jej považovat za barevný portlandský cement.
• Hydrofobní. S nízkou absorpcí vody.
• Portlandský cement odolný proti síranům. Používá se pro podvodní a podzemní objekty, konstrukce vystavené velkému množství srážek.
• Hliníkové. Se zvýšenou rychlostí vytvrzování při generování tepla. Zimní období není překážkou pro použití cementu s takovými vlastnostmi.
• pucolánové. Se sníženou rychlostí vytvrzování a sníženým vývinem tepla. Pro stavbu objektů významných objemů a průřezů.
• Portlandský písek. Vyrobeno z křemičitého písku. Hlavním indikátorem je snížená tvorba tepla během hydratačního procesu.
• Plastifikační portlandský cement. Dodává betonové směsi dodatečnou tekutost, což zjednodušuje a usnadňuje pokládku. Vyrobeno s použitím plastifikačních přísad.
• Portlandský cementový cement. Používá se především v ropném a plynárenském průmyslu pro hydroizolaci a ucpávání vrtů. Vyrábí se z ní tekutá betonová směs zvaná „buničina“. Cement získává své charakteristické vlastnosti přidáním sádry a speciálních přísad.
• Portlandský cement se struskou (nebo portlandský struskový cement). Získává se společným mletím standardního slínku s granulovanou vysokopecní struskou (30–60 %). Má zvýšenou voděodolnost. Používá se pro betonování vodních konstrukcí.

Technologie výroby portlandského cementu

V současné době se používají tři způsoby výroby: suchá metoda, mokrá metoda a kombinovaná. S mírným rozdílem v technologii jsou všechny tři metody spojeny následujícím sledem operací:

• Těžba komponentů v lomu.
• Broušení drtícími stroji.
• Mletí a míchání podle receptury na granule uvedené velikosti
• Tepelné zpracování granulí, jehož výsledkem je výroba slinutých granulí neboli „slínku“.
• Mletí slínku do práškového stavu.

Výroba portlandského cementu probíhá ve třetí fázi, jejímž výsledkem je polotovar s následujícím mineralogickým složením:

• Trikalciumsilikát (alit). Rychle tvrdne a při hydrataci uvolňuje značné teplo.
• Dikalciumsilikát (belit). Belite tuhne a tvrdne mnohem pomaleji a maximální pevnost získává po 1–2 letech.
• Hlinitan vápenatý. Rychle tvrdne a tuhne, ale pevnost dosažená v krátké době se prakticky nezvyšuje. Když je hydratovaný, uvolňuje více tepla než kterákoli jiná složka.
• Čtyřvápenatý aluminoferit. Rychle tvrdne, produkuje mírné teplo a má nízkou pevnost. Nemá výrazné vlastnosti předchozích minerálů a nemá rozhodující vliv na vlastnosti portlandského cementu.

Technické vlastnosti portlandského cementu

Charakteristiky jsou stanoveny identifikací pevnostních ukazatelů kontrolních vzorků cementových výrobků v ohybu a tlaku. V souladu s těmito ukazateli jsou portlandským cementům přidělovány stupně (podle staré normy a tříd (podle nové normy) Nová norma byla potřebná k uvedení ruské klasifikace do souladu s evropskou. V současné době jsou v platnosti obě normy v naší zemi a první se používá v maloobchodě.

Další charakteristikou je hustota portlandského cementu. Existují objemové a skutečné hustoty. Skutečná hustotní charakteristika je konstantní, ale objemová hmotnost se může pohybovat od 1100 do 1600 kg/m3. Hustota závisí na mnoha ukazatelích, jako je značka, technologie výroby, chemické složení. Pro běžného spotřebitele je důležitý „stupeň čerstvosti“ produktu. Čím je nižší, tím je hustota vyšší.

značky portlandského cementu

• M400
  Má nejširší uplatnění, od železobetonových konstrukcí až po domácí a pomocné práce na chatě. S vysokými pevnostními vlastnostmi a dobrou rychlostí tuhnutí (cca 2 hodiny, v závislosti na okolní teplotě) je cenově nejnižší z celého sortimentu.
• M500
  Má vyšší pevnostní charakteristiky a používá se pro těžké základy, železobetonové bloky a podpěry, při stavbě mostů, vazníků, podlah a dalších konstrukcí se zvýšenými požadavky na spolehlivost, odolnost proti vlhkosti a životnost.
• M550
  Vyznačuje se rychlým tvrdnutím, vysokou odolností proti změnám teplot, mrazuvzdorností, trvanlivostí a síranovou odolností. Používá se ve stavebnictví v náročných povětrnostních podmínkách, v konstrukcích interagujících s vodou.
• M600
  Nejodolnější, rychle tvrdnoucí a nejdražší ze série, je široce používán a nemá vysoké náklady. Používá se při výstavbě objektů, konstrukcí a rekonstrukčních pracích.

Portlandský cement pro stavební účely má třídy M400 a M500.

Aplikace portlandského cementu

Výroba betonu je primárním účelem portlandského cementu. Stavebnictví Portlandský cement dodávaný do maloobchodu je obvykle bez přísad. V průmyslové, hydraulické a speciální výstavbě se používá beton s cílovými vlastnostmi a podle toho se objednávají cementy.

portlandský cement (PC) – nejběžnější typ stavebního cementu, jehož výroba je regulována GOST 31108-2016. Toto hydraulické pojivo, vyrobené z uhličitanových hornin (vápenec, křída, oxid křemičitý, oxid hlinitý), po smíchání s vodou tvrdne. Je široce používán pro výrobu cementově pískových malt, betonů, suchých stavebních směsí pro různé účely, používaných v civilním, průmyslovém a vojenském stavitelství. Sortiment různých typů a značek portlandského cementu umožňuje vybrat si vhodné pojivo pro individuální bytovou výstavbu, hromadnou vícepodlažní výstavbu a výstavbu průmyslových a inženýrských objektů.

Složení portlandského cementu

Portlandský cement se vyrábí slinováním surovinové směsi, která obsahuje jíl (22-25 %) a vápenec (75-78 %). Těžba vápence, která se vyskytuje v hloubkách do 0,7-10 m, se provádí povrchovou těžbou. K výrobě portlandského cementu se používá vrstva žlutozeleného vápence.

Směs zrnité suroviny slinovaná při vysokých teplotách se nazývá „slínek“. Právě jeho složení a vlastnosti určují důležité vlastnosti cementu: pevnost cementového kamene a rychlost jeho růstu, trvanlivost a odolnost vůči obtížným provozním podmínkám tvrzených roztoků a směsí vyrobených na bázi portlandského cementu.

Vlastnosti výroby portlandského cementu

Vápenec je přepravován z místa těžby do místa výroby portlandského cementu. Surovina se suší a její primární mletí se provádí za použití speciálních přísad. Výsledná směs se vypálí. Výsledný slínek se znovu mele za použití aktivních přísad. Protože různé druhy surovinových směsí mají individuální složení, vlhkost a další vlastnosti, je každá výroba organizována vlastní technologií. Nejběžnější možnosti:

• Suchou cestou. Suroviny se suší během nebo po primárním mletí. Materiál přichází k výpalu v suché formě. Jedná se o nejekonomičtější možnost a nevyžaduje energii k odstranění přebytečné vody z náplně.



• Mokré. Používá se při výrobě portlandského cementu ze surovin, které zahrnují křídu, jíl a přísady obsahující železo. Suroviny se rozdrtí ve vodě. Suspenze se po odstranění přebytečné vody vypálí v peci. V důsledku výpalu se získají malé kuličky, ze kterých se po jemném mletí vytvoří cement.
• Kombinované. Tato technologie kombinuje obě předchozí. Surovinová směs (kal) se připravuje mokrou metodou, poté se posílá na filtry. V důsledku filtrace je směs vysušena na 16-18%. Po filtrech jde surovina do výpalu. Pro kombinovanou metodu existuje ještě jedna možnost. Kal se připravuje suchou cestou, přidá se k němu voda a granuluje se. Po vypálení se slínek získá ve formě granulí o velikosti 10-15 mm.



Technické vlastnosti portlandského cementu

Kvalita portlandského cementu se posuzuje na základě následujících charakteristik:

• Hustota. Tato hodnota je dána mineralogickým složením materiálu. Ve sypkém stavu se pohybuje v rozmezí 0,9-1,3 t/m3, ve zhutněném stavu – 1,5-2 t/m3.
• Období nastavení. Tato technická vlastnost je důležitou vlastností portlandského cementu. Záleží na mineralogickém složení suroviny, jemnosti mletí, poměru voda-cement a okolní teplotě. Tuhnutí by mělo začít nejdříve 45 minut a skončit nejpozději 12 hodin po smíchání portlandského cementu. Portlandský cement určený pro vytváření betonových povrchů vozovek může podle norem tuhnout pouze 2 hodiny po smíchání.
• Jemnost mletí. Tato hodnota, rovna celkovému povrchu zrn na jednotku hmotnosti cementu, významně ovlivňuje technické vlastnosti materiálu, zejména rychlost jeho tvrdnutí. Pro běžný portlandský cement je jemnost mletí 2500-3000 cm2/g, pro rychle tvrdnoucí cement je to 4000-6000 cm2/g.
• Rovnoměrnost změny objemu během tuhnutí cementového koláče. To je jedna z hlavních technických vlastností portlandského cementu. Nerovnoměrné tuhnutí je typické pro pojiva, která obsahují příliš mnoho volného vápna nebo oxidu hořečnatého. Rovnoměrnost změny objemu se měří na čtyřech koláčích, které jsou vyrobeny z cementové pasty normální tloušťky. Zkoušky se provádějí metodou varu. Cement se považuje za vyhovující zkoušce, pokud na přední straně všech koláčů nejsou žádné: síť malých trhlin nebo velkých radiálních trhlin dosahujících k okraji.
• Poměr vody a cementu (potřeba vody). Tento termín označuje množství vody potřebné k výrobě produktu požadované plasticity. U portlandského cementu je poměr voda-cement přibližně 25 %. Pokud je nutné jej snížit, přidávají se do surovinové směsi změkčovadla.
• Separace vody. K tomuto procesu dochází, když malta nebo směs tvrdnou v důsledku potopení částic pojiva a kameniva vlivem gravitace. Voda se může objevit na povrchu betonového prvku, mezi vrstvami směsi nebo malty, kolem částic kameniva nebo výztužných tyčí. Přítomnost takových tenkých vrstev vody uvnitř betonového prvku výrazně snižuje jeho pevnost a životnost.
• Mrazuvzdornost. Tato vlastnost charakterizuje schopnost vytvrzené cementově-pískové vrstvy nebo betonové konstrukce vyrobené na bázi portlandského cementu odolávat cyklům zmrazování/rozmrazování bez ztráty výkonnostních charakteristik.
• Odolnost proti korozi. Obvykle se dělí na chemickou a fyzikální odolnost proti korozi. Odolnost proti chemické korozi závisí na mineralogickém složení, konkrétně na schopnosti komponent odolávat působení chemicky agresivního prostředí. Fyzikální odolnost proti korozi se zlepšuje snížením pórovitosti betonu, zmenšením poloměru pórů a jejich ošetřením hydrofobními sloučeninami.
• Odvod tepla. Tato vlastnost charakterizuje množství tepla vznikajícího při hydrataci cementu. Portlandský cement, který vytváří příliš mnoho tepla, nelze použít při stavbě masivních konstrukcí z důvodu velkého rozdílu teplot na povrchu a uvnitř betonového prvku. K regulaci uvolňování tepla cementu se používají speciální aktivní přísady.

Druhy portlandského cementu

Všechny druhy portlandského cementu se dělí na neaditivní a doplňkové.

PC bez aditiv obsahují jako přísady pouze sádru. Takové cementy se používají pro stavbu nadzemních, podzemních a podvodních staveb a pro výrobu železobetonových výrobků, které během provozu nepřicházejí do styku s agresivním prostředím. Aktivní minerální přísady mění technické vlastnosti portlandského cementu požadovaným směrem. S jejich pomocí zvyšují voděodolnost, korozní odolnost a další příznivé vlastnosti hotových výrobků na cementové bázi.

V závislosti na přísadách přítomných ve složení se rozlišují následující typy portlandského cementu:

• Rychlé tvrdnutí (BPC). Tento cement se vyznačuje rychlým nárůstem pevnosti v prvních dnech po nalití směsi nebo roztoku. V jeho složení dominuje trikalciumsilikát a trikalciumhlinitan. Má velmi vysokou jemnost mletí, takže rychle absorbuje vlhkost ze vzduchu. Při nesprávném skladování takový cement velmi rychle ztrácí své obchodní vlastnosti. Rychle tvrdnoucí portlandské cementy se používají při výrobě železobetonových výrobků s vysokou pevností při popouštění. Korozní odolnost rychle tvrdnoucích cementů je snížena.
• Plastifikované. Získává se zavedením povrchově aktivních přísad. Použití tohoto typu portlandského cementu umožňuje snížit poměr voda-cement a zvýšit pevnost a mrazuvzdornost výsledných malt a betonu po vytvrdnutí.
• Hydrofobní. Při výrobě hydrofobního portlandského cementu se do kompozice slínku přidávají hydrofobní povrchově aktivní látky, které na cementových zrnech vytvářejí vodoodpudivé filmy. Ropné produkty jsou typicky žádané jako povrchově aktivní látky. Při skladování, dokonce i ve vlhkých podmínkách, se takový cement neznehodnocuje, nespéká ani nehrudkuje. Stavební směsi a malty na bázi hydrofobního cementu se vyznačují dobrou plasticitou, po vytvrdnutí jsou voděodolné a mrazuvzdorné.
• Odolný vůči sulfátům. Cement se vyrábí ze slínku, který obsahuje nízký obsah trikalciumsilikátu a hlinitanu. Tento portlandský cement zvyšuje odolnost betonu vůči korozi při provozu stavební konstrukce v kontaktu s médii obsahujícími sírany.
• Bílá. Cement se vyrábí za použití bílých coalitických jílů, křídy a čistého vápence. Barevné cementy se vyrábí z bílého PC přidáním barvících pigmentů.



• Struskový portlandský cement. Vyrábí se společným mletím slínku portlandského cementu, sádry a granulované vysokopecní strusky.
• pucolánový. Získává se smícháním slínku portlandského cementu, aktivních minerálních přísad a sádry. Aktivními minerálními přísadami, které tvoří tento cement, jsou vulkanické tufy, pemza, popel, tripoli a popel z tepelných elektráren. Toto pojivo se aktivně používá při výstavbě vodních staveb a podzemních zařízení.

Pevnostní třídy a jakosti portlandských cementů

V souladu s GOST 31108-2016 je hlavní charakteristika portlandského cementu – pevnost – určena třídou. Dříve byla tato vlastnost charakterizována značkou. Nejoblíbenější portlandské cementy:

• B 32,5 (M400). Typ cementu žádaný téměř ve všech oblastech soukromé a hromadné výstavby, pro výrobu železobetonových výrobků, stavbu cest, plošin a slepých ploch.
• B42,5 (M500). Portlandský cement, který má vynikající pevnostní vlastnosti, se používá při opravách a stavebních pracích v kritických zařízeních, při obnově stavebních konstrukcí po nehodách a při opravách silnic.
• B52,5 (M600). Portlandský cement používaný při stavbě kritických zařízení.

V jakých případech se portlandský cement nepoužívá?

Při výběru typu cementu se přihlíží k podmínkám, ve kterých bude zařízení provozováno. Portlandské cementy s aktivními přísadami a pucolánové cementy se nepoužívají v oblastech s nízkými teplotami. Nepoužívají se všechny druhy portlandského cementu:

• ve slaných vodách;
• v korytech tekoucích řek;
• v nádržích obsahujících velké množství různých minerálů.

Síranodolný cement je vhodný pro použití pouze ve statických vodách s nízkou agresivitou. Pro přehrady, hráze a stavby provozované v tekoucích vodách se používají speciální druhy cementu.