Jakie są rodzaje cementów i ich zastosowanie?

Dodano: poniedziałek, 18 grudnia 2017 14:03

Cement to podstawowy materiał wiążący wykorzystywany niemal przy wszystkich robotach budowlanych i wchodzący w skład mieszanek betonowych, zapraw murarskich, tynkarskich oraz wielu innych produktów chemii budowlanej. Jest to spoiwo hydrauliczne, co oznacza, że proces jego twardnienia (po wstępnym związaniu) może przebiegać również w wodzie.

Technologia produkcji cementów

Pierwotnym surowcem do produkcji cementu są kopaliny takie jak: wapień, margiel, glina czy iło-łupek pochodzące z kopalni odkrywkowych, z których - poprzez wypalanie w piecu cementowym w wysokiej temperaturze - powstaje półprodukt do produkcji cementu - klinkier cementowy.

Surowiec dostarczany z kopalni jest kruszony, a optymalizację składu uzyskuje się poprzez dodatek m. in. łupków, pucolany czy piasku. Po zmieleniu w młynach kulowych wsad przechodzi do pieców obrotowych, w których następuje szereg reakcji fizykochemicznych w temperaturze dochodzącej do 1450o C.

W wyniku wypału składników powstaje klinkier cementowy, z którego po wychłodzeniu i zmieleniu wraz z dodatkami uzyskuje się czysty cement portlandzki lub inne jego odmiany.

Rodzaje i własności cementów

Do klasyfikacji przyjęto dwie zasadnicze grupy wyrobów: cementy powszechnego użytku uznawane za tradycyjne i cementy specjalne ze względu na dodatkowe cechy użytkowe. Cementy powszechnego użytku są objęte zharmonizowaną normą europejską EN 197-1.

Podstawowe parametry użytkowe to określenie gwarantowanej wytrzymałości na ściskanie w megapaskalach (MPa) odpowiednio do klasy cementu: 32,5 MPa, 42,5 MPa oraz 52,5 MPa oraz czasu narastania wytrzymałości wczesnej oznaczanej literą R dla cementów tzw. szybkowiążących np. 32,5 R lub literą N dla cementów o normalnym czasie wiązania np. 42,5 N.

Zależnie od składu, cementy klasyfikowane są do pięciu rodzajów, przy czym dodatkowo oznaczany jest udział innych składników niż cement portlandzki - odpowiednio literami A, B lub C (gdzie litera A oznacza najmniejszy udział dodatków).

CEM I - cement portlandzki czysty (bez dodatków), zwłaszcza odmiany szybkowiążące - używany jest przede wszystkim do przygotowania betonów wykorzystywanych przy konstrukcjach zbrojonych, a dzięki wytwarzaniu dużej ilości ciepła podczas wiązania (hydratyzacji), może być wykorzystywany w niskich temperaturach otoczenia.

Wymaga jednak starannej pielęgnacji zapewniającej utrzymanie właściwej wilgotności w okresie dojrzewania. Biała odmiana tego cementu wykorzystywana jest do produkcji galanterii betonowej dzięki możliwości dowolnego barwienia mieszanki betonowej.

CEM II - to cementy portlandzkie z dodatkami, a główne ich zastosowanie to - oprócz betonów zwykłych - przygotowanie zapraw murarskich i tynkarskich, warstw podkładowych i stabilizujących.

Zależnie od rodzaju dodatków noszą one oznaczenia: żużlowy (S), krzemionkowy (D), pucolanowy (P - naturalny lub Q - przemysłowy), popiołowy (V - popiół lotny krzemionkowy, W - popiół lotny wapienny), wapienny (L), żużlowo-popiołowy (SV) . Przykładowo cement o oznaczeniu CEM II/B - S zawiera 21 - 35 % żużla wielkopiecowego, a CEM II/A - P zawiera 6 - 20% pucolany naturalnej.

CEM III - cement hutniczy - charakteryzuje się wysoką odpornością na działanie siarczanów i kwasów humusowych co pozwala na stosowanie w środowiskach o podwyższonej agresywności, dlatego najczęściej wykorzystywany jest do prac fundamentowych. Ze względu na niskie ciepło hydratyzacji nadaje się szczególnie do formowania masywnych konstrukcji betonowych. Nie powinien być jednak używany, gdy temperatura otoczenia spada poniżej +5°C.

CEM IV - cement pucolanowy - również wykazuje wysoką odporność na negatywny wpływ środowisk o agresji kwaśnej (np. wody siarczanowe). Stosowany podobnie jak cement hutniczy oraz do zapraw i tynków w częściach podziemnych i nadziemnych budynków.

CEM V - cement wieloskładnikowy - zawiera większy udział dodatków niż cementy CEM II (nawet do 50%) uzyskując przy tym własności zbliżone do cementu hutniczego. Wykorzystywany jest głównie do produkcji elementów betonowych i jako składnik mieszanek budowlanych.

Cement portlandzki o wytrzymałości na ściskanie od 42,5 do 62,5 MPa wg normy EN 197-1
Cement portlandzki CEM 42,5R o wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach - od 42,5 do 62,5 MPa wg normy EN 197-1 Cementownia Ożarów

Cementy specjalne

Cementy specjalne muszą spełniać podstawowe wymagania normowe stawiane cementom powszechnego użytku, jak też warunki dodatkowe dotyczące specjalnych właściwości produktu i jego składników. Własności te oznaczane są w rodzajach cementów odpowiednio literami NA, LH lub HSR.

Klasyfikacja ta nie jest ograniczona tylko do jednej cechy i konkretny rodzaj cementu może mieć jednocześnie dwie lub trzy właściwości specjalne. Cementy te wykorzystywane są w szczególnych warunkach aplikacji i użytkowania betonów jak i w recepturach zawierających nietypowe składniki np. kruszywa.

Cement o niskiej zawartości alkaliów NA - wykorzystywany jest przy sporządzaniu mieszanek betonowych zawierających kruszywa, które mogą wchodzić w reakcje z alkalicznymi składnikami cementu. W ich efekcie na styku cement-kruszywo powstają związki chemiczne pęczniejące pod wpływem wody. Reakcje te mogą wywołać kruszenie struktury betonu, co grozi jego całkowitym zniszczeniem

Cement o niskim cieple hydratyzacji LH - intensywność wytwarzania ciepła hydratyzacji cementu jest istotna przy wykonywaniu dużych masywów betonowych, zwłaszcza z użyciem cementów o wysokiej klasie wytrzymałościowej.

Duża ilość ciepła powstającego podczas wiązania betonu powoduje nierównomierny rozkład temperatury w przekroju betonowanego elementu, gdyż powierzchnia schładza się znacznie szybciej niż w środku. Powoduje to powstanie naprężeń termicznych co prowadzi do powstania pęknięć i osłabienia wytrzymałości betonu.

Cement o wysokiej odporności na siarczany HSR - wykazuje się szczególną odpornością na chemiczne niszczące oddziaływanie siarczanów które w dużym stężeniu mogą występować w wodach przemysłowych, ściekach a także w wodach gruntowych. Długotrwały kontakt betonu z takim środowiskiem prowadzi do korozji o charakterze ekspansywnym i w rezultacie do osłabienia, a nawet zniszczenia struktury betonu.

Cementy specjalnego przeznaczenia

Cementy glinowe - bazują na innych surowcach i dodatkach niż cementy powszechnego użytku (portlandzkie) a ich głównym składnikiem są gliniany wapnia o zawartości sięgającej 70%.

Należą do cementów szybko twardniejących, a szczególną ich cechą jest możliwość pracy w wysokich temperaturach (do 1700oC). Wykazują też dużą odporność na działanie chlorków i siarczanów. Cementy glinowe są cementami o wysokim cieple hydratyzacji, co umożliwia użycie mieszanek betonowych w niskich temperaturach otoczenia.

Cementy ekspansywne - wytwarza się z mieszaniny cementu portlandzkiego ze składnikiem ekspansywnym, nadającym cementowi efekt przyrostu objętości zaczynu (pęcznienie zaczynu) w początkowej fazie jego twardnienia. Cementy te stosuje się np. do naprawy betonów i uzupełniania powstałych w nich ubytków (reprofilacji).

Cementy wiertnicze - to odrębna grupa cementów, wykorzystywana głównie w przemyśle w pracach wiertniczych, służąca do zabezpieczania szybów naftowych i gazowych. Aplikowane są w formie płynnej bądź zawiesiny, a główną ich zaletą jest możliwość stosowania w szerokim zakresie temperatur i ciśnień jakie panują na głębokości nawet kilku kilometrów.

autor: Cezary Jankowski
oprac.: Maja Wychowaniec
zdjęcia: Cement Ożarów