Cement - podstawowy produkt budowlany

Cement i jego odmiany

Surowcem wyjściowym do produkcji cementu są naturalne skały: wapień, wapień marglisty, margiel, glina, które w wyniku wypału w wysokiej temperaturze przekształcają się półprodukt - klinkier cementowy. Składniki dostarczane z kopalni odkrywkowych są kruszone z wstępnie uśrednianym składem, a do korekcji wykorzystuje się m. in. : łupek, pucolany, piasek. Po zmieleniu w młynach kulowych i homogenizacji składniki kierowane są do pieców obrotowych, w których następuje szereg reakcji fizykochemicznych w temperaturze dochodzącej do 1450^oC.

W wyniku wypału surowców powstają związki chemiczne - wapnia (krzemiany, gliniany) tworzące tzw. klinkier cementowy, który ma własności wiążących po zarobieniu wodą. Końcowy produkt w postaci cementu handlowego powstaje w wyniku zmielenia klinkieru cementowego wraz z dodatkami decydującymi o jego właściwościach.

W produkcji czystego cementu portlandzkiego do przemiału klinkieru dodawany jest gips pełniący rolę regulatora czasu wiązania cementu natomiast do innego asortymentu cementów również inne dodatki (np. popioły, żużel) w ilości od 5% do 80 %.

Cementowóz do transportu cementu. fot. Cementownia Ożarów

Podstawowy asortyment cementów dostępnych na rynku budowlanym obejmuje trzy jego odmiany - czysty cement portlandzki, cement portlandzki z dodatkami i cement hutniczy.

Ich główne parametry użytkowe określane są przez podanie gwarantowanej wytrzymałości na ściskanie w MPa - odpowiednio dla klasy cementu 32,5 MPa; 42,5 MPa oraz 52,5 MPa oraz czasu narastania wytrzymałości wczesnej oznaczeniem literą R dla cementów tzw. szybkowiążących lub literą N dla cementów o normalnym czasie wiązania.

Cement portlandzki czysty CEM I - wykorzystywany jest - a zwłaszcza jego odmiany szybkowiążące - przede wszystkim do przygotowania betonów w konstrukcjach zbrojonych stropów, nadproży, słupów. Charakteryzuje się wysokim ciepłem hydratyzacji, dzięki czemu 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.

Cementy portlandzkie workowane w ofercie firmy Lafarge Cement SA

Cementy portlandzkie z dodatkami CEM II występują w odmianach z różnymi dodatkami i oznaczone literami jako cement: żużlowy (S), krzemionkowy (D), pucolanowy (P - naturalny lub Q - przemysłowy), popiołowy (V - popiół lotny krzemionkowy, W - popiół lotny wapienny), wapienny (L), żużlowo-popiołowy (SV). Dodatkowo oznaczany jest orientacyjny udział innych składników niż cement portlandzki - literami A, B lub C (litera A oznacza najmniejszy udział dodatków, a litera C największy). Główne zastosowanie, tych cementów oprócz betonów zwykłych to przygotowanie zapraw murarskich i tynkarskich, betonów podkładowych. Cement z dodatkami wapiennymi (L) o jasnej barwie nadaje się do sporządzania zapraw i betonów barwionych. 

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

Oprócz znormalizowanych oznaczeń odmian cementu na opakowaniach, producenci dodają swoje nazwy handlowe, co po zapoznaniu się z jego własnościami może ułatwiać dobór odpowiedniego produktu.

Cementy specjalnego przeznaczenia

Do zastosowań specjalnych wykorzystywane są produkty o szczególnych właściwościach cechujące się odpornością na wysokie temperatury, pęcznieniem podczas wiązania czy bardzo krótkim czasem twardnienia.

Do produktów ogniotrwałych zaliczane są cementy glinowe, których podstawowym składnikiem są gliniany wapnia. Charakteryzują się też szybkim przyrostem wytrzymałości, odpornością na działanie chlorków i siarczanów, oraz o wysokim cieple hydratyzacji, co umożliwia ich stosowanie w temperaturach do -10°C. W budownictwie jednorodzinnym wykorzystywane są głównie przy obudowywaniu kominków, tworzeniu palenisk.

Z kolei cementy ekspansywne powstające ze mieszania cementu portlandzkiego ze składnikiem ekspansywnym, nadają temu produktowi efekt ekspansji tzn. przyrostu objętości zaczynu (pęcznienie zaczynu) w początkowych 24-72 godz. jego twardnienia.

Cementy te stosuje się np: do wzmacniania konstrukcji budowlanych, naprawy betonów i uzupełniania powstałych w nich ubytków czy wylewania posadzek bezdylatacyjnych. Odmiany o bardzo krótkim czasie wiązania mogą być używane do tamowania nieszczelności np. w fundamentach, zbiornikach oraz kotwienia elementów zbrojenia i wyposażenia w podłożu betonowym.

Domieszki przy wytwarzaniu mieszanki betonowej

Niezależnie od rodzaju cementów użytych do wytworzenia mieszanki betonowej jej własności można modyfikować - zależnie od potrzeb - przez dodanie składników wpływających na parametry technologiczne i nawet niewielka domieszka w stosunku do ilości użytego cementu może znacząco poprawić jej cechy użytkowe.

Domieszki do mieszanek betonowych, zapraw i wylewek. fot. Sika

W warunkach indywidualnej budowy dodatki takie aplikowane są w wytwórni betonu stosownie do potrzeb, a przy niewielkim zakresie prac wykorzystuje się gotowe i workowane suche mieszanki o pożądanych właściwościach, wymagające ewentualnie dodania kruszywa. Ze względów praktycznych do najczęściej wykorzystywanych domieszek należą preparaty pozwalające na prowadzenie robót w warunkach zimowych.

Domieszki przeciwmrozowe umożliwiają prowadzenie robót betonowych w warunkach obniżonych temperatur, nawet do -10°C i wpływają na przebieg reakcji cementu z wodą w temperaturze poniżej zera poprzez:

• obniżenie temperatury zamarzania wody w mieszance betonowej;
• zmniejszenie ilości wody zarobowej, co pozwala wykonywać beton z niższym wskaźnikiem c/w (cement/woda);
• przyspieszenie hydratacji cementu i związanego z tym zwiększonego wydzielania się ciepła.

Popularną domieszką są plastyfikatory, które posiadają właściwości zmniejszające siły tarcia mieszanki i napięcie powierzchniowe wody. Pozwala to na łatwiejsze zwilżenie cząstek kruszywa oraz spoiwa przez wodę, przez co mieszanka staje się bardziej plastyczna. Zaletami stosowania plastyfikatorów są przede wszystkim zmniejszenie wskaźnika c/w (cement/woda), a także poprawienie urabialności i ułatwienie przetłaczania mieszanki betonowej.

Przy zastosowaniu odpowiedniego składu kruszywa (eliminacja kruszyw gruboziarnistych) pozwalają na uzyskanie efektu samozagęszczenia mieszanki betonowej. Dodawane są również do zapraw murarskich i tynkarskich zastępując tradycyjne wapno.

Technologiczną domieszką będzie również preparat opóźniający wiązanie. Przedłuża on czas do rozpoczęcia przechodzenia mieszanki betonowej ze stanu plastycznego w stan sztywny powodując zmniejszenie rozpuszczalności składników cementu (wapna i glinianów). Aplikowany jest w warunkach transportu mieszanki betonowej na większe odległości i przy wysokich temperatur zewnętrznych.

Modyfikacje własności użytkowych mieszanki cementowej można uzyskać również przez oddziaływanie obojętne na proces wiązania poprzez dodania wypełniaczy np. w postaci wiórów stalowych, włókna polimerowego, barwników lub takich, które ingerują w reakcje chemiczne zachodzące w trakcie wiązania w formie pyłu krzemionkowego bądź związków polimerowych.

Mikrokrzemionka zwiększa trwałość betonu, poprzez zwiększenie jego wytrzymałości na ściskanie, mrozoodporności, odporności korozyjnej, szczelności oraz zmniejszenie nasiąkliwości. Z kolei polimerobeton (PCC) dzięki dużej zawartości żywicy, która znacząco zwiększa wytrzymałość na rozciąganie, może być wykorzystywany m. in. do produkcji betonowych wyrobów cienkościennych.

autor: Redakcja BudownicwaB2B

opracowanie: Aleksander Rembisz

zdjęcia: Lafarge Polska, Cementownia Ożarów, Sika

Film: Lafarge Polska