Cement portlandzki - rodzaje i właściwości

Oprócz cementu portlandzkiego w postaci czystej lub z domieszkami wykorzystuje się również wiele innych odmian tego materiału charakteryzujących się specjalnymi własnościami do zastosowania w szczególnych warunkach.

O powszechności wykorzystania cementów decyduje ich duża wytrzymałość mechaniczna zwiększająca się nawet z upływem czasu i odporność na wiele czynników otoczenia oraz możliwość wykorzystania jako spoiwo hydrauliczne, dzięki czemu będzie twardnieć nawet pod wodą.

Technologia produkcji cementu

Technologia produkcji cementu portlandzkiego przebiega dwuetapowo - poprzez wytworzenia półproduktu w postaci klinkieru portlandzkiego, a następnie rozdrobnieniu go z dodatkami modyfikującymi jego własności użytkowe. Wytwarzanie klinkieru może być przeprowadzane metodą mokrą bądź suchą z wykorzystaniem surowców mineralnych pozyskiwanych z lokalnych kopalń.

Dobór jednej z tych technologii wpływa na jakość wytwarzanego klinkieru, ze względu na odmienną dokładność zestawienia składników do wypalania - metoda mokra zapewnia większą precyzję, ale jest bardziej energochłonna - wsad wymaga wstępnego osuszenia.

Jako składniki wsadu do wykorzystywane są skały składające się z zestawienia surowcowego w postaci krzemianu trójwapniowego (alitu) w ilości ok. 65%, krzemianu dwuwapniowego (belitu) ok. 14 % , glinianu trójwapniowego 10% oraz fazy glinożelazieniowej ok. 8 %, zawartych w kopalnych minerałach takich jak wapień, wapień marglisty, margiel, glina czy iłołupek.

Surowce te pochodzą z kopalni odkrywkowych zlokalizowanych głównie w Polsce południowej (województwa świętokrzyskie, małopolskie, śląskie, opolskie), gdzie również znajduje się większość krajowych cementowni. Surowiec dostarczany z kopalni jest kruszony i wstępnie uśredniany, a do korekcji składu surowcowego wykorzystuje się: łupek, pucolany, surowce żelazonośne, piasek.

Po zmieleniu i homogenizacji, składniki kierowane są do pieców obrotowych, w których następuje szereg reakcji fizykochemicznych w temperaturze dochodzącej do 1450°C. W wyniku wypału surowców powstają związki chemiczne - wapnia (krzemiany, gliniany) o własnościach wiążących po zarobieniu wodą, w postaci spieku klinkieru portlandzkiego, który podlega dalszemu przetworzeniu poprzez zmielenie młynach kulowy i dodatek ok. 5% gipsu, jako regulatora szybkości wiązania dzięki czemu powstaje cement portlandzki, czysty.

Dalsza modyfikacja składu przez zmieszanie np. z popiołem czy żużlem, prowadzi do wytworzenia cementu portlandzkiego z dodatkami, których zawartość może zawierać się w granicach od 6 do nawet 35 %.

Przetwarzanie klinkieru portlandzkiego przeprowadzane jest niekiedy w odrębnym zakładzie produkcyjnym (cementowni przemiałowej), gdzie najczęściej wytwarzane są specjalne odmiany cementu.

Rodzaje i własności cementów

Normalizacja europejska przyjęła podział cementów na dwie zasadnicze grupy: cementy powszechnego użytku uznane za tradycyjne i wypróbowane i cementy specjalne stosowane ze względu na dodatkowe cechy użytkowe.

Cement Standard - CEM II/C-M (V-LL) 32,5 R; Cement Ekspert^® - CEM II/B-V 42,5 R - HSR/NA lub CEM II/B-V 42,5 R. fot. Lafarge Cement SA

Cementy powszechnego użytku są objęte zharmonizowaną normą europejską EN 197-1, która w 2002 roku została zatwierdzona jako Polska Norma PN-EN 197-1:2002. W zakresie wykorzystania dominujący udział w ogólnym zużyciu wszystkich odmian cementów zajmują cementy portlandzkie - czysty i z dodatkami, które pokrywają ok. 88 % zapotrzebowania na ten rodzaj spoiwa budowlanego.

Podstawowe parametry cementów powszechnego użytku określane są przez:

• podanie gwarantowanej wytrzymałości na ściskanie w MPa - odpowiednio do klasy cementu 32,5 MPa, 42,5 MPa oraz 52,5 MPa (określanej po 28 dniach od wytworzenia)
• oznaczenie litera R jako szybkowiążących (ok. 30% wytrzymałości docelowej po 2 dniach) lub literą N dla cementów o normalnym czasie wiązania.
• w cementach portlandzkich z dodatkami literowe oznaczenie udziału innych składników niż cement portlandzki literami A lub B (litera A oznacza mniejszy udział dodatków). Najczęściej kupowane odmiany cementów to CEM I 42,5 R oraz CEM II 32,5 R, a cementy workowane sprzedawane są również pod nazwami handlowymi sugerującymi ich optymalne zastosowanie, ale oczywiście zachowane są również oznaczenia zgodne z PN-E, a karty produktów zawierają ich szczegółowe własności techniczne.

Czysty cement portlandzki o oznaczeniu CEM I, a zwłaszcza jego odmiany szybkowiążące, używany jest przede wszystkim do przygotowania betonów wykorzystywanych przy konstrukcjach zbrojonych stropów, nadproży, słupów jak i produkcji prefabrykatów.

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 betonowej.

Cement Polski Portland CEM IV/B(V)32,5 N - cement pucolanowy klasy 32,5; Cement Polski Portland Plus CEM II/B-V 32,5 R to cement portlandzki popiołowy klasy 32,5. fot. Lafarge Cement SA

Cementy portlandzkie z dodatkami z oznaczeniem podstawowym CEM II występują w wielu odmianach i zależnie od użytych dodatków oznaczane sa odpowiednia literą według klucza: żużlowy (S), krzemionkowy (D), pucolanowy (P - naturalny lub Q - przemysłowy), popiołowy (V - popiół lotny krzemionkowy, W - popiół lotny wapienny), lupkowy (T), wapienny (L), a także wieloskładnikowy (M) . który może zawierać wszystkie powyżej wymienione dodatki w różnych proporcjach.

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.

Przykładowo oznaczenie CEM II/B-S 32,5 R wskazuje na cement portlandzki żużlowy o zawartości żużla wielkopiecowego 21-35% i wytrzymałością na ściskanie 32,5 MPa w odmianie szybkowiążącej.

Inne cementy powszechnego użytku

Oprócz cementów na bazie klinkieru portlandzkiego wykorzystywane są również inne rodzaje cementów, często o niższej cenie jak i specjalnych właściwościach.

Zalicza się do nich:

• cement hutniczy CEM III - charakteryzujący się wysoką odporność na działanie siarczanów i kwasów humusowych pozwala na stosowanie w środowiskach 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 nadaje się szczególnie do formowania masywnych konstrukcji betonowych.
• cement pucolanowy CEM IV - wykazujący również wysoka odporność na negatywny wpływ środowisk o agresji kwaśnej (np. wody siarczanowe). Stosowany podobnie jak cement hutniczy oraz do zapraw i tynków w dolnych partiach domu.
• cement wieloskładnikowy CEM V - wytwarzany na bazie innego rodzaju klinkieru z dodatkami (głównie pyłów) sięgającymi do 80% masy cementu i o własnościach oraz zastosowaniu zbliżonym do cementu hutniczego.

Autor: Cezary Jankowski

Opracowanie: Aleksander Rembisz

Zdjęcie główne: Lafarge Cement SA