Doradztwo techniczne

Cement to spoiwo hydrauliczne o właściwościach wiążących  czyli drobno zmielony materiał nieorganiczny (otrzymywany jest z surowców mineralnych takich jak: margiel, glina czy wapień), po zmieszaniu z wodą tworzy zaczyn, który w wyniku reakcji oraz procesów hydratacji twardnieje pozostając wytrzymały oraz trwały również pod wodą. Głównym składnikiem cementu jest klinkier, który jest wytwarzany poprzez wypalanie surowców (margiel, glina, wapień) w piecu obrotowym w temperaturze 1450^oC. Uzyskany w ten sposób spiek jest mielony z siarczanem wapna (gipsem), pełniącym funkcję regulatora czasu wiązania.

Cement to podstawowy materiał wykorzystywany w przemyśle budowlanym zarówno jako składnik betonu, zapraw murarskich, tynkarskich, chemii budowlanej jak również stabilizacji. Wykorzystywany jest do budowy nowych obiektów oraz w pracach remontowych. Odpowiedni dobór tego surowca zapewnia trwałość wykonywanych elementów.

Niektóre rodzaje wapna naturalnego (zwłaszcza pucolany wulkaniczne) wykazują wiele cech cementu i pełniły jego rolę od czasów starożytnych.
Po upadku imperium rzymskiego zaniechano prawie całkowicie ich stosowania, aż do XVIII wieku.

• 1756r - Anglik John Smeaton przeprowadził podczas budowy latarni morskiej Eddystone wiele doświadczeń nad właściwościami rozmaitych mieszanek wapna, gliny, tufu wulkanicznego i pucolanów. Udało mu się otrzymać wapno hydrauliczne, będące właściwie naturalnym cementem, wiążące nawet pod wodą.
• 1796r - Zasługę ponownego odkrycia naturalnego cementu rzymskiego, przypisuje się zazwyczaj Anglikowi Jamesowi Parkerowi, który produkował go ze złóż odkrytych w 1796 roku na wyspie Sheppy. Parker nazwał go "Roman cement", stąd w Polsce nazwano go cementem romańskim.
•  1818r - Francuz Louis Vicat opublikował rezultaty swych badań cementu naturalnego, a podobne wyniki osiągnęli także m.in. Canvass White w USA i Charles William w Wielkiej Brytanii. Wszystkie te cementy naturalne, mimo wielu zalet, miały jednak wspólną wadę: stosunkowo niską wytrzymałość, gdyż wypalano je w zbyt niskiej temperaturze.
• 1824r – Nastąpił przełom, kiedy angielski murarz z Leeds, Joseph  Aspdin, opatentował nowoczesny cement, który nazwał portlandzkim, ze względu na wielkie podobieństwo otrzymywanego z niego betonu, do kamienia z okolic Portland, powszechnie wówczas używanego w Anglii jako budulec. Wysoka wytrzymałość cementu portlandzkiego była rezultatem odpowiedniej technologii jego wytwarzania, a przede wszystkim wysokiej temperatury prażenia w specjalnym piecu, wynoszącej około 1400 stopni Celsjusza.
• Od roku 1825 Aspdin produkował cement portlandzki w małej fabryczce w Wakefield. Z czasem pomagał mu w pracy syn, William, który przyczynił się do ulepszenia cementu, a następnie zainicjował jego produkcję w Niemczech i w Belgii.

Pierwszą wielką budową wykonaną przy użyciu cementu portlandzkiego, był tunel pod Tamizą, zbudowany w latach 1825-1843. Cement stał się w pełni nowoczesnym materiałem budowlanym po ulepszeniach procesu jego produkcji, jaki około 1845 roku wprowadził rodak Aspdina, I. C. Johnson.

• Od połowy XIX wieku - cement rozpowszechnił się w Europie.
  W Polsce jego produkcję zainicjował Jan Ciechanowski w Grodźcu pod Będzinem.

• 1877r - Anglik Thomas Russel Crampton wynalazł piec obrotowy do wyprażania cementu portlandzkiego, co stworzyło podstawy do jego masowej produkcji. Pierwszy taki piec rozpoczął pracę w Arlesey w 1887 roku.

  Produkcja cementu z dodatkiem żużla rozpoczęła się w 1863. Po raz pierwszy dokonał tego Emil Langen, który rok wcześniej odkrył, że żużel posiada właściwości hydrauliczne.

  W Polsce początki wykorzystywania żużla w technologii cementu datowane są na okres II Rzeczypospolitej, ale istotny wzrost produkcji cementów hutniczych nastąpił dopiero w latach 60-tych i 70-tych XX w. Udział cementów hutniczych w ogólnej krajowej produkcji od ok. 5 % w 1950 wzrósł, w ciągu 15 lat, do ok. 44%. Poziom produkcji był bardzo wysoki a wynikało to z dostępności żużla [91,92].

  Produkcja cementu hutniczego w Polsce w latach 1950-1965.

  ROK	PRODUKCJA CEMENTU [tys. ton]	UDZIAŁ CEMENTÓW HUTNICZYCH W OGÓLNEJ PRODUKCJI [%]
  1950	2 331	5,4
  1953	3 101	3,4
  1956	3 856	9,8
  1958	4 841	18,8
  1960	6 359	21,2
  1962	7 110	40,9
  1964	8 326	41,5
  1965	9 151	44,2

   

  Obecnie w Polsce produkuje się ok. 2 mln ton cementu hutniczego rocznie, co stanowi 13% globalnej produkcji. Od 2004 przez kolejne 10 lat produkcja utrzymywała się na poziomie 7÷10%, aż do 2015, kiedy nastąpił wyraźny jej wzrost.

  

Klasa wytrzymałości na ściskanie określana jest po 28 dniach twardnienia. Według obowiązującej normy budowlanej PN-EN 197-1 możemy wyróżnić trzy klasy cementu budowlanego: 

•  32,5 MPa
•  42,5 MPa 
•  52,5 MPa

Im większe liczbowo oznaczenie, tym wyższa wytrzymałość na ściskanie. 

Oznaczenia R,N  oraz L oznaczają poziom wytrzymałości wczesnej cementu:

• N – oznacza normalną wytrzymałość wczesną cementu
• R – oznacza wysoką wytrzymałość wczesną cementu
• L – oznacza niską wytrzymałość wczesną  tylko dla cementów CEM III

 Wytrzymałość wczesna” R”, „N” oraz „L”  towarzysząca oznakowaniu cementu na opakowaniu jest istotna z uwagi na rodzaj wykonywanych prac. Wszelkie elementy, które chcemy szybciej rozszalować lub wcześniej poddać obciążeniom powinny być wykonywane przy zastosowaniu cementu z oznaczeniem „R”. Cement z oznaczeniem wytrzymałości wczesnej „R” zalecany jest również podczas prowadzenia prac betonowych w okresach obniżonych temperatur.

Cementy poszczególnych klas mają dodatkowe oznaczenia: A, B, C. Określają one – poza klinkierem – pozostałe składniki główne. Litera A oznacza najmniejszy udział dodatków. Im wyższy numer tym mniej klinkieru w składzie cementu i tym więcej dodatków. Pozostałymi składnikami głównymi poza klinkierem mogą być: S – granulowany żużel wielkopiecowy; V – popiół lotny krzemionkowy; W – popiół lotny wapienny; L, LL – Wapień; T – łupek palony; D – pył krzemionkowy; P, Q – pucolany

Zawartość powyższych dodatków nie oznacza, że są to produkty gorsze. Wszystko zależy od tego, do jakich celów będziemy wykorzystywać cement.

Niektóre cementy posiadają oznaczenie świadczące o specjalnych właściwościach cementów.

Które oznaczone są jako LH, HSR i NA. Oznaczenie:

• LH oznacza cementy charakteryzujące się niskim ciepłem hydratacji (niskie ciepło hydratacji oraz niski skurcz pozwalają na zastosowanie cementu do budowy masywnych konstrukcji betonowych narażonych na zarysowanie w wyniku powstających naprężeń termicznych, cementy stosowane przy betonowaniach w wysokich temperaturach),
• HSR – odporne na działanie siarczanów (cementy zalecane są do wykonywania konstrukcji betonowych w warunkach agresji siarczanowej, czyli narażonych na działanie siarczanów pochodzących z wód gruntowych, wody morskiej, ścieków przemysłowych oraz nawozów sztucznych).
• NA –  niską zawartością tlenków alkalicznych (stosowane, gdy w składzie betonu może znajdować się kruszywo potencjalnie reaktywne alkalicznie. Reakcja alkaliów pochodzących z cementu  - reaktywnej krzemionki pochodzącej z kruszywa powoduje powstanie żelu krzemianu sodowo – potasowego, który absorbując wodę zwiększa objętość powodując naprężenia prowadzące do destrukcji betonu.

 Jeden cement może posiadać jedną lub wszystkie trzy cechy.

Należy pamiętać, że barwa cementu nie jest właściwością określaną przez normę. Zależy głównie od rodzaju surowców użytych do jego produkcji . Cementy o dużej zawartości klinkieru portlandzkiego cement błyskawiczny  CEM I 42,5R  posiadają ciemnoszarą barwę. Cementy z zawartością granulowanego żużla wielkopiecowego charakteryzują się jaśniejszą barwą. Im większy udział granulowanego żużla wielkopiecowego w składzie cementu tym jaśniejsza barwa cementu. Cementem charakteryzującym się najjaśniejszą barwą  jest cement techniczny CEM III/A 42,5N-LH/HSR/NA. Cementy z  popiołem lotnym charakteryzują się barwą ciemnoszarą  powodowaną częściami niespalonego węgla. Najciemniejszą barwą charakteryzuje się cement budowlany CEM II /B-M (V-LL) 32,5R. 

Producent udziela gwarancji 120 dni dla cementów workowanych. Należy pamiętać, że niewłaściwy sposób przechowywania cementu może mieć wpływ na jego właściwości oraz przydatność. Jeśli cement workowany zostanie zawilgocony, nastąpi jego zbrylenie. Użycie zbrylonego cementu może wpłynąć na pogorszenie właściwości mieszanki oraz utratę wytrzymałości betonu. Okres gwarancji liczony jest od daty workowania zamieszczonej na opakowaniu. Aby zachować gwarancję należy postępować zgodnie z następującymi zasadami składowania i przechowywania:

• worki z cementem należy układać w stosy płaskie, nie dopuszczać do nadmiernych obciążeń – max 6 sztuk w stosie. Większe ilości będą powodować mniejszą stabilność stosu oraz ryzyko ześlizgnięcia się worków,
• należy chronić worki przed uszkodzeniem – rozdarciem, wilgocią stosując dodatkową ochronę w postaci kapturów foliowych,
• składować w miejscu suchym zabezpieczonym przed opadami (składy otwarte  - miejsca zadaszone zabezpieczone przed opadami atmosferycznymi; składy zamknięte – pomieszczenia o szczelnym zadaszeniu oraz ścianach),
• podłoże na którym składowane są worki z cementem musi być suche oraz  zabezpieczone przed zawilgoceniem i zanieczyszczeniem (gromadzenie się wody wskutek opadów atmosferycznych lub inne źródła wody - wilgoci).