Portlandský cement

Portlandský cement Portlandský cement je nejvíce používaným druhem cementu při výrobě betonu a malty. Obsahuje směs oxidů kovů alkalických zemin vápníku, dále pak oxidy křemíku a hliníku. Portlandský cement a podobné materiály jsou vyráběny pálením vápence (jako zdroje vápníku) s jílem nebo s pískem (zdroj křemíku), čímž vzniká slinek, ke kterému se v procesu mletí přidá sádrovec, jako regulátor tuhnutí. Výsledný prášek po smísení s vodou začne hydratovat a tím tuhne.

Portlandský cement byl poprvé vyroben ve Velké Británii na počátku 19. +more století a jeho název je odvozen od podobnosti s portlandským kamenem (stavební kámen), který se těží v Dorsetu na ostrově Isle of Portland, který leží v kanálu La Manche. Patent na tento cement získal britský zedník Joseph Aspdin v roce 1824.

Výroba

# sušení (200 °C surovina se zbaví přebytečné vody) # předehřívání (odpoutání chem. vázané vody) # dekarbonatace, rozklad CaCO3 při teplotách 900-1200 °C) # exotermická, 1300 °C, vznik Alitu # slinutí,1450 °C # chladící,1100 °C, krystalizace

Výroba portlandského cementu je rozdělena do tří hlavních etap: # Příprava surovinové směsi # Příprava spečeniny (slínku) # Příprava cementu

Suroviny pro výrobu portlandského cementu jsou směsí CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 a MgO (ve formě jemného prášku „suchý proces“ nebo ve formě blátíčka „mokrý proces“). Suroviny se většinou těží přímo z místních kamenolomů, které mnohdy mají nejvhodnější složení všech oxidů, někde je třeba přidávat jíl a vápenec nebo i železné rudy, bauxit a recyklovatelné materiály.

Surová směs se pálí ve velké rotační peci, což je pomalu se otáčející lehce skloněný válec, dlouhý zhruba 100 m. V něm teplota vzrůstá s jeho délkou až na přibližně 1480 °C. +more Teplota je regulovaná a směs se tak spéká do hrudek. Nízká teplota způsobuje vytváření velkých spečených kusů a naopak vysoká teplota vytváří kusy taveniny nebo tekutého skla. V části pece s nízkou teplotou se CaCO3 (vápenec) rozkládá na CaO (pálené vápno) a CO2 (oxid uhličitý). V části pece s vysokou teplotou spolu reagují oxidy vápníku a křemíku a vytvářejí dikalcium a trikalcium silikáty (C2Si - belit, C3Si - alit). Vytváří se i menší množství trikalcium hlinitanu (C3A - celit) a tetrakalcium aluminoferit (C4AF). Výsledný materiál je spečenina, která může být před dalším zpracováním skladována několik let. Dlouhodobé vystavení vodním účinkům však snižuje reaktivitu vyrobeného cementu.

Potřebná energie k výrobě polotovaru je přibližně 1700 J/g. Výsledná spotřeba energie však může vzrůst vinou tepelných ztrát. +more Vysoká spotřeba tepelné energie a rozklad vápenců jsou příčinou produkce značného množství CO2. K dosažení požadovaných kvalitativních vlastností vyráběného produktu se do polotovaru přidává 2-6% sádry a směs je velmi jemně rozemleta v kulových mlýnech. Prášek je tak připraven k použití a bude reagovat s přidanou vodou.

Použití

Největší použití portlandského cementu je při výrobě betonu. Beton je složkový (kompozitový) materiál obsahující směs štěrkopísku, cementu a vody. +more Jako stavební materiál může být litý do jakéhokoliv tvaru a po vytvrdnutí se stává konstrukčním nosným prvkem.

Jakmile se portlandský cement smísí s vodou, začne během hodin tuhnout a vytvrdne do několika týdnů. Počáteční tuhnutí je způsobené reakcí mezi vodou, sádrou a trikalcium aluminátem (C3A) vznikající krystalické hydráty kalcium-alumino-hydrát (C-A-H), ettringit (AFt - aluminát ferrit trisulfát) a monosulfát (AFm - aluminát ferrit monosulfát). +more Pozdější vytvrzování a vznik kohézních sil je způsoben reakcí vody s trikalcium silikátem (C3S) za vzniku amorfního hydrátu nazývaného kalcium-silikátový-hydrát (C-S-H gel). hydratovat dikalcium silikátu (C2S) probíhá podstatně pomaleji než výše uvedené a postupně zvyšuje stálou pevnost. Jako poslední probíhá reakce pravděpodobně s SiO2. Všechny tři zmíněné reakce uvolňují teplo.

Plastický cement je druh Portlandského cementu s přídavkem plastifikačního materiálu (vápenec nebo hydraulické vápno) stejně jako ostatní materiály prodlužují dobu tuhnutí a usnadňují zpracovatelnost (viz superplastifikátor). Plastický cement je používán zejména na zdi k vytvoření externí omítky, zatímco Portlandský cement (primární použití do betonu) by měl špatnou konzistenci. +more V tomto smyslu neznamená termín „plastický“ přídavek organických polymerů. Označuje se tak přídavek materiálů, které prodlužují zpracovatelnost směsi.

Obchod s cementem

V roce 2002 byla světová produkce hydraulického cementu 1800 milionů tun. Třemi největšími výrobci byly Čína (704 mil. +more t), Indie (100 mil. t) a Spojené státy (91 mil. t), což tvoří téměř polovinu celosvětové produkce.

„Za posledních 18 let Čína vyrobila průběžně více cementu jak kterákoliv jiná země na světě. Čínský export dosáhl vrcholu v roce 1994 s 11 miliony tun vyvezeného cementu a od té doby stále klesá. +more V roce 2002 Čína vyvezla pouze 5,18 milionů tun. Nabídnutá cena $34 za tunu dělá z čínského cementu drahý stavební materiál, protože Thajsko má poptávku na cement za $20 za tunu stejně kvalitního cementu. “ [url=http://www. atimes. com/atimes/China/FA07Ad02. html]7. 1. 2004[/url].

„Poptávka po cementu v Číně předpokládá zvýšení na 5,4 % ročně a v roce 2008 překročí miliardu tun, což způsobuje zpomalující, ale přesto rostoucí výdaje na stavebnictví. Množství cementu spotřebovaného v Číně bude tvořit 44 % celosvětové poptávky a Čína nadále zůstane největším světovým národním spotřebitelem cementu s velkým náskokem. +more“ [url=https://web. archive. org/web/20090427075804/http://cementamericas. com/mag/cement_chinas_cement_demand/]1. 11. 2004[/url].

Typy portlandského cementu

Základní

Existuje mnoho rozdílných norem pro klasifikaci portlandského cementu. Dvě hlavní normy jsou americká ASTM C150 a evropská EN-197. +more Typy cementu I, II, III, IV a V podle evropské normy EN-197 neodpovídají typům cementů podle americké normy ASTM C150 a ani nemohou být nahrazeny bez speciálního povolení projektanta.

ASTCM C150

V normě ASTM je stanoveno pět typů Portlandského cementu s kombinací prvních tří. ASTM normy (American Society for Testing and Materials v překladu americká společnost pro zkoušení a materiály) jsou základem pro popis všech materiálů a jejich vlastností a jejich správné použití. +more Navíc se do cementu často přidává pucolán ke zlepšení jeho vlastností a snížení ceny.

Type I portlandský cement je známý jako běžný cement. Je to předpokládaný běžný cement, pokud není určen jiný typ. +more Běžně je používán pro základní konstrukce, zvláště pro litý a předpjatý beton, který nebude v kontaktu se zemí a spodní vodou. Běžné složení tohoto typu je:.

55%(C3S), 19%(C2S), 10%(C3A), 7%(C4AF), 2,8% MgO, 2,9%(SO3), 1,0% tepelné ztráty a 1,0% volný CaO

Omezení směsi je, že (C3A) nesmí překročit 15 %.

Type II je známý svou mírnou odolností vůči síranům s malým až nulovým teplem uvolněným při hydrataci. Tento typ cementu stojí téměř stejně jako typ I. Složení je:

51%(C3S), 24%(C2S), 6%(C3A), 11%(C4AF), 2,9% MgO, 2,5%(SO3), 0,8% tepelné ztráty a 1,0% volný CaO.

Omezujícím faktorem je obsah (C3A), který nesmí přesáhnout 9 %, což snižuje náchylnost k sulfataci. Tento typ cementu je určen pro základní konstrukce, které jsou vystaveny mírnému působení sulfátů. +more To je myšleno pro použití betonu, který je ve styku se zeminou, která obsahuje větší množství solí a vody. Dalším omezením je množství (C3S) + (C3A), které nesmí překročit 58 %. Oba omezující faktory jsou stanoveny k minimalizaci praskání způsobeného teplotními rozdíly. Na světovém trhu se zvyšuje prodej cementu typu I/II, který je směsí cementu jednotlivých typů.

Type III je znám svou brzkou pevností. Jeho typické složení je:

57% (C3S), 19%(C2S), 10%(C3A), 7%(C4AF), 3,0% MgO, 3,1%(SO3), 0,9% tepelné ztráty a 1,3% volný CaO.

Tento cement se vyrábí ze strusky, velké kusy cementu s velkým podílem (C3A) a (C3S). O trochu je také zvýšeno množství sádry. +more Použitím tohoto cementu se vytváří beton, který má pevnost v tlaku po třech dnech tak velkou, jako standardní beton typu I nebo II po sedmi dnech tvrdnutí. Sedmidenní pevnost v tlaku je taková, jakou má standardní beton s cementem typu I nebo II po 28 dnech. Nevýhodou je, že pevnost se po 6 měsících vyrovná pevnosti betonu s cementem typu I a II. Dále se také trochu sníží dlouhotrvající pevnost. Vysoká počáteční pevnost je způsobená přidáním trikalcium silikátu (C3S) do směsi. Toto zvýšené množství (C3S) přináší nebezpečí vzniku volného vápna v cementu a velké změny objemu po vytvrzení. Typ III může být též použit v betonu, který přichází do kontaktu se zemí a spodní vodou. Často je používán pro nouzové konstrukce a opravy a konstrukce základů strojů.

Type IV je všeobecně známý pro jeho malé zahřívání při hydrataci. Typické složení je:

28%(C3S), 49%(C2S), 4%(C3A), 12%(C4AF), 1,8% MgO, 1,9%(SO3), 0,9% tepelné ztráty a 0,8% volný CaO.

Množství (C2S) a (C4AF) jsou relativně vysoká a (C3S) a (C3A) jsou relativně nízká. To způsobuje nízkou teplotu při hydrataci a zpomaluje ji. +more Stejně tak se pomalu vyvíjí pevnost betonu. Po jednom nebo dvou letech je větší než u ostatních typů po plném vytvrzení. Tento cement je používán pro velmi velké betonové konstrukce jako jsou např. přehrady, které mají velký poměr povrchu k objemu. Obvykle není na trhu dostupný a v případě potřeby se musí speciálně vyrobit na objednávku ve velkých množstvích. Omezujícím faktorem je množství (C3A) 7 % a (C3S) 35 %. Jiná nevýhoda tohoto typu je jeho vysoká cena. V dnešních návrzích směsí je obsažen pucolán a příměsi snižující spotřebu vody z důvodu snížení obsahu cementu, což dovoluje nahradit cement typu IV cementem typu II při stavbách přehrad. To pomáhá snížit náklady na jejich stavbu.

Pozn.: Typ IV se průmyslově nepoužívá.

Type V Je znám svou odolností proti sulfátům. Typické složení je:

38% (C3S), 43% (C2S), 4% (C3A), 9% (C4AF), 1,9% MgO, 1,8% (SO3), 0,9% ztráty žíháním a 0,8% volný CaO.

Tento cement má velmi nízký obsah (C3A), což má za následek jeho velkou odolnost proti sulfátům. Maximální množství (C3A) je 5 %. +more Tento typ je používán v betonu, který je vystaven vlivu alkalických zemin a síranům (sulfátům). Běžně není myšleno použití u mořské vody, ale může být takto použit, pokud je obsah (C3A) nad 2 %. Často vyžaduje výhodnou objednávku a běžně je dostupný na západě Spojených států a Kanady. Dalším omezením je obsah (C4AF) + 2(C3A), který nesmí překročit 20 %. Tento typ cementu je stěžejní pro konstrukci kanálových propustí, kanálových vedení a výpustí, protože jsou ve stálém kontaktu se zemí, která obsahuje sulfáty. To je požadováno, protože sulfáty způsobují vážné zhoršení a deformace u ostatních typů cementu. Typ V se v denní konstrukci používá jen velmi zřídka, ale běžně se používá v krutých podmínkách prostředí přístavů.

EN 197

Norma EN 197-1 cementy dělí podle složení do 5 skupin, které se liší od ASTM:

Cementy se dále rozdělují do pevnostních tříd 32,5; 42,5 a 52,5 - dříve používaná třída 22,5 je zrušena. Třída udává pevnost zkušebního trámečku v MPa po 28 dnech - zkouška je definována podle EN 196-1. +more Dále se uvádí písmenné označení - N pro normální náběh pevnosti, R pro rychlý nárůst.

Odkazy

Reference

Literatura

Externí odkazy

Kategorie:Stavební materiály Kategorie:Beton