Co warto wiedzieć o cemencie?

Autor 
Tomasz Pużak, Centrum Technologiczne Betotech Sp. z o.o., Grupa Górażdże
07.05.2014Komentarze (0)

Na rynku dostępna jest szeroka paleta cementów różniących się właściwościami, a w konsekwencji także możliwościami zastosowania w budownictwie. W niniejszym artykule podajemy podstawowe właściwości cementów pod katem ich użycia oraz zwracamy uwagę na jakość cementu.

 

Cement (zgodnie z normą PN-EN 197-1), nazywany jest CEM - jest to spoiwo hydrauliczne, tj. drobno zmielony materiał, który po zmieszaniu z wodą daje zaczyn, który wiąże i twardnieje w wyniku reakcji chemicznych. Tak stwardniały materiał pozostaje wytrzymały i trwały zarówno w środowisku suchym a także pod wodą. Powstaje z surowców mineralnych takich jak: margiel, wapień, glina.

 

Rodzaje i skład cementu

Cement odpowiednio odmierzony i zmieszany z kruszywem i wodą, powinien tworzyć beton lub zaprawę, które wystarczająco długo zachowują urabialność i po określonym czasie powinny uzyskać ustalony poziom wytrzymałości i trwałości.

W skład cementu mogą wchodzić: składniki główne, składniki drugorzędne, siarczan wapnia (najczęściej w postaci gipsu czy anhydrytu) oraz dodatki - stosowane w celu poprawy wytwarzania bądź właściwości cementu. Całkowita ilość dodatków nie powinna przekraczać 1,0 % masy cementu (z wyjątkiem pigmentów). Dodatki takie nie powinny powodować korozji zbrojenia lub pogarszać właściwości cementu lub betonu czy zaprawy wykonanej z cementu.

 

Najczęściej używanymi dodatkami mineralnymi w Polsce są:

- popiół lotny krzemionkowy (oznaczany zgodnie z normą  V),

- granulowany żużel wielkopiecowy (oznaczany S) oraz

- kamień wapienny (oznaczane L, LL). Dodatki te poprawiają właściwości użytkowe cementu, korzystnie wpływają na jakość i trwałość zapraw i betonów (np. poprawiają szczelność betonu, jego mrozoodporność, zwiększają odporność na oddziaływanie środowisk agresywnych itp.)

 

 

 

Cementy powszechnego użytku dzielą się na następujące rodzaje:

- CEM  I   - Cement portlandzki,

- CEM II   - Cement portlandzki  wieloskładnikowy,

- CEM III  - Cement hutniczy,

- CEM IV - Cement pucolanowy,

- CEM V -  Cement wieloskładnikowy.

 

Klasy wytrzymałości

W zależności od wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach rozróżnia się trzy klasy wytrzymałości (wytrzymałość na ściskanie w 1 N/mm2; 1 MPa = 1 N/mm2):

- klasa 32,5 

- klasa 42,5 (oznaczona literą N)

- klasa 52,5 (oznaczona literą R)

 

Oznaczenia cementów na opakowaniach

Cementy CEM należy oznaczać przez, co najmniej, nazwę rodzaju cementu oraz liczb 32,5, 42,5 lub 52,5 wskazujących klasę wytrzymałości. W celu wskazania klasy wytrzymałości wczesnej należy dodać odpowiednio literę N lub  R.

Przykład 1
Cement portlandzki odpowiadający PN-EN 197-1, o klasie wytrzymałości 42,5 i wysokiej wytrzymałości wczesnej jest identyfikowany przez: Cement portlandzki PN-EN 197-1  -  CEM I 42,5 R

 

Właściwości cementu

Do podstawowych właściwości cementu, znajomość  których jest istotna dla praktycznego ich zastosowania w budownictwie, zaliczyć należy:

-  stałość objętości,

-  czas wiązania,

-  wytrzymałość i szybkość jej narastania w czasie,

-  odporność na działanie środowisk agresywnych,

-  inne: barwa, temperatura cementu, itp.

 

Stałość objętości

Wszystkie produkowane cementy muszą wykazywać stałość objętości.

Tej właściwości nie należy mylić ze skurczem zaprawy czy betonu, wielkość którego zależy głównie od ilości cementu, wielkości stosunku woda/cement (w/c) oraz ilości i rodzaju kruszywa. W znacznie mniejszym stopniu na skurcz zaprawy lub betonu ma wpływ skład mineralny cementu i jego miałkość.

 

Czas wiązania

Cement powinien charakteryzować się określonym czasem początku wiązania. Jest to informacja ważna w praktyce budowlanej. Zazwyczaj betony zawierające cementy o długim czasie wiązania są dłużej urabialne, co jest istotne, kiedy musimy dostarczyć beton na dalekie odległości, planować postój betonowozów w korkach ulicznych lub prowadzić prace budowlane w podwyższonej temperaturze (latem). Z betonami wykonanymi na cementach z dodatkami popiołu czy żużla zazwyczaj możemy dłużej pracować bez obawy o utratę płynności masy betonowej.

 

Analizując początek czasu wiązania cementów pochodzących z poszczególnych cementowni można zauważyć pewne prawidłowości:

- cementy z dodatkami mineralnymi np. popiołów lotnych czy żużla (CEM II, CEM III, CEM V, VLH V) mają dłuższe czasy wiązania niż odpowiadające im cementy „czyste” portlandzkie CEM I,

- cementy wyższych klas wytrzymałościowych mają krótsze czasy wiązania,

- niższa temperatura zewnętrzna powoduje wydłużenie czasów wiązania, przy czym wydłużenie to jest większe przy stosowaniu cementów z dodatkami mineralnymi (należy mieć tego świadomość przy doborze cementu do betonowania w obniżonych temperaturach). Skutkiem tego jest wydłużony czas „schnięcia” betonu i wolniejszy przyrost wytrzymałości  Wyższa temperatura zewnętrzna powoduje skrócenie początku wiązania. W warunkach wysokich temperatur beton szybciej wiąże i twardnieje. Ważne jest także, aby niezależnie od warunków atmosferycznych nie dopuścić do przesuszenia betonu – niezwłocznie po wykonaniu konstrukcji należy okryć ją folią, zraszać wodą czy pokryć środkiem chemicznym zapobiegającym odparowaniu wody. Pielęgnacja betonu jest sprawą podstawową dla trwałości betonu.

-  wyższy współczynnik woda/cement powoduje  wydłużenie czasów wiązania

 

Niedopuszczalne jest zwiększanie ciekłości mieszanki betonowej poprzez niekontrolowane dolewanie wody!

W praktyce budowlanej należy wykorzystać latem cementy z dodatkami mineralnymi w miejsce cementów portlandzkich tych samych klas wytrzymałościowych. Jakość wyrobów betonowych nie ulegnie zmianie, poprawie ulegnie urabialność mieszanki betonowej, wydłuży się czas, w jakim możemy układać i zagęszczać mieszankę betonową.

 

Wytrzymałość i szybkość jej narastania w czasie

Większość użytkowników cementu interesuje szybkość narastania  wytrzymałości w okresie początkowym, po jednym czy dwóch dniach od wykonania konstrukcji (możliwość rozformowania elementów, rotacja form, wytrzymałość transportowa) i wytrzymałość normowa (po 28 dniach).

Najwyższą wytrzymałość wczesną na ściskanie, w określonej klasie wytrzymałościowej, posiadają cementy portlandzkie CEM I oraz cementy portlandzkie wieloskładnikowe CEM II/A – np. cement portlandzki żużlowy CEM II/A-S 52,5N). Z kolei cementy z wyższą zawartością dodatków mineralnych (popiołów, żużla, kamienia wapiennego) np. CEM II/B, CEM III czy  CEM V charakteryzują się niższą wytrzymałością początkową (po jednym czy dwóch dniach twardnienia), W późniejszych okresach (28, 90 dni) wytrzymałość cementów z dodatkami mineralnymi, a zwłaszcza żużla wielkopiecowego i popiołu lotnego jest porównywalna lub wyższa od wytrzymałości cementów „czystych” portlandzkich CEM I.

Przyrost wytrzymałości na ściskanie cementów hutniczych CEM III i wieloskładnikowych CEM V, jest obserwowany nawet po wielu latach eksploatacji budowli.

 

Porównanie wytrzymałości na ściskanie zapraw cementowych

 

Przyrost wczesnej wytrzymałości cementu na ściskanie

 

Odporność na czynniki chemiczne

Odporność cementu na agresję chemiczną zależy od jego składu chemicznego i mineralnego.

Podwyższoną odpornością na agresję chemiczną charakteryzuje się beton wykonany z cementu zawierającego dodatki mineralne, zwłaszcza granulowanego żużla wielkopiecowego czy popiołu lotnego krzemionkowego (CEM II, CEM III, CEM V). W przypadku robót, w których na beton będą oddziaływały środowiska agresywne polecamy cementy: CEM III/A 32,5N – LH/HSR/NA; CEM III/A 42,5N – HSR/NA, CEM V.

 

Barwa cementu

Barwa cementu zależy przede wszystkim od: rodzaju użytych surowców w produkcji klinkieru cementowego, technologii produkcji, zastosowanych dodatków mineralnych i stopnia zmielenia cementu. Cementy zawierające dodatek popiołu lotnego zazwyczaj posiadają barwę ciemną (resztki niespalonego węgla w składzie popiołu), natomiast barwa jasna jest charakterystyczna dla cementów z wysoką zawartością granulowanego żużla wielkopiecowego (cement hutniczy CEM III/A).

Cementy drobno zmielone  są jaśniejsze od cementów o grubszych ziarnach wykonanych z tego samego klinkieru portlandzkiego. Należy podkreślić, że barwa cementu nie ma związku z jego jakością.

                    Porównanie stopnia białości wybranych cementów

 

Temperatura cementu

W okresie letnim oraz w pełni sezonu budowlanego odbierany z cementowni cement może posiadać wyższą temperaturę. Wysoka temperatura nie ma negatywnego wpływu na wytrzymałość na ściskanie i inne właściwości mieszanki betonowej.

Podwyższona o 10oC temperatura cementu powoduje podniesienie temperatury świeżego betonu tylko ok. 1oC.

 

Nie wszystko co szare, to cement – uwaga na produkty „cementopodobne”

Cement ma kluczowe znaczenie dla jakości konstrukcji budowlanych. Niewłaściwy dobór cementu grozi obniżeniem trwałości konstrukcji, a nawet możliwością całkowitej utraty jej nośności, ponadto powoduje usterki estetyczne (przebarwienia, wykwity, „raki”). Dlatego też przystępując do robót budowlanych należy pamiętać, że użycie cementu niskiej jakości i niewiadomego pochodzenia, nawet przy jego odpowiedniej zawartości w betonie, niesie ryzyko poważnych konsekwencji.

Dlatego też warto kupować cementy produkowane w cementowni. Cementy produkowany przez cementownie podlegają ścisłym procedurom systematycznej kontroli wewnętrznej oraz niezależnej kontroli zewnętrznej. Produkcja cementu w cementowni powoduje prawidłowy dobór ilościowy składników cementu zgodnie z wymaganiami norm europejskich, daje gwarancję stosowania dodatków mineralnych (np. popiołów lotnych) najwyższej jakości i w ilościach określonych przez normę a proces technologiczny cementowni gwarantuje wyższą jakość niż w tzw. „mieszalniach cementu”.

Cement, jako jeden z najistotniejszych składników w procesie budowlanym, jest produktem znormalizowanym na poziomie normy europejskiej (EN), co więcej kryteria jego dopuszczenia do obrotu i stosowania są bardzo rygorystyczne. Podstawowym przepisem, którym należy się kierować w wyborze materiałów budowlanych jest Ustawa o wyrobach budowlanych (DZ.U. 2004 r. nr 92 poz. 881), która reguluje kwestie związane z dopuszczeniem cementu do obrotu oraz jego bezpiecznego stosowania. Podstawowym potwierdzeniem stosowania Ustawy o wyrobach budowlanych  jest umieszczenie znaków CE lub B na opakowaniach. W przypadku cementu dostarczanego luzem,  takie oznakowanie powinno zostać umieszczone w  dokumentacji handlowej.

Niestety na naszym rynku obecnych jest wiele „cementów” niespełniających norm jakościowych. Kupując cement workowany należy zwrócić uwagę na oznaczenie  worka logiem „Pewny cement” (rys.8.1), które gwarantuje odpowiednią jakość.

 

Rys. Znak „Pewny cement”

 

Mieszalnie cementu wykorzystując niewiedzę klienta  oferują w większości produkt „cementopodobny”. Produkcja w tzw. „mieszalniach” odbywa się często z użyciem niegwarantującego zachowania stabilnej jakości sprzętu, z udziałem wątpliwej jakości surowców, często niewiadomego pochodzenia, a także przy braku wewnętrznych procedur kontroli jakości. Częste są przypadki dodawania wątpliwej jakości popiołów  lotnych w ilości znacznie wyższej niż dopuszcza norma, powoływanie się na normy inne niż dotyczące cementu powszechnego użytku (np. na cement murarski, który nie może być stosowany do betonu) czy zawyżanie rzeczywistych parametrów cementu, który niejednokrotnie nie spełnia wymagań normy i nie powinien pojawić się na półce w hurtowni czy składzie materiałów budowlanych. Dlatego kupując cement zwróćmy uwagę czy na opakowaniu znajduje się logo „Pewny Cement”.

Niejednokrotnie pod nazwą cement, która widnieje na opakowaniu kryje się produkt, który nie może być spoiwem użytym do betonu, a jego, użycie w elemencie konstrukcyjnym stanowi zagrożenie dla bezpieczeństwa konstrukcji. Taka sytuacja ma miejsce w jakże często workowanym cemencie murarskim. Zgodnie z normą PN-EN 413-1 „Cement murarski. Cz.1. Skład, wymagania i ocena zgodności” cement murarski to drobno sproszkowane spoiwo hydrauliczne, którego wzrost wytrzymałości zależy głównie od obecności klinkieru portlandzkiego – podstawowego składnika cementu. Zmieszane tylko z piaskiem i wodą, bez dodatku innych materiałów, tworzy urabialna zaprawę, odpowiednią do stosowania jako obrzutka, do tynkowania i prac murarskich (nie do betonu!). Zwracajmy także uwagę na teksty pisane „drobnym drukiem” na worku cementowym. Często właściwy skład czy rodzaj cementu tłumaczone są niewielką czcionką w mało widocznym fragmencie worka.  Zdarza się, że pisane małą czcionką dopiski informują nabywcę, że tak naprawdę w worku znajduje się „mieszanina cementowo – popiołowa” o nieznanych proporcjach a dokumentem odniesienia nie jest  podstawowa norma „cementowa’ PN-EN 197-1 „Cement. Część 1. Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku”.

Podstawowa zasada – jeśli chcemy mieć pewność, że kupujemy cement dobrej jakości, a nie produkt „cementopodobny” wybierzmy worek z logo „Pewny Cement”.

 

Podsumowanie

W wielu zastosowaniach, wybór cementu ma wpływ na trwałość betonu, zaprawy i zaczynów. Wybór cementu, szczególnie pod względem rodzaju i klasy wytrzymałości dla różnych zastosowań, powinien uwzględniać odpowiednie normy i przepisy dotyczące betonu lub zapraw przyjęte w miejscu stosowania.

Oprócz wymienionych w normach  właściwości istotne znaczenie w praktyce budowlanej mają także  inne właściwości cementu opisane powyżej.

Tomasz Pużak
Centrum Technologiczne Betotech Sp. z o.o., Grupa Górażdże

 

 

 

 

 

Artykuł w wersji skróconej ukazał się w 2/2014 numerze „ATLASA fachowca”.

 

 


Przeczytaj artykuł "Zaprawa murarska – składniki".

 

Kategoria 
Tagi 
cement
rodzaje cementu
właściwości cementu
barwa cementu
temperatura cementu

Nasi partnerzy