Cement – druhy a vlastnosti, výroba, značky a použití

Vynález hlinitého cementu lze nazvat otázkou náhody. Na začátku 1912. století ve Francii, při hledání metod pro získání síranově odolného cementu, byl získán cement, který se kromě vysoké síranově odolnosti vyznačoval i rychlým nárůstem pevnosti. Chemické složení a technologie získávání tohoto cementu díky jeho pozoruhodným vlastnostem byly Francouzi v roce XNUMX klasifikovány a francouzské vojenské oddělení tento cement používalo v první světové válce pro rychlou výstavbu základů pro těžké zbraně, stavbu kulometných postavení a také pro urgentní obnovu různých typů konstrukcí.

V Sovětském svazu bylo v důsledku nezávislého výzkumu skupiny vědců G. V. Kukaleva, A. N. Roizena, M. V. Čebukova, N. A. Toropova a I. V. Kravčenka vyvinuto několik metod pro získávání hlinitého cementu a studovány fyzikální a chemické procesy jeho výroby a tvrdnutí. Výsledky těchto prací umožnily organizovat výrobu hlinitého cementu tavením ve vysokých pecích a racionálně jej využívat v mnoha oblastech stavebnictví.

Klasifikace

V Rusku se hlinitanové a vysokohlinité cementy vyrábějí v souladu s GOST 969-91.

Podle obsahu oxidu hlinitého (Al ₂ O ₃) cementy se dělí na typy:

• Hlinitanové cementy – GC,
• Vysoce hlinitý cement I – HAC I,
• Vysoce hlinitý cement II – HAC II,
• Vysoce hlinitý cement III – HAC III;

Podle pevnosti v tlaku třetí den se cementy dělí do tříd:

Hlinitanový cement je normálně tuhnoucí hydraulické pojivo, které se od ostatních cementů liší vysokou pevností, dosaženou již v raném věku:

• tuhnutí začíná nejdříve za 45 minut
• konec tuhnutí nejpozději do 10 hodin

Doby tuhnutí lze změnit přidáním zpomalovačů (chlorid vápenatý, borax, kyselina boritá, kyselina chlorovodíková atd.) a urychlovačů (vápno, portlandský cement, sádra atd.).
Betony připravené s hlinitanovým cementem získají 10 % návrhové pevnosti betonu za 14–75 hodin a 24 % návrhové pevnosti za 90 hodin.

• Měrná hmotnost 2,8–3,1 g/cm3
• Objemová hmotnost 0,9–1,2 g/cm3
• Požární odolnost -1450 0 C

1. Během tvrdnutí hlinitého cementu se uvolňuje velké množství tepla, uvolňování tepla začíná po smíchání s vodou za 5-8 hodin a pokračuje tak intenzivně, že do stáří jednoho dne se uvolní až 70-80 % celkového množství tepla, zatímco u portlandského cementu se stejné procento tepla obvykle uvolní do stáří sedmi dnů. Tato vlastnost cementu umožňuje betonovat při teplotě -10 o C bez použití elektrického ohřevu.
2. Hlinitanový cement má zvýšenou hustotu cementového kamene, což určuje větší odolnost betonu vůči všem typům agresivních kapalin a plynů ve srovnání s betonem na portlandském cementu.
3. Složení cementového kamene na hlinitanovém cementu neobsahuje volné vápno, což předurčuje větší stabilitu v síranových solích, v cukerném roztoku a v přírodních vodách obsahujících volný oxid uhličitý.
4. Roztoky a betony na bázi hlinitého cementu mají vysokou odolnost vůči vodě.
5. Hlinitanový cement je žáruvzdornější a tepelně stabilnější materiál než portlandský cement. Ve směsi se žáruvzdornými plnivy: šamotem, chromitovou rudou, magnezitem atd. lze hlinitanový cement použít k výrobě hydraulicky tvrdnoucích žáruvzdorných malt a betonů. Takové malty a betony svými vlastnostmi splňují základní vlastnosti žáruvzdorných materiálů.

Aplikace hlinitanového cementu.

Používá se hlinitanový cement, který má řadu inherentních vlastností:

1. Pro výrobu betonových a železobetonových konstrukcí z betonu třídy 100-600 v případech, kdy musí být vypočítané pevnosti betonu dosaženo do 1, 3 a 7 dnů:

– při stavbě kritických železobetonových konstrukcí průmyslových budov a mostů v případech, kdy je nutné rychle dosáhnout návrhové pevnosti;
-výstavba podzemních staveb, důlní výstavba;
– ucpávání trhlin ve skalách s vysokým průtokem vody;
– pro vysokorychlostní ucpávání studených ropných vrtů;
– k utěsnění otvorů v plavidlech pro námořní dopravu;
– pro rychlou stavbu základů pro stroje, vyplňování otvorů pro kotevní šrouby;
– pro rychlou obnovu poškozených průmyslových budov a mostů;
-instalace vedení pro přenos elektrické energie;
– při utěsňování kráterů vytvořených ve starém betonu portlandským cementem.

Hlinitanový cement se doporučuje pro výrobu prefabrikovaných betonových konstrukcí pro speciální účely v továrnách a na staveništích. Zde má hlinitanový cement výhodu v tom, že výrobky lze z továrny uvolnit již za 1 hodin po výrobě a není nutné je napařovat.

1. Pro výrobu rychle tvrdnoucího betonu a železobetonu odolného vůči agresivnímu prostředí:

• při výstavbě pobřežních staveb, kde je vyžadována zvýšená odolnost vůči síranům;
• při výrobě nádob a dalších konstrukcí v potravinářském, kožedělném, papírenském a dalších průmyslových odvětvích (má dobrou odolnost vůči působení organických kyselin, různých sloučenin síry, kyseliny sírové, kyseliny mléčné, solného roztoku, škrobu, sacharózy, kyselých olejů);
• Beton na hlinitanovém cementu má dobrou přilnavost k výztuži a nízkou odolnost výztuže proti korozi.

Nejdůležitějším směrem v moderních technologiích je zvyšování účinnosti tepelných jednotek. Tento trend je pozorován v metalurgii, chemickém, petrochemickém a dalších průmyslových odvětvích. Účinnost a životnost tepelných jednotek jsou určeny vlastnostmi žáruvzdorné vyzdívky, která je vyrobena z jednotlivých výrobků, vyzdívkových směsí a betonu. Použití betonu jako vyzdívkového materiálu zajišťuje 3–4násobné zrychlení výstavby tepelných jednotek, 2–3násobné snížení nákladů na práci a zvýšení jejich produktivity. Beton jako vyzdívkový materiál má však nevýhodu – snížení pevnosti v důsledku vystavení vysokým teplotám během prvního ohřevu, ale vysoká tepelná odolnost betonů na bázi hlinitého cementu určuje jeho přednostní použití v mnoha průmyslových odvětvích:

• pro výrobu jednotlivých žáruvzdorných výrobků s různou žáruvzdorností v závislosti na žáruvzdorných vlastnostech plniv,

1. Žáruvzdorný betonárna Christoforovsky vyrábí žáruvzdorné tvárnice s žáruvzdorností 1610 o C, mezí pevnosti 170 kg/cm2 na šamotové plnivo a pojivo – hlinitanový cement.
2. Francouzská společnost „Serik“ použila hlinitanový cement k výrobě žáruvzdorných tvárnic při stavbě tunelové pece v cihelně poblíž Minsku, pevnost byla po 470 dnech 2 kg/cm3, deformační teplota při zatížení 40% kompresí byla -1430 °C.

• pro přípravu žáruvzdorných betonů a roztoků pro vyzdívky pecí a kouřovodů přehřívačů parních kotlů elektráren a tepelných elektráren. Pro tyto účely nakupují hlinitanový cement téměř všechny podniky Systému energetické ochrany Ruska a zemí SNS;
• pro přípravu žáruvzdorného betonu používaného k vyzdívání ziskových přístaveb během přípravy ocelových licích směsí v hutních závodech;
• pro výrobu lehkých žáruvzdorných desek a bloků používaných v hliníkárnách a ropných rafineriích;
• pro stavbu komínů v řadě průmyslových odvětví.

Obecně lze dle odhadů specialistů z Výzkumného ústavu železobetonu a VOSTIO usoudit, že je možné nahradit všechny v současnosti používané žáruvzdorné materiály tvárnicemi a výrobky z žáruvzdorného betonu o 50 %.

Cement je jedním z nejdůležitějších stavebních materiálů. Používá se jako pojivo při přípravě malt, betonu, stavebních materiálů a konstrukcí.

Při interakci cementu s kapalinou se nejprve vytvoří plastická hmota, která se po vytvrzení změní na umělý kámen.

Suroviny a hlavní komponenty

Surovinou pro výrobu cementu jsou přírodní horniny:

• vápenec nebo jeho modifikace (křída, opuka, lastura, dolomit), těžený vrtáním a odstřelem. Struktura vápence zajišťuje interakci materiálu s ostatními složkami;
• jílovité horniny sedimentárního původu (jíly, hlíny, břidlice na jílové bázi), poskytující plasticitu a bobtnání při kontaktu s vodou;
• sádrovec (CaSO4 · 2H2O) – používá se k regulaci doby tuhnutí a řízení výkonu cementu. Do kompozice se nezavádí více než 5 % celkové hmoty;
• inertní látky (písek nebo štěrk) se přidávají pro přidání objemu a zlepšení jeho fyzikálních vlastností;
• přísady – používají se ke zlepšení vlastností cementu, jako je doba tuhnutí, pevnost, tažnost, přilnavost, odolnost vůči změnám teploty atd.

V závislosti na požadovaných vlastnostech a účelu cementu se může jeho složení lišit.

Například k výrobě portlandského cementu se používají vysoce kvalitní suroviny a proces vypalování je přísně kontrolován. K výrobě směsných cementů, pucolánů (popel, sklo atd.), plniv a dalších složek lze použít.

Složení surovin se liší v závislosti na značce a účelu cementu.

Výrobní kroky

Tabtváře 1. Technologie výroby cementu zahrnuje několik hlavních fází.

Materiál je expedován ze sil v automobilových nebo železničních cisternách cementu nebo krytých vozech. Cement se také balí do pytlů a odesílá do skladů cementu nebo přímo ke spotřebiteli. Existuje řada výrobních metod, včetně mokré, suché, kombinované.

Závod na výrobu cementu.

Technologie výroby

Tabulka 2. V závislosti na způsobu přípravy suroviny lze cementové kompozice vyrábět pomocí následujících technologií:

Směs vápence a jílu se míchá, suší, drtí na speciálním zařízení a vypaluje v peci při 1400-1500°C.

Po vypálení se vzniklý slínek mele na mouku. Do kompozice se přidávají speciální přísady v závislosti na typu cementu. Směs se dále drtí, balí do připravených nádob a odesílá ke spotřebiteli nebo skladu.

Suchá metoda je nejoblíbenější a nejekonomičtější, vyznačuje se nižšími výrobními náklady, úsporou paliva 35-40 % (díky eliminaci mokrých procesů) a snížením spotřeby čerstvé vody a objemu pecních plynů.

Suroviny (silikátová hlína a uhličitanová křída) se rozdrtí a smíchají s vodou. Komponenty obsahující železo mohou být přidány do kompozice ve formě konvertorového kalu, zbytků pyritu atd. V důsledku toho se získá vsázka s obsahem kapaliny asi 40 %.

Směs se vypaluje v rotačních pecích při teplotách nad 1000°C. Výsledný slínek se mele se sádrou do práškového stavu.

Mokrá metoda je méně populární než suchá, protože vyžaduje značné náklady na energii, ale umožňuje přesněji vybrat složení surovin.

Tato technologie kombinuje suché a mokré metody.

Suroviny se rozdrtí a smíchají s vodou, aby se získala pastovitá hmota. Pasta prochází přes filtry, aby se odstranila vlhkost, a posílá se do sušící jednotky, aby se snížil obsah kapaliny.

Vysušená směs se vypaluje v peci při teplotě 1300–1450°C. Po rychlém ochlazení se slínková hmota smíchá se sádrou, minerálními přísadami a rozemele.

Tato technologie umožňuje snížit náklady na energii.

Volba technologie závisí na místních podmínkách, dostupných surovinách, ekonomické efektivitě a požadavcích na kvalitu produktu.

Vlastnosti a vlastnosti

Mezi hlavní vlastnosti cementu, které určují jeho kvalitu a vhodnost použití, patří:

• pevnost, která umožňuje konstrukcím odolávat těžkým nákladům a udržovat své vlastnosti pod vlivem vnějších faktorů;
• sklon k tuhnutí – schopnost rychlého přechodu z plastického stavu do pevného, ​​což zajišťuje fixaci materiálů a vytvoření pevné vazby mezi prvky a strukturami;
• dobrá přilnavost cementu k jiným materiálům, jako je písek, štěrk a kámen, zajišťuje pevnost spoje a stabilitu konstrukcí;
• odolnost vůči chemikáliím (kyseliny, zásady, soli) a agresivnímu prostředí;
• požární odolnost – schopnost odolávat vysokým teplotám, což z něj činí nepostradatelný materiál při konstrukci požárně odolných konstrukcí;
• odolnost proti deformaci – schopnost zachovat svůj objem při změně okolní teploty a vlhkosti.

V závislosti na výrobci, složení a značce cementu se jeho vlastnosti liší.

Druhy cementu

Trh stavebních materiálů nabízí velký výběr značek a druhů cementu.

portlandský cement

Nejběžnější typ pojiva.

Vyrábí se z hlinitých hornin, vápenců a korekčních přísad vypalováním při vysokých teplotách.

V jeho složení dominují křemičitany vápenaté (až 80 %). Pro regulaci rychlosti tuhnutí se do kompozice přidává až 3,5 % sádry. Pro zlepšení technických vlastností se zavádějí aktivní minerální přísady. Jejich obsah může dosáhnout 15 % celkové hmoty.

Hustota portlandského cementu je 3,0-3,2 g/cm3.

Druhy portlandského cementu – 400, 500, 550, 600.

M 400 se používá k výrobě malt a železobetonových výrobků. Pro výrobu předpjatých a vysokopevnostních železobetonových konstrukcí se používají pojiva vyšších tříd.

Pro stavbu podvodních a podzemních staveb, které jsou neustále vystaveny mořské a mineralizované vodě, je vysoce nežádoucí používat běžný portlandský cement. Pro takové konstrukce existují speciální cementy.

Struskový cement

Jako složky struskového cementu se používají společně mletá granulovaná vysokopecní struska, stavební sádra, vápno a anhydrid.

Strusková pojiva se liší

• vysoká odolnost vůči agresivním vlivům;
• pomalé tuhnutí a tuhnutí;
• vysoká mechanická pevnost,
• mrazuvzdornost.

Materiál se používá pro přípravu betonu a malt používaných při výstavbě podzemních a podvodních staveb.

Rychle tuhnoucí cement: Poskytuje vysokou pevnost v krátké době a rychle tvrdne. Tento typ se obvykle používá v situacích, kdy je potřeba rychlé upevnění nebo oprava.

Bílý cement.

hlinitý cement

Vyrábí se hydratací prášku oxidu hlinitého (oxid hlinitý) a vápence. Suroviny jsou podrobeny tepelnému zpracování a poté rozdrceny.

Vyznačuje se vysokou požární odolností a odolností proti korozi v kyselém (síranovém) prostředí. Jeho hustota je 1–1,2 g/cm3

Hlinitanový cement se používá ve stavebnictví nebo při urgentních opravách:

• mosty a hydraulické stavby;
• struktury pracující v síranové, mořské nebo minerální vodě;
• základy pro technická zařízení;
• doly a další podzemní stavby.

Je vhodný pro vysokorychlostní ucpávání ropných a plynových vrtů, zimní betonářské práce a utěsnění otvorů v námořních plavidlech.

Hlinitanový cement je široce používán při výrobě žáruvzdorných materiálů, keramiky a brusných výrobků.

Bílý cement

Varianta portlandského cementu, která minimalizuje obsah železa a dalších nečistot, které mu dodávají šedou barvu. Surovinami jsou vápenec, kaolinový jíl, sádrovec, křemičitý písek, minerální přísady a soli.

Dostupné ve třech stupních: nejvyšší, BC-1, BC-2. Marky 400 a 500.

• fasádní a dokončovací práce;
• výroba štukových lišt, bordur a jiných dekorativních prvků;
• montáž samonivelačních podlah;
• výroba drobných architektonických forem a soch;
• značení povrchů silnic a letištních drah.

Suché dekorativní směsi se vyrábějí na bázi bílého cementu.

Proces jeho výroby se mírně liší od způsobu výroby šedého výrobku, ale je mnohem dražší.

Existují další typy cementů speciálně navržených pro určité podmínky nebo úkoly, jako jsou tepelně izolační, vodotěsné, plastifikované, rychle tvrdnoucí, hydrofobní, expandující atd.

Značky

Pevnost je nejdůležitější vlastností každého cementu.

Značka je označena písmenem „M“ a číselnou hodnotou od 200 do 600, která vyjadřuje sílu v kilogramech na centimetr čtvereční.

Pevnost cementu se zjišťuje v laboratoři a udává zatížení, které standardní vzorek vydrží. Zátěž 300 kg/cm3 odpovídá značce M300, zátěž 400 kg/cm3 odpovídá M400 atd.

Čím vyšší třída cementu, tím pevnější, odolnější a kvalitnější malta nebo beton z něj vyrobené.

V současné době se spolu se značením objevilo i rozdělení do pevnostních tříd, vyjádřené v megapascalech (MPa).

Tabulka 3. Korespondence značek a pevnostních tříd.

Třída cementu, kg/cm3

Třída cementu, MPa

Pokud je značka považována za průměrný ukazatel, pak je třída přesnější a poskytuje 95% záruku souladu se stanovenými údaji.

Cementové značení

Značení upravuje GOST 30515-2013 „Cementy“. Všeobecné technické podmínky“. Zahrnuje následující označení:

1. Druh cementu.

• CEM 0 – cement bez přísad;
• CEM 1 – minimální obsah nečistot;
• CEM 2 – minerální nečistoty;
• CEM 3 – Portlandský struskový cement;
• CEM 4 – pucolán;
• CEM 5 – kompozit.

2. Procento přídatných látek.

Všechny druhy cementů, kromě TsEM 0 a TsEM 1 (které neobsahují nečistoty), jsou označeny písmeny udávajícími procento obsahu nečistot.

• A – 36-65 %;
• B – 66-80 %;
• C – 81-95 %.

• A – 11-35 %;
• B – 35-55 %.

• A – 36-60 %;
• B – 61-80 %.

• I – vápenec;
• P – popel;
• Ш – struska;
• Z – pucolány;
• M – mikrosilika.

4. Rychlost kalení:

• N – normálně tvrdnoucí;
• B – rychle tvrdnoucí.

Za označením značky a procenta přísad mohou být různé zkratky označující typ cementu: PC – portlarndský cement, BC – bílý, GF – hydrofobní atd.

Například: označení CEM III/A-Sh 32,5B označuje rychle tvrdnoucí portlandský cement obsahující struskové přísady od 6 do 20 %; třída pevnosti v tlaku 32,5 MPa.

Vytvrzování cementové malty

Čerstvě připravený roztok má měkkou plastickou konzistenci. To umožňuje vytvářet struktury různých tvarů litím směsi do bednění.

Během několika dní po interakci betonu s vodou dochází k chemické reakci doprovázené uvolňováním tepla. Během hydratace se mění struktura cementu, zvyšuje se hustota a pevnost výsledné malty nebo betonu.

Cementová malta po určité době dosáhne maximální pevnosti, zpevní a může nahradit kámen.

Pevnost a kvalita monolitických konstrukcí závisí na správné péči o beton během procesu tvrdnutí.

Betonové konstrukce dosáhnou za normálních podmínek 75–80 % své návrhové pevnosti během 28 dnů.

Výroba cementové malty.

Сферы применения

Cement je široce používán ve stavebnictví k výrobě betonu, zdicích a omítkových malt a výrobě železobetonových výrobků a konstrukcí.

Budovy, mosty, silnice, tunely, vodní stavby a další infrastrukturní zařízení se staví pomocí pojiv.

Materiál se používá pro lití základů a vytváření podzemních staveb, jako jsou doly, studny, tunely, podchody.

Různé typy cementu mají vlastnosti přizpůsobené k provádění konkrétních úkolů:

• Portlandský cement je nejuniverzálnější materiál používaný v občanské a průmyslové výstavbě. Používá se pro zalévání základů, stavbu obvodových konstrukcí stěn, stropů a výrobu zdicích a omítkových malt.
• Bílý cement se používá pro dokončování místností, vytváření štukových lišt, sochařských kompozic a dalších dekorativních prvků.
• Vodotěsné – používá se pro výrobu základů a suterénních stěn ve vodou nasycených půdách, stavbu vodních staveb a izolaci staveb od vody.
• Alumina – poptávka pro urgentní a nouzové práce. Rychle tuhne na vzduchu i ve vodě. Není ovlivněn kyselinami a solemi. Lze jej použít k utěsnění děr v lodích, hydroizolaci intervalů plynových a ropných vrtů a provozní izolaci poryvů doprovázených vydatným průtokem vody.
• Odolné vůči kyselinám – používá se při výrobě nádrží, mořicích lázní, vodárenských věží a dalších konstrukcí vystavených kyselinám, jakož i pro izolaci, nátěry a nátěry odolné vůči kyselinám.
• Magnesia – vyznačuje se odolností proti opotřebení, nesrážlivostí, trvanlivostí, odolností vůči agresivnímu prostředí. Nepostradatelný při výrobě bezešvých hořčíkových podlah a potěrů pro průmyslové podniky. Malé architektonické formy a dekorativní prvky jsou jedním z použití tohoto typu cementu.

Existují další vysoce specializované cementy, například cementový cement – určený pro těsnění plynových nebo ropných vrtů; pucolánové – pro použití v agresivním prostředí podzemních vod apod.

Typ cementu se volí v závislosti na stanovených úkolech, klimatu konkrétního regionu, bezprostředním místě stavebních prací a plánovaných provozních podmínkách budovaných staveb a staveb.

Podvodní betonování.

Rady pro skladování

Místo skladování cementu je důležitým faktorem ovlivňujícím kvalitu materiálu.

Vlivem vlhkosti se vlastnosti mění a účinnost pojiva klesá. Mokrý cement tvrdne a nelze jej použít pro zamýšlený účel.

Měl by být skladován v čistých, suchých prostorách, na paletách nebo v těsně uzavřených nádobách.

Pro skladování v továrnách se používají speciální silověže. V takových silech je cement uměle nasycen vzduchem, což umožňuje jeho dlouhodobé skladování bez spékání.

Vysoce kvalitní cementy vyžadují pečlivější péči, protože jsou nejvíce náchylné k hrudkování.

Dlouhodobé skladování cementu i za příznivých podmínek vede ke ztrátě jeho aktivity. Po třech měsících se jeho aktivita může snížit o 20% a po roce – o 40-50%.

Skladování cementu v pytlích.

Výběr cementu

Chcete-li vybrat vysoce kvalitní cement, dodržujte několik pravidel:

• Zkontrolujte neporušenost obalu, nepřítomnost cizích skvrn a známek vlhkosti – to vás ochrání před nákupem nekvalitního produktu.
• Hmotnost, značka, složení, jméno a adresa výrobce, datum vydání – všechny tyto údaje musí být uvedeny na obalu. Doporučuje se nakupovat cement vyrobený ne více než před třemi měsíci.
• Kvalitu posuďte vizuálně tak, že budete držet cement v pěsti. Nově vyrobený materiál vám prosákne mezi prsty a starý materiál se stlačí do hrudky.
• Barva vysoce kvalitního cementu je světle šedá. Tmavé a bažinaté tóny ukazují na dlouhodobé nebo nesprávné skladování.
• Před nákupem si přečtěte recenze produktů výrobce. Seriózní výrobci certifikují své výrobky – to je záruka dodržování všech norem.

Je lepší koupit cement v pytlích vyrobených ze dvou vrstev papíru odolného proti vlhkosti – je více chráněn před vnějšími vlivy a déle si zachovává své provozní a technické vlastnosti.

Nedostatek údajů na obalu může naznačovat, že se jedná o nekvalitní výrobek vyrobený v řemeslných podmínkách.

Odborné poradenství

Jaký je rozdíl mezi třídou cementu a jeho značkou?

Třída i třída udávají pevnost cementu. Třída zaručuje, že síla odpovídá zadaným údajům s přesností 95%, zatímco značka udává průměrný ukazatel. Třída cementu je stanovena v MPa, jakost – v kg/cm3.