XLVIII KONFERENCJA NAUKOWA
KOMITETU INŻYNIERII L
DOWEJ I WODNEJ PAN
I KOMITETU NAUKI PZITB
Opole  Krynica 2002
Stanisław PEUKERT1
Albin GARBACIK2
SÅ‚awomir CHA

DZYC
SKI2
ZAKRES NOWELIZACJI NORM CEMENTOWYCH PN-EN
 ANALIZA WYMAGAC
ORAZ WARUNKÓW WYKORZYSTANIA
W TECHNOLOGII CEMENTU I BETONU
1. Wstęp
W 2000 roku Europejski Komitet Normalizacyjny CEN zakończył prace normalizacyjne w
zakresie podstawowego pakietu norm cementowych dotyczących cementów powszechnego
użytku stanowiących około 98% produkcji cementu w krajach EU. Została ustanowiona
norma przedmiotowa EN 197-1 [1], podajÄ…cÄ… zasady klasyfikacji i wymagania oraz kryteria
zgodności dla cementów powszechnego użytku. Norma ta powołuje pakiet norm
czynnościowych EN 196 na metody badań cementów oraz normę EN 197-2 [2] podającą
procedury oceny zgodności cementu z wymaganiami norm przedmiotowych oraz warunki
certyfikacji dla wyrobu ze znakiem CE. Przedmiotem postępowań normalizacyjnych CEN są
w dalszej kolejności prace nad normami dla cementów specjalnych i spoiw hydraulicznych.
Prace te dotyczÄ… cementu siarczanoodpornego SR, cementu o niskim cieple uwodnienia,
cementu murarskiego i drogowych spoiw hydraulicznych
Nowelizacja krajowych norm cementowych w kierunku systemu europejskiego
obejmuje normy przedmiotowe podające klasyfikację i wymagania cementów oraz normy na
metody badań cementu. W bieżącym roku ustanowiona zostanie europejska norma
przedmiotowa PN-EN 197-1 [3] dla cementów powszechnego użytku. Norma ta powołuje
pakiet wdrożonych norm PN-EN 196 na badania cech charakterystycznych cementu oraz
normę PN-EN 197-2 [4] w zakresie oceny zgodności cementu z wymaganiami norm
przedmiotowych. Prace normalizacyjne obejmują również normę przedmiotową na cementy
specjalne.
W niniejszym artykule omówiono podstawy klasyfikacji cementów powszechnego
użytku w normie europejskiej PN-EN 197-1 oraz cementów specjalnych. Omówiono nowe
rodzaje cementów objętych tymi normami. Podano analizę możliwości ich produkcji w kraju
i zakres stosowania w technologii betonu. Przeanalizowano metody badań dodatkowych cech
1
Dr hab. inż., Profesor Instytutu Mineralnych Materiałów Budowlanych w Opolu, O/Kraków
2
Dr inż., Instytut Mineralnych Materiałów Budowlanych w Opolu, O/Kraków
58
użytkowych cementu przewidziane w kolejnych generacjach europejskich norm
cementowych, tj. ciepło uwodnienia, odporność na siarczany, podatność na karbonatyzację,
mrozoodporność, odporność na środki odladzające.
2. Cementy powszechnego użytku w normie PN-EN
Nowelizacja krajowych norm cementowych w kierunku norm europejskich zmieniła
zasadniczo zasady klasyfikacji i wymagania dla cementu. Norma PN-B-19701 [5]
opracowana w oparciu o prenormę europejską ENV 197-1 dla cementów powszechnego
użytku wprowadziła duże zróżnicowanie rodzajów i klas cementów. Przedmiotem
klasyfikacji jest 21 rodzajów cementu. Podstawą klasyfikacji jest ilość i rodzaj dodatków
mineralnych w cemencie. Analiza warunków wdrażania tej normy w przemyśle
cementowym była przedmiotem szeregu publikacji dotyczących zmian asortymentowych
produkowanych cementów w kraju [6-10].
Wdrażana europejska norma PN-EN 197-1 rozszerza zapis normy PN-B-19701.
Podstawy klasyfikacji cementów powszechnego użytku zastosowane w normie PN-EN z
uwagi na skład cementu podano w tab. 1. W tablicy tej podkreślono nowe rodzaje cementów
obejmujące grupę cementów portlandzkich mieszanych oraz cementy mieszane CEM V.
Charakterystyczną cechą składu tych cementów jest duży zakres stosowania dodatków
mineralnych do cementu.
Tablica 1. Rodzaje cementów powszechnego użytku według prPN-EN 197-1:2000 [3]
Udział dodatku mineralnego w cemencie
% wag.
Rodzaj
Pucolana Pył
Nazwa cementu
Żużel
cementu
Popiół naturalna i Wa- krze-
wielko-
lotny przemy- pień nion-
piecowy
słowa kowy
CEM I Cement portlandzki
<---------------- 0 - 5 ---------------->
Cement portlandzki żużlowy 6 - 35
çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚
Cement portlandzki popiołowy 6 - 35
çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚
Cement portlandzki pucolanowy 6 - 35
çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚
CEM II
Cement portlandzki wapienny 6 -
çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚
35
Cement portlandzki krzemionkowy 6
çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚ - 10
Cement portlandzki mieszany
<---------------- 6 - 35 ---------------->
CEM III Cement hutniczy 36 - 95
çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚ çÅ‚
CEM IV Cement pucolanowy
çÅ‚ <-- 36 - 55 --> çÅ‚ çÅ‚
CEM V Cement mieszany
<------ 36 - 80 ------> çÅ‚ çÅ‚
Z tab. 1 wynika, że cementy powszechnego użytku mogą zawierać zróżnicowane
jakościowo i ilościowo aktywne dodatki mineralne do cementu o właściwościach
pucolanowych i hydraulicznych. Sprzyja to nie tylko obniżeniu energochłonności produkcji
cementu, ale także znaczącemu zagospodarowaniu odpadów elektrownianych i hutniczych.
Należy uwzględniać również efekty związane ze zwiększeniem odporności wyrobów z
cementów z dodatkami mineralnymi na czynniki agresywne [11-14].
Przemysł cementowy wykorzystuje zapisy wdrażanych norm europejskich rozwijając
produkcję odmian cementów z dużym udziałem dodatków mineralnych żużla lub popiołu.
 59
Dane w tym zakresie pokazano w tab. 2 i na rys. 1. Bliskie ustanowienie normy
PN-EN 197-1 stwarza jak wspomniano dalsze możliwości w tym zakresie poprzez
produkcję cementów mieszanych CEM II/M i CEM V z udziałem wielu składników
mineralnych (tab.1). Taki kierunek jest prawdopodobny, biorÄ…c pod uwagÄ™ stan
produkcji cementów portlandzkich mieszanych CEM II w krajach Europejskiego
Stowarzyszenia Producentów Cementu CEMBUREAU, gdzie stanowią one ponad 40%
produkcji w tej grupie cementów (rys. 1).
Tablica 2. Asortyment produkcji cementów w kraju
Ilość Wielkość produkcji
Rodzaj cementu dodatku1) 1998 2001
% %
Cement portlandzki CEM I 48,2 39,1
Cement portlandzki popiołowy CEM II/A-V 20 27,2 15,3
Cement portlandzki popiołowy CEM II/B-V 35 4,3 17,5
Cement portlandzki żużlowy CEM II/A-S 20 7,5 1,5
Cement portlandzki żużlowy CEM II/B-S 35 0,7 13,3
Cement portlandzki wapienny CEM II/A-L 20 1,7 0,2
Cement portlandzki żużlowo-popiołowy CEM II/A-SV 20 0,4 0,4
Cement portlandzki żużlowo-popiołowy CEM II/B-SV 35 2,8 3,4
Razem cementy portlandzkie mieszane CEM II 44,6 51,6
Cement hutniczy CEM III/A 65 3,7 6,2
Cement hutniczy CEM III/B 80 - 0,1
Cement pucolanowy CEM IV/A 35 1,7 1,5
Cement specjalny CEM I HSR/MSR, inne - 1,8 1,5
RAZEM - 100 100
V popiół lotny krzemionkowy, S żużel granulowany wielkopiecowy, L-wapień
1) Maksymalne zawartości określone w normie PN-B-19701
ż ż
Å‚
Rys 1. Asortyment produkcji cementów w CEMBUREAU w roku 1999
60
3. Nowelizacja norm na cementy specjalne
W tworzonym systemie norm europejskich przyjmuje się, że cementy powszechnego użytku
mogą podlegać dodatkowej klasyfikacji z uwagi na specyficzne cechy użytkowe, kształtujące
ich szczególną przydatność w budownictwie. Są to cementy: o niskim cieple uwodnienia LH,
odporny na siarczany SR i niskoalkaliczny NA.
Stan zaawansowania prac normalizacyjnych CEN w zakresie cementów specjalnych
jest zróżnicowany. W stadium końcowym są prace nad cementami o niskim cieple
uwodnienia LH [15-17]. Zasada klasyfikacji i wymagania dla cementów siarczanoodpornych
i niskoalkalicznych napotykają natomiast na trudności z uwagi na brak bezpośrednich metod
badawczych cech charakterystycznych tych cementów. Odpowiednio kryteria w zakresie
klasyfikacji i doboru tych cementów do stosowania w budownictwie odnosi się do
krajowych przepisów i wytycznych.
W Polsce stan normalizacji cementów specjalnych jest niedostateczny z punktu
widzenia oczekiwań użytkowników cementu do konstrukcji betonowych o specjalnych
cechach użytkowych kształtowanych przez właściwości cementu. Po nowelizacji normy
PN-B-19701 i ustanowieniu normy PN-EN 197-1 przestaną obowiązywać wymagania dla
cementów niskoalkalicznych NA. Stan normalizacji cementów o niskim cieple uwodnienia i
siarczanoodpornych jest ograniczony do cementu portlandzkiego CEM I. Taki stan rzeczy
uzasadnia podjęcie programu nowelizacji norm cementowych na cementy specjalne. Poniżej
podano wstępne założenia nowej klasyfikacji i wymagań dla poszczególnych cementów
specjalnych przyjęte przez Normalizacyjną Komisję Problemową NKP 196 d/s cementu i
wapna.
Cement o niskim cieple uwodnienia LH
W chwili obecnej dla cementu specjalnego o niskim cieple uwodnienia obowiÄ…zuje w
Polsce norma PN-B-30016  Cement hydrotechniczny 35/90 . Wymagania dotyczÄ…
wyłącznie cementu portlandzkiego. Podjęta nowelizacja normy na cement o niskim cieple
uwodnienia zakłada, że przedmiotem wymagań może być każdy cement powszechnego
użytku wg PN-EN 197-1 o cieple uwodnienia poniżej 270 J/g zmierzonym po 41 godzinach
metodą semi-adiabatyczną [18] lub po 7 dniach metodą ciepła rozpuszczania [19].
Szereg produkowanych w kraju cementów powszechnego użytku spełnia kryteria
cementu o niskim cieple uwodnienia. Szczególnie niską egzotermię twardnienia wykazują
cementy o dużej zawartości składników mineralnych; żużla i popiołu tj. cementy hutnicze
CEM III i pucolanowe CEM IV.
Cement odporny na siarczany SR
Zasady klasyfikacji cementów specjalnych siarczanoodpornych określa norma
PN-B-19705  Cement specjalny. Cement portlandzki siarczanoodporny . Rodzaje
sklasyfikowanych w tej normie cementów podano za normą w tab. 3.
Tablica 3. Cementy siarczanoodporne wg PN-B-19705
Wymagania
Rodzaj cementu Wymagania specjalne
normowe
Cement portlandzki CEM I MSR
zawartość C3A poniżej 8% wg PN-B-19701
o umiarkowanej odporności na siarczany
Cement portlandzki CEM I HSR
zawartość C3A poniżej 3% wg PN-B-19701
o dużej odporności na siarczany
 61
Obszerne badania IMMB [11-14] w zakresie odporności cementów na korozję
siarczanową pozwalają uzupełnić zakres klasyfikacji cementów w normie PN-B-19705 o
inne rodzaje cementów powszechnego użytku wykazujące dużą odporność na siarczany.
Propozycję takiej klasyfikacji podano w tab. 4. Podstawą klasyfikacji cementów SR są
pomiary procesu korozji siarczanowej cementów według metodyki podanej w projekcie
normy europejskiej prENV 196-10 [20].
Tablica 4. Projekt klasyfikacji cementów odpornych na siarczany SR
Wymagania
Wartość
Rodzaj cementu SR
ekspansji Skład cementu
[%] 1)
C3A d" 3% 2),
Cement portlandzki CEM I Zawartość Al2O3 d" 5%,
Zawartość 2C3A+C4AF d" 24%,
Cement portlandzki-popiołowy
e"25 % popiołu krzemionkowego V 3)
CEM II/B-V
d" 0,5
Cement hutniczy CEM III/A e"55 % żużla S
Cement hutniczy CEM III/B
Skład wg tablicy 1 w PN-EN 197-1
Cement hutniczy CEM III/C
Cement pucolanowy CEM IV/A e"25 % popiołu krzemionkowego V 3)
Cement pucolanowy CEM IV/B Skład wg tablicy 1 w PN-EN 197-1
1. ekspansja w roztworze Na2SO4 po 1 roku wg prENV 196-10 [20]
2. zawartość glinianu trójwapniowego C3A jest obliczana metodą Bogue'a
3. tylko popiół krzemionkowy V z węgla kamiennego o zawartości CaO d" 5% i strat
prażenia d" 5%
Cement niskoalkaliczny NA
W obowiązującej normie PN-B-19701 [5] na cementy powszechnego użytku
wymagania cementu niskoalkalicznego spełnia cement portlandzki CEM I zawierający
poniżej 0,6% alkaliów w przeliczeniu na tlenek sodowy ( Na2Oeq ) oraz cementy
hutnicze CEM III/A i CEM III/B o odpowiednio dużej zawartości żużla i niskiej
zawartości alkaliów. W przygotowywanym projekcie normy na cement niskoalkaliczny
uwzględnia się rozwiązania normy niemieckiej DIN 1164 [21], która obok cementu
portlandzkiego CEM I uwzględnia szereg cementów portlandzkich żużlowych CEM
II/B-S i hutnicze CEM III. BiorÄ…c pod uwagÄ™ bardzo obszerny stan wiedzy na temat
pozytywnego oddziaływania na reakcję ASR popiołów lotnych w cemencie w
klasyfikacji cementów niskoalkalicznych uwzględniono również cementy portlandzkie
popiołowe i cementy pucolanowe o odpowiednio dużej koncentracji popiołu lotnego
krzemionkowego V. Proponowany zakres klasyfikacji i wymagań cementu specjalnego
niskoalkalicznego podano w tab. 5.
62
Tablica 5. Projekt klasyfikacji cementów niskoalkalicznych
Cement niskoalkaliczny
CEM I do CEM V
d" 0,6 % Na2Oeq
CEM II/B-S
e" 21% żużla, Na2Oeq d" 0,7%
CEM III/A
e" 50% żużla, Na2Oeq d" 1,1%
CEM III/B
Skład wg tablicy 1 w PN-EN-197-1:2001, Na2Oeq d" 2,0%
CEM III/C
Skład wg tablicy 1 w PN-EN-197-1:2001, Na2Oeq d" 2,0%
CEM II/B-V
e" 25% popiół krzemionkowy V, Na2Oeq d" 1,1%
CEM IV/A
e" 25% popiół krzemionkowy V, Na2Oeq d" 1,1%
CEM IV/B
Skład wg tablicy 1 w PN-EN-197-1:2001,Na2Oeq d" 2,0%
Na2Oeq = Na2O + 0,658 K2O
4. Zakres normalizacji metod badania cech użytkowych cementu
Tworzony dla materiałów budowlanych system norm europejskich zakłada, poprzez
realizację Dyrektywy CPD 89/106/EEC [22], rozszerzenie zakresu wymagań norm o
dodatkowe właściwości kształtujące trwałość i bezpieczeństwo wyrobów. W myśl takich
wytycznych, Europejski Komitet Normalizacyjny CEN prowadzi postępowania
normalizacyjne metod badawczych cementu i betonu dla następujących cech użytkowych nie
ujętych w dotychczasowych normach: ciepła hydratacji, odporności na siarczany, odporności
na działanie mrozu i środków odladzających, podatności na karbonatyzację i ochrony stali
zbrojeniowej.
Z wymienionych metod badania cementu i betonu w stadium końcowym jest wdrażanie
normy na badanie ciepła uwodnienia cementu. Projekty norm prEN 196-8 i prEN 196-9
[18,19] są na etapie zatwierdzania w głosowaniu członków CEN. Normy te będą powołane w
krajowej normie przedmiotowej na cementy o niskim cieple uwodnienia LH.
Proponowana przez CEN metoda badania odporności cementów na siarczany [20]
została przyjęta w całości za odpowiednią normą francuską P 18-1837 [23]. Metoda była
wielokrotnie testowana z uwagi na powtarzalność i odtwarzalność wyników w ramach
testów interlaboratoryjnych. Obszerne badania IMMB [11-14], obejmujące testy około 100
cementów powszechnego użytku wykazały przydatność metody do oceny odporności
cementu na siarczany i były podstawą do opracowania projektu klasyfikacji i wymagań dla
cementów odpornych na siarczany SR (tabl. 4).
Projekt normy CEN na badanie podatności betonu na karbonatyzację stanowią
wytyczne rekomendowane przez RILEM CPC-18  Measurement of hardened concrete
carbonation depth (tzw. test fenoloftaleinowy) [24].
Metoda CEN badania odporności betonu na złuszczenia wywołane działaniem mrozu i
środków odladzających opiera się natomiast na założeniach podanych w normie szwedzkiej
SS 13 72 44 (tzw. slab test) [25]. Projekt normy europejskiej uwzględnia ponadto dwie
metody alternatywne  niemieckÄ… (tzw. cube test) [26] i metodÄ™ rekomendowanÄ… przez
RILEM (tzw. CF/CDF test) [27].
Metody CEN badania podatności cementów w betonie na działanie CO2, mrozu
i środków odladzających są przedmiotem testów IMMB prowadzonych w kontekście
oceny nowych rodzajów cementów powszechnego użytku według normy europejskiej
PN-EN197-1 [28,29].
 63
5. Wnioski
1. W bieżącym roku zostanie zakończony w kraju podstawowy etap wdrażania
cementowych norm europejskich.
2. Wdrażanie kolejnych pakietów norm europejskich w przemyśle cementowym pozwala
realizować produkcję cementu w Polsce wg systemu kontroli procesu i certyfikacji
wyrobu zgodnego dla wolnorynkowego produktu ze znakiem CE.
Literatura i wykorzystane materiały
[1] EN 197-1:2000, Cement  Part 1: Composition, specifications and conformity criteria
for common cements.
[2] EN 197-2: 2000, Cement  Part 2: Conformity evaluation.
[3] prPN-EN 197-1, Cement. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące
cementów powszechnego użytku.
[4] prPN-EN 197-2, Cement. Część 2: Ocena zgodności.
[5] PN-B-19701, Cement. Cement powszechnego użytku. Skład, wymagania i ocena
zgodności.
[6] PEUKERT S., GARBACIK A., Unifikacja krajowych norm dotyczÄ…cych cementu z
systemem norm europejskich. Materiały Budowlane, nr 2, s. 4, (1998).
[7] GARBACIK A., Klasyfikacja i wymagania dla cementów powszechnego użytku po
nowelizacji norm cementowych. Cement Wapno Beton, nr 6, s. 232, (1997).
[8] GARBACIK A., KOT-KSI
ŻKIEWICZ B., Cementy po nowelizacji polskich norm
cementowych  analiza wymagań normowych i skala produkcji. XVI Konferencja
Naukowo-Techniczna  Jadwisin 98 , tom 2, s. 377.
[9] PEUKERT S., GARBACIK A., Właściwości nowych rodzajów krajowych cementów.
Materiały Budowlane, nr 2, s.17, (1998).
[10] PEUKERT S., GARBACIK A., SZCZERBA J., Właściwości betonów z nowych
rodzajów cementów portlandzkich mieszanych według PN-B-19701, XVII Konferencja
Naukowo-Techniczna  Jadwisin 2000 , tom 2, s. 252.
[11] GARBACIK A., CHA

DZYC
SKI S., Durability of concrete made with Portland
composite cements containing large quantities of mineral constituents, International
Congress  Challenges of Concrete Construction , Dundee, 5-11.09.2002, Scotland,
UK. Artykuł zatwierdzony do wydawnictw konferencji.
[12] GARBACIK A., CHA

DZYC
SKI S., Ocena odporności na agresję siarczanową
cementów powszechnego użytku po nowelizacji polskich norm cementowych, CWB,
nr 4, s.141-145, 1998.
[13] PEUKERT S., GARBACIK A., CHA

DZYC
SKI S., Modern concrete materials:
binders, additions and admixtures, International Congress  Creating with Concrete ed.
by R.K. Dhir and T.D. Dyer, Dundee, 6-10.09.1999, Scotland, UK, s. 79-86.
[14] CHA

DZYC
SKI S., Ocena odporności na agresję siarczanową nowych rodzajów
cementów powszechnego użytku w świetle nowelizowanych polskich norm
cementowych PN-EN. Cement-Wapno-Beton, nr 6, s. 244, (2000).
[15] prEN 197-3, Cement  Part 3: Composition, specifications and conformity criteria for
low heat cements.
[16] prEN 14 217: Composition, specifications and conformity criteria for low early strength
low heat cements.
[17] prEN 14 216: Composition, specifications and conformity criteria for massive concrete
low heat cements.
64
[18] prEN 196-9, Methods of testing cement  Part 9: Heat of hydration  Semi-adiabatic
method.
[19] prEN 196-8, Methods of testing cement  Part 8: Determination of heat of hydration 
solution method.
[20] prENV 196-10, Determination of the resistance of cements to attack by sulphate solution
or by sea water.
[21] DIN 1164: 2000, Zement mit besonderen Eigenschaften.
[22] Construction Products Directive CPD 89/106/EEC.
[23] NF-P 18-837, Essai de tenue a l2 eau de mer et/ou a l2 eau a haute teneur en sulfates.
[24] RILEM CPC-18 Measurement of hardened concrete carbonation depth. Draft
Recommendation (1984).
[25] Svensk Standard SS 13 72 44 Concrete testing - Hardened concrete - Frost resistance.
[26] DAfStb Heft 422 Testing of concrete - Freeze thaw resistance - Scaling of cubes in
water and in 3% NaCl solution.
[27] RILEM: TC 117-FDC Freeze-thaw and de-icing resistance of concrete. Tests with
Water (CF) and with Sodium Chloride Solution (CDF). Draft Recommendation (1995).
[28] CHA

DZYC
SKI S., Przydatność nowych procedur badawczych CEN do oceny
trwałości betonu. Cement-Wapno-Beton, nr 3, s. 101, (2002).
[29] GARBACIK A., CHA

DZYC
SKI S., Badania trwałości betonu w świetle procedur
europejskich CEN. XIII Konferencja Naukowo-Techniczna  KONTRA 2002 , s. 65,
Zakopane, 22-22.05.2002.
IMPLEMENTATION OF EUROPEAN CEMENT STANDARDS
PN-EN - REQUIREMENTS AND BENEFITS IN CEMENT
AND CONCRETE TECHNOLOGIES
Summary
In the paper implementation procedures of European cement standards to the Polish national
standardization system are presented. Classification basis and requirements of the PN-EN
197-1 standard for common cements have been discussed. New kinds of cement covered by
PN-EN 197-1 standard have been underlined. According to special cement standardization
procedures a new approach to the classification principles cover performance criteria and test
methods have been described.