CEMENTY
PN-EN 197-1:2012. Część 1: Skład,
wymagania i kryteria zgodności dotyczące
cementów powszechnego użytku.
 Klinkier
" 72-78% wapienia
" 22-28% plastycznej gliny bez zanieczyszczeń
Skład chemiczny klinkieru:
" CaO 60 - 68 %
" MgO 0,3 - 5 %
" SiO2 18 - 26 %
" Al2O3 4 - 9 %
" Fe2O3 1 - 6 %
Dobierając surowce o różnych procentowych zawartościach tych
związków można uzyskać cementy o wymaganych
właściwościach.
Wpływ stosunków ilościowych składników chemicznych cementu
na jego właściwości opisano modułami.
Moduł hydrauliczny
CaO .
MH = SiO2+Al2O3+Fe2O3 = 1,7-2,3
Ze wzrostem wielkości tego modułu:
- wzrasta wytrzymałość, zwłaszcza początkowa;
- wzrasta skurcz;
- maleje odporność na agresję chemiczną.
Moduł krzemianowy
SiO2 .
MS = Al2O3 + Fe2O3 = 2,4-2,7
Ze wzrostem wielkości tego modułu maleje szybkość wiązania.
Moduł glinowy
Al2O3 .
MA = Fe2O3 = 1-4
Ze wzrostem wielkości tego modułu:
- wzrasta skurcz;
- maleje odporność na siarczany.
Wypalanie surowców
- metoda mokra
- metoda sucha
Po zmieleniu klinkieru otrzymuje siÄ™ czysty cement
klinkierowy  cement portlandzki.
W trakcie wypalania i studzenia klinkieru zwiÄ…zki
chemiczne występujące w surowcach (CaO, SiO2,
Al2O3, Fe2O3) reagując pomiędzy sobą tworzą nowe
zwiÄ…zki.
Ostudzony klinkier zawiera cztery podstawowe zwiÄ…zki
(stałe fazowe  minerały). Stanowią one ponad 95%
objętości cementu portlandzkiego.
SKA
AD FAZOWY CEMENTU
Składnik fazowy Skład Symbol Nazwa Ilość %0
Krzemian trójwapniowy 3CaO*SiO2 C3S alit 30-60
Krzemian dwuwapniowy 2CaO*SiO2 C2S belit 15-45
Glinian trójwapniowy 3CaO*Al2O3 C3A celit 5-15
Glinożelazian 4CaO*Al2O3*Fe2O3 C4AF brownmilleryt 7-18
czterowapniowy
WPA
YW SKA
ADNIKÓW FAZOWYCH NA WA
AÅšCIWOÅšCI CEMENTU
C3S C2S C3A C4AF CaO
Reakcje WiÄ…zanie Godziny Dni Minuty Minuty
z wodÄ…
Uwodnienie Kilka godz. MiesiÄ…ce Szybkie Szybkie Natychm.
Kaloryczność Duża Mała b.duża Mała Wielka
[KJ/kg] 460 84 772 169 1100
Przyrost wytrzymałości Szybki Wolny Szybki Wolny
7 dni ½  1 rok 1 dzieÅ„
Wytrzymałość końcowa wysoka b. niska b. niska
Oprócz tych głównych faz klinkieru mogą występować też:
- niewielkie ilości CaO i MgO, te związki uwadniając się
zwiększają swoją objętość, pęcznieją;
- siarczany pochodzące ze składników ilastych lub paliw, SO2
wchodzÄ…c w reakcje z alkaliami tworzy w klinkierze K2SO4
- alkalia Na2O i K2O, zwłaszcza tlenek potasu, może
występować w klinkierze w większych ilościach przy produkcji
cementu metodÄ… suchÄ….
Zwłaszcza te związki są w klinkierze niepożądane, mogą
powodować rozpuszczanie niektórych ziaren kruszywa  tak
zwanych ziaren reaktywnych.
WiÄ…zanie i twardnienie cementu portlandzkiego.
Po zarobieniu cementu wodÄ… (w/c=0,35-0,7) ziarna cementu sÄ…
zawieszone w wodzie.
Proces wiązania i stopniowego twardnienia przebiega w dwóch
fazach:
I HYDRATACJA
Woda stykajÄ…ca siÄ™ z powierzchniÄ… ziaren cementu w wyniku
działania sił osmotycznych wnika do ziaren. Przypowierzchniowe
strefy ziaren pękają i składniki fazowe przechodzą do wody w
wyniku zachodzenia dwóch procesów chemicznych:
- hydrolizy (rozpuszczania) rozpuszczaniu ulegajÄ… krzemiany
C3S i C2S
- hydratacji  rozpadowi na jony ulegajÄ… gliniany C3A i CuAF.
W technologii betonu oba te procesy nazwano hydratacjÄ….
W miarę przechodzenia stałych fazowych do wody roztwór
stopniowo zagęszcza się, a potem przesyca. Z przesyconego
roztworu materiały hydratacji napływają w kierunku ziaren,
osadzając się na powierzchni większych ziaren tworzą otoczki,
blokujące dostęp wody do ich wnętrza.
Całkowitej hydratacji ulegają ziarna
o średnicy do 15 źm,
w przypadku ziaren o średnicach:
- do 10źm  hydratacja zachodzi
w ciÄ…gu 28 dni
- do 15źm  hydratacja zachodzi
w ciÄ…gu 90 dni.
W przypadku ziaren o średnicach powyżej 15źm woda nie dociera
do ich rdzenia.
II KRYSTALIZACJA
W wodzie otaczającej ziarna cementu (woda żelowa) stopniowo
następuje krystalizacja stałych fazowych, tworzą się ich
uwodnione związki o średnicach 1-100źm, które z czasem
twardniejÄ….
Tworzy się kamień cementowy (zaczyn) o bardzo dużej porowatości.
Są to pory żelowe o średnicach rzędu 3*10-6 mm
Objętość Objętość Zmniejszenie
L REAKCJA
składników produktu objętości
p
wyjściowych końcowego
[cm3] [cm3] [%]
1 2(2CaO*SiO2)+5H2O3CaO*2SiO2*4H2O+Ca(OH)2 195,11 180,21 7,64
2 2(3CaO*SiO2)+7H2O3CaO*2SiO2*4H2O+3Ca(OH)2 271,01 246,37 9,43
3 3CaO*Al2O3+6H2O3CaO*Al2O3*6H2O 196,98 150,11 23,79
4 3CaO*Al2O3+3(CaSO4*2H2O)+26H2O 779,93 717,22 8,04
3CaO*Al2O3*3CaSO4*32H2O
Ponieważ objętości poszczególnych stałych fazowych oraz wody, którą wiążą jest
większa od ich objętości po uwodnieniu, powstają pory kontrakcyjne
o wielkości 10-7 mm.
Uwadnianiu krzemianów towarzyszy powstawanie wodorotlenku wapnia Ca(OH)2
tak zwanego portlandytu.
ROLA GIPSU
Klinkier cementowy wykazuje błyskawiczne wiązanie i
nieodwracalne obniżenie wytrzymałości związane z gwałtowną
hydratacją C3A. Ta stała fazowa tworzy sieć kryształów o bardzo
małych parametrach wytrzymałościowych.. Kryształy C3A blokują
rozwój sieci kryształów C3S, który ulega hydratacji znacznie
póz
niej. Sieć krystaliczna C3S decyduje o wczesnych i
końcowych wytrzymałościach zaprawy czy betonu.
Dodatek CaSO4*2H2O hamuje hydratacjÄ™ C3A przez pokrycie
powierzchni jego ziaren płytkami etryngitu
CaO*Al2O3*3CaSO4*32H2O. PÅ‚ytki te po pewnym czasie
zanikajÄ….
Dodatek gipsu podczas mielenia klinkieru powinien być tym
większy, im większa jest zawartość C3A i stopien rozdrobnienia
cementu.
Cementy powszechnego użytku
PN-EN 197-1:2012.
SKA
ADNIKI GA
ÓWNE (m < 5% mC):
1. klinkier
2. składniki nieklinkierowe:
- granulowany żużel wielkopiecowy S
- pucolana naturalna P
- pucolana sztuczna Q
- popiół lotny krzemionkowy V
- popiół lotny wapienny W
- Å‚upek palony T
- wapień L
- pył krzemionkowy D
SKA
ADNIKI DRUGORZ
DNE (m < 5% mC)
W zależności od właściwości tych składników podzielono je na 3 grupy:
Składniki hydrauliczne  charakteryzują się dużą zawartością CaO.
Same nie wiążą, ale w stanie rozdrobnionym i w obecności wody mogą
wchodzić w reakcje z wapnem.
CaO(30-50%) SiO2 (30-40%)
np. granulowany żużel wielkopiecowy
Składniki pucolanowe  głównym składnikiem jest SiO2, który wiążąc z
portlandytem tworzy zwiÄ…zki podobne do powstajÄ…cych przy hydratacji
alitu i belitu
SiO2 (46-90%) CaO(0-8%)
np. popiół lotny, pucolany
Składniki bierne  nie reagują chemicznie ze składnikami cementu.
ZwiÄ…zki te :
- zmniejszają ilość klinkieru (najdroższy składnik)
- zmniejszają kaloryczność
- polepszają urabialność
np. CaCO3.
Granulowany żużel wielkopiecowy (S)
Granulowany żużel wielkopiecowy jest wytwarzany przez
gwałtowne chłodzenie płynnego żużla o odpowiednim
składzie, otrzymywanego przy wytapianiu rudy żelaza w
wielkim piecu i który zawiera co najmniej dwie trzecie
masy żużla zeszklonego oraz wykazuje właściwości
hydrauliczne przy odpowiedniej aktywacji.
Pucolany (P, Q)
Pucolany są to naturalne materiały krzemionkowe lub glino-
krzemianowe lub kombinacja obydwu. Pucolany same nie
twardniejÄ… po zmieszaniu z wodÄ…, lecz drobno zmielone i w
obecności wody reagują w normalnej temperaturze otoczenia z
rozpuszczonym wodorotlenkiem wapnia (Ca(OH)2), tworzÄ…ce
związki krzemianów wapnia i glinianów wapnia o rosnącej
wytrzymałości. Związki te są podobne do związków, które tworzą
się podczas twardnienia materiałów hydraulicznych
Pucolana naturalna (P)
Pucolany naturalne są to zwykle materiały pochodzenia
wulkanicznego lub skały osadowe o odpowiednim składzie
chemiczno-mineralogicznym
Pucolana naturalna wypalana (Q)
Pucolany naturalne wypalane są to materiały pochodzenia
wulkanicznego, gliny, łupki lub skały osadowe, aktywowane przez
obróbkę termiczną.
Popiół lotny (V, W)
Popiół lotny jest otrzymywany przez elektrostatyczne lub
mechaniczne osadzanie pylistych czÄ…stek spalin z
palenisk opalanych pyłem węglowym. Popiół otrzymywany
innymi metodami nie powinien być stosowany w cemencie
zgodnym z normÄ….
Popiół lotny może być z natury krzemionkowy (V) lub
wapienny (W). Pierwszy wykazuje właściwości
pucolanowe, drugi może wykazywać dodatkowo
właściwości hydrauliczne.
Strata prażenia popiołu lotnego, oznaczana zgodnie z EN
196-2, lecz przy czasie prażenia wynoszącym 1 h, nie
powinna przekraczać 5,0 % masy.
A
upek palony (T)
A
upek palony, w szczególności łupek palony bitumiczny,
wytwarzany jest w specjalnym piecu w temperaturze
okoÅ‚o 800 ºC. Ze wzglÄ™du na skÅ‚ad materiaÅ‚u naturalnego
i procesu wytwarzania, Å‚upek palony zawiera fazy
klinkierowe, głównie krzemian dwuwapniowy oraz glinian
jednowapniowy. Zawiera również, oprócz niewielkich
ilości wolnego tlenku wapnia i siarczanu wapnia większe
ilości tlenków o reaktywności pucolanowej, szczególnie
dwutlenek krzemu. W konsekwencji, w drobno
zmielonym stanie, Å‚upek palony wykazuje wyraz
ne
właściwości hydrauliczne podobnie jak cement
portlandzki oraz, dodatkowo, właściwości pucolanowe.
Wapień (L, LL)
Wapień powinien spełniać następujące wymagania:
" Zawartość węglanu wapnia (CaO3) powinna wynosić co najmniej
75 % masy.
" Zawartość gliny nie powinna przekraczać 1,20 g/100 g.
" Całkowita zawartość węgla organicznego (TOC) :
- LL: nie powinna przekraczać 0,20 % masy;
- L: nie powinna przekraczać 0.50 % masy.
Pył krzemionkowy (D)
Pył krzemionkowy powstaje podczas redukcji kwarcu wysokiej
czystości za pomocą węgla w elektrycznych piecach łukowych przy
produkcji krzemu lub stopów żelazokrzemu i składa się z bardzo
drobnych kulistych czÄ…stek zawierajÄ…cych co najmniej 85 % masy
bezpostaciowego dwutlenku krzemu.
Do wspólnego mielenia z klinkierem i siarczanem wapnia pył
krzemionkowy może być zastosowany w swoim pierwotnym stanie
lub ubity czy zbrylony (z wodÄ…).
RODZAJE CEMENTÓW POWSZECHNEGO UŻYTKU
Rodzaje w zależności od składnika
głównego nieklinkierowego
SKA
ADNIKI
Ilość
NAZWA RODZAJ DRUGORZ
DNE
Rodzaj cementu składnika
%
%
Cement portlandzki CEM I CEM I - 0-5
Cement portlandzki CEM II/A 6-20 (10)
CEM II 0-5
wieloskładnikowy CEM II/B 21-35
CEM III/A 36-65
Cement hutniczy CEM III CEM III/B 66-80 0-5
CEM III/C 81-95
CEM IV/A 11-35
Cement pucolanowy CEM IV 0-5
CEM IV/B 36-55
Cement CEM V/A 36-60
CEM V 0-5
wieloskładnikowy CEM V/B 62-80
Wymagania dotyczące właściwości mechanicznych i
fizycznych cementów powszechnego użytku
(PN-EN 197-1:2012)
Klasa Wytrzymałość zaprawy cementowej na ściskanie Początek Stałość
wytrzymało (PN-EN 196-1:2012) czasu objętości
ści wiązania (PN-EN
Wytrzymałość wczesna Wytrzymałość normowa
cementu (PN-EN 196-3),
po 28 dniach
196-3), mm
Po 2 Po 7
mm
dniach dniach
32,5 L* - e"12,0
e"32,5 d"52,5 e"75
32,5 N - e"16,0
32,5 R e"10,0 -
42,5 L* - e"16,0
e"42,5 d"62,5 e"60
42,5 N e"10,0 -
d"10
42,5 R e"20,0 -
52,5 L* e"10,0 -
e"52,5 - e"45
52,5 N e"20,0 -
52,5 R e"30,0 -
* Klasy wytrzymałości cementów definiowane tylko w przypadku cementów hutniczych CEM III
CEMENTY SPECJALNE:
" cement odporny na siarczany- HSR (ang. High
Sulphate Resistant)
" cement o bardzo niskim cieple hydratacji- VLH
(Very Low Heat)
" cement o małej zawartości alkaliów (sodu i potasu)
in. cement niskoalkaliczny - NA
CEM I
Cement portlandzki charakteryzuje siÄ™:
- wysoką dynamiką przyrostów wytrzymałości
wczesnej
- niewielką dynamiką przyrostów wytrzymałości po
długich okresach dojrzewania
- wysokim ciepłem hydratacji (uwodnienia)
- dużym skurczem
- małą odpornością na agresję chemiczną
- małą odpornością na wysokie temperatury
CEM III
Cement hutniczy charakteryzuje siÄ™:
- wolniejszym procesem twardnienia i wiÄ…zania od CEM I
- opóz
nionym o ok. 30% czasem początku i końca wiązania
- małym ciepłem hydratacji
- małą dynamiką wzrostu wytrzymałości wczesnej
- dużą dynamiką przyrostu wytrzymałości póz
niejszych
28-90 dni
- małym skurczem, ale większą od CEM I podatnością na
zarysowania skurczowe ( małe wytrzymałości początkowe)
- większą od CEM I odpornością na agresję chemiczną
i wysokÄ… temperaturÄ™
- bardzo małymi przyrostami wytrzymaości w niskich
temperaturach.
BADANIA WA
AÅšCIWOÅšCI
CEMENTU
OZNACZANIE PLASTYCZNOÅšCI ZAPRAW
Polega na określeniu średnicy rozpływu próbki na stoliku
wstrzÄ…sowym.
OZNACZANIE NORMALNEJ KONSYSTENCJI
ZACZYNU CEMENTOWEGO
OZNACZANIE CZASU WI
ZANIA
OZNACZANIE WYTRZYMAA
OÅšCI NA ZGINANIE
OZNACZANIE WYTRZYMAA
OÅšCI NA ÅšCISKANIE
OZNACZANIE SKURCZU
OZNACZANIE P
CZNIENIA
Dziękuję za uwagę.