Spis treści

1. Harmonogram wykonania badań……………………………………..str. 2

2. Część teoretyczna.

• 2.1 Rodzaje cementów i ich właściwości…………………………….str. 3

• 2.2 Teoretyczne zasady hydratacji cementu……………………….…str. 9

• 2.3 Technologie produkcji cementu i wykorzystanie w budownictwie…….…………………………………………….str. 11

Metodyki oznaczeń badanych właściwości substancji(w załączniku)str. 28

Część eksperymentalna (wyniki badań).

• 4.1 Badanie wizualne substancji pod mikroskopem…..……………str. 28

• 4.2 Oznaczenie gęstości cementu kolbą Le Chateliera…………..…str. 28

• 4.3 Oznaczenie konsystencji normowej cementu………………...…str. 29

• 4.4 Oznaczenie czasu wiązania...…………………………………...str. 29

• 4.5 Stopień zmielenia cementu……………………………………...str. 30

• 4.6 Oznaczenie gęstości pozornej………………………..…………str. 30

• 4.7 Oznaczenie wytrzymałości beleczek cementu na rozciąganie.....str. 31

• 4.8 Oznaczenie wytrzymałości beleczek cementu na ściskanie…….str. 32

4.9 Projektowanie zaprawy M15.Badanie konsystencji i przygotowanie próbek sześcianu i dwóch walców na ściskanie. Wyniki badań…………...………………………………………………str. 34

4.9.1 Oznaczenie straty prażenia cementu…………………………str. 35

5. Porównanie tablicy i wnioski...……………………………………………

6. Bibliografia………………………………………………………………...

7. Załącznik…………………………………………………………………..




1. HARMONOGRAM WYKONANIA BADAŃ

DATA	WYKONANE BADANIE
11.10.2008	Wizualne badanie pod mikroskopem
28.10.2008	Oznaczenie gęstości cementu w kolbie Le Chateliera
4.11.2008	Oznaczenie konsystencji normowej Wykonanie próbek do badania na rozciąganie i ściskanie zaprawy z piaskiem normowym ( beleczki )
24.11.2008	Oznaczenie czasu wiązania
16.12.2008	Wykonanie próbek do badania na ściskania zaprawy M15 z piaskiem wiślanym
6.01.2009	Stopień zmielenia cementu Gęstość pozorna cementu Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie beleczek
13.01.2009	Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie próbki sześciennej i próbek walcowych




2. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

2.1 RODZAJE CEMENTÓW I ICH WŁAŚCIWOŚCI

Spoiwami hydraulicznymi nazywa się materiały nieorganiczne mające zdolność wiązania i twardnienia w wyniku zachodzenia reakcji chemicznych, zarówno na powietrzu, jak i pod wodą. Spoiwa te otrzymuje się przez obróbkę termiczną surowców mineralnych i ich zmielenie na proszek o wymiarach ziaren ok. 30µm.

W czasie obróbki termicznej z surowców mineralnych zachodzą w nich przemiany fizykochemiczne, w wyniku których otrzymany produkt uzyskuje właściwości wiążące. Właściwości wiążące tych substancji wynikają z aktywności chemicznej nowo powstających minerałów, a ujawniają się po dodaniu do nich wody. Wówczas rozpoczynają się procesy chemiczne, w wyniku których ciekła lub plastyczna mieszanina spoiwa z wodą zwiększa stopniowo swoją lepkość. Przechodząc w stan stały, charakteryzujący się określonymi cechami mechanicznymi i fizycznymi. Narastanie wytrzymałości mechanicznej wiążącego spoiwa jest wynikiem reakcji chemicznej, których efektem jest powstawanie nowych związków krystalicznych.

Podstawowym spoiwem hydraulicznym jest cement, drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą tworzy zaczyn wiążący i twardniejący w wyniku reakcji procesów hydratacji, a po stwardnieniu pozostaje wytrzymały także pod wodą. Do spoiw hydraulicznych można zaliczyć: cement portlandzki, cement portlandzki z dodatkami, cement hutniczy, cement pucolanowy, cement glinowy oraz wapno hydrauliczne.

Cement jest materiałem wiążącym hydraulicznym, który otrzymuje się przez zmielenie klinkieru cementowego z siarczanem wapnia oraz dodatkami hydraulicznymi i pucolanowymi. Znacząca rola tego spoiwa we współczesnym budownictwie wynika nie tylko z korzystnych jego cech użytkowych i możliwości ich modyfikacji w skutek wprowadzenia różnego typu dodatków, ale również powszechnej dostępności tanich surowców, z których jest wytwarzany. Cement stanowi blisko 20% ogólnej masy materiałów używanych w budownictwie.

Światowa produkcja cementu wynosi ok. 1,6 mld ton i rośnie o 2 - 5% rocznie. W Polsce produkuje się ok. 15 mld ton tego spoiwa. Polska ma wieloletnią tradycję w produkcji cementu. Pierwsza cementownia została zbudowana w 1857 r. Grodźcu ok. Będzina ; była to piąta cementownia na kontynencie europejskim.

Asortyment produkowanych cementów jest następujący : cementy portlandzkie, hutnicze, pucolanowe i cementy specjalne, w tym cement o niskim cieple hydratacji, cement o wysokiej odpornośći na siarczany, cement niskoalkaliczny oraz cement biały i glinowy.

Klinkier cementowy

Głównym składnikiem cementu jest klinkier portlandzki, którego udział w zależności od rodzaju cementu wynosi od 95% (cement portlandzki bez dodatków) do 15% (cement hutniczy). Klinkier portlandzki jest produktem spiekania w temperaturze ok. 1450ºC mieszaniny surowców składających się z wapieni i glinokrzemianów. Podstawowymi składnikami klinkieru są cztery tlenki: tlenek wapnia (CaO), krzemionka (SiO₂), tlenek glinu (Al₂O₃) i tlenek żelaza (Fe₂O₃). Tlenki te stanowią 95% masy klinkieru. Fizykochemiczną podstawą klinkieru są termochemiczne reakcje, w wyniku których tworzą się cztery główne fazy:

- krzemian trójwapniowy 3CaO∙SiO₂, zwany alitem,

- krzemian dwuwapniowy β - 2CaO∙SiO₂, zwany belitem,

- glinian trójwapniowy 3CaO∙Al₂O₃,

- glinożelazian czterowapniowy 4CaO∙Al₂O₃∙Fe₂O₃, zwany brownmillerytem.

W skład klinkieru wchodzą również w niedużej ilości inne związki, a mianowicie: wolne wapno CaO, wolny nie związany tlenek magnezu MgO, związki siarki i alkinów (Na₂O + H₂O).

Krzemiany wapnia tworzą dobrze wykształcone ziarna o charakterze przekroju. Natomiast glinian trójwapniowy i faza glinożelazianowa stanowią drobnokrystaliczną lub bezpostaciową substancję wypełniającą. Zawartość poszczególnych faz waha się w klinkierach portlandzkich w dość szerokich granicach. Krzemiany wapniowe stanowią 75 - 82%, zaś gliniany i glinożelaziany 18 - 25% masy klinkieru.

Krzemian trójwapniowy (C₃S). Alit występujący w klinkierze portlandzkim w ilości 50 - 60% jest roztworem stałym krzemianu trójwapniowego w strukturze zbliżonej do odmiany jednoskośnej lub trygonalnej. Jest najważniejszym minerałem klinkieru cementu portlandzkiego. Odznacza się on dobrymi właściwościami wiążącymi w początkowym, a także końcowym okresie twardnienia. Występuje w klinkierach portlandzkich zazwyczaj w postaci krystalicznych heksagonalnych płytek, które pod mikroskopem są widoczne jako mniej lub bardziej regularne wieloboki. Wymiary ziaren alitu wynoszą od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów. Wielkość ziaren, ich pokrój, a także stopień zdefektowania struktury wywiera znaczny wpływ na właściwości alitu.

Ortokrzemian wapnia (C₂S). Belit zawarty w klinkierze portlandzkim w ilości ok. 20% jest roztworem stałym, który w swojej strukturze zawiera jony powstające zarówno kationy wapniowe, jak i krzemowe. Belit ma strukturę zbliżoną do fazy β - C₂S i jest produktem nie doskonale wykrystalizowanym. Tworzy za zwyczaj owalne, prążkowane ziarna o wyraźnie płytkowatej mikrostrukturze. Wielkość ziaren belitu jest dość zróżnicowana i dochodzi sporadycznie do 100 µm. Dzięki belitowi zaprawa uzyskuje znaczne wytrzymałości w późniejszym okresie twardnienia.

Glinian trójwapniowy (C₃A). Jest to roztwór stały zawierający znaczne ilości żelaza oraz niewielkie ilości Na₂O. Stanowi on ok. 10% klinkieru. Może występować w postaci drobnych kryształów, które zrastając się, tworzą nieregularne formy krystaliczne fazy bezpostaciowej oraz szklistej. Reaguje z wodą najszybciej ze wszystkich składników klinkieru.

Glinożelazian czterowapniowy (C₄AF). Brownmilleryt, występujący w klinkierze portlandzkim w ilości ok. 7% stanowi roztwór stały tlenku żelaza i glinu. Jest to ważny składnik cementów o małym cieple hydratacji.

Przy zwiększonej jego ilości zaprawy cementowe w początkowym okresie twardnieją po woli, lecz po dłuższym okresie osiągają znaczną wytrzymałość.

Klasyfikacja cementów według norm

W związku z integracją Polski z Unią Europejską niezbędne stało się dostosowanie norm polskich do obowiązujących w Unii. Dlatego też nowelizacja krajowych norm cementowych objęła zarówno normy przedmiotowe w zakresie klasyfikacji i wymagań, jak również normy odnoszące się do metod badań. Normy PN zawierające metody badań zostały zastąpione PN-EN identycznymi z normami europejskimi z serii EN 196 „Cement. Metody badań”.

Normy stosowane dotychczas do badań cementu wysłanego na eksport odnoszą się obecnie również do krajowych warunków produkcji oraz stosowania cementu.

Nowelizując normy przedmiotowe przyjęto, jak w normie europejskiej, podział cementu na cementy powszechnego użytku oraz cementy specjalne.

W 2002 r. ustanowiono PN-EN 197-1:2002 dla cementów powszechnego użytku, a w 2003 r. opracowano PN-B-19707:2003 dla cementów specjalnych.

PN-B-19707:2003 stanowi rozszerzenie wymagań w stosunku do cementów wytworzonych wg PN-EN 197-1:2002 o wymagania dotyczące szczególnych cech użytkowych, na podstawie których można cement zakwalifikować jako cement specjalny.

Nowelizacja krajowych norm cementowych zmieniła zasady klasyfikacji i wymagania dla cementów poszczególnego użytku. Przedmiotem klasyfikacji jest 27 rodzajów cementu.

Ze względu na dodatki, cement powszechnego użytku dzieli się na pięć rodzajów:

- cement portlandzki CEM I,

- cement portlandzki z dodatkami CEM II,

- cement hutniczy CEM III,

- cement pucolanowy CEM IV,

- cement wieloskładnikowy CEM V.

Z uwagi na ilość dodatków cementy dzieli się na odmiany A i B.

W skład cementów mogą wejść takie dodatki jak: granulowany żużel wielkopiecowy, popiół lotny krzemionkowy, popiół lotny wapienny, pucolana naturalna i naturalna wypalana, pył krzemionkowy oraz wapień i łupek palny.

Rodzaje cementów powszechnego użytku wg ilości i jakości składników przedstawiłyśmy w załączniku nr 1 w normie PN-EN 197-1, w tablicy na str. 12.

Według PN-EN 197-1:2002 dla wszystkich rodzajów cementów powszechnego użytku obowiązują trzy klasy wytrzymałości normowej, w zależności od wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach (w MPa). Są to klasy: 32,5; 42,5; 52,5. Każdej wytrzymałości normowej odpowiadają dwie klasy wytrzymałości wczesnej (badanie po 2 albo 7 dniach). Klasę o normowej wytrzymałości wczesnej oznacza się jako N, a klasę wysokiej wytrzymałości wczesnej jako R. Wymagania dotyczące właściwości mechanicznych i fizycznych przedstawiłyśmy w normie PN-EN 197-1, w tablicy 2 na str. 13 ( załącznik nr 1). Z tablicy wynika, że w nowej normie zrezygnowano z oznaczenia końca czasu wiązania. Określa się tylko początek czasu wiązania, który uzależniony jest od klasy cementu. Cementy klas najwyższych, tj. 52,5, powinny wiązać nie wcześniej niż po 45 min.

Właściwości chemiczne cementów w zależności od rodzaju i klasy wytrzymałości przedstawiłyśmy w tabeli 1:

Właściwości	Metoda badania	Rodzaj cementu	Klasa wytrzymałości	Wymagania (% masy cementu)
Strata prażenia	PN-EN 196-2:1996	CEM I CEM III	wszystkie	≤ 5,0 %
Pozostałość nierozpuszczalna	PN-EN 196-2:1996	CEM I CEM III	wszystkie	≤ 5,0 %
Zawartość siarczanów (jako SO3)	PN-EN 196-2:1996	CEM I CEM II CEM IV CEM V	32,5 N 32,5 R 42,4 N	≤ 3,5 %
						42,5 R 52,5 N 52,5 R	≤ 4,0 %
				CEM III	wszystkie
Zawartość chlorków	PN-EN 196-21:1997	wszystkie	wszystkie	≤ 0,10 %
Pucolanowość	PN-EN 196-5:1996	CEM IV	wszystkie	wynik pozytywny

2.2 TEORETYCZNE ZASADY HYDRATACJI CEMENTU

Hydratacja cementu

Minerały wchodząc w skład cementu portlandzkiego w wyniku reakcji z wodą tworzą mikrostruktury, w których istnieją siły łączące nowo powstałe substancje między sobą oraz te substancje z pozostałymi składnikami masy betonowej. W efekcie powstaje monolityczne ciał, które po pewnym czasie uzyskuje znaczną wytrzymałość mechaniczną. Reakcje zachodzące między minerałami klinkieru a wodą są reakcjami hydratacji (przyłączania wody do związku chemicznego bez jego rozkładu) bądź dysocjacji hydrolitycznej ( powodującej rozkład związku). Oba procesy przebiegają w zaczynie cementowym równolegle i są określane najczęściej jako hydratacja cementu.

Proces hydratacji głównych minerałów klinkierowych przebiega wg następujących reakcji chemicznych:

2(3CaO ∙ SiO₂) + 6H₂O → 3CaO∙ 2SiO₂∙3H₂O + 3Ca(OH)₂ + Q

2(CaO∙SiO₂) + 5H₂O → 3CaO∙2SiO₂∙4H₂O + Ca(OH)₂ + Q

2(3CaO ∙ Al₂O₃) + 21H₂O → 4CaO ∙ Al₂O₃∙13 H₂O + 2CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 8H₂O + Q

W wyniku hydratacji 4CaO ∙ Al₂O₃ ∙ Fe₂O₃ powstają hydraty analogicznie do uzyskanych przy uwodnieniu 3CaO ∙ Al₂O₃.

Wszystkie reakcje są egzotermiczne, czyli zachodzą z wydzieleniem ciepła. Najwięcej ciepła wydziela się przy hydratacji 3CaO ∙ Al₂O₃, a najmniej przy β - 2CaO ∙ SiO₂. W uwodnionych krzemianach wapnia, określonych ogólnym wzorem C-S-H, stosunek CaO do SiO₂ może wynosić 1,0 do 2,5. Uwolnione krzemiany mają największy udział w produkcji hydratacji cementu, stanowiąc 60 - 70%, a portlandy Ca(OH)₂ ok. 20%.

Hydratacja cementu jest procesem skomplikowanym, co jest zrozumiałe, jeżeli uwzględni się wzajemny wpływ reagujących z wodą różnych faz klinkierowych oraz siarczanu wapnia (gipsu), stanowiącego regulator czasu wiązania. Pomimo szczególne fazy klinkierowe zachowują właściwe sobie szybkości reakcji z wodą, a mianowicie najszybciej reaguje glinian trójwapniowy, następnie alit i brownmilleryt, a najwolniej belit. Procesy hydratacji jednych faz oddziałują na pozostałe. W momencie zarobienia cementu woda do roztworu przechodzi duża ilość alkaliów, jonów wapnia i siarczanów oraz mniejsza ilość krzemionki, jonów żelaza i glinu. Gips zaczyna reagować z 3CaO ∙ Al₂O₃ wg następującej reakcji chemicznej:

3 CaO ∙ Al₂O₃ + 3CaSO₄ + 32 H₂O → 3 CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 3CaSO₄ ∙ 32H₂O

i tworzy glino siarczan wapnia zwany etringiten. Gips zanika po 24 godz. reakcji. Alit zaczyna szybko reagować z wodą i roztwór nasyca się jonami Ca²⁺. Roztwór przesyca się i pojawia się portlandyt Ca(OH)₂. Na początku występuje bezpostaciowy portlandyt I, który z czasem przechodzi w krystaliczny (heksagonalny) portlandyt II.

Średnia szybkość hydratacji cementu jest określana przez dyfuzje cząstek wody przez warstwę produktów hydratacji. Etringit 3CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 3CaSO₄ ∙ 32H₂O w pierwszym okresie tworzy wraz z portlandytem szkielet stwardniałego zaczynu cementowego. W przestrzeń między porami wbudowuje się faza typu C-S-H (uwodnione krzemiany wapnia).

Etap hydratacji wg Lochera rozpoczyna się bezpośrednio po dodaniu do cementu wody. Powstaje roztwór przesycony, z którego jako pierwsze produkty hydratacji wytrącają się : etringit i wodorotlenek wapnia. Po upływie ok. godziny od chwili zarobienia cementu wodą rozpoczyna się drugi etap, w którym powstają pierwsze partie uwodnionych krzemianów wapnia w postaci długich włókien i igieł łączących ze sobą poszczególne ziarna cementu. Powstaje w ten sposób podstawowa struktura złożona z produktów hydratacji. Zakończenie tego etapu hydratacji następuje po ok. 24 godz. od chwili zarobienia cementu wodą. Konczy się wówczas powstawanie etringitu, a stanowiący regulator przereagowuje już całkowicie.

Trzeci etap hydratacji rozciąga się na szereg dni, a nawet miesięcy a nawet obejmuje już pełną hydratacje cementu. Istnieją jeszcze pory zapełniają się coraz bardzie produktami hydratacji i budowa (tekstura) stwardniałego zaczynu cementowego staje się przez to coraz bardziej zwięzła. W omawianych etapie zamiast etingitu powstaje już uwodniony glinian wapnia 4CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 13H₂O, w którym część tlenku glinu może być zastąpiona tlenkiem żelaza. W tym zaawansowanym stadium hydratacji etringit może przekształcić się w glinian jednosiarczanowy. Natomiast heksagonalne gliniany przechodzą w regularny 3CaO ∙ Al₂O₃ ∙ 6H₂O.

Znajomość hydratacji cementu wyjaśnia budowę stwardniałego zaczynu cementowego i daje podstawowe do analizy jego właściwości użytkowych. Przyjmuje się, że ok. 70% stwardniałego zaczynu stanowią produkty hydratacji, a ok. 30% pory.

Przebieg hydratacji cementu, a tym samym właściwości twardniejącego zaczynu cementowego są uzależnione od szeregu czynników, spośród których wymienić na leży przede wszystkim: skład chemiczny i mineralny cementu oraz jego skład ziarnowy, stosunek zawartości wody do cementu (współczynnik w/c), temperaturę hydratacji, różnego typu dodatki wprowadzane do cementu lub bezpośrednio do zaczynu, a także w sposób formowania mieszanki betonowej (wibrowanie, prasowanie).

2.3 TECHNOLOGIE PRODUKCYJNE I WYKORZYSTANIE W BUDOWNICTWIE

Charakterystyka i zakres stosowania cementów poszczególnego użytku

Cementy powszechnego użytku są w przeważającym zakresie stosowane w budownictwie i stanowią przeszło 98% produkcji krajowej. Do tego rodzaju cementów zalicza się: cement portlandzki, cement portlandzki mieszany, cement hutniczy, pucolanowy i wieloskładnikowy.

Cement portlandzki CEM I. Uzyskuje się go przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z dodatkiem ok. 5% siarczanu wapnia dwuwodnego lub anhydrytu. Cement ten jest spoiwem powszechnie stosowanym (ok. 40%) w budownictwie.

Wyróżnia się cementy portlandzkie klasy 32,5; 42,5 i 52,5 oraz cementy o zwiększonej wytrzymałości początkowej oznaczone symbolem R.

CEM I 32,5R charakteryzuje się wysoką wytrzymałością wczesną i umiarkowanym ciepłem hydratyzacji. Stosuje się go do produkcji betonu towarowego i komórkowego, elementów prefabrykowanych oraz zapraw tynkarskich i murarskich.

CEM I 42,5R ma szybki przyrost wytrzymałości, wysokie ciepło hydratacji i krótki czas wiązania. Stosuje się go do produkcji betonów klas B20 - B50, wytwarzania elementów prefabrykowanych i wykonywania konstrukcji monolitycznych

CEM I 52,5R charakteryzuje się wysoką wytrzymałością początkową i duża szybkością wydzielania ciepła w początkowym okresie twardnienia. Stosowany jest do produkcji elementów prefabrykowanych, zarówno wielko - ,jak i drobno wymiarowych bez stosowania obróbki cieplnej.

Właściwości oraz zakres stosowania cementu portlandzkiego CEM I według Instrukcji ITB 356/98 przedstawiono w tabeli.

Tabela 1. Właściwości i zastosowanie cementu

Cement		Przeznaczenie betonu
Symbol, klasa	właściwości
CEM I 32,5 N	- niskie ciepło uwodnienia - wolne narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B7,5-B30 - zaprawa murarska i tynkarska
CEM I 32,5 R CEM I 42,5 N	- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B25-B50 - konstrukcje i elementy prefabrykowane - konstrukcje i elementy sprężone - beton o wymaganej wysokiej wytrzymałości wczesnej - betonowanie w warunkach obniżonych temperatur
CEM I 42,5 R CEM I 52,5 N CEM I 52,5 R	- bardzo wysokie ciepło uwodnienia - bardzo szybkie narastanie wytrzymałości - niewielkie późniejsze twardnieje	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B35-B50 - konstrukcje i elementy prefabrykowane - konstrukcje i elementy sprężone - beton o wymaganej wysokiej wytrzymałości wczesnej - beton BWW - betonowanie w warunkach zimowych
CEM I 32,5 R NA^a CEM I 42,5 NA^a CEM I 42,5 R NA^a CEM I 52,5 NA^a CEM I 52,5 R NA^a	- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowane narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie - niska zawartość alkaliów	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B35-B50 - konstrukcje i elementy prefabrykowane - konstrukcje i elementy sprężone - beton o wymaganej wysokiej wytrzymałości wczesnej - betonowanie w warunkach obniżonych temperatur Dopuszcza się ewentualne stosowanie kruszyw reaktywnych

^a wyróżnik NA oznacza cement niskoalkaliczny wg PN-B-19707 : 2003.

Cement portlandzki z dodatkami mineralnymi CEM II. Cement ten produkuje się przez wspólne zmielenie klinkieru portlandzkiego, dodatków mineralnych oraz gipsu jako regulatora czasu wiązania. Zawartość dodatków mineralnych oraz gipsu jako regulatora czasu wiązania. Zawartość dodatków mineralnych w zależności od odmiany (A i B) może wynosić 6-35%. Do produkcji cementu CEM II stosuje się takie dodatki jak: granulowany żużel wielkopiecowy, pył krzemionkowy, pucolanę naturalną i sztuczną, popiół lotny krzemionkowy i wapienny, łupek palony oraz wapień. W zależności od rodzaju dodatku cement ten charakteryzuje się różnorodnymi właściwościami, np. dodanie do danego żużlu lub popiołu lotnego wydłuża czas wiązania cementu i obniża jego początkową wytrzymałość (po 2 dniach) w stosunku do CEM I. Cement ten ma szereg zalet istotnych w praktycznym stosowaniu w budownictwie: zmniejszone ciepło hydratacji, mały skurcz, zwiększoną odporność na działanie wód agresywnych. Stosuje się go do produkcji: betonu towarowego, prefabrykatów wielko- i drobnowymiarowych, elementów prefabrykowanych i sprężonych.

Właściwości i zastosowanie cementu CEM II wg Instrukcji ITB 356/98 przedstawiono w tabeli.

Tabela 2. Właściwości i zastosowanie cementów CEM II [13]

Cement		Przeznaczenie betonu
Symbol, klasa	Właściwości
CEM II/A-S 32,5 CEM II/A-V 32,5 CEM II/A-L 32,5 CEM II/A-SV 32,5	- niskie ciepło uwodnienia - wolne narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B7,5-B30 - zaprawa murarska i tynkarska
CEM II/A-S 32,5 R CEM II/A-V 32,5 R CEM II/A-L 32,5 R CEM II/A-SV 32,5 R CEM II/A-S 42,5 CEM II/A-V 42,5 CEM II/A-L 42,5 CEM II/A-SV 42,5	- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B25-B50 - konstrukcje i elementy prefabrykowane - beton o wymaganej wysokiej wytrzymałości wczesnej - betonowanie w warunkach obniżonych temperatur - zaprawy murarskie i tynkarskie
CEM II/A-S 42,5 R CEM II/A-V 42,5 R CEM II/A-L 42,5 R CEM II/A-SV 42,5 R	- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B30-B50 - konstrukcje i elementy prefabrykowane - betonowanie w warunkach obniżonych temperatur
CEM II/B-S 32,5 CEM II/B-V 32,5 CEM II/B-L 32,5 CEM II/B-SV 32,57	- niskie ciepło uwodnienia - wolne narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B7,5-B30 - konstrukcje i elementy prefabrykowane - betonowanie w warunkach obniżonych temperatur
CEM II/B-S 32,5 R CEM II/B-V 32,5 R CEM II/B-L 32,5 R CEM II/B-SV 32,57 R CEM II/B-S 42,5 CEM II/B-V 42,5 CEM II/B-L 42,5 CEM II/B-SV 42,5	- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B25-B50 - konstrukcje i elementy prefabrykowane - zaprawy murarskie i tynkarskie
CEM II/A-D 42,5 R CEM II/A-D 52,5 CEM II/A-D 52,5 R	- wysokie ciepło uwodnienia - szybkie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B50 - beton BWW

Cement hutniczy CEM III. Otrzymuje się go przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z gipsem i granulowanym żużlem wielkopiecowym lub przez wymieszanie oddzielnie zmielonych składników. Cement ten wytwarza się w dwóch odmianach różniących się zawartością żużla. CEM III A zawiera 36 - 65% żużla a CEM III B 66 - 80%. W normie przewiduje się również odmianę CEM III C o zawartości żużla 81 - 95%. Cement hutniczy ma szereg korzystnych właściwości, takich jak mała przepuszczalność wykonanych z niego betonów i wysoka odporność na korozję siarczanową. Ponadto charakteryzuje się niskim ciepłem twardnienia, dzięki czemu jest przydatny do wykonywania dużych elementów betonowych i obiektów hydrotechnicznych. Może również być stosowany w budownictwie komunikacyjnym do budowy dróg, autostrad, wiaduktów i mostów.

Cement pucolanowy CEM IV . produkcja cementu pucolanowego polega na wspólnym zmieleniu klinkieru portlandzkiego, dodatków pucolanowych oraz gipsu. Rozróżnia się dwie odmiany cementu pucolanowego :

- CEM IVA, w którym łączna zawartość dodatków pucolanowych, takich jak pucolana naturalna i naturalna wypalona oraz krzemionkowy popiół lotny, wynosi 11 - 35%, natomiast dodatek pyłu krzemionkowego nie może być większy niż 10%.

-CEM IVB, w którym łączna zawartość wymienionych składników powinna utrzymywać się w przedziale 36 - 55%, a pył krzemionkowy wynosi nie więcej niż 10%.

` Cementy pucolanowe charakteryzują się zwiększoną wodożądnością i mniejszą dynamiką narastania wytrzymałości początkowych, szczególnie w niskich temperaturach. Mają one niskie ciepło twardnienia, zwiększoną odporność na korozję oraz wyższe wytrzymałości końcowe.

Cement pucolanowy może stanowić pełnowartościowe spoiwo do produkcji prefabrykatów betonowych i żelbetonowych, jako zamiennik cementu portlandzkiego, jak również może być stosowany do betonów monolitycznych w budownictwie hydrotechnicznym oraz obiektach ochrony środowiska, np. do budowy oczyszczalni ścieków. Właściwości i zastosowanie CEM III i CEM IV wg Instrukcji ITB 356/98 podano w tabeli.

Tabela 3. Właściwości i zastosowanie cementów CEM III i CEM IV [13]

Cement		Przeznaczenie betonu
Symbol, klasa	Właściwości
CEM III/A 32,5 CEM III/B 32,5	- bardzo niskie ciepło uwodnienia - powolne narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B7,5-B30 - konstrukcje masywne - beton odporny na siarczany - zaprawa murarska i tynkarska
CEM III/A 32,5 R CEM III/B 42,5 R	- niskie ciepło uwodnienia - powolne narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B25-B50 - konstrukcje i elementy prefabrykowane - konstrukcje masywne - beton odporny na siarczany ( CEM III/B ) - zaprawy murarskie i tynkarskie
CEM III/A 42,5 CEM III/B 42,5 R	- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B25-B50 - konstrukcje masywne - beton odporny na siarczany ( CEM III/B )
CEM IV/A 32,5 CEM IV/B 32,5	- bardzo niskie ciepło uwodnienia - powolne narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze narastanie wytrzymałości	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B7,5-B30 - konstrukcje masywne - beton odporny na siarczany - zaprawy murarskie i tynkarskie
CEM IV/A 32,5 R CEM IV/B 32,5 R	- niskie ciepło uwodnienia - powolne narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze narastanie wytrzymałości	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B25-B40 - beton prefabrykowany - beton hydrotechniczny - beton odporny na siarczany ( CEM IV/B )
CEM IV/A 42,5 CEM IV/B 42,5	- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze twardnienie	- beton zwykły wg PN-88/B-06250 - klasa B25-B40 - konstrukcje masywne - beton odporny na siarczany ( CEM IV/B )

Cement wieloskładnikowy CEM V. otrzymuje się go przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z dodatkiem żużla wielkopiecowego, pucolany ( naturalna, naturalna wypalana, popiół lotny krzemionkowy ) i gipsu. Rozróżnia się dwie odmiany cementu :

- CEM V A z udziałem 18 - 30% żużla i 18 - 30% pucolany;

- CEM V B z udziałem 31 - 50% żużla i 31 - 50% pucolany.

Cement ten wykazuje właściwości zbliżone do cementów hutniczych i pucolanowych, ma również podobny do tych cementów zakres zastosowania.

Cementy specjalne

Według PN-B-19707: 2003 wśród cementów specjalnych wyróżnia się:

- cement o niskim cieple hydratacji (LH),

-cement o wysokiej odporności na siarczany (HSR),

-cement niskoalkaliczny (NA)

Cement o niskim cieple hydratacji (LH). Nowa norma, której przedmiotem jest cement o niskim cieple hydratacji zakłada, że każdy cement powszechnego użytku ujęty w PN-EN 197- 1: 2002, o cieple poniżej hydratacji 270 J/g (zmierzonym po 41 godz. metodą semi-adiabatyczną lub po7 dniach metodą rozpuszczania), może być stosowany jako cement o niskim cieple hydratacji.

Wiele produkowanych w Polsce cementu powszechnego użytku spełnia kryteria niskiego ciepła hydratacji, szczególnie cementy hutnicze CEM III i pucolanowe CEM IV o dużej zawartości żużlu i popiołu.

Cement o wysokiej odporności na siarczany (HSR). Do celów HSR zalicza się cementy CEM I, CEM II/B-V, CEM III, CEM IV, spełniające dodatkowo wymagania podane w PN-B-19707: 2003.

Cement niskoalkaliczny (NA). Wymagania dla cementu niskoalkalicznego spełniają cementy CEM I, CEM II, CEM IV, CEM V, zawierające poniżej 0,6% alkaliów, cement CEM/B-S zawierające więcej niż 0,7 procent alkaliów oraz cementy hutnicze CEM III/A, CEM III/B, CEM III/C.

W zależności od udziału granulowanego żużla wielkopiecowego w cementach CEM III wymagania w stosunku do całej zawartości alkaliów są zróżnicowane. Dla CEM III/A przy zawartości żużla poniżej 49% zawartość alkaliów nie może być wyższa niż 0,95%, a przy zawartości żużla większej niż 50% nie wyższej niż 1,10%. Cementy CEM III/B i CEM III/C nie mogą zawierać więcej niż 2,0% alkaliów.

Nowa norma rozszerzona więc zakres cementów niskoalkalicznych o cementy portlandzkie, żużlowe i hutnicze, które spełniają wyżej wymienione kryterium.

Do cementów specjalnych zalicza się cement portlandzki biała oraz cement glinowy.

Cement portlandzki biały. Charakteryzuje się on dużym stopniem białości oraz parametrami odpowiadającymi cementom portlandzkim klasy 32,5 i 42,5.

Do produkcji klinkieru białego są używane surowce o ograniczonej ilości tlenków barwiących, takich jak Fe₂O₃, MnO₂ i TiO_2. Cement biały zawiera głównie krzemiany wapnia. Stosuje się go miedzy innymi do wytwarzania betonu architektonicznego, ozdobnej galanterii betonowej oraz zapraw murarskich i tynkarskich. Cement biały wykorzystywany do produkcji cementów kolorowych.

Cement glinowy. Jest to szybko twardniejące spoiwo hydrauliczne otrzymywane przez zmielenie bez dodatku gipsu, klinkieru glinowego spiekanego lub topionego. Klinkier glinowy produkuje się z takich surowców jak kamień wapienny i boksyt.

Cement ten charakteryzuje się normalnym czasem wiązania oraz bardzo dużą dynamiką narastania wytrzymałości początkowych (po 1 dniu twardnienia osiąga 80 - 90% wytrzymałości 3-dniowych). Cechuje się wysokim ciepłem twardnienia i znaczną odpornością na działanie wysokich temperatur (1200-1400ºC), co predestynuje go do produkcji betonów organicznych. Stosowany jest także do betonów odpornych na korozje siarczanową oraz do wytwarzania specjalnych mieszanek.

Dodatki do cementu

Granulowany żużel wielkopiecowy jest to materiał o utajonych właściwościach hydraulicznych, które można intensyfikować przez dodanie aktywatorów alkalicznych . Wytwarzany jest przez szybkie chłodzenie płynnego żużla o odpowiednim składzie, otrzymywanego przy wytapianiu surówki w wielkim piecu.

W celu uzyskanie najlepszych właściwości hydraulicznych należy tak prowadzić proces jego granulacji, aby udział w nim fazy szklistej był możliwie największy. Obok szkła żużlowego żużlu granulowanym występują także produkty jego krystalizacji, tj. krzemiany i glino krzemiany wapna i magnezu.

Wymagania w stosunku do żużlu jako dodatku do cementu są następujące:

- zawartość fazy szklistej ≥ 67%,

- zawartość CaO + MgO + SiO₂ ≥ 67%,

-stosune CaO + MgO/SiO₂ ≥ 1,0.

Pucolana naturalna i sztuczna jest to materiał, który samodzielnie nie twardnieje, ale drobno zmielona w obecności wody i wodorotlenku wapna tworzy związki o właściwościach hydraulicznych, czyli uwodnone krzemiany i glinokrzemiany wapnia. Pucolana składa się głównie z reaktywnego SiO₂ i Al₂O₃.

Popiół lotny krzemionkowy powstaje na skutek elektrostatycznego lub mechanicznego osadzania pylistych cząstek spalin wytwarzających się w paleniskach opalanych pyłem węglowym. Wymagania dla popiołu lotnego krzemionkowego są następujące:

- udział reaktywnego CaO ≤ 10%,

- zawartość reaktywnego SiO_2,

- straty prażenia (zawartości nie spalonego węgla) ≤ 5%.

Popiół lotny wapienny powstaje podczas odpylania gazów z instalacji kotłowych, w których spala się węgiel brunatny w paleniskach pyłowo-wirowy, a także podczas odpylania gazów z palenisk fluidalnych przy spalaniu węgla kamiennego i brunatnego z równoczesnym odsiarczaniem gazów odlotowych sorbentami wapniowymi. W przypadku popiołu lotnego wapiennego stanowiącego dodatek zarówno hydrauliczny, jak i pucolanowy wymaga się, aby:

- udział reaktywnego CaO ≤ 5%,

- zawartość reaktywnego SiO₂ ≥ 25%,

- straty prażenia (zawartości nie spalonego węgla) ≤ 5%,

- promieniotwórczość była zgodna z obowiązującymi przepisami.

Łupek palony, a zwłaszcza łupek bitumiczny, jest wypalany w temperaturze ok. 800ºC. Zawiera on fazy podobne do klinkieru portlandzkiego oraz tlenki o znacznej reaktywności, np. dwutlenek krzemu. Drobno zmielony łupek wykazuje wyraźne właściwości hydrauliczne oraz pucolanowe.

Pył krzemionkowy składa się z bardzo drobnych kulistych cząsteczek o dużej zawartości krzemionki bezpostaciowej. Powstaje w procesie odpylania pieców hutniczych przy produkcji żelazokrzemu. Jest on zbudowany z substancji amorficznej zawierającej 90 - 98% SiO₂. Ma postać kulistych cząstek o średnicy 0,01 - 0,5 µm. Jest to najbardziej aktywny dodatek pucolanowy.

Wymagania dla pyłu krzemionkowego podane w normie są następujące:

- zawartość krzemionki bezpostaciowej SiO₂ ≥ 85%,

-powierzchnia właściwa ≥ 15 m²/g (wyznaczana metodą BET).

Maczka wapienna, zwana wypełniaczem, stosowana jest jako dodatek do cementu portlandzkiego wapiennego w ilości 6 - 35%.

Wymagania dla mączki z kamienia wapiennego są następujące:

- zawartość CaCO₃ w kamieniu wapiennym ≥ 75%,

- zawartość zanieczyszczeń ilastych < 1,2%,

- zawartość organicznego węgla < 0,2%,

- stopień zmielenia ok. 5000 cm²/g wg Blaine'a.

Siarczan wapnia, gips ( CaSO₄ ∙ 2H₂O) lub anhydryt (CaSO₄) stosowany jest jako regulator czasu wiązania cementu. Dodawany jest podczas przemiału klinkieru na cement w ilości ok. 5%.

Gips i anhydryt występują jako materiały pochodzenia naturalnego. Siarczan wapna dwuwodny powstaje jako produkt uboczny w procesach przemysłowych, np. przy odsiarczaniu spalin w energetyce węglowej (reagips).

Właściwości użytkowe i metody badań cementu

Jakość cementu określają właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne. Do właściwości mechanicznych zalicza się wytrzymałość normową i wczesną. Natomiast do właściwości fizycznych należą: gęstość właściwa i nasypowa, wodożądność , czas wiązania, stałość obiętosci, stopień zmielenia, ciepło twardnienia, skurcz stwardniałego zaczynu, odporność na agresje chemiczną.

Właściwości chemiczne cementu określa procentowa zawartość: strat prażenia, pozostałości nie rozpuszczalnej, siarczanów ( jako SO₃), chlorków i alkaliów (jako Na₂O) oraz CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ i MgO.

Właściwości wytrzymałościowe. Jedną z najważniejszych cech użytkowych cementu jest wytrzymałość mechaniczna zapraw. Z wytrzymałością cementu jest ściśle związana wytrzymałość betonu, a tym samym możliwości jego wykorzystania. Cechy wytrzymałościowe cementu określa się na podstawie badań wytrzymałości na ściskanie.

Ze względu na wytrzymałość na ściskanie cement dzieli się na tzw. klasy. Podział jest ten dokonany na podstawie pomiaru wytrzymałości na ściskanie zaprawy normowej po 28 dniach twardnienia oraz wytrzymałości pośrednich po 2 i 7 dniach.

Na wytrzymałość zaprawy cementowej ma wpływ:

- skład mineralny klinkieru cementowego,

- stopień rozdrobnienia cementu,

- jakość i ilość dodatków,

- w/c i warunki dojrzewania.

Wzrost temperatury powoduje uzyskanie dużych wytrzymałości początkowych zaprawy, natomiast zwiększenie w/c wpływa na zwiększenie doskonałości zarówno początkowych, jaki i końcowych.

Badania wytrzymałościowe cementu przeprowadza się na zaprawach sporządzonych z cementu, piasku i wody wg odpowiednich norm, badania wykonuje się po 7 i 28 dniach na beleczkach o wymiarach 4 x 4 x 16 cm na prasie hydraulicznej wg PN-EN196-1:1996.

Wodożądność. Miarą wodo żądności spoiwa jest ilość spoiw która jest nie zbędna do otrzymania zaczynu o konsystencji normowej wg badania na aparacie Vicata. Wodożądność cementu portlandzkiego wynosi zwykle 24 - 32% i zależy od wielu czynników, a szczególnie od jego składu mineralnego. Wyższy stopień rozdrobnienia cementu oraz podwyższona zawartość C₃A zwiększ jego wodożądność cementu można regulować w znacznym zakresie za pomocą domieszek chemicznych z grupy plastyfikatorów i superplastyfikatorów. Badanie przeprowadza się wg PN-EN 196-3:1996.

Gęstość właściwa i nasypowa. Gęstość właściwa cementu portlandzkiego w zależności od jego składu chemicznego i mineralnego, a także zawartości różnych dodatków waha się w zakresie 3,0 - 3,2 g/cm². Z gęstości właściwą związana jest inna właściwość cementu, tzw. gęstość nasypowa w stanie luźno usypanym i stanie utrzęsionym. Znajomość tych wielkości jest niezbędna przy obliczeniu wielkości składowych, zbiorników oraz środków transportu.

Gęstość właściwą cementu wyznacza się za pomocą kolby Le Chateliera lub metodą piknometryczną.

Czas wiązania. Szybkość wiązania i twardnienia zaczynu cementowego ma bardzo duże znaczenie praktycznie przy stosowaniu cementów.

Wiązaniem nazywa się proces, podczas którego plastyczny zaczyn cementowy stopniowo gęstnieje i przechodzi w ciepło stałe, uzyskując wytrzymałość początkową przy której traci plastyczność i urabialność. Cement powinien charakteryzować się takim czasem wiązania, który umożliwia przygotowanie mieszanki betonowej, a następnie ułożenie jej i zagęszczenie.

Czas wiązania cementu jest uzależniony od wielu czynników i może być regulowany w dowolnym szerokim zakresie, przez odpowiednio dobrany stopień rozdrobnienia oraz stosowaniem różnych regulatorów czasu wiązania, np. gipsu naturalnego lub syntetycznego czy anhydrytu. Na szybkość wiązani cementu znaczny wpływ wywiera także temperatura i współczynnik wodno cementowy. Czas wiązania zaczynu cementowego bada się aparatem Vicata wg PN-EN 196-3:1996.

Stałość objętości. Zaczyn cementowy po związaniu i stwardnieniu powinna charakteryzować stała objętość.

Najważniejszą przyczyną nierównomiernych zmian objętości zaczynu cementowego jest hydratacja niezwiązanego CaO i MgO (peryklazu) .

W związku z tym zawartość CaO wolnego nie powinna być większa niż 1%, a MgO nie powinna przekraczać 5%. Zmianę objętości zaczynu bada się za pomocą pierścieni Le Chateliera. Ponadto stosuje się niekiedy tzw. metodę placków lub badania w autoklawie. Badania wykonuje się wg PN-EN 196-3:1996.

Stopień rozdrobnienia. Stopień rozdrobnienia cementu ma bezpośredni wpływ na jego właściwości użytkowe. Ze wzrostem stopnia rozdrobnienia zwiększa się szybkość przyrostu wytrzymałości, a także wzrasta skurcz i ciepło twardnienia cementu.

Optymalny skład ziarnowy cementu portlandzkiego jest następujący :

- frakcja 0 - 5 µm - ok. 20%,

- frakcja 5 - 30 µm - ok. 50%

- frakcja 30 - 63 µm - ok. 20%

- frakcja > 63 µm - ok. 10%

Poszczególne frakcje ziarnowe mają znaczący wpływ na kształtowanie właściwości wytrzymałości cementu. Frakcje najdrobniejsze 0 - 5 µm decydują o wytrzymałościach początkowych zaprawy cementowej, a frakcje 5 - 30 µm i 30 - 60 µm o wytrzymałościach po 28 dniach i w związku z tym decydują w znacznym stopniu o klasie cementu. Frakcje grubsze stanowią mikrowypełniacz.

Skład ziarnowy cementu oznacza się, stosując analizę sitową, analizę sedmentacyjną, metodę mikroskopową oraz metodę laserową. Badania przeprowadza się wg PN-EN 196-6:1997.

Rozdrobnienie cementu określa się również przez oznaczenie powierzchni właściwej metodą Blaine'a. Powierzchnia właściwa cementów zawiera się w przedziale 2500 - 4500 cm²/g.

Ciepło twardnienia. Procesom hydrolizy i hydratacji cementu towarzyszy wydzielanie się ciepła a przez procesy te mają charakter egzotermiczny. Ciepło twardnienia cementu jest zróżnicowane w zależności od składu mineralnego oraz stopnia rozdrobnienia i wynosi 200 - 450 kJ/kg. Cement portlandzki o zwiększonej ilości fazy alitowej, fazy szklistej i C₃A charakteryzuje się dużym ciepłem twardnienia, a cement belitowy o dużej zawartości β - C₂S stosunkowo małym ciepłem twardnienia. Ilość wydzielającego się ciepła podczas hydratyzacji cementu można zmniejszyć przez wprowadzenie różnego rodzaju dodatków pucolanowych i hydraulicznych, np. granulowanego żużla wielkopiecowego. Wydzielanie się ciepła podczas twardnienia ma duże znaczenie praktyczne, np. w czasie betonowania w niskich temperaturach (w okresie zimowym) zwiększone ciepło twardnienia powoduje samo ogrzewanie się betonu, co jest zjawiskiem korzystnym. Na odwrót, podczas betonowania dużych masywów betonowych (np. budowli hydrotechnicznych), wskutek hydratacji cementu o zwiększonym cieple twardnienia, temperatura wewnątrz masywu może znacznie przekroczyć 50ºC, co może prowadzić do destrukcji betonu. Z tego powodu jest wskazane stosowanie cementu o zmniejszonym cieple twardnienia. Do wyznaczania ciepła twardnienia stosuje się metody kalorymetryczne.

Właściwości chemiczne. Badania składu chemicznego cementu obejmują oznaczenie: strat prażenia, siarczanów (jako SO₃), części nie rozpuszczalnych w kwasie solnym i węglanie sodu oraz SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO i MgO. Oznaczenie tych składników wykonuje się według PN-EN 196-2:1996, natomiast chlorków, dwutlenku węgla i alkaliów wg PN-EN 196-21:1997.

3. METODYKI OZNACZEŃ BADANYCH WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI (w załączniku)

Metody badań na naszej substancji przeprowadziliśmy zgodnie z normami, które przedstawiliśmy w załączniku.

4. CZĘŚĆ EKSPERYPENTALNA (wyniki badań)

4.1 BADANIE WIZUALNE SUBSTANCJI POD MIKROSKOPEM

Dana substancja 3C jest koloru szarego bez oznak piasku, matowa, sypka i pudrowa. Można zauważyć śladowe ilości czarnych ziaren. Po wypłukaniu została gładka masa.

Po analizie mikroskopowej substancji można stwierdzić, że nie jest to zaprawa budowlana, ponieważ nie zawiera ziaren piasku lecz cement.

Naszą substancją jest cement.

4.2 OZNACZENIE GĘSTOŚĆI CEMENTU KOLBĄ Le Chateliera

Badanie przeprowadzono wg normy PN-76/B-06714 (załącznik nr 2)

Skład:

70 g ± 1 g cementu

300 ml denaturatu




gdzie:


-gęstość cementu

m - masa całej próbki kruszywa wysuszonej do stałej masy wraz z parownicą 70 [g]

m₂- masa części próbki wsypanej do kolby, odpowiadająca objętości zajmowanej przez nią cieczy

V- objętość części próbki i wsypanej do kolby La Chateliera, odpowiadająca objętości zajmowanej przez nią cieczy 20 [cm³]

Gęstość cementu wyniosła 3,05 [g/cm³]

4.3 OZNACZENIE KONSYSTENCJI NORMOWEJ CEMENTU

Badanie przeprowadzono wg normy PN-EN 196-3 (załącznik nr 4)

Próba nr 1.

500 g cementu i 135 ml (27 %) wody po 30 sekundach odległość bolca od szklanej płytki wynosi 16 mm - konsystencja zbyt gęsta

Próba nr 2.

500 g cementu i 145 ml (29 %) wody po 30 sekundach odległość bolca od szklanej płytki wynosi 5 mm 29 % wody.

Odległość między bolcem a szklaną płytką osiągnęła 6 ± 1 mm w Próbie nr 2.

4.4 OZNACZENIE CZASÓW WIĄZANIA

Badanie przeprowadzono wg normy PN-EN 196-3 (załącznik nr 4)

Czas [min]	Odległość igły od płytki szklanej [mm]
30	0
60	0
90	0
120	0
150	0
180	7 (początek czasu wiązania)
210	25
220	30
225	39 (koniec czasu wiązania)

Czas wiązania zaczynu cementowego wyniósł 3 godziny i 45 minut.

4.5 STOPIEŃ ZMIELENIA CEMENTU

Badanie przeprowadzono wg normy PN-EN 196-6 (załącznik nr)

Próba nr 1.

10 g ± 1g cementu przesiano w ciągu 2 minut. Zostały śladowe ilości cementu. Waga po przesianiu 0,09 ± 0,01 g (9% masy).

Próba nr 2.

10 g ± 1g cementu przesiano w ciągu 2 minut. Zostały śladowe ilości cementu. Waga po przesianiu 0,09 ± 0,01 g (9% masy).

Średnia arytmetyczna wynosi 0,09 g ± 0,01 g (9% masy)

4.6 OZNACZENIE GĘSTOŚCI POZORNEJ CEMENTU

Badanie przeprowadzono wg normy PN-EN 196-3 (załącznik nr 3)




gdzie:


- gęstość cementu

m- masa cementu 70g

Wymiary walca:

Średnica 10,51 cm

Wysokość 10,13 cm

Promień 5,25 cm

V- objętość walca


0,894 g ± 1g - waga ubitego cementu

1,080 g ± 1g - waga po ubiciu i dołożeniu cementu

Gęstość nasypowa




Gęstość objętościowa




4.7 OZNACZENIE WYTRZYMAŁOŚCI BELECZEK CEMENTU NA ZGINANNIE

Badanie przeprowadzono wg normy PN-EN 196-1 (załącznik nr 5)

Skład beleczek:

450 ± 2 g cementu

1350 ± 5 g piasku normowego

225 ± 1 ml wody

Wiek beleczek był liczony od momentu zmieszania cementu z wodą do początku badania w chwili wykonania oznaczenia był on większy niż 28 dni. A wyniósł on 64 dni.

Pomiar nr 1.

440 daN = 4400 N =0,234⋅4400⋅10^-2 = 10,296 MPa

Pomiar nr 2.

420 daN = 4200 N =0,234⋅4200⋅10^-2 = 9,828 MPa

Pomiar nr 3.

420 daN = 4200 N = 0,234⋅4200⋅10^-2 = 9,828 MPa

Średnia arytmetyczna wyników na wytrzymałość na rozciąganie wynosi

R_zg = 9,984MPa

0,9984 MPa = 10 %

9,984 MPa - 0,9984 MPa = 8,9856 MPa

9,984 MPa + 0,9984 MPa = 10,982 MPa

przedział < 8,9856 ; 10,9824 > [MPa]

W wyznaczonym przedziale mieszczą się wszystkie otrzymane wyniki.

4.8 OZNACZENIE WYTRZYMAŁOŚCI BELECZEK CEMENTU NA ŚCIASKANIE

Badanie przeprowadzono wg normy PN-EN 196-1 (załącznik nr 5)

Pomiar nr 1.

5480 daN = 54800∙10^-2 N/16cm²= 3425⋅10^-2 MPa = 34,25 MPa

Pomiar nr 2.

4280 daN = 42800∙10^-2 N/16cm²= 2675⋅10^-2 MPa = 26,75 MPa

Pomiar nr 3.

4420 daN = 44200∙10^-2 N/16cm²= 2762,5⋅10^-2 MPa = 27,62 MPa

Pomiar nr 4.

5460 daN = 54600 ∙10^-2 N/16cm²= 3412,5⋅10^-2 MPa = 34,12 MPa

Pomiar nr 5.

4020 daN = 40200∙10^-2 N/16cm²= 2512⋅10^-2 MPa = 25,12 MPa

Pomiar nr.6

4680 daN = 46800 N∙10^-2 /16cm²= 2925⋅10^-2 MPa = 29,25 MPa

Średnia arytmetyczna wyników na wytrzymałość na ściskanie wynosi

R_ść = 29,52 MPa

2,95 MPa = 10 %

29,52 MPa - 2,95 MPa = 26,57 MPa

29,54 MPa + 2,95 MPa = 32,47 MPa

przedział < 26,57;32,47 > [MPa]

W powyższym przedziale nie mieszczą się następujące wyniki:

Pomiar nr 1

34,25 MPa

Pomiar nr 4.

34,12 MPa

Pomiar nr 5.

25,12 MPa

Maksymalnie można wykluczyć 2 pomiary wobec tego powinniśmy ponownie wykonać ćwiczenie.

R śr = 27,87

4.9 OZNACZENIE WYTRZYMAŁOŚCI ZAPRAWY ZA ŚCISKANIE ORAZ PRZYGOTOWANIE PRÓBEK SZEŚCIANU I DWÓCH WALCÓW DO BADANIA WYTZYMAŁOŚĆI MECHANICZNYCH

Badanie przeprowadzono wg normy PN-85/B-04500 (załącznik nr 6)

M 15 1:3

Skład zaprawy:

próbka 2500 g : 4 = 625 g

1 x 625 g. cementu

3 x 625 g. piasku wiślanego tj.1875 g.

Próba nr 1.

625 g cementu + 1875 g piasku wiślanego + 350 ml wody

Zanurzenie stożka pomiarowego 3 cm - zbyt gęsta konsystencja zaprawy

Próba nr 2.

625 g cementu + 1875 g piasku wiślanego + 300 ml wody

Zanurzenie stożka pomiarowego 3,8 cm - zbyt gęsta konsystencja zaprawy

Próba nr 3.

625 g cementu + 1875 g piasku wiślanego + 320 ml wody

Zanurzenie stożka pomiarowego 5,8 cm - zbyt gęsta konsystencja zaprawy

Próba nr 4.

625 g cementu + 1875 g piasku wiślanego + 330 ml wody

Zanurzenie stożka pomiarowego 7,0 cm - normowa konsystencja zaprawy

Zanurzenie stożka pomiarowego wynosi 7cm przy dodaniu do zaprawy 330 ml wody (13,2%).

• Badanie wytrzymałości na ściskanie sześcianu (7 cm x 7 cm)

Skład zaprawy:

625 g cementu

1875 g piasku wiślanego

330 ml wody

Pomiar nr 1.

2670 daN = 26700∙10^-2 N/49cm²= 5,45 MPa

Wytrzymałość na ściskanie sześcianu wynosi 5,45 MPa

• Badanie wytrzymałości na ściskanie walca

Pomiar nr 1.

Walec nr 1.

Średnica 8,4 cm

Wysokość 7,82 cm

V=πr²⋅h = 4,2·7,82⋅3,14 ≈ 103,10 cm³

4660 daN = 46600∙10^-2 N/103,1cm³ = 4,52 MPa

Pomiar nr 2.

Walec nr 2.

Średnica 8 cm

Wysokość 7,8 cm

V=πr²⋅h = 4·7,8⋅3,14 ≈ 97,97 cm³

8100 daN = 81000N∙10^-2/ 97,97cm³ = 8,26 MPa

R_ść = 8,26 MPa

Wytrzymałość na ściskanie walca wynosi 8,26MPa

4.9.1 OZNACZENIE STRATY PRAŻENIA CEMENTU

5. PORÓWNAWCZA TABLICA I WYNIKI

Najprawdopodobniej naszą substancją jest CEM I portlandzki 32,5 N

6. BIBLIOGRAFIA

[1] Brylicki W.: Derdacka-Grzymek A., Gawlicki M., Małolepszy J.: Technologia budowlanych materiałów wiążących. Cement.WSiP, Warszawa 1980.

[2] Domin T.: Materiały budowlane. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 1988.

[3] Kurdowski W .:Chemia cementu.PWN, Warszawa 1991.

[4] Małolepszy J., Deja J., Brylicki W., Gawlicki M.: Technologia betonu - Metody badań.Uczelniane Wydawnictwo Naukowe ASGH, Kraków 2000.

[5] Małolepszy J.: Hydratacja i właściwości spoiwa żużlowo-alkalicznego. Zeszyt Naukowca AGH Nr 53 1989.

[6] Peukert S.:Cementy powszechnego użytku i specjalne. Wydawnictwo Polski Cement, Kraków 2000.

[7] Praca zbiorowa pod kierunkiem prof. dr. hab. inż. Stefańczyka B.: Budownictwo ogólne, tom 1- materiały i wyroby budowlane. Arkady, Warszawa 2005.

WYKAZ NORM

PN-EN 196-1:1996 Metody badania cementu. Oznaczenie wytrzymałości

PN-EN 196-2:1996 Metody badania cementu. Analiza chemiczna cementu

PN-EN 196-3:1996 Metody badania cementu. Oznaczenie czasu wiązania i stałości objętości

PN-EN 196-5:1996 Metody badania cementu. Badanie pucolanowości cementów pucolanowych

PN-EN 196-6:1997 Metody badania cementu. Oznaczenie stopnia zmielenia

PN-EN 196-21:1997 Metody badania cementu. Oznaczenie zawartości chlorków, dwutlenku węgla i alkaliów w cemencie

PN-EN 197-1:2002 Cement - Część 1: Skład wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku

PN-EN 197-2:2002 Cement - Część 2: Ocena zgodności

PN-85/B-04500 Zaprawy budowlane. Badanie cech fizycznych i wytrzymałościowych

PN-98/B-19705 Cement specjalny. Cement portlandzki siarczanoodporny

PN-B-19707:2003 Cement. Cement specjalny. Skład, wymagania i kryteria zgodności

PN-90/B-30010 Cement portlandzki biały

1

---