Rola cementu w procesie betonowania

Czym różni się cement od betonu?

Na początek przyjrzymy się ważnej kwestii. Choć niektórym może się mylić, warto podkreślić, że cement i beton to są dwa inne materiały i między nimi istnieją znaczące różnice. Jaka jest różnica między cementem a betonem? Już odpowiadamy.

Cement jest drobnym, szarym proszkiem otrzymanym z surowców mineralnych przechowywanym w silosach – szczelnych pojemnikach chroniących go przed wilgocią. Woda jest czymś, co powoduje, że cement wiąże i po jakimś czasie twardnieje. Właśnie dzięki tym właściwościom cement jest elementem składowym betonu. Po zmieszaniu określonej wcześniej ilości cementu z wodą, piaskiem, kruszywem  i domieszkami powstaje dopiero beton. Jest to mieszanka tych składników o konsystencji od półsuchej do ciekłej, która po pewnym czasie dzięki hydratacji cementu twardnieje, tworząc ciało stałe o określonych właściwościach. 

Czym się różni cement od zaprawy cementowej?

Podobnie jak wyżej, cement i zaprawa to dwa terminy często używane w budownictwie, a ich znaczenie może czasami wprowadzać w błąd. Niektórzy się zastanawiają: Czy cement to zaprawa? Odpowiedź brzmi: nie. Różnica między cementem a zaprawą cementową jest znacząca i polega na inny składach, zastosowaniach a także właściwościach. Cement jak wspomnieliśmy jest proszkiem wiążącym, który stanowi podstawę dla betonu i innych mieszanek budowlanych. Bez cementu nie byłoby możliwe twardnienie innych materiałów budowlanych. Z kolei zaprawa cementowa to mieszanina cementu, piasku, wody i czasem domieszek w określonych proporcjach zależnych od założonej wytrzymałości. Jako zaprawa murarska służy do łączenia elementów konstrukcyjnych, takich jak pustaki czy cegły, w mury. Używana jest także do wypełniania spoin, wykonywania posadzek, wykorzystuje się ją jako tynki na ścianach a nawet produkuje się z niej wyroby budowlane.

Co to jest cement?

Powszechnie wykorzystuje się cement uzyskiwany w sposób przemysłowy poprzez zmielenie wypalonych wcześniej specjalnych skał i zmieszanie ich z dodatkami. W miarę rozwoju technologii budowlanych, zmieniały się również rodzaje cementu, dążąc do uzyskania jak najlepszych parametrów, w tym wysokiej wytrzymałości.

Wyróżniamy pięć rodzajów cementów (CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV, CEM V) o różnych klasach wytrzymałości (normalnej 32,5N,42,5N, 52,5N, wczesnej 32,5R,42,5R, 52,5R oraz niskiej wczesnej dla CEM III: 32,5L,42,5L, 52,5L).

Jaka jest różnica pomiędzy cementem 32,5 a 42,5?

Oznaczenia te odnoszą się do właściwości mechanicznych cementów. Charakteryzują one wytrzymałość na ściskanie normową badaną po 28 dniach dojrzewania i podawaną w MPa. Różnica między cementem 32,5 a 42,5 tkwi w ich wytrzymałości i zastosowaniach.

Klasa wytrzymałości 32,5 pokazuje zakres wytrzymałości od 32,5 do 52,5 MPa.  Cement 32,5 ma niższą wytrzymałość i jest używany głównie do produkcji betonu o niskich wymaganiach wytrzymałościowych.

Cement klasy 42,5 natomiast mieści się w widełkach 42,5 – 62,5 MPa, co wskazuje iż jest on mocniejszy, niż 32,5.    

Cement – Jakie są jego rodzaje i zastosowanie?

Najpopularniejszym rodzajem cementu jest cement portlandzki, który jest stosowany na całym świecie. Oznacza się go CEM I, składa się z klinkieru portlandzkiego i regulatora czasu wiązania. Jeżeli mielibyśmy odpowiedzieć na pytanie Do czego służy cement portlandzki? to odpowiedź byłaby następująca – do wszelkich konstrukcji betonowych i żelbetowych, choć czasem ze względu na porę roku czy gabaryty korzystniejsze mogą okazać się inne cementy.

Są to np. cementy mieszane, oznaczane jako CEM II zawierające różne inne składniki oprócz klinkieru portlandzkiego i gipsu. Może to być m.in. popiół lotny, pył krzemionkowy, wapień. W zależności od dodatku cement uzyskuje specjalną nazwę i symbole, np. CEM II/B-V nazywany jest cementem portlandzkim popiołowym.

Kolejny rodzajem cementu jest CEM III jest znany pod nazwą cementu hutniczego, którego głównym składnikiem jest granulowany żużel wielkopiecowy. Charakteryzuje się on opóźnionym i wolniejszym czasem wiązania ale też niższym skurczem. Z tego też powodu często jest używany w wysokich temperaturach czy masywnych obiektach.  

Ostatnie już cementy: pucolanowy CEM IV i wieloskładnikowy CEM V cechują się zawartością pucolany.

Na rynku można znaleźć także cementy specjalne, o dodatkowych właściwościach. Właściwościami takimi może być niskie ciepło hydratacji – wówczas takie cementy są oznaczone symbolem LH, stosuje się je do budowy masywnych konstrukcji betonowych. Inne cementy odporne na siarczany – HSR wykorzystuje się do betonów narażonych na agresję siarczanową czyli np. budowy kanałów ściekowych, czy zbiorników oczyszczalni ścieków. Cementy niskiej zawartości tlenków alkalicznych – NA powinno się stosować w przypadkach reakcji alkalicznej kruszywa, a także w celu ograniczenia wykwitów na powierzchniach elementów betonowych.

Jaki cement do betonu?

Projektant mieszanki betonowej czy wykonawca betonu ma wpływ na właściwości betonu za sprawą cementu nie tylko poprzez ustalenie zastosowanej ilości spoiwa, ale też wybierając odpowiedni rodzaj i klasę wytrzymałości cementu.

W praktyce wybór rodzaju cementu do betonu zależy od kilku czynników, takich jak: wymagania wytrzymałościowe  – jeśli rozpatrujemy właśnie ten parametr odpowiadając na pytanie Jaki jest najmocniejszy cement ? należy przyjąć, że w przypadku wyższej klasy betonu lepszym wyborem będzie cement przynajmniej klasy 42,5, natomiast do klas niższych (C20/25) możemy brać pod uwagę cementy klas wytrzymałościowych 32,5 (32,5R). Kolejnym czynnikiem są warunki środowiskowe – jeśli beton ma być użyty w agresywnym środowisku, na przykład w budownictwie wodnym, konieczne może być zastosowanie cementu odpornego na działanie środowiskowego np. HSR. Innym czynnikiem jest szybkość twardnienia – w takim przypadku, zamiast większej ilości cementu można użyć cementu, który ma krótszy czas wiązania i wyższą wytrzymałość np. 42,5R. Czasem też względy ekonomiczne muszą być brane pod uwagę, by uwzględnić ograniczenia budżetowe, czy też takie czynniki jak dostępność i popularność danej odmiany cementu.

Który cement jest najlepszy?

Wybór jest niemały, w Polsce dostępnych jest w sprzedaży około czterdziestu rodzajów i odmian cementów [2] zatem zasadnym jest pytanie jaki wybrać żeby uzyskać beton o wysokiej jakości bez marnowania materiału, pieniędzy i czasu, czyli jaki cement będzie najlepszy. Odpowiedź na to pytanie brzmi: to zależy. W zależności bowiem od przeznaczenia, warunków przygotowania mieszanek, wykonywania i eksploatacji betonów należy rozpatrywać dostępne opcje. Nie ma „uniwersalnego” cementu.

Poniżej podajemy propozycję wykorzystywania określonych rodzajów cementów do konkretnych zastosowań [3,4] :

• cementy portlandzkie CEM I przydatne do produkcji betonów do wyższych klas wytrzymałości na ściskanie, betony drogowe, galanteria betonowe i prefabrykacja
• cementy portlandzkie żużlowe czyli np. CEM II/B-S mogą być używane w galanterii betonowej (żużel powoduje jaśniejszą barwę betonu), lub budownictwie drogowym
• cementy portlandzkie popiołowe CEM II A-V przeznaczone do produkcji betonu towarowego przede wszystkim w okresie letnim, charakteryzują się niskim skurczem i ciepłem hydratacji w porównaniu do CEM I, wykazują się dobrą urabialność w dłuższym czasie
• cementy portlandzkie wapienne CEM II/B-L wykonywanie betonu towarowego, zapraw, betonu posadzkowego, cechują się dobrą urabialnością, jasną barwą, dobrze się zacierają
• cementy klas wysokich wytrzymałości 42,5R i 52,5 produkcja kostki brukowej i drobnowymiarowych elementów, szybki przyrost wytrzymałości wczesnej, wysokie wytrzymałości końcowe
• cementy hutnicze np. CEM III/A wykorzystywane latem do fundamentów i prac podziemnych, mają niskie ciepło hydratacji, powodują szczelność betonu
• cementy wieloskładnikowe np. CEM V/A (S-V) o niskim cieple hydratacji, przydatny do budowy zapór wodnych, fundamentów, betonów masywnych

 

Choć cement to nie wszystko, a sukces betonowania zależy również od wielu innych czynników, to jednak jest to podstawowy składnik betonu dzięki któremu możliwe jest jego wiązanie i twardnienie. Cement odgrywa kluczową rolę w procesie betonowania, stąd tak ważny jest dokładne poznanie tego materiału oraz dobór rodzaju  cementu do konkretnego zastosowania.

 

Literatura

[1] Jamroży Z. Beton i jego technologie Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2005

[2] Deja J. Beton. Technologie i metody badań, Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków, 2020

[3] Giergiczny Z. Wybrane Zastosowania Cementów W Budownictwie Sympozjum Naukowo-Techniczne Cement z dodatkami mineralnymi. Rodzaje, właściwości i możliwości zastosowania w budownictwie. Poznań – Chorula, 1999

[4] Informator Beton według normy PN – EN 206:2014 Zespół Pełnomocnika Zarządu ds. Badań i Rozwoju Produktów Grupy Górażdże