Klasyfikacja cementów
Odmiany i rodzaje cementów odróżnia się w zależności od: rodzaju materiałów wyjściowych użytych do produkcji i ich stosunku ilościowego, wytrzymałości zapraw normowych na ściskanie, czasu wiązania i szybkości twardnienia, ilości ciepła wydzielającego się podczas uwodnienia, odporności na działanie siarczanów i od barwy.
Ze względu na rodzaje użytych surowców rozróżnia się: cementy portlandzkie, cement glinowy, cementy zawierające granulowany żużel wielkopiecowy, cementy zawierające pucolanę oraz cementy zawierające mielony wapień.
Cementy portlandzkie otrzymuje się przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z określoną ilością gipsu dwuwodnego (w celu uregulowania czasu wiązania) i innych dodatków, np. żużla wielkopiecowego, pigmentów, aktywatorów itp. Klinkier cementu portlandzkiego otrzymuje się przez wypalenie w temperaturze spiekania (ok. 1450°Q mieszaniny zmielonych surowców, zawierających wapień i glinokrzemiany. zestawionych odpowiednio pod względem składu chemicznego.
Podstawowymi składnikami (minerałami) klinkieru cementowego są:
Alit — o wzoTe 3 Ca O Si02 — krzemian trójwapniowy (oznaczany w skrócie w literaturze technicznej C3S), odznaczający się najsilniejszymi właściwościami hydraulicznymi i wydzielający znaczne ilości ciepła — ok. 500 J/g (120 cal/g) podczas wiązania.
Belit — o wzorze 2 Ca O • Si02 — krzemian dwuwapniowy (oznaczany w skrócie C2S), występujący w odmianach ex, ex', /? i y.
Brownmilleryt — o wzorze 4CaO • A1203 • Fe203 — czterowapniowy związek tlenku glinowego i tlenku żelazowego (oznaczany w skrócie C2AF), występujący w części ze-szkliwionej klinkieru. Ma słabe właściwości hydrauliczne.
W klinkierze występuje wiele innych związków, jednak w ilościach znacznie mniejszych.
Na skutek reakcji chemicznych pomiędzy cementem i wodą powstają związki, które ulegają wykrystalizowaniu, tworząc zwartą masę. Powstające cząstki krystaliczne są drobne, o wielkości rzędu 10"6 cm. Skupienia tych cząstek wraz z uwięzioną między nimi bardzo silnie powiązaną wodą są nazywane często żelem cementowym, stwardniałym zaczynem cementowym lub kamieniwem cementowym.
Cement glinowy otrzymuje się przez zmielenie klinkieru glinowego. Klinkier glinowy, składający się głównie z glinianów wapniowych otrzymuje się przez stopienie lub spieczenie mieszaniny odpowiednio dobranych surowców, zawierających przede wszystkim tlenek glinowy (A1203) i związki wapniowe (CaO). Najbardziej typowym surowcem glinonośnym do produkcji cementu glinowego jest minerał boksyt. Temperatura spiekania lub topienia składników cementu glinowego jest zazwyczaj wyższa niż 1450°C.
Cementy zawierające granulowany żużel wielkopiecowy są to produkty otrzymywane przez zmielenie mieszaniny klinkieru portlandzkiego i granulowanego żużla wielkopiecowego oraz gipsu dwuwodnego dodawanego w celu regulowania czasu wiązania. Powyższe składniki można również mieszać po ich uprzednim oddzielnym przemieleniu. Właściwości granulowanego żużla wielkopiecowego powinny odpowiadać wymaganiom PN-72/B-23002.
Zawartość żużla w cementach hutniczych powinna mieścić się w granicach 30-7-60%.
Cementy zawierające pucolanę otrzymuje się przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z pucolaną w ilości IO-t-40% i ewentualnym dodatkiem gipsu dwuwodnego.
Pucolana jest to material pochodzenia naturalnego lub sztucznego, odznaczający się właściwością wiązania wapna w środowisku wodnym, w temperaturze zwykłej (20±2°C) jak i podwyższonej (do ok. 97°C), i tworzenia uwodnionych krzemianów wapniowych. Do pucolan zalicza się trasy, glinę paloną, ziemię okrzemkową i krzemionkową, tufy i szkliwa wulkaniczne, popioły wulkaniczne, popioły paleniskowe i krzemionkę koloidalną. Najbardziej dostępną w Polsce pucolanę stanowią popioły lotne.
Ze względu na wytrzymałość na ściskanie normowej zaprawy cementowej rozróżnia się wg norm polskich następujące marki cementów: 25, 35, 40, 45, 50, 55. Przez pojęcie marki rozumie się liczbę określającą minimalną wymaganą wytrzymałość na ściskanie normowej zaprawy cementowej po 28 dniach jej twardnienia w wodzie. Normową zaprawę cementową sporządza się zgodnie z normą PN-80/B-O43O0.
Ze względu na szybkość twardnienia rozróżnia się cementy wolnotwardniejące, normalnie twardniejące i szybkotwardniejące. Przez szybkość twardnienia cementu rozumie się wyrażony w procentach stosunek wytrzymałości na ściskanie normowej zaprawy cementowej po 7 dniach od jej wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach.
Zaprawy normowe z cementów wolnotwardniejących osiągają po 7 dniach od czasu zarobienia wodą mniej niż 30% wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach.
Zaprawy normowe z cementów normalnie twardniejących uzyskują po 7 dniach od czasu zarobienia wodą więcej niż 30% wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach, lecz po 24 godzinach mniej niż 25% wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach.
Zaprawy normowe z cementów szybkotwardniejących osiągają po 24 godzinach od zarobienia wodą co najmniej 25% wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach.
Początek wiązania badany wg PN-80/B-04300 jest to okres liczony od chwili sporządzenia zaczynu cementowego do chwili początku jego gęstnienia. Wiązanie cementu jest to początkowe stadium procesów zachodzących pomiędzy składnikami cementu i wodą, charakteryzujące się przechodzeniem plastycznego zaczynu cementowego w masę nie-plastyczną. Koniec wiązania jest to czas, który upływa od chwili zarobienia cementu wodą do chwili przejścia zaczynu w masę nieplastyczną.
Początek wiązania cementów wolnowiążących następuje nie wcześniej niż po upływie 6 godzin od chwili zarobienia wodą, cementów normalnie wiążących nie wcześniej niż po upływie 30 minut i nie później niż po upływie 6 godzin, cementów szybkowiążących — w czasie krótszym niż 30 minut.
Ze względu na ciepło uwodnienia rozróżnia się cementy:
o normalnym cieple uwodnienia, które po 28 dniach twardnienia wykazują ciepło uwodnienia równe lub większe niż 292,6 J/g (70 cal/g),
o małym cieple uwodnienia wykazujące po 28 dniach twardnienia ciepło uwodnienia mniejsze niż 293 J/g (70 cal/g).
Ciepło uwodnienia jest to ilość ciepła w J/g wywiązującego się w czasie wiązania i twardnienia cementu.
Ze względu na odporność na chemiczne działanie roztworów siarczanów rozróżnia się cementy: o zwiększonej odporności, o normalnej odporności i o małej odporności. Ze względu na barwę odróżnia się cementy: białe, barwne lub zwykłe o barwie szarej.