Składniki cementu i ich rola w kształtowaniu właściwowści kompozytów cementowych

Konferencja
WYROBY CEMENTOWE – ICH
ZNACZENIE W KSZTAŁTOWANIU
TRWAŁOŚCI I BEZPIECZEŃSTWA
OBIEKTÓW BUDOWLANYCH ORAZ
SPOSOBY WPROWADZANIA ICH DO
OBROTU
Składniki cementu i ich rola
w kształtowaniu właściwości
kompozytów cementowych
Zbigniew Giergiczny
Politechnika Śląska w Gliwicach
Stowarzyszenie Producentów Cementu
Warszawa, 10 maja 2016

Normy dotyczące cementu obowiązujące w Polsce
 PN-EN 197-1:2012
Cement – Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności
dotyczące cementów powszechnego użytku
 PN-EN 197-2:2002
Cement – Część 2: Ocena zgodności
 PN-B-19707:2013
Cement – Cement specjalny – skład, wymagania i kryteria
zgodności
 PN-EN 14216:2005
Cement – Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące
cementów specjalnych o bardzo niskim cieple hydratacji
 PN-B-30010:1990/Az3:2002
Cement portlandzki biały
2

Definicja cementu
Cement – jest to spoiwo hydrauliczne tj. drobno
zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu
z wodą tworzy zaczyn wiążący i twardniejący drogą
reakcji i procesów hydratacji, który po stwardnieniu
pozostaje wytrzymały zarówno na powietrzu jak i pod
wodą.
3

Składniki cementu zgodnie z normą PN-EN 197-1
4
Materiały nieorganiczne
z udziałem powyżej 5%
Regulator czasu
wiązania
Materiały
nieorganiczne
z udziałem do 5%
Stosowane w celu
ulepszenia właściwości
cementu, w ilości
do 1%
(za wyjątkiem
pigmentów).
Ilość dodatków
organicznych
≤ 0,2% masy cementu
CEMENT
Składniki
główne
Składniki
drugorzędne
Siarczan
wapnia
Dodatki

Składniki główne cementu zgodnie z PN-EN 197-1
5
Granulowany
żużel
wielkopiecowy
(S)
Klinkier
portlandzki
(K)
Popiół lotny
krzemionkowy
(V)
Pył
krzemionkow
y
(D)
Pucolany
(P, Q)
Wapień
(L, LL)
Popiół lotny
wapienny
(W)
Łupek
palony
(T)
K
P
D
S
V
W
L, LL
T

Rodzaje cementów
wg PN-EN 197-1
 CEM I Cement portlandzki
 CEM II Cement portlandzki wieloskładnikowy
 CEM III Cement hutniczy
 CEM IV Cement pucolanowy
 CEM V Cement wieloskładnikowy
wg PN-EN 14216
 VLH III Cement hutniczy
 VLH IV Cement pucolanowy
 VLH V Cement wieloskładnikowy
6

Rodzaje cementów powszechnego użytku wg PN-EN 197-1
z uwagi skład
7
Nazwa cementu
Oznaczenie
wg PN-EN 197-1
Składnik
Zawartość
składnika
nieklinkierowego
%
cement portlandzki CEM I - -
cement portlandzki
wieloskładnikowy c
CEM II/A
CEM II/B
wszystkie
6 – 20 a, b
21 – 35
cement hutniczy
CEM III/A
CEM III/B
CEM III/C
S
36 – 65
66 – 80
81 – 95
cement pucolanowyc
CEM IV/A
CEM IV/B
D, P, Q, V, W
11 – 35
36 – 55
cement
wieloskładnikowy c
CEM V/A
CEM V/B
S + P, Q, V
36 – 60
62 – 80
a Udział pyłu krzemionkowego ograniczony jest do 10%
b Ilość dodatków mineralnych dla CEM II/A-M wynosi 12-20%
c Dla CEM II/A,B –M oraz pozostałych cementów składniki inne niż klinkier należy deklarować poprzez oznaczenie cementu

Rodzaje i skład cementów wg normy PN-EN 197-1
8
Główne
rodzaje
Nazwa 27 wyrobów
(rodzajów cementu
powszechnego użytku)
Składniki główne (udział w % masy)
Składniki
drugorzędne
Klinkier
Żużel
wielko-
piecowy
Pył
krze-
mion-
kowy
Pucolany Popiół lotny
Łupek
palony
Wapień
K S D
Natural-
na
P
Natural-
na
Wypala-
na
Q
Krze-
mion-
kowy
V
Wapien-
ny
W
T L LL
CEM I Cement portlandzki CEM I 95÷100 - - - - - - - - - 0÷5
CEM II
Cement portlandzki
żużlowy
CEM II/A-S 80÷94 6÷20 - - - - - - - - 0÷5
CEM II/B-S 65÷79 21÷35 - - - - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
krzemionkowy
CEM II/A-D 90÷94 - 6÷10 - - - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
pucolanowy
CEM II/A-P 80÷94 - - 6÷20 - - - - - - 0÷5
CEM II/B-P 65÷79 - - 21÷35 - - - - - - 0÷5
CEM II/A-Q 80÷94 - - - 6÷20 - - - - - 0÷5
CEM II/B-Q 65÷79 - - - 21÷35 - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
popiołowy
CEM II/A-V 80÷94 - - - - 6÷20 - - - - 0÷5
CEM II/B-V 65÷79 - - - - 21÷35 - - - - 0÷5
CEM II/A-W 80÷94 - - - - - 6÷20 - - - 0÷5
CEM II/B-W 65÷79 - - - - - 21÷35 - - - 0÷5
Cement portlandzki
łupkowy
CEM II/A-T 80÷94 - - - - - - 6÷20 - - 0÷5
CEM II/B-T 65÷79 - - - - - - 21÷35 - - 0÷5
Cement portlandzki
wapienny
CEM II/A-L 80÷94 - - - - - - - 6÷20 - 0÷5
CEM II/B-L 65÷79 - - - - - - - 21÷35 - 0÷5
CEM II/A-LL 80÷94 - - - - - - - - 6÷20 0÷5
CEM II/B-LL 65÷79 - - - - - - - - 21÷35 0÷5
Cement portlandzki
wieloskładnikowy
CEM II/A-M 80÷88 <––––––––––––––––––––––––––––––––12÷20––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5
CEM II/B-M 65÷79 <––––––––––––––––––––––––––––––––21÷35––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5
CEM III Cement hutniczy
CEM III/A 35÷64 36÷65 - - - - - - - - 0÷5
CEM III/B 20÷34 66÷80 - - - - - - - - 0÷5
CEM III/C 5÷19 81÷95 - - - - - - - - 0÷5
CEM IV Cement pucolanowy
CEM IV/A 65÷89 - <–––––––––––11÷35–––––––––––> - - - - 0÷5
CEM IV/B 45÷64 - <–––––––––––36÷55–––––––––––> - - - - 0÷5
CEM V
Cement
wieloskładnikowy
CEM V/A 40÷64 18÷30 - <–––––––18÷30–––––––> - - - - 0÷5
CEM V/B 20÷38 31÷49 - <–––––––31÷49–––––––> - - - - 0÷5

Rodzaje cementów powszechnego użytku wg PN-EN 197-1
z uwagi na zawartość dodatków mineralnych
9
Nazwa cementu
Oznaczenie
wg PN-EN 197-1
Składnik
Zawartość
dodatku
mineralnego %
cement portlandzki
wieloskładnikowy c
CEM II/A
CEM II/B
wszystkie
6 – 20 a, b
21 – 35
a Udział pyłu krzemionkowego ograniczony jest do 10%
b Ilość dodatków mineralnych dla CEM II/A-M wynosi 12-20%
c Dla CEM II/A,B –M oraz pozostałych cementów składniki inne niż klinkier należy deklarować poprzez oznaczenie cementu
CEM II
Cement portlandzki
krzemionkowy
CEM II/A-D 90÷94 - 6÷10 - - - - - - - 0÷5
CEM II
Cement portlandzki
wieloskładnikowy
CEM II/A-M 80÷88 <––––––––––––––––––––––––––––––––12÷20––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5
CEM II/B-M 65÷79 <––––––––––––––––––––––––––––––––21÷35––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5

Wymagania chemiczne
Właściwość
Badanie
wzorcowe
Rodzaj
cementu
Klasa
wytrzymałości
Wymagania a)
Strata prażenia EN-196-2
CEM I
CEM III
Wszystkie ≤ 5,0%
Pozostałość
nierozpuszczalna
EN 196-2 b) CEM I
CEM III
Wszystkie ≤ 5,0%
Zawartość siarczanów
(jako SO3)
EN-196-2
CEM I
CEM II c)
CEM IV
CEM V
32,5N
32,5R
42,5N
≤ 3,5%
42,5R
52,5N
52,5R ≤ 4,0 %
CEM III d) Wszystkie
Zawartość chlorków EN-196-2 Wszystkie e) Wszystkie ≤ 0,10% f)
Pucolanowość EN-196-5 CEM IV Wszystkie Wynik pozytywny
a) Wymagania podano jako procent masy gotowego cementu
b) Oznaczenie pozostałości nierozpuszczalnych w kwasie solnym i węglanie sodu
c) Cement rodzaju CEM II/B-T i CEM II/B-M z udziałem T>20% masy może zawierać do 4,5% siarczanów (jako SO3) dla
wszystkich klas wytrzymałości
d) Cement rodzaju CEM III/C może zawierać do 4,5% siarczanów
e) Cement rodzaju CEM III może zawierać więcej niż 0,10% chlorków, lecz wówczas maksymalną zawartość chlorków należy
podać na opakowaniu lub/i dokumencie dostawy
f) Cement stosowany do betonu sprężonego może być produkowany według niższego wymagania. Wówczas wartość 0,10%
należy zastąpić tą niższą wartością, którą należy podać na dokumencie dostawy. 10

Początek czasu wiązania wg PN-EN 197-1
 Czas początku wiązania mierzony w temperaturze 20oC jest w
prostej relacji okresem, podczas którego beton w tej samej
temperaturze może być transportowany i układany.
11
Klasa wytrzymałości
Początek czasu wiązania
min
32,5La
≥ 7532,5N
32,5R
42,5La
≥ 6042,5N
42,5R
52,5La
≥ 4552,5N
52,5R
a Klasa wytrzymałości definiowana tylko dla cementów CEM III

Stałość objętości (rozszerzalność) wg PN-EN 197-1
12
Stałość objętości
(rozszerzalność)
mm
32,5L
≤ 10
32,5N
32,5R
42,5L
42,5N
42,5R
52,5L
52,5N
52,5R
Głównym czynnikiem wpływającym na zmiany objętości jest zbyt duża
zawartość wolnych tlenków :
 wapnia,
 magnezu.
CaO MgO
Spieczone
Ca(OH)2
Mg(OH)2
H2O
Pęcznienie

13
Wytrzymałość na ściskanie MPa
Wytrzymałość wczesna Wytrzymałość normowa
2 dni 7 dni 28 dni
32,5La - ≥12,0
≥32,5 ≤52,532,5N - ≥16,0
32,5R ≥10,0 -
42,5La - ≥16,0
≥42,5 ≤62,542,5N ≥10,0 -
42,5R ≥20,0 -
52,5La ≥10,0 -
≥52,5 -52,5N ≥20,0 -
52,5R ≥30,0 -
a Klasa wytrzymałości definiowana tylko dla cementów CEM III
Klasy wytrzymałości cementu wg PN-EN 197-1

Klinkier portlandzki - wymagania wg PN-EN 197-1
Klinkier portlandzki (K) – materiał
hydrauliczny składający się z krzemianów
wapnia oraz glinianów i glinianożelazianów
wapniowych Wytwarzany jest przez spiekanie
surowców zawierających tlenek wapnia,
dwutlenek krzemu, tlenek glinu, tlenek żelaza
i niewielkie ilości innych materiałów.
Wymagania:
 zawartość krzemianów wapnia i
pozostałości zawierającej glin i żelazo
związane w fazach klinkierowych ≥ 67%,
 stosunek masy (CaO)/(SiO2) ≥ 2,
 zawartość MgO ≤ 5,0%.
15

Instalacja produkcji klinkieru – piec obrotowy, kalcynator
16
L = 92 m
 = 5,75 m
Piec obrotowy
Kalcynator

17
Nazwa Wzór
Zapis
uproszczony
zawartość
Krzemian
trójwapniowy
Alit
3CaO·SiO2 C3S 65%
Krzemian
dwuwapniowy
Belit
2CaO·SiO2 C2S 14%
Glinian
trójwapniowy
„faza ciemna”
3CaO·Al2O3 C3A 10%
Faza
glinożelazianowa
Brownmilleryt
„faza jasna”
Ca2(AlxFe1-x)2O5 C4AF 8%
Składniki klinkieru

Hydratacja faz klinkierowych
C-S-H
uwodnione krzemiany wapnia
wodorotlenek wapnia
ALIT
BELIT
woda
65 – 70 % 20 – 25 %
18

19
500
250
900
400
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
C3S C2S C3A C4AF
Ciepłohydratacji[J/g]
C3S C2S C3A C4AF
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
C4AF
C3A
C2S
C3S
C4AF
C3A
C2S
C3S
Ciepło hydratacji

Wymagania jakościowe stawiane cementom
20
PN-EN 197-1
Wymagania mechaniczne:
 wytrzymałość wczesna R,
 wytrzymałość wczesna N
 Wytrzymałość wczesna L
Wymagania fizyczne:
 początek czasu wiązania,
 stałość objętości.
Wymagania chemiczne:
 straty prażenia,
 pozostałość nierozpuszczalna,
 zawartość siarczanów,
 zawartość chlorków,
 pucolanowość.
Właściwości specjalne:
 Niskie ciepło hydratacji LH
 Odporne na siarczany SR
PN-B-19707
Właściwości specjalne:
 odporność na siarczany HSR
 niska zawartość alkaliów NA

0
10
20
30
40
50
60
70
1 dzień 2 dni 7 dni 28 dni
Wytrzymałośćnaściskanie[MPa]
CEM I 32,5R CEM I 42,5R CEM I 52,5R
Przyrost wytrzymałości cementów różnych klas
wytrzymałości
21

Cementy z dodatkiem żużla
23
Główne
rodzaje
Nazwa 27 wyrobów
(rodzajów cementu
Składniki
drugorzędne
Klinkier
Żużel
wielko-
piecowy
Pył
krze-
mion-
kowy
Łupek
palony
Wapień
K S D
Natural-
na
P
Natural-
na
Wypala-
na
Q
Krze-
mion-
kowy
V
Wapien-
ny
W
T L LL
CEM II
Cement portlandzki
żużlowy
CEM II/A-S 80÷94 6÷20 - - - - - - - - 0÷5
CEM II/B-S 65÷79 21÷35 - - - - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
krzemionkowy
CEM II/A-D 90÷94 - 6÷10 - - - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
pucolanowy
CEM II/A-P 80÷94 - - 6÷20 - - - - - - 0÷5
CEM II/B-P 65÷79 - - 21÷35 - - - - - - 0÷5
CEM II/A-Q 80÷94 - - - 6÷20 - - - - - 0÷5
CEM II/B-Q 65÷79 - - - 21÷35 - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
popiołowy
CEM II/A-V 80÷94 - - - - 6÷20 - - - - 0÷5
CEM II/B-V 65÷79 - - - - 21÷35 - - - - 0÷5
CEM II/A-W 80÷94 - - - - - 6÷20 - - - 0÷5
CEM II/B-W 65÷79 - - - - - 21÷35 - - - 0÷5
Cement portlandzki
łupkowy
CEM II/A-T 80÷94 - - - - - - 6÷20 - - 0÷5
CEM II/B-T 65÷79 - - - - - - 21÷35 - - 0÷5
Cement portlandzki
wapienny
CEM II/A-L 80÷94 - - - - - - - 6÷20 - 0÷5
CEM II/B-L 65÷79 - - - - - - - 21÷35 - 0÷5
CEM II/A-LL 80÷94 - - - - - - - - 6÷20 0÷5
CEM II/B-LL 65÷79 - - - - - - - - 21÷35 0÷5
Cement portlandzki
wieloskładnikowy
CEM II/A-M 80÷88 <––––––––––––––––––––––––––––––––12÷20––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5
CEM II/B-M 65÷79 <––––––––––––––––––––––––––––––––21÷35––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5
CEM III/A 35÷64 36÷65 - - - - - - - - 0÷5
CEM III/B 20÷34 66÷80 - - - - - - - - 0÷5
CEM III/C 5÷19 81÷95 - - - - - - - - 0÷5
CEM IV/A 65÷89 - <–––––––––––11÷35–––––––––––> - - - - 0÷5
CEM IV/B 45÷64 - <–––––––––––36÷55–––––––––––> - - - - 0÷5
CEM V
Cement
wieloskładnikowy
CEM V/A 40÷64 18÷30 - <–––––––18÷30–––––––> - - - - 0÷5
CEM V/B 20÷38 31÷49 - <–––––––31÷49–––––––> - - - - 0÷5

Granulowany żużel wielkopiecowy wymagania
wg PN-EN 197-1
Granulowany żużel wielkopiecowy (S) –
jest otrzymywany przez gwałtowne
chłodzenie płynnego żużla o odpowiednim
składzie, otrzymywanego przy wytapianiu
rudy żelaza w wielkim piecu. Jest to
materiał, który wykazuje właściwości
hudrauliczne przy odpowiedniej aktywacji.
Wymagania:
 zawartość fazy szklistej ≥ 67%,
 zawartość CaO+MgO+SiO2 ≥ 67% ,
 stosunek (CaO+MgO)/SiO2 ≥ 1.
24
Wielki
piec
Surówka
żelaza
żużel

Granulowany żużel wielkopiecowy
25
Surowce wsadowe:
• ruda żelaza
• koks
• topniki
(wapień, boksyty)
Stopiony żużel
wielkopiecowy
SurówkaGorące powietrze
(spalanie koksu)

26
GARDZIEL
200°C
500°C
800°C
1200°C
1500°C
1700°C
SZYB
PRZESTRON
SPAD
GAR

27
Skład tlenkowy
CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO
Klinkier 67,2 % 21,7 % 5,7 % 2,8 % 1,3 %
Żużel 42,0 % 40,7 % 8,6 % 1,0 % 6,3 %

Właściwości mechaniczne cementów portlandzkich
żużlowych CEM II/A,B-S
28
0
10
20
30
40
50
60
70
2 7 28 90
Czas [dni]
CEM I 42,5R CEM II/A-S 52,5N
CEM II/B-S 32,5R CEM II/B-S 42,5N

Właściwości mechaniczne cementów hutniczych CEM III
29
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 7 28 90
Czas [dni]
CEM I 42,5R CEM III/A 32,5N-LH/HSR/NA
CEM III/A 42,5N-LH/HSR/NA CEM III/B 42,5L-LH/SR/NA

Cementy z dodatkiem popiołu lotnego
31
Główne
rodzaje
Nazwa 27 wyrobów
(rodzajów cementu
Składniki
drugorzędne
Klinkier
Żużel
wielko-
piecowy
Pył
krze-
mion-
kowy
Łupek
palony
Wapień
K S D
Natural-
na
P
Natural-
na
Wypala-
na
Q
Krze-
mion-
kowy
V
Wapien-
ny
W
T L LL
CEM II
Cement portlandzki
żużlowy
CEM II/A-S 80÷94 6÷20 - - - - - - - - 0÷5
CEM II/B-S 65÷79 21÷35 - - - - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
krzemionkowy
CEM II/A-D 90÷94 - 6÷10 - - - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
pucolanowy
CEM II/A-P 80÷94 - - 6÷20 - - - - - - 0÷5
CEM II/B-P 65÷79 - - 21÷35 - - - - - - 0÷5
CEM II/A-Q 80÷94 - - - 6÷20 - - - - - 0÷5
CEM II/B-Q 65÷79 - - - 21÷35 - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
popiołowy
CEM II/A-V 80÷94 - - - - 6÷20 - - - - 0÷5
CEM II/B-V 65÷79 - - - - 21÷35 - - - - 0÷5
CEM II/A-W 80÷94 - - - - - 6÷20 - - - 0÷5
CEM II/B-W 65÷79 - - - - - 21÷35 - - - 0÷5
Cement portlandzki
łupkowy
CEM II/A-T 80÷94 - - - - - - 6÷20 - - 0÷5
CEM II/B-T 65÷79 - - - - - - 21÷35 - - 0÷5
Cement portlandzki
wapienny
CEM II/A-L 80÷94 - - - - - - - 6÷20 - 0÷5
CEM II/B-L 65÷79 - - - - - - - 21÷35 - 0÷5
CEM II/A-LL 80÷94 - - - - - - - - 6÷20 0÷5
CEM II/B-LL 65÷79 - - - - - - - - 21÷35 0÷5
Cement portlandzki
wieloskładnikowy
CEM II/A-M 80÷88 <––––––––––––––––––––––––––––––––12÷20––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5
CEM II/B-M 65÷79 <––––––––––––––––––––––––––––––––21÷35––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5
CEM III/A 35÷64 36÷65 - - - - - - - - 0÷5
CEM III/B 20÷34 66÷80 - - - - - - - - 0÷5
CEM III/C 5÷19 81÷95 - - - - - - - - 0÷5
CEM IV/A 65÷89 - <–––––––––––11÷35–––––––––––> - - - - 0÷5
CEM IV/B 45÷64 - <–––––––––––36÷55–––––––––––> - - - - 0÷5
CEM V
Cement
wieloskładnikowy
CEM V/A 40÷64 18÷30 - <–––––––18÷30–––––––> - - - - 0÷5
CEM V/B 20÷38 31÷49 - <–––––––31÷49–––––––> - - - - 0÷5

Podział popiołów lotnych
Popioły lotne
Krzemionkowe
V
Wapienne
W
32
Straty prażenia:
A: od 0,0 do 5,0% masy
B: od 2,0 do 7,0% masy
C: od 4,0 do 9,0% masy

Popiół lotny krzemionkowy wymagania wg PN-EN 197-1
Popiół lotny krzemionkowy (V) – jest to bardzo
drobny pył, złożony głównie z kulistych cząstek,
mający właściwości pucolanowe. Składa się z
reaktywnego dwutlenku krzemu (SiO2) i tlenku
glinu (Al2O3). Pozostałość zawiera tlenek żelaza
(Fe2O3) i inne związki.
Wymagania:
 udział reaktywnego CaO max 10,0%,
 zawartość wolnego CaO ≤ 1,0% (jeżeli
zawartość wolnego CaO mieści się w
przedziale 1,0-2,5% należy dokonać badania
stałości objętości mieszaniny 30% masy
popiołu i 70% masy cementu CEM I. Zmiana
objętości nie może przekroczyć 10 mm),
 zawartość reaktywnego SiO2 min. 25%,
33

Popioły lotne krzemionkowe
 Sferyczna postać ziaren z dużą zawartością fazy szklistej
 Duża miałkość (powierzchnia właściwa od 250,0 do 450,0 m2/kg)
 Aktywność pucolanowa
34

Aktywność pucolanowa
Szybkość przebiegu reakcji pucolanowej zależy od:
 składu chemicznego i mineralnego popiołów lotnych,
 temperatury i czasu reakcji
 ciśnienia
 ilości wody w układzie
 stosunku popiołu lotnego do Ca(OH)2
 rozwinięcia powierzchni właściwej popiołu lotnego
 obecności domieszek chemicznych
35
Popiół lotny
aktywna
krzemionka,
glin
Ca(OH)2 H2O
uwodnione krzemiany
wapnia
(CSH)
uwodnione gliniany
i siarczanogliniany
wapnia

Ilość Ca(OH)2 w stwardniałym kamieniu cementowym
36

Mrozoodporność betonu
 Mrozoodporność betonu (F150); początek badania po 28, 56 i 90 dniach
 Cement popiołowy (30% popiołu krzemionkowego); 350 kg/m3; w/c=0,5
37
68,6
61,2
26,9
16,2
0
20
40
60
80
w stosunku do
świadków
do
wytrzymałości
po 28 dniach
49
43,6
17,8
5,1
w stosunku do
świadków
do
wytrzymałości
po 56 dniach
18,8
10,7
4,2 3,0
w stosunku do
świadków
do
wytrzymałości
po 90 dniach
Beton nienapowietrzony
Beton napowietrzony
Spadekwytrzymałości[%]
20% – graniczny
spadek
wytrzymałości
w stosunku do
świadków

Popiół lotny wapienny wymagania wg PN-EN 197-1
38
 Popiół lotny wapienny (W) – jest to bardzo drobny
pył, mający właściwości hydrauliczne i/lub
pucolanowe. Składa się zasadniczo z reaktywnego
tlenku wapnia (CaO), reaktywnego dwutlenku
krzemu (SiO2) i tlenku glinu (Al2O3). Pozostałość
zawiera tlenek żelaza (Fe2O3) i inne związki.
Wymagania:
 udział reaktywnego CaO >10,0%,
 popiół lotny wapienny zawierający między 10,0%
a 15,0% masy reaktywnego CaO powinien zawierać
nie mniej niż 25,0 % masy reaktywnego SiO2.
 popiół lotny wapienny, zawierający więcej niż 15,0%
masy reaktywnego CaO, powinien osiągać
wytrzymałość na ściskanie co najmniej 10,0 MPa po
28 dniach
 Stałość objętości mieszaniny 30% masy popiołu
lotnego wapiennego i 70% masy cementu CEM I nie
powinna przekraczać 10 mm.

Popiół lotny wapienny (W)
 Bardzo drobny pył mający właściwości pucolanowe i/lub hydrauliczne
 Składa się z reaktywnego tlenku wapnia (CaO), reaktywnego dwutlenku
krzemu (SiO2) i tlenku glinu (Al2O3), pozostałość zawiera tlenek żelaza
(Fe2O3) i inne związki
 Charakteryzują się znacznie bardziej złożonym składem mineralnym w
porównaniu z popiołami lotnymi krzemionkowymi
39

Wytrzymałość cementów portlandzkich wieloskładnikowych
40
0
20
40
60
80
2 7 28 90 180 360
Czas [dni]
CEM II/B-W
CEM II/B-M (V-W)
CEM II/B-M (LL-W)
CEM II/B-M (S-W)
CEM II/B-S 32,5R
CEM II/B-M (V-LL) 32,5R

Cementy z dodatkiem kamienia wapiennego
42
Główne
rodzaje
Nazwa 27 wyrobów
(rodzajów cementu
Składniki
drugorzędne
Klinkier
Żużel
wielko-
piecowy
Pył
krze-
mion-
kowy
Łupek
palony
Wapień
K S D
Natural-
na
P
Natural-
na
Wypala-
na
Q
Krze-
mion-
kowy
V
Wapien-
ny
W
T L LL
CEM II
Cement portlandzki
żużlowy
CEM II/A-S 80÷94 6÷20 - - - - - - - - 0÷5
CEM II/B-S 65÷79 21÷35 - - - - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
krzemionkowy
CEM II/A-D 90÷94 - 6÷10 - - - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
pucolanowy
CEM II/A-P 80÷94 - - 6÷20 - - - - - - 0÷5
CEM II/B-P 65÷79 - - 21÷35 - - - - - - 0÷5
CEM II/A-Q 80÷94 - - - 6÷20 - - - - - 0÷5
CEM II/B-Q 65÷79 - - - 21÷35 - - - - - 0÷5
Cement portlandzki
popiołowy
CEM II/A-V 80÷94 - - - - 6÷20 - - - - 0÷5
CEM II/B-V 65÷79 - - - - 21÷35 - - - - 0÷5
CEM II/A-W 80÷94 - - - - - 6÷20 - - - 0÷5
CEM II/B-W 65÷79 - - - - - 21÷35 - - - 0÷5
Cement portlandzki
łupkowy
CEM II/A-T 80÷94 - - - - - - 6÷20 - - 0÷5
CEM II/B-T 65÷79 - - - - - - 21÷35 - - 0÷5
Cement portlandzki
wapienny
CEM II/A-L 80÷94 - - - - - - - 6÷20 - 0÷5
CEM II/B-L 65÷79 - - - - - - - 21÷35 - 0÷5
CEM II/A-LL 80÷94 - - - - - - - - 6÷20 0÷5
CEM II/B-LL 65÷79 - - - - - - - - 21÷35 0÷5
Cement portlandzki
wieloskładnikowy
CEM II/A-M 80÷88 <––––––––––––––––––––––––––––––––12÷20––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5
CEM II/B-M 65÷79 <––––––––––––––––––––––––––––––––21÷35––––––––––––––––––––––––––––––––> 0÷5
CEM III/A 35÷64 36÷65 - - - - - - - - 0÷5
CEM III/B 20÷34 66÷80 - - - - - - - - 0÷5
CEM III/C 5÷19 81÷95 - - - - - - - - 0÷5
CEM IV/A 65÷89 - <–––––––––––11÷35–––––––––––> - - - - 0÷5
CEM IV/B 45÷64 - <–––––––––––36÷55–––––––––––> - - - - 0÷5
CEM V
Cement
wieloskładnikowy
CEM V/A 40÷64 18÷30 - <–––––––18÷30–––––––> - - - - 0÷5
CEM V/B 20÷38 31÷49 - <–––––––31÷49–––––––> - - - - 0÷5

Kamień wapienny - wymagania wg PN-EN 197-1
Wapień (kamień wapienny) (L, LL) –
powinien zawierać co najmniej 75% CaCO3,
zawartość gliny (iłów) nie powinna
przekraczać 1,2g/100g wapienia.
Zawartość ogólna węgla organicznego (TOC)
powinna spełniać jedno z kryteriów:
 LL: nie powinna przekraczać 0,20% masy,
 L: nie powinna przekraczać 0,50% masy.
Stopień zmielenia wapienia powinien
wynosić ok. 5000 cm2/g. wg Blaine’a.
43

Kamień wapienny jako mikrowypełniacz matrycy
cementowej
 Kamień wapienny, w porównaniu z
klinkierem lub granulowanym
żużlem wielkopiecowym, jest
materiałem miękkim o bardzo dobrej
mielności
 Po wspólnym przemiale z klinkierem
portlandzkim kamień wapienny
stanowi najdrobniejsze frakcje
cementu < 10 μm
 Najdrobniejsze frakcje cementu
spełniają rolę mikrowypełniacza,
zwiększając szczelność matrycy
cementowej w stwardniałym
zaczynie
44

Wytrzymałość na ściskanie zapraw cementowych
cement CEM I oraz cementy CEM II/A,B-LL
45
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 dni 28 dni 90 dni
Wytrzymałośćna
ściskanie[MPa]
CEM I
CEM II/A-LL
(kamień wapienny 10%)
CEM II/A-LL
CEM II/B-LL
CEM II/B-LL
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30
Wytrzymałość[%]
Zawartość kamienia
wapiennego [%]
Po 2 dniach
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30
Wytrzymałość[%]
Zawartość kamienia
wapiennego [%]
po 28 dniach
Wpływ zawartości kamienia wapiennego na wytrzymałość zapraw cementowych

Wytrzymałość na ściskanie zapraw cementowych
cement CEM I i CEM II/A,B-M(V-LL) i CEM II/A,B-M(S-LL)
46
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2 dni 28 dni 90 dni
CEM I
CEM II/A-M(S-LL)
(kamień wap. 10%, żużel 10%)
CEM II/A-M(V-LL)
(kamień wap. 10%, popiół lotny 10%)
CEM II/B-M(S-LL)
(kamień wap. 17,5%, żużel 17,5%)
CEM II/B-M(V-LL)
(kamień wap. 17,5%, popiół lotny
17,5%)

Dodatki mineralne, a przyrost wytrzymałości na ściskanie
47

Stosowanie cementów wg PN-B 06265
48

Właściwości specjalne cementu
Ciepło hydratacji

Cement o niskim cieple hydratacji LH wg PN-EN 197-1
oraz o bardzo niskim cieple hydratacji VLH wg PN-EN 14216
50
Rodzaj cementu
LH
Wymagania
CEM I do CEM V
Ciepło hydratacji po 41 godzinach ≤ 270 J/g
(oznaczone metodą semiadiabatyczną)
Ciepło hydratacji po 7 dniach ≤ 270 J/g
(oznaczone metodą ciepła rozpuszczania)
Rodzaj cementu
VLH
Wymagania
VLH III do VLH V
Ciepło hydratacji po 41 godzinach ≤ 220 J/g
(oznaczone metodą semiadiabatyczną)
Ciepło hydratacji po 7 dniach ≤ 220 J/g
(oznaczone metodą ciepła rozpuszczania)

Ciepło hydratacji cementów
51
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 12 24 36 41
Ciepłohydratacji[J/g]
Czas [godziny]
CEM I 52,5R
CEM II/A-S 52,5N
CEM I 42,5R
CEM II/B-S 42,5R-NA
CEM II/B-S 32,5R-NA
CEM V/A (S-V) 32,5R-LH/HSR/NA
CEM III/A 42,5N-LH/HSR/NA
CEM III/B 42,5L-LH/SR/NA
LH
VLH

Temperatura twardnienia betonu
52

Właściwości specjalne cementu
Odporność na agresję chemiczną

55
Cementy portlandzkie odporne na siarczany:
CEM I...-SR 0 (C3A w klinkierze =0%)
CEM I...-SR 3 (C3A w klinkierze  3%)
CEM I...-SR 5 (C3A w klinkierze  5%)
Cementy hutnicze odporne na siarczany:
CEM III/B...-SR (brak wymagań odnośnie zawartości C3A)
CEM III/C...-SR (brak wymagań odnośnie zawartości C3A)
Cementy pucolanowe odporne na siarczany:
CEM IV/A (P lub V) - SR (o zawartości C3A w klinkierze ≤ 9%)
CEM IV/B (P lub V) - SR (o zawartości C3A w klinkierze ≤ 9%)
Cementy odporne na siarczany SR wg PN-EN 197-1:2012

56
Wymagania chemiczne dla cementów SR
Właściwość
Badanie
wzorcowe
Rodzaj
cementu
Klasa
wytrzymałości
Wymagania a)
Zawartość siarczanów
(jako SO3)
EN-196-2
CEM I-SR 0 b)
CEM I-SR 3 b)
CEM I-SR 5 b)
CEM IV/A-SR
CEM IV/B-SR
32,5N
32,5R
42,5N
≤ 3,0%
42,5R
52,5N
52,5R
≤ 3,5 %
C3A w klinkierze c)
EN-196-2 d)
CEM I-SR 0
Wszystkie
= 0,0%
CEM I-SR 3 ≤ 3,0%
CEM I-SR 5 ≤ 5,0%
- e) CEM IV/A-SR
CEM IV/B-SR
≤ 9,0%
Pucolanowość EN-196-5
CEM IV/A-SR
CEM IV/B-SR
Wszystkie
Wynik pozytywny
po 8 dniach
a) Wymagania podano w procentach masy gotowego cementu określonych w tablicy
b) Dla szczególnych zastosowań cementy CEM I-SR 5 mogą być produkowane zgodnie z wyższą zawartością siarczanów. W
takich przypadkach wartość liczbową tego wyższego wymagania dotyczącego zawartości siarczanów należy zdeklarować
w dokumencie dostawy.
c) Metoda badania dotycząca oznaczania zawartości C3A w klinkierze z analizy gotowego cementu jest w trakcie
opracowywania w CEN/TC 51.
d) W szczególnym przypadku cementów CEM I, dopuszcza się obliczanie zawartości C3A w klinkierze z analizy chemicznej
cementu. Zawartość C3A należy obliczyć z równania: C3A = 2,65 A – 1,69 F
e) Do czasu zakończenia prac nad metodą badania, zawartości C3A w klinkierze należy oznaczać na podstawie analizy
klinkieru, w ramach wykonywanej przez producenta zakładowej kontroli produkcji

57
Rodzaj cementu
HSR
Skład cementu specjalnego
Klinkier
Wymagania dodatkowe a)
CEM II/A-V
CEM II/A-S
CEM II/A-M (S-V)
CEM II/B-S
-
Zawartość glinianu
trójwapniowego e)
C3A  5 %
CEM II/B-V
udział popiołu lotnego
krzemionkowego b)
V  25 %
-
CEM II/B-M (S-V)
udział popiołu lotnego
krzemionkowego b)
V  20 %
-
CEM III/A
udział granulowanego żużla
wielkopiecowego
S  49 %
Zawartość glinianu
trójwapniowego e)
C3A  9 %
CEM III/A
udział granulowanego żużla
wielkopiecowego
S  50 %
-
CEM V/A (S-V)
CEM V/B (S-V)
- -
a) Wymagania podstawowe dotyczące składu wg PN-EN 197-1:2012, Tablica 1.
b) Popiół lotny krzemionkowy (V) powinien spełniać wymagania wg 5.1.3.
e) Zawartość glinianu trójwapniowego C3A wyliczona z równania: C3A = 2,65 x Al2O3 – 1,69 x Fe2O3, na podstawie zawartości
Al2O3 i Fe2O3 oznaczanych wg PN-EN 196-2.
Cementy odporne na siarczany HSR wg PN-B-19707:2013

58
Rodzaj cementu
NA
Skład cementu specjalnego Całkowita zawartość
alkaliów wyrażona
jako Na2Oeq
b) [% mas.]
Alkalia aktywned)
Na2Oeq
[% mas.]Wymagania dodatkowe a)
CEM I
CEM II/A-LL
— ≤ 0,60 0,30-0,47
CEM II/A-V udział popiołu lotnego krzemionkowego c) V ≥ 14% ≤ 1,20 0,51
CEM II/A-S udział granulowanego żużla wielkopiecowego S ≥ 14% ≤ 0,70 0,48
CEM II/A-M (S-V)
udział sumy popiołu lotnego krzemionkowego c)
i granulowanego żużla wielkopiecowego (S+V) ≥ 14%
≤ 1,20 0,47
CEM II/B-V udział popiołu lotnego krzemionkowego c) V ≥ 25% ≤ 1,50 0,52
CEM II/B-S — ≤ 0,80 0,48
CEM II/B-M (S-V) udział popiołu lotnego krzemionkowego c) V ≥ 20% ≤ 1,30 0,51
CEM III/A
udział granulowanego żużla wielkopiecowego S ≤ 49% ≤ 0,95 0,28
udział granulowanego żużla wielkopiecowego S ≥ 50% ≤ 1,10 0,34
CEM III/B
CEM III/C
— ≤ 2,00 0,18-0,25
CEM IV/A (V) udział popiołu lotnego krzemionkowego c) V ≥ 25% ≤ 1,50 0,48
CEM IV/B (V) — ≤ 2,00 0,36
CEM V/A (S-V)
i granulowanego żużla wielkopiecowego (S+V) ≤ 49%
≤ 1,60 0,28
i granulowanego żużla wielkopiecowego (S+V) ≥ 50%
≤ 2,00 0,16
CEM V/B (S-V) — ≤ 2,00 0,16-0,21
a) Wymagania podstawowe dotyczące składu wg PN-EN 197-1:2012
b) Zawartość Na2Oeq określana wg PN-EN 196-2:2013; Na2Oeq=Na2O+0,658K2O
c)Popiół lotny krzemionkowy (V) powinien spełniać wymagania zawarte w PN-EN 197-1, dodatkowo strata prażenia nie może
przekraczać 5,0% masy, oznaczana zgodnie z PN-EN 196-2, lecz przy czasie prażenia wynoszącym 1h.
d) oznaczono wg ASTM C 114-04
Cement niskoalkaliczny NA wg PN-B-19707:2013

Nazwa normowa cementu – co oznacza?
59
Rodzaj
Wytrzymałość wczesna
Niskie ciepło hydratacji
CEM III/A 32,5 N-LH/HSR/NA
Odporny na siarczany
Niskoalkaliczny

Rodzaj cementów produkowanych w Polsce
60
Rodzaj cementu Zakres
Cement portlandzki
CEM I
CEM I 32,5R; CEM I 32,5R-NA
CEM I 42,5R; CEM I 42,5N-NA; CEM I 42,5R-NA
CEM I 42N-HSR/NA; CEM I 42,5R-HSR/NA
CEM I 42,5R-MSR/NA
CEM I 52,5R; CEM I 52,5R-NA; CEM I 52,5N-HSR/NA
Cement portlandzki
wieloskładnikowy
CEM II/A,B
CEM II/B-V 32,5R; CEM II-B-V 32,5R-HSR
CEM II/B-S 32,5R-NA; CEM II/A-LL 32,5R
CEM II/B-M(V-LL) 32,5R; CEM II/B-M(S-V) 32,5R
CEM II/B-M(V-W) 32,5R
CEM II/A-S 42,5R; CEM II/B-S 42,5N-NA
CEM II/B-S 42,5R; CEM II/A-V 42,5N
CEM II/A-V 42,5R; CEM II/B-V 42,5N
CEM II/B-M(S-V) 42,5N; CEM II/B-M(V-LL) 42,5R
CEM II/A-LL 42,5N-NA
CEM II/A-M(S-LL) 52,5N; CEM II/A-S 52,5N
Cement hutniczy
CEM III/A,B
CEM III/A 42,5N; CEM III/A 42,5N-HSR/NA
CEM III/A 52,5N-NA
Cement pucolanowy
CEM IV/A,B
CEM IV/B (V) 32,5R-LH/HSR; CEM IV/B (W) 32,5N
Cement wieloskładnikowy
CEM V/A,B
CEM V/A (S-V) 32,5R-LH

Sprzedaż cementu w Polsce w latach 2006-2014
61
44,7 32,3 34,1 37,3 42,2
46,6
59,6 55,7
50,2
44,9
8,5 7,6 7,4
7,2 9,7
0,2 0,5 2,8 5,3 3,2
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
2006 2008 2010 2012 2014
CEM I
CEM II
CEM III
CEM IV,
CEM V

Struktura sprzedaży cementu w Polsce ze względu na
klasy wytrzymałości w latach 2010-2014
62
17%
11% 10% 7% 7%
69% 67% 64%
60% 58% 57%
40%
34%
21% 20%
76%
81% 82%
83% 84%
27% 28% 31%
32% 32%
43%
60%
66%
79% 78%
7% 8% 8% 10% 10%
5% 5% 5% 8% 10%
0% 0% 0% 0% 2%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
CEM I
2010
CEM I
2011
CEM I
2012
CEM I
2013
CEM I
2014
CEM II
2010
CEM II
2011
CEM II
2012
CEM II
2013
CEM II
2014
CEM III
2010
CEM III
2011
CEM III
2012
CEM III
2013
CEM III
2014
CEM 32,5 CEM 42,5 CEM 52,5
CEM I CEM IIICEM II

Produkcja cementu w Polsce ze względu na klasę
wytrzymałości w latach 2000-2014
63
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Ilość[tys.ton]
32,5 42,5 52,5

Składniki cementu i ich rola w kształtowaniu właściwowści kompozytów cementowych

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Składniki cementu i ich rola w kształtowaniu właściwowści kompozytów cementowych