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/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


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

≥ 75 32,5N

32,5R

42,5La

≥ 60 42,5N

42,5R

52,5La

≥ 45 52,5N

52,5R

a Klasa wytrzymałości definiowana tylko dla cementów CEM III

Stałość objętości (rozszerzalność) wg PN-EN 197-1

12

Klasa wytrzymałości

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 ≤52,5 32,5N - ≥16,0

32,5R ≥10,0 -

42,5La - ≥16,0

≥42,5 ≤62,5 42,5N ≥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

Proces produkcji cementu

14

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

Cie

pło

hyd

rata

cji [

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

Wytr

zym

ało

ść n

a ś

cis

kan

ie [

MP

a]

CEM I 32,5R CEM I 42,5R CEM I 52,5R

Przyrost wytrzymałości cementów różnych klas

wytrzymałości

21

Żużel wielkopiecowy


Cementy z dodatkiem żużla

23

Główne

rodzaje

Nazwa 27 wyrobów

(rodzajów cementu



Składniki

drugorzędne

Klinkier

Żużel

wielko-

piecowy

Pył

krze-

mion-

kowy


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


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/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

Surówka Gorące 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

Wytr

zym

ało

ść

na

ś

cis

ka

nie

[M

Pa

]

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

Wytr

zym

ało

ść

na

ś

cis

ka

nie

[M

Pa

]

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

Popiół lotny


Cementy z dodatkiem popiołu lotnego

31

Główne

rodzaje

Nazwa 27 wyrobów

(rodzajów cementu



Składniki

drugorzędne

Klinkier

Żużel

wielko-

piecowy

Pył

krze-

mion-

kowy


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


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/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 doświadków

dowytrzymałościpo 28 dniach

49 43,6

17,8

5,1



18,8

10,7

4,2 3,0



Beton nienapowietrzony

Beton napowietrzony

Sp

ad

ek

wytr

zym

ało

śc

i [%

]

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

Wytr

zym

ało

ść n

a ś

cis

ka

nie

[M

Pa

]

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

Kamień wapienny


Cementy z dodatkiem kamienia wapiennego

42

Główne

rodzaje

Nazwa 27 wyrobów

(rodzajów cementu



Składniki

drugorzędne

Klinkier

Żużel

wielko-

piecowy

Pył

krze-

mion-

kowy


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


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/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

Wytr

zym

ało

ść

na

ś

cis

ka

nie

[M

Pa

]

CEM I

CEM II/A-LL(kamień wapienny 10%)

CEM II/A-LL(kamień wapienny 15%)

CEM II/B-LL(kamień wapienny 25%)

CEM II/B-LL(kamień wapienny 30%)

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30

Wytr

zym

ało

ść

[%

]

Zawartość kamienia wapiennego [%]

Po 2 dniach

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30

Wytr

zym

ało

ść

[%

]

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

Wytr

zym

ało

ść n

a ś

cis

kan

ie [

MP

a]

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 lotny17,5%)

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

Cie

pło

hyd

rata

cji

[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

54

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 Na2Oeqb) [% 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)

udział sumy popiołu lotnego krzemionkowego c)

i granulowanego żużla wielkopiecowego (S+V) ≤ 49% ≤ 1,60 0,28

udział sumy popiołu lotnego krzemionkowego c)

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 I2010

CEM I2011

CEM I2012

CEM I2013

CEM I2014

CEM II2010

CEM II2011

CEM II2012

CEM II2013

CEM II2014

CEM III2010

CEM III2011

CEM III2012

CEM III2013

CEM III2014

CEM 32,5 CEM 42,5 CEM 52,5

CEM I CEM III CEM 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

Ilo

ść [

tys.

ton

]

32,5 42,5 52,5

Dziękuję za uwagę

Engineering

Składniki cementu i ich rola w kształtowaniu właściwowści kompozytów cementowych