Napredak u proizvodnji osnovne komponente građevinarstva

Gradnje kakvu danas znamo ne bi bilo da nema betona kao materijala sa kojim počinje podizanje bilo kog objekta. Ako uzmemo u obzir da područje Srbije, tačnije Balkana pripada školi koja se u potpunosti oslanja na zidanu gradnju, ona isto tako ne bi mogla da postoji u tom vidu bez primene odgovarajućeg konstruktivnog i prekrivajućeg veziva poput maltera.
Naposletku, mi sada uopšte ne bismo bili u prilici da govorimo na ovu temu da nije sastojka bez kog ne može nastati ni jedno ni drugo – cementa.

// Cement je praškasto mineralno hidraulično vezivo koje se dobija mlevenjem takozvanog portland cementnog klinkera, odnosno veštačke kamene šljake koja nastaje pečenjem krečnjaka i minerala gline u odnosu 3:1 u specijalnoj termoizolovanoj rotacionoj peći na temperaturi između 1350^oC i 1450^oC, u koji se dodaje sasvim mala količina gipsa (ne više od 5%) kao regulator vremena vezivanja. //

Na ovaj način proizvodi se najpoznatija vrsta cementa, portland cement, koji je patentiran 1824. godine od strane zidara iz Lidsa Džozefa Aspdina (Lids Joseph Aspdin), a naziv je dobio zbog sličnosti sa krečnjačkom stenom na ostrvu Portland u okrugu Dorset, na severoistoku Engleske.

Uzimajući u obzir varijaciju u procentu dodatog gipsa, portland cement u suštini ima konstantan sastav u kom dominira vezani kalcijum oksid sa 62-67%, sledi silicijum dioksid sa 19-25%, 2-8% aluminijum oksida, nešto kalcijum oksida u nevezanom obliku, i mali procenat oksida gvožđa, sumpora, magnezijuma, te alkalija (natrijum oksida i kalijum oksida). Niska cena i dostupnost krečnjaka, škriljaca i svih ostalih prirodnih komponenti za spravljanje portland cementa čine ga jednom od najjeftinijih građevinskih sirovina široko zastupljenih u proteklom veku, a beton koji se od njega proizvodi jednim od najtraženijih građevinskih materijala savremenog doba.

// Portland cement je osnovni i najzastupljeniji tip cementa koji je u istoriji zidarstva dugo bio jedini. //

Međutim, za potrebe moderne građevinske industrije vremenom su razvijani i drugi tipovi cementa, koje delimo prema vrsti i klasi. Podela na vrste vrši se na osnovu sastava cementnog praha i tehnologije proizvodnje, gde razlikujemo cemente na bazi portland klinkera i specijalne cemente; dok se podela na klase odnosi na mehaničke karakteristike materijala.

Kao što sam naziv nagoveštava, cementi na bazi portland cementnog klinkera dobijaju se prateći osnovni recept – mlevenjem portland kamene šljake čija se svojstva potom menjaju dodavanjem različitih primesa. Njihova startna čvrstoća je manja nego kod čistog portland cementa, ali ta razlika se u potpunosti nadomešćuje kada dostignu starost dužu od 28 dana, te im se stoga dodeljuju iste klasne oznake. Naravno, sa povećanjem procenta primesa jasnije se vrši distinkcija u odnosu na osnovni proizvod, a zavisno od njihovog sadržaja menja se i potrebna doza vode.

Poznato je ukupno osam podvrsta cementa baziranih na portland klinkeru:

Portland cement

Radi se o sastavno najčistijem cementu ove vrste koji se sastoji isključivo od portland cementnog klinkera i malo gipsa radi regulisanja vremena vezivanja (idealno 2-3%). Važi za najznačajniji budući da predstavlja osnovu za većinu drugih vrsta cementa, što se i vidi iz podatka da čini 70% ukupne proizvodnje cementa u svetu. Zanimljivo je da je kod nas portland cement do relativno skoro činio svega 5% proizvedene količine, a da su dominirali cementi sa dodatkom zgure ili pucolana. Ipak, danas se cement bez dodataka, umerene i visoke početne čvrstoće, koji se dobija mlevenjem visokokvalitetnog portland cementnog klinkera uz primesu optimalne količine gipsa, koristi za proizvodnju suvog maltera i cementnih lepkova (cement čvrstoće 42,5), kao i za izradu prenaprednutih konstrukcija i betonskih prefabrikata tipa bandera, ivičnjaka, železničkih pragova, elemenata za popločavanje, nosača za krovne i ostale konstrukcije (cement čvrstoće 52,5).

Portland cement sa dodatkom zgure

Dobija se mlevenjem portland klinkera, gipsa i oko 30% granulirane zgure, nusproizvoda topljenja gvožđa u visokim pećima. Zgura je tečni kalcijum silikat koji pliva po površini rastaljenog metala, a naglim hlađenjem prelazi u čvrsto stanje u formi zrna. Može biti bazna i kisela, s tim da se u proizvodnji cementa primenjuje ova prva koja sadrži minimum 50% baznih oksida kalcijuma i aluminijuma, a ostatak otpada mahom na silicijum oksid. Cement sa zgurom ima nešto sporiju hidrataciju u odnosu na čist portland cement, te ga karakteriše manja relativna čvrstoća koja se vremenom povećava, manja specifična masa i veća specifična površina.

Portland cement sa dodatkom pucolana

Ovde je umesto zgure, sa udelom koji po srpskim standardima ne prelazi 30%, prisutan pucolan – peskoviti vulkanski pepeo koji se dodaje malterima i betonima kako bi smanjio mogućnost površinskog iscvetavanja, poboljšao obradivost i povećao otpornost na delovanje vlage i hemijsko nagrizanje. Pucolani predstavljaju grupu silikatnih i aluminosilikatnih materijala koji se nalaze u sastavu vulkanskog tla odakle se eksploatišu iskopavanjem. Sami imaju vrlo malu ili nikakvu vezivnu moć, ali u prisustvu vode na sobnoj temperaturi za sebe vezuju slobodni kalcijum hidroksid obrazujući cementna jedinjenja. Naziv su dobili po mestu Pocuoli blizu vulkana Vezuv u Italiji gde su inicijalno otkriveni, a u Evropi ih još ima na grčkom ostrvu Santorini. Portland cement sa dodatkom pucolana takođe ima manju startnu, ali veću krajnju čvrstoću od čistog portlanda, i srazmerno nisku toplotu hidratacije.

Portland kompozitni cement

Još se naziva cement sa mešanim dodatkom, kod koga aditiv čini kombinacija zgure i prirodnog ili veštačkog pucolana.

Metalurški cement

U pitanju je portland cement sa dodatkom zgure koja količinski može varirati između 30% i 85%. Kod njega je još izraženije svojstvo spore hidratacije i manje specifične mase, ali i veća otpornost na agresivna dejstva od portland cementa: metalurški cement jako je postojan u kontaktu sa morskom vodom, kao i vodom koja sadrži druge hloride, sulfate i alkalije.

Pucolanski cement

Portland cement sa dodatkom preko 30% pucolana, gde je proces hidratacije i očvršćavanja dodatno usporen, i izražena rezistentnost na morsku vodu.

Metalurški cement sa dodatkom pucolana

U metalurškom cementu sa dodatkom pucolana prisutna je granulirana bazna zgura sa više od 30% i 5-40% prirodnog ili veštačkog pucolana.

Sulfatnootporni cementi

Zato što sadrži značajan procenat minerala trikalcijum aluminata (nekad i do 15%), običan portland cement nije otporan na sulfate. Da bi cement odolevao dejstvu sulfata ne bi smeo da sadrži trikalcijum aluminat ili bi njegov postotak smeo da bude najviše 5%, a to se postiže korekcijom sirovine smanjivanjem količine aluminijum III oksida, a povećanjem količine gvožđe III oksida. Za razliku od cementa na bazi portland klinkera, sastav specijalnih vrsta cementa koje su namenjene posebnim potrebama i radovima zasniva se na preovladavanju nekog drugog mineralnog veziva kao što je krečnjak ili zgura, i manjoj količini nekog oksida metala ili nemetala.

Aluminatni cement

Aluminatni cement za osnovu ima fino mleveni žareni aluminatni klinker, mešavinu krečnjaka i boksita uz dodatak silicijum dioksida i oksida gvožđa, koja se podvrgava termičkoj obradi u specijalnim električnim pećima na temperaturi od 1500-1550 stepeni. Aluminatni klinker po sastavu je suštinski mineral monokalcijum aluminat, u kome udeo aluminijum oksida ne sme biti manji od 35%, a njegov odnos prema kalcijum oksidu mora da se kreće u opsegu od 0,9 do 1,15. Aluminatni cement je prah crne boje koji se može upotrebiti odmah nakon mlevenja klinkera. Već nakon jednog dana dostiže oko 80% čvrstoće koja odgovara starosti cementne paste od 28 dana, što znači da ga odlikuje veoma brz prirast čvrstoće i brza hidratacija. Ipak, njegovi produkti hidratacije su nestabilni jer se vremenom postepeno prekristališu i gube na čvrstoći. Ova vrsta cementa pogodna je za korišćenje u uslovima gde pomoću njega spravljen beton ili malter dolazi u dodir sa morskom vodom, “mekom” vodom i vodom sa sadržajem sulfata. S druge strane neotporan je u vodi koja ima alkalije, ne sme se mešati sa krečom niti portland cementom jer mu se u takvoj mešavini zbog prisustva gipsa ubrzava vezivanje i značajno opada čvrstoća u poređenju sa čistim aluminatnim cementom.

Cement superiornih osobina

Supersulfatni cement

Kod ovog specijalnog cementa preovladava sitno mlevena granulirana zgura (80-85%), a ostatak čini 10-15% anhidrida i do 5% portland klinkera. Zbog izražene finoće mliva spada u cemente veće specifične površine (preko 4000 cm²/g), a neke od glavnih osobina su mu: vrlo niska toplota hidratacije, nizak prirast čvrstoće u početnom, a visok u krajnjem periodu, nizak sadržaj alkalija i trikalcijum aluminata, optimalan početak i kraj vezivanja, kompatibilnost sa hemijskim dodacima, rezistentnost na dejstvo sulfata, morske vode, sone kiseline, razblaženih rastvora organskih kiselina, fenola i lanenog ulja.

// Supersulfatni cement na domaćem tržištu se pojavio u prodaji 2012. godine, 2014. je standardizovan ali je taj standard dve godine kasnije povučen od strane Instituta za standardizaciju Srbije tako da podleže evropskoj standardizaciji, i proizvodi se samo po porudžbini. //

Generalno daje beton produžene trajnosti, a definiše se kao sirovina za obične betone u letnjim uslovima kada je spoljna temperatura viša od 20 stepeni, ali iznad svega za specijalne betone otporne na vlagu i sulfatnu agresiju kod realizacije važnih i specifičnih infrastrukturnih projekata.

Supersulfatni cement tako primenu nalazi u izgradnji sistema za tretman otpadnih voda, kanalizacijskih i drenažnih sistema, sistema za navodnjavanje, a koristi se i za podzemne radove, stabilizaciju i injektiranje zemljišta, izgradnju puteva, pomorskih i priobalnih objekata. Takođe se preporučuje za proizvodnju betona za masivne konstrukcije (brane, tunele, temelje, mostove), za izgradnju stočnih i živinskih farmi, proizvodnju gotovih običnih betona u letnjim uslovima (klasičnog, pumpanog, samougrađujućeg); a kako je za razliku od portland cementa izrazito svetle, gotovo bele boje, dobro je rešenje za proizvodnju betonskih prefabrikata poput ivičnjaka i primenu u arhitekturi.

Ekspanzivni cement

U pitanju je cement u čiji sastav ulaze supstance koje tokom hidratacije izazivaju ekspanziju, što će reći širenje cementnog kamena u prvih 10 do 15 dana po izlivanju betona, koje može iznositi i do 25mm/m. Ekspanzivni cement se ne proizvodi u našoj zemlji.

Klasifikacija i oznake

Klasiranje cementa vrši se na osnovu njegovih mehaničkih karakteristika tj. klase čvrstoće. Zavisno od toga da li se radi o cementu stranog ili domaćeg porekla, kao i da li je data vrsta cementa standardizovana u našoj zemlji, govorimo o evropskom i srpskom sistemu klasiranja (mada ih u svetu ima više).

Domaće fabrike cementa imaju nešto drugačiji sistem klasifikacije, gde uz skraćenicu naziva artikla najpre navode procenat dodatka u vidu dvocifrenog broja, onda slovnu oznaku dodatka, i opcionalno numeričku oznaku čvrstoće (32.5, 42.5 i 52.5) sa slovnom oznakom intenziteta početne čvrstoće (N, R ili L). Tako na primer portland kompozitni cement sa udelom mešanog aditiva do 35% ima šifru PC 35M, a iza šifre PC 20L 42,5R se krije portland cement sa dodatkom krečnjaka od 6-20% koji ima visoku početnu i odličnu završnu čvrstoću.

Autor: Jelena Mitrović. diplomirani novinar