Normalizacja europejska przyjęła podział cementów na dwie zasadnicze grupy: cementy powszechnego użytku uznane za “tradycyjne i wypróbowane” i cementy specjalne ze względu na dodatkowe cechy użytkowe. Cementy powszechnego użytku są objęte zharmonizowaną normą europejską EN 197-1, która w 2002 roku została zatwierdzona jako Polska Norma PN-EN 197-1:2002. Nie obejmuje ona cementów o dodatkowych właściwościach, takich jak niskie ciepło hydratacji, wysoką odporność na agresję siarczanową czy niską zawartość alkaliów, czyli cementów o specjalnych, istotnych dla praktyki budowlanej, cechach użytkowych.
Normy europejskie dotyczące cementów z grupy “specjalne” są ciągle tematem prac normalizacyjnych w Komitecie Technicznym 51 Europejskiej Komisji Normalizacyjnej (CEN/TC 51). Najbardziej zaawansowane są prace nad pakietem norm dotyczących cementów o niskim cieple hydratacji. Cementy o innych specjalnych właściwościach albo nie są przedmiotem prac normalizacyjnych, albo wywołują nadal duże kontrowersje i nie przewiduje się zakończenia prac w najbliższym czasie. Taka sytuacja spowodowała, że w wielu krajach europejskich cementy specjalne zostały znormalizowane na poziomie krajowym.
Brak polskiej normy określającej wymagania dotyczące ciepła hydratacji, odporności na agresję siarczanową czy zawartości alkaliów w produkowanych cementach był utrudnieniem dla krajowego budownictwa. Znormalizowane były jedynie cementy portlandzkie siarczanoodporne. Na rynku budowlanym brakowało zdefiniowanych cementów przeznaczonych do wykonywania dużych masywów betonowych i obiektów hydrotechnicznych, obiektów betonowych narażonych na działanie agresywnych środowisk siarczanowych czy cementów o niskiej zawartości alkaliów, co jest istotne przy produkcji betonu z udziałem kruszyw reaktywnych. Z inicjatywy Stowarzyszenia Producentów Cementu i Wapna i przy udziale IMMB O/Kraków opracowano w KT Nr 196 ds. Cementu i Wapna krajową normę dotyczącą cementów o właściwościach specjalnych. Wykorzystano założenia do projektów norm europejskich, rozwiązania krajowe innych państw europejskich i polskie doświadczenia z produkcji i stosowania cementów zawierających granulowane żużle wielkopiecowe i popioły lotne krzemionkowe.
Nowa polska norma PN-B-19707:2003 Cement. Cement specjalny. Skład, wymagania i kryteria zgodności została opublikowana w październiku 2003 roku. Cementy według tej normy są klasyfikowane w zależności od ich właściwości specjalnych, jako:
- cement o niskim cieple hydratacji – LH
- cement o wysokiej odporności na siarczany – HSR
- cement o niskiej zawartości alkaliów – NA
Klasyfikacja nie jest ograniczona do jednej tylko cechy użytkowej a zatem możliwe jest zakwalifikowanie cementu jako specjalnego ze względu na dwie lub trzy właściwości specjalne np. cement specjalny o wysokiej odporności na siarczany i o niskiej zawartości alkaliów.
Cementy specjalne muszą spełniać podstawowe wymagania normowe stawiane cementom powszechnego użytku zgodnie z normą PN-EN 197-1:2002. Podstawowe wymagania dotyczą podziału cementu na rodzaje i klasy wytrzymałości, rodzajów i właściwości składników, właściwości mechanicznych, fizycznych i chemicznych oraz kryteriów zgodności tych właściwości. Wymagany jest ten sam system oceny i certyfikacji zgodności. Nowa norma określa wymagania dodatkowe dotyczące właściwości specjalnych cementu, jego składników oraz kryteriów zgodności.
Cement o niskim cieple hydratacji – LH
Każdy z 27 cementów powszechnego żytku można uznać za cement o niskim cieple hydratacji pod jednym, dodatkowym warunkiem. Ciepło hydratacji cementu, oznaczone metodą semi-adiabatyczną po 41 godzinach lub oznaczone metodą rozpuszczania po 7 dniach nie może być większe niż 270 J/g. Obydwie metody oznaczania ciepła hydratacji, dostępne już obecnie jako normy europejskie, będą w tym roku wprowadzone do zbioru norm krajowych jako PN-EN 196-8 i 9.
Cement o wysokiej odporności na siarczany – HSR
W przypadku tej grupy cementów wymagania normy PN-B-19707 są zróżnicowane w zależności od rodzaju cementu. Najprościej można je sformułować w przypadku cementów hutniczych CEM III, którym norma stawia jedno wymaganie. Udział granulowanego żużla wielkopiecowego, w odniesieniu do sumy składników głównych i drugorzędnych, nie może być niższy niż 55 % masy.
Cementy portlandzkie CEM I można uznać za cementy o wysokiej odporności na siarczany pod warunkiem, że zawartość glinianu trójwapniowego nie jest wyższa od 3,00 % i zawartość tlenku glinu nie przekracza 5,00 % masy.
Bardziej skomplikowane są wymagania w przypadku cementu portlandzkiego popiołowego CEM II/B-V i cementów pucolanowych CEM IV. Norma dopuszcza udział jedynie trzech składników głównych: klinkieru cementu portlandzkiego (K), pyłu krzemionkowego (D) i popiołu lotnego krzemionkowego (V). Ponadto stawia tym składnikom dodatkowe wymagania: klinkier nie może zawierać więcej niż 10 % masy glinianu trójwapniowego a w popiołach straty prażenia i udział reaktywnego tlenku wapnia ograniczone są do 5,0 % masy. Zasadniczym wymaganiem jest udział popiołu lotnego krzemionkowego (lub sumy popiołu i pyłu krzemionkowego w cemencie pucolanowym) na poziomie nie mniejszym niż 25 % masy cementu.
Cement o niskiej zawartości alkaliów – NA
Utrwalony w kolejnych normach poziom 0,60 % całkowitej zawartości alkaliów w cemencie, w przeliczeniu na Na2O, znalazł swoje miejsce także w nowej normie cementowej.
Wymaganie to dotyczy cementów portlandzkich CEM I, cementów pucolanowych CEM IV, cementów wieloskładnikowych CEM V i cementów portlandzkich wieloskładnikowych CEM II, z wyjątkiem CEM II/B-S. Dla tego rodzaju cementu całkowita zawartość alkaliów nie powinna przekraczać 0,70 %.
Cementy hutnicze, w zależności od udziału granulowanego żużla wielkopiecowego, mają zróżnicowane wymagania dotyczące zawartości alkaliów, aby można uznać je za cementy niskoalkaliczne. Dla cementów CEM III/A o zawartości żużla poniżej 49 % masy całkowita zawartość alkaliów nie może być większa niż 0,95 %. Norma dopuszcza dla tych cementów wyższą zawartość alkaliów do 1,10 %, lecz przy zawartości co najmniej 50 % masy żużla w cemencie. Dla cementów hutniczych CEM III/B i CEM III/C całkowita zawartość alkaliów nie może przekraczać 2,00 %, co praktycznie oznacza, że wszystkie cementy z tej grupy można uznać za cementy o niskiej zawartości alkaliów.
Podsumowanie
Duża różnorodność konstrukcji budowlanych, specyfika ich wykonywania, zróżnicowania warunków klimatycznych oraz oddziaływanie środowisk chemicznie agresywnych są źródłem wzrostu zapotrzebowania na cementy o specjalnych właściwościach użytkowych, które pozwalają na ich optymalne zastosowanie. Specjalne warunki eksploatacji obiektów budowlanych stawiają dodatkowe wymagania produkowanym cementom. Znormalizowanie wymagań pozwoli na rozszerzenie oferty przemysłu cementowego, ułatwi sterowanie produkcją i kontrolę jakości a zarazem będzie istotne dla uzyskania oczekiwanej trwałości betonu produkowanego z zastosowaniem tych cementów.
Kraków, 2004
Opracował:
Stanisław Płocica
Ośrodek Certyfikacji i Normalizacji
Instytut MMB Oddział w Krakowie
