Požadavky na složení, značení, třídy a vlastnosti cementů jsou specifikovány v normě ČSN EN 197-1. Princip těchto zkoušek spočívá v porovnání odezvy cementové kaše na zatížení penetračním válečkem či jehlou a v dalších metodách, které slouží k určení objemové stálosti, počáteční pevnosti a dalších parametrů.
Stanovení konzistence a počátku tuhnutí
Cementová kaše normální konzistence projevuje určitý odpor proti vnikání normalizovaného penetračního válečku. Množství vody, potřebné pro takovou kaši, se stanovuje pokusným vnikáním penetračního válečku do kaší s různým obsahem vody. Tuhnutí se sleduje vnikáním jehly do cementové kaše normální konzistence, až je dosaženo určité předepsané hodnoty. Zkušební zařízení zahrnuje Vicatův přístroj s ručním ovládáním, penetrační váleček a Vicatův prstenec.
Specifikace zkušebního zařízení
Penetrační váleček má délku nejméně 45 mm a průměr 10,00 ± 0,05 mm. Celková hmotnost pohyblivé části je 330 ± 1 g. Vicatův prstenec z tvrdé pryže, plastů nebo mosazi má kuželový tvar s výškou 40,0 ± 0,2 mm a vnitřní průměr 75 ± 10 mm a umísťuje se na podložní skleněnou destičku s minimální tloušťkou.
Pro přípravu kaše se naváží 500 g cementu a zvolené množství vody (např. 125 g) s přesností ±1 g. V co nejkratším čase se do míchačky vloží voda a cement a měří se čas 90 sekund; poté se míchání na 30 sekund přeruší a stěrkou se sesbírá veškerá kaše ze stěn nádoby, která se následně vrátí do středu nádoby. Následně se pokračuje v míchání 90 sekund při nízké rychlosti. Kaše se poté odváženým zpřístupněním vyrovná a připraví k plnění prstence.
Postup plnění a měření tuhnutí
Vikatův prstenec a destička se lehce potřou olejem. Po zamíchání se kaše naplní do Vicatova prstence s přebytkem a vzduch z kaše se odstraní poklepáním prstence. Před samotnou zkouškou se Vicatův přístroj s penetračním válečkem nastaví do nulové polohy, váleček se spustí na destičku a ukazatel se nastaví na nulovou rysku. Poté se váleček zvedne do horní výchozí polohy a prstenec se umístí na destičku pod váleček. Váleček se posune dolů, aby byl ve styku s povrchem kaše, a v této poloze zůstane 1-2 sekundy. Následně se pohyblivá část rychle uvolní a váleček nechá vnikat do středu kaše. Uvolnění musí být provedeno 4 minuty ± 10 sekund po nulovém čase. Odečtená hodnota udává vzdálenost mezi spodní plochou válečku a destičkou a zapisuje se spolu s obsahem vody v cementové kaši. Zkouška se opakuje s kašemi o různé voděstačiště, dokud nedojde k hodnotě 6 ± 2 mm.
Stupně a postupy pro zkoušku s jehlou
Vikatova zkouška s jehlou je nastavena na nulovou polohu a jehla s nástavcem o průměru přibližně 5 mm umožňuje pozorovat malé vpichy. Celková hmotnost pohyblivé části musí být 300 ± 1 g. Naplněný prstenec se uloží na destičku a doplní vodou tak, aby povrch kaše byl alespoň 5 mm pod hladinou. Postaví se pod jehlu Vicatova přístroje, jehla se posune dolů a v této poloze zůstane 1-2 sekundy. Následně se pohyblivá část uvolní a jehla se nechá vnikat ve středu kaše. Odečtená vzdálenost od konce jehly k destičce spolu s dobou od nulového času se zaznamená. Vpichy jehly se opakují na různých místech s minimálními rozestupy, nejméně 8 mm od okraje prstence, 5 mm od sebe a nejméně 10 mm od předchozího vpichu, v vhodných časových intervalech.
Objemová stálost a jiné metody
Objemová stálost se stanoví podle změny objemu cementové kaše normální konzistence. Le Chatelierova objímka se postaví na naolejovanou destičku a kaše se ručně naplní do prostoru bez výrazného hutnění. Po pokrytí a vložení do vlhkého uložené prostředí se změří vzdálenost mezi hroty tyčinek s přesností 0,5 mm. Následně se objímka zahřeje v vodnílázni po dobu 3 hodin ± 5 minut a po ochlazení se změří vzdálenost mezi hroty. Rozdíl se zapíše a porovná s předpisovanou hodnotou; v případě překročení se provede opakované stanovení.
Další zkoušky a měření
Suchý a zvážený pyknometr se naplní destilovanou vodou a po osušení opět zváží. Po vypuštění vody se do pyknometru vloží 2-4 g cementu a doplní kapalinu tak, aby hladina byla cca 5 mm nad cement. Po redukci vzduchových bublin se pyknometr doplní doplna a zváží. Měrná hmotnost se stanovuje třikrát.
Při přípravě vzorku na štíhlý a jemný portlandský slínek a další komponenty se klade důraz na poměry CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 a dalších látkách dle EN 197-1. Portlandský slínek musí obsahovat nejméně dvě třetiny křemičitanů vápenatých a zbytek tvoří slínkové fáze s Al a Fe. Granulovaná vysokopecní struska musí být minimálně ze dvou třetin složená z CaO, MgO a SiO2. Pucolány reagují s Ca(OH)2 a zlepšují pevnost a odolnost proti agresivnímu prostředí. Síran vápenatý se může přidávat k úpravě tuhnutí a celkové množství přísad nesmí překročit 1,0 % hmotnosti cementu.
Normy, třídy a definice cementů
Normalizovaná pevnost cementu je pevnost v tlaku stanovená podle EN 196-1 po 28 dnech a dělí se na třídy 32,5; 42,5 a 52,5. Počáteční pevnost se definuje po 2 dnech, 7 dnech a může být nízká (L) či vysoká (R) či normální (N). Cementy podle EN 197-1 označované jako CEM musí umožnit výrobu betonu či malty s vhodnou zpracovatelností a stálostí. Portlandské cementy mohou být jednoduché (CEM I) či směsné (CEM II) s hlavními složkami jako struska, vápenec nebo popílek. Přílohy tabulek upravují podmínky pro síranovzdorné cementy a jejich specifické limity obsahu síranů.
2D 3D technologická odvětví, aditivní výroba a 3D tisk cementu (3DCP) vyžadují udržování správných hustot a viskozit, aby byla zajištěna tisknutelnost a pevnost výsledného objektu. Viskozita a hustota jsou klíčové pro reologii čerstvého betonu a pro procesní řízení míchání a tisku. Sledování těchto parametrů v reálném čase umožňuje robustní kontrolu kvality a zlepšuje stabilitu výsledných konstrukcí.
Třídění a praktické poznámky pro výběr cementu
- Většina použití vyžaduje cement podle EN 197-1 s jasně definovanými třídami pevnosti a počáteční pevností.
- Vliv hlavních složek na vlastnosti cementu je klíčový: jemný vápenec zlepšuje zpracovatelnost, zatímco struska a popílek ovlivňují počáteční i konečnou pevnost a odolnost vůči agresivnímu prostředí.
- Pro 3DCP je důležitá kontrola hustoty a viskozity pro dosažení kvalitního vrstveného tisku a adheze vrstev.
SH01 - Laboratorní úloha č. 1 - Zkoušky cementu
Vztah k praxi
Pro správný výběr cementu pro konkrétní aplikaci je nutné zohlednit prostředí, ve kterém bude beton vystaven, včetně vlhkosti, teploty a aggressivních látek. EN 206+A1 poskytuje obecný popis prostředí a klasifikuje vlivy na beton. Tabulky a poznámky v EN 197-1 doplňují praktické údaje o tom, jak volba cementu ovlivňuje zpracovatelnost, pevnost a trvanlivost.