Portland cement eredete és fejlődése
A cement olyan hidraulikus kötőanyag, amelyben a kötő- és adalékanyagok víz hozzáadásával kémiai reakcióba lépnek egymással és azokat a cement képes tartósan összeragasztani.
Nendtvich Gusztáv szerint a „rómaiak óta a középkoron keresztül századunkig a hidraulikus kötőanyagok technikája mit sem haladt”.
Az olaszországi Nápolyi-öbölben találtak a rómaiak hidraulikus anyagot (tufát - ennek őrleménye a trasz), melyet oltott mésszel keverve használtak építéshez.
A római birodalom bukása után a cement hidraulikus kiegészítőanyag használatát teljesen elfelejtették.
A 18. században Oroszországban és Angliában is állítottak elő a rómaiakéhoz hasonló cementet.
A 19. században a francia I. J. Vicat meghatározta a hidraulikus kötést, annak mechanizmusát és a hidraulikus indexet.
Neki sikerült először mesterséges cementet készítenie mész és agyagtartalmú kőzetek összekeverése és kiégetése útján.
Később, 1811-ben, J. A mai értelemben vett cement feltalálója J. Aspdin angol kőműves mester, aki 1824-ben szabadalmaztatta a portlandcementet.
Aspdin eljárását a későbbiekben többen is tökéletesítették azzal, hogy nagyobb figyelmet szenteltek a nyersanyagok keverési arányának, azok ellenőrzésének és a megfelelően nagy égetési hőmérsékletnek (a zsugorításnak).
Jóllehet az építéshez kötőanyagot - meszes habarcs formájában - már Géza fejedelem korában is használtak, a cement ismerete és használata nagyon lassan terjedt el Magyarországon.
A Széchenyi lánchíd építésekor az alapokhoz Belcsényből hozatott nyersanyagból jó minőségű, római típusú cementet égetett Clark Ádám a mai Magyar Tudományos Akadémia akkor még üres telkén.
A források két különböző helyet említenek első cementgyártóként: Belcsényt és Mogyoróskát, mindkettőt az 1860-as években.
Annak ellenére, hogy a Benczúr József által működtetett mogyoróskai cementek még New Yorkba is eljutottak, az üzem 1934-ben bezárta kapuit.
A belcsényi gyár cementje is nagyon kedvelt volt, szállítottak belőle külföldre is.
A Lábatlani Cementgyárat 1868-ban alapította egy ógyallai földbirtokos, Konkoly Thege Balázs.
A gyárban kezdetben római cementet gyártottak, és a portlandcement-gyártás 1876-ban indult meg.
Az alapítóval később társult Hannig Mátyás, a gyár első igazgatója Wendland Károly volt.
A Nyergesújfalui Cementgyárat 1869-ben alapította Benkó Károly, ez az első világháború után megszűnt.
1880-ban alapították az Újlaki (óbudai) Cementgyárat.
A Gurahonci Cementgyár, az akkori Arad megyében, kis kapacitású létesítmény volt.
A 20. A Bélapátfalvi Cementgyárral kezdődött a korszerű üzemek létesítése, 1908-ban.
A cementgyár felszereléséhez a gépeket Németországból importálták és ekkor épült ki az Eger-Putnok között vasútvonal is.
A Beremendi Cementgyárat 1909-ben alapította Schaumburg-Lippe herceg.
1920-at követően a következő településeken működtek cementgyárak Magyarország területén: Beremend, Bélapátfalva, Felsőgalla, Lábatlan, Nyergesújfalu, Újlak és Selyp.
Ezek együttes éves kapacitása ekkor 660 ezer tonnára volt tehető, de ez a következő években jelentősen visszaesett és csak a második világháború után kezdett újra nőni.
A nyergesújfalui gyár 1925-ben, az újlaki pedig 1929-ben zárta be kapuit.
A felsőgallaiból átalakult Tatabányai Cement- és Mészmű 1984-ben fejezte be a cement gyártását, a selypi és bélapátfalvi gyárak pár évvel később szintén bezártak.
Jelenleg a teljes magyar cementipar, valamint az ágazathoz tartozó szolgáltatói szektor és infrastruktúra jelentős része három külföldi cég tulajdonában van, a francia Lafarge S. A. (rt.), a svájci Holderbank és a német Heidelberger Zement AG, valamint SCHWENK Zement KG.
A rendszerváltás után öt cementgyár üzemelt hazánkban.
A lábatlani és a hejőcsabai svájciaké, a beremendi és a Dunai Cement- és Mészmű váci üzeme németeké lett (utóbbi kettő Duna-Dráva Cement Kft. néven egyesült), illetve 2011 júliusa óta működik Királyegyházán a Lafarge S. A.
Mészkő hevítésével készül a cement úgy, hogy kevés ásványi anyagot (pl. agyagot) adnak hozzá.
A folyamatot, amelynek során az anyagot cementégető kemencében 1450 °C-ra hevítik, kalcinálásnak nevezzük.
A keletkező kemény anyag a klinker, melyet kevés gipsz hozzáadásával porrá őrölnek, hogy végül elkészüljön a legelterjedtebb cementfajta, a közönséges portlandcement.
A portlandcement a beton egyik alapvető hozzávalója. A beton olyan építőanyag, amelynek összetevői a kavics, a homok, a cement és a víz. Előnye, hogy bármilyen alakra formázható és ha egyszer megszilárdul, tartószerkezetként használható.
Csak olyan klinkerfajtákból állítható elő, melyekben a C3S (vagyis a 3:1 arányú mész/kvarc - CaO/SiO2 - kristály) tartalom legalább 60-70 tömegszázalék.
A kezdőszilárdság érdekében a trikalcium-aluminát (C3A, Ca3Al2O6) tartalom 12-14 tömegszázalékra növelhető, ami ugyanakkor szükségessé teszi a gipszkő mennyiségének növelését is.
Hidraulikus kiegészítőanyagként granulált kohósalak vagy szénpernye őrleményt tartalmaznak. Ezek jelenléte lassítja a cement szilárdulási ütemét, ugyanakkor meghosszabbítja a szilárdulás folyamatát akár 1-3 hónappal.
Ezeket a cementeket elsősorban nagy mélységű fúrólyukak kivitelezéséhez használják fel.
Legfontosabb követelményük a kötésidő és a hajlítószilárdság. Kis hőfejlesztésű cementekről akkor beszélhetünk, ha az előállított cement hőfejlesztése kevesebb mint 270 J/gramm.
Ezen csoport legjellegzetesebb képviselői a különböző aluminátcementek (franciául: ciment fondu, németül: Tonerdeschmelzzement).
Ezek nyersanyaga valamilyen nagy alumínium-oxid tartalmú anyag, pl. bauxit vagy timföld, melyet mészkővel vagy mésszel keverve égetnek ki.
A bauxitcementek rendkívül nagy kezdeti szilárdsággal rendelkeznek, ám néhány évtized alatt ez nagymértékben csökkenhet.
A műanyag alapú burkolóanyagok gyártásának nagyfokú fejlődése miatt kisebb jelentőségűvé váltak a magnézia-cementek vagy Sorel-cement.
Alapanyaga lágyan égetett, nem zsugorított magnézium-oxid, amelyet MgCO3-ból nagy hőmérsékleten égetnek és MgSO4 oldattal keverik.
Az ókori rómaiak használták az igen erős, víz alatt is kötő cementet, mész, pozzuolén (vulkáni hamu) és homok vizes elegyét. (Pozzuoli, Vezúv menti város nevéből.)
A természetben található, vulkanikus eredetű „cenere vulcanica” felhasználásával készült kötőanyag szilícium-, alumínium- és vastartalmú, amiknek köszönhetően víz alatt is használható.
A ma is gyártott rómaicement tulajdonságaival bíró anyag különböző vegyi jellemzői a felhasznált kőzetek eltérő összetételével magyarázhatók.
A mai cementek összetételét tudatosan állítják össze, szemben az egykori cementekkel, amelyek összetétele a márga természet adta összetételétől függött.
A cementet mészkő és agyag hozzávetőlegesen 2:1 arányú keverékéből, esetlegesen az ezeket hordozó márga felhasználásával gyártják. Az agyagot a megtört mészkőhöz vagy márgához adagolják.
A bányából beérkező nyersanyagokat keverés után kiszárítják és nyers porrrá (nyerslisztté) őrlik malomban. Ehhez szükség szerint összetételt korrigáló anyagokat adnak (pl. piritpörk, homok), majd silóban tárolják.
A nyersliszt egy bizonyos hőcserélő rendszeren (hőcserélő torony) keresztül megy, kiég, majd egy forgó, enyhén ferde pályájú cementégető kemencében klinkerré granulálódik (először zsugorodik, képlékeny és folyós állagúvá válik, majd golyókká áll össze).
A klinkergranulátumot gyorsan lehűtik és tározóba helyezik.
A gyártás technológiája szerint lehet a gyártás nedves, félszáraz vagy száraz. A nedves technológia elnevezés arra utal, hogy a nyersanyagok őrlése víz jelenlétében történik, a félszáraz eljárásnál 12-16% vízzel, míg a száraznál víz nélkül.
A száraz eljárással gyártott cement alkálifémtartalma nagyobb, mint a nedves eljárással készült cementé.
A gyártás sok energiát igényel, mivel az anyag előállításakor az őrölt mészkövet, agyagot és az adalékanyagokat 1450 °C-ra hevítik, hogy klinker képződjön belőlük, melyből őrlés és gipsz hozzáadása után lesz a portlandcement.
A gyártás költségeinek csökkentése és a meg nem újuló energiaforrások megőrzése érdekében a cementgyárak gyakran hasznosítanak szelektált hulladékból előállított fűtőanyagokat is.
Az első mesterséges cement kikísérletezését a francia Louis Vicat nevéhez kötik, de az angol kőműves Joseph Aspdin volt az első, aki a mai értelemben vett portlandcementet előállította. Aspdin 1824-ben Leedsben már nagyban állított elő hidraulikus kötőanyagot, amely az 5022/1824 szám alatt szabadalmaztattatott eljárására épült.
A kötőanyag szürke színű volt és jelentősen hasonlított az Angliában sokra tartott építőkőhöz, a Portland-stone-hoz, azért Aspdin a kötőanyagot portlandcementnek nevezte el.
A portlandcement gyártása egészen a századfordulóig Másképp történt, mint napjainkban. A mészkövet és az agyagot megőrölték, vízzel összekeverték, majd téglákká sajtolták. A téglákat megszárították és aknás- vagy körkemencében zsugorodásig égették. Ezt követően a kapott anyagot, amit klinkernek hívunk, megőrölték.
Ezzel a módszerrel azonban nem tudták biztosítani az egyenletes minőséget. A forradalmi változást a forgókemencék elterjedése jelentette, amelyeket ma is használnak a cementgyárak. Ezzel a technikával már jóval egyenletesebb minőséget tudtak előállítani.
Kezdetben a cement húzószilárdságának nagyobb jelentőséget tulajdonítottak, mint a nyomószilárdságának. Ennek az volt az oka, hogy a cement és az adalékanyag (sóder) keverékéből előállított betont önmagában alkalmazták és a repedések létrejöttében egyedül a húzószilárdságnak volt megelőző szerepe.
A szerkezetek építésekor azonban olyan mértékű húzófeszültségek tudnak létrejönni, amelyeket a beton önmagában már nem tudott ellensúlyozni, még akkor sem, ha azt portlandcementtel hozták létre.
A fejlesztések tovább folytatódtak. A kutatók keresték a megoldásokat, hogyan lehetne növelni a beton húzószilárdságát.
A francia Joseph Monier kertész volt, aki virágcserepek készítésével is foglalkozott és a betont is felhasználta erre a célra. 1849-ben arra jött rá, hogy ha a betont vashuzalokból készített vázzal megerősíti, akkor a virágcserép már nem lesz olyan törékeny. Arra is rájött, hogy ezzel a vasat meg tudja védeni az oxidációtól és az nem fog rozsdásodni. Ezenkívül nagy húzószilárdságot is biztosított a virágcserepeknek, hiszen a húzófeszültségek felvételében a vas volt a segítségére, amely jóval nagyobb erőket tudott felvenni, mint önmagában a beton. Ezt az eljárást 77165/1867 számon szabadalmaztatta és kiterjesztette más célokra is. A szabadalom szerint a tárgyak bármilyen nagyságúak és alakúak lehettek, így ennek alapján csövek és tartályok is készíthetők. Később (1873-ban) a leírást kiterjesztette hidakra és boltozatok építésére is.
Színesebbé tette a történetet Balázs György: Beton és vasbeton I. - Alapismeretek története. Palotás László: Mérnöki szerkezetek anyagtana 2. - Fa-Kő-Fém-Kötőanyagok. Bereczky Endre - Reichard Ernő: A magyar cementipar története. Talabér József: Cementipari kézikönyv. Ujhelyi János: Betonlexikon.
A cementek széles körben használt építőanyagok, amelyeket különböző konkrétfelhasználásokra állítanak elő. Az európai szabványok alapján a cementek különbözőtípusokra vannak osztva, amelyeket a CEM betűkombinációval és utána álló számokkal jelölnek.
A CEM I típusú cement a szabványos portlandcement, amely az európai szabvány szerint az EN 197-1 szabványban írják le. Ez a cement csak klinkert (pépesített sütött agyag és mészkő keverék) és egy kevés mész és/vagy kiegészítő anyagot tartalmaz.
A CEM II típusú cementek két fő komponensből állnak: klinkerből és valamilyen hozzáadott kiegészítő anyagból. A kiegészítő anyag lehet például pernye, kohósalak, mészkőliszt stb.
A CEM III típusú cementek olyan kompozit cementek, amelyekben a klinker egy része helyett nagy mennyiségű ásványi adalékanyagot használnak, például pernye, kohósalak, trassz stb.
A CEM I, CEM II és CEM III típusú cementek eltérő összetétellel és tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik számukra különböző alkalmazási területeken való felhasználást.
A megfelelő cement típus kiválasztása az adott projekt és igények függvényében történik, figyelembe véve a cement tulajdonságait, gazdaságosságát és környezeti hatásait.
A CEM I, CEM II és CEM III után álló számok az adott cementek mechanikai szilárdságát jelölik meg. Ezek a számok megadják a cement minimális korai szilárdságát, amit egy szabványos tesztkörülmények között végzett laboratóriumi vizsgálat alapján határoznak meg.
Az európai szabvány (EN 197-1) szerint ezek a számok a következők: CEM I 32,5, CEM I 42,5, CEM I 52,5.
A CEM II típusú cementek számjelölése: CEM II/B-M (V-L) 32,5: A cement minimális korai szilárdsága 32,5 MPa 2 napos tesztidőszak után.
A CEM III típusú cementek számjelölése: CEM III/A 32,5: A cement minimális korai szilárdsága 32,5 MPa 2 napos tesztidőszak alatt. CEM III/B (V-L) 42,5: A cement minimális korai szilárdsága 42,5 MPa 2 napos tesztidőszak után.
A betűkombinációk itt is az alkalmazott kiegészítő anyagokat jelzik. A számok csak a minimális szilárdságot jelölik, és a különböző cement típusok azonosszilárdságot is elérhetnek későbbi időpontokban. A nagyobb szilárdságú cementek általában erősebb és tartósabb szerkezetekhez használatosak, míg a kisebb szilárdságú cementek a könnyebb szerkezetekhez és alkalmazásokhoz lehetnek megfelelőbbek. A döntést számos tényező, mint például a terhelés, az időjárási feltételek és a költségek, befolyásolhatják.
A magasabb szilárdsági osztályba tartozó 42,5 és 52,5-ös cementek kevesebb kiegészítő anyagot tartalmaznak a portlandcement mellett. Azonban kevesebb adalékanyaguk miatt ezek a betonok ridegek és kevésbé rugalmasak, ezáltal nagyobb a repedések kialakulásának kockázata.
tags: #portland #cement #nev #eredete