Ve stavebnictví má nezastupitelné místo při výrobě betonových a maltových směsí. Cement jako hlavní složka betonu má rozhodující funkci při stanovování požadovaných vlastností jednotlivých druhů betonu. Celosvětová produkce cementu v roce 2010 dosáhla 3,3 miliardy tun, přičemž na Evropu připadá zhruba 10 procent z tohoto množství (zdroj: CEMBUREAU). V ČR bylo v roce 2010 vyrobeno 3,3 milionu tun cementu, přičemž spotřeba na jednoho obyvatele byla 342 kg (zdroj: Svaz výrobců cementu).
#####Z historie cementu
Prvními pojivy vyráběnými tepelným zpracováním byly sádra a vápno. Ukazují to zbytky staveb na území Sýrie postavených 7000 let př. n. l. Stejná pojiva používali i Egypťané při stavbě pyramid. Velký rozvoj využití pojiva na bázi cementu se datuje do období starověkého Říma (okolo roku 200 př. n. l.), kdy se začal používat sopečný produkt „pucolán“ jako přírodní pojivo pro stavbu hrází, mostů nebo akvaduktů. Mnohé z těchto významných staveb můžeme obdivovat ještě dnes. Za pucolány jsou dnes označovány přírodní materiály na bázi křemičité nebo křemičito-hlinité látky. Znalost používání hydraulických pojiv byla pravděpodobně zapomenuta se zánikem římské říše a znovuobjevena až v souvislosti s novověkými pokusy ve stavebnictví. Označení cement pochází z latinského slova caementa, kterým Římané označovali zdivo z lomového kamene pojeného maltou.
Patent na výrobu cementu byl udělen až v roce 1796 Angličanu J. Parkerovi, který jej nazývá cementem románským. Již v roce 1756 však anglický inženýr J. A. Smeaton vystavěl maják v Eddystonu za použití hydraulické maltoviny. Roku 1824 přihlásil J. Aspdin patent s názvem Zlepšení ve výrobě umělého kamene a v roce 1825 založil továrnu, v níž vyráběl pojivo pod obchodním názvem portlandský cement. Zatvrdlá maltovina se totiž barvou a vlastnostmi podobala stavebnímu kameni vyskytujícímu se v okolí města Portland. Větší průmyslová výroba cementu započala v roce 1840 ve Francii. V Čechách byl cement vyráběn až od roku 1860 v Bohosudově u Teplic. V roce 1870 byla otevřena cementárna v Radotíně a následně v Praze-Podolí.
#####Výroba cementu
Základní surovinou pro výrobu cementu je vápenec. Dalšími přísadami jsou vápenné slíny, hlinité břidlice, křemičitý písek, železité rudy, vysokopecní struska nebo popílek v závislosti na požadovaném druhu cementu. K výrobě 1 tuny slínku je potřeba v průměru 1,52 tuny surovin. Klasický cement se vyrábí pálením směsi vápenců, slínů, hlíny a hlinitých břidlic s přísadou sádrovce. Jemně umletá směs se pálí v pecích při teplotě zhruba 1450 °C a následným prudkým ochlazením vzniká nový produkt – portlandský slínek o velikosti zrn dva až tři centimetry, který se po vychlazení mele spolu se síranem vápenatým. Na jemnosti umletí záleží jakost cementu.
#####Druhy cementu
Výběrem, skladbou surovin a technologickým postupem výroby cementu lze ovlivnit jeho vlastnosti, a tím jej předurčit pro co nejširší použití nebo naopak pro užití speciální. Podle evropských norem se cementy rozlišují na základě několika parametrů. Hlavním parametrem, se kterým se můžete setkat, je uváděná pevnostní třída. Hodnoty 32,5; 42,5 a 52,5 znamenají pevnost v tlaku v MPa. Tyto hodnoty doprovází označení R nebo N, které značí cement s vysokými (R) nebo normálními (N) počátečními pevnostmi. Jedním z parametrů je směsnost, tj. obsah dalších příměsí v cementu. Zde hovoříme o cementu pro obecné použití s označením CEM I až CEM V – cement portlandský, portlandský směsný, vysokopecní, pucolánový a směsný. Dále se můžeme setkat s cementy se speciálními nebo doplňkovými vlastnostmi a odlišným mechanismem tuhnutí, jako je například bílý cement s využitím především na dekorativní prvky a pro povrchové úpravy. Přimíšením barevných pigmentů lze z něho vyrábět i barevný cement. Rozpínavý cement se vyznačuje hydratací s objemovou kontrakcí. Tohoto efektu se využívá jak k eliminaci přirozeného smrštění betonu, například při výrobě podlah, tak k trhacím pracím, neboť účinek rozpínavých cementů může být i velmi destruktivní.
Hlinitanový cement se vyrábí ze speciálního slínku z vápence a bauxitu. Vyznačuje se rychlým průběhem tuhnutí a tvrdnutí, vysokým hydratačním teplem a především zvýšenou odolností v agresivním prostředí. Používá se do žárobetonů nebo tam, kde se neočekává dlouhodobá stabilní pevnost, není tedy vhodný do konstrukčních betonů. Pro betonové vozovky se používá tzv. silniční cement vyznačující se vysokou pevností v tahu ohybem, malými objemovými změnami, dlouhodobou trvanlivostí v agresivním prostředí a vysokými počátečními pevnostmi. Nejnovějším přírůstkem do skupiny speciálních cementů je fotokatalytický cement schopný působením světla rozkládat široké spektrum organických i anorganických látek, z nichž většina je považována za přinejmenším zdraví škodlivé. To vše zvládá díky obsahu fotokatalyzátoru – speciálně připravené nanokrystalické látky. Novinkou je nyní cement, který místo sloučenin vápníku obsahuje uhličitan křemičitý.
#####Vlastnosti cementu
Základní vlastností cementu je schopnost hydratace. Za hydrataci označujeme chemický a fyzikální proces, při němž kašovitá cementová směs přechází do tuhého a tvrdého stavu. Při chemické reakci cementu s vodou vzniká teplo, které nazýváme hydratační teplo. Závisí na chemickém složení cementu, množství minerálů a na jemnosti mletí. Čím je cement jemněji mletý, tím má větší povrch, který je smáčen vodou, a tím rychleji se vyvíjí hydratační teplo. Hydratace probíhá nerušené při optimální teplotě 15 až 25 °C. Tuhnutí je další chemický a fyzikální pochod, při němž kašovitá směs cementu a vody tuhne v pevnou hmotu. Začátek tuhnutí je pro cementy obecného použití stanoven s ohledem na pevnostní třídu. Počátek tuhnutí běžných cementů je podle pevnostní třídy přibližně 45 minut až 12 hodin po smíchání cementu s vodou. Začátek tuhnutí se oddaluje proto, aby se zajistila doba potřebná pro výrobu betonové směsi, její dopravu, uložení a zpracování. Tvrdnutí je další krok, při němž se tuhá směs přeměňuje v tvrdou hmotu, která nabývá pokračující hydratací větší pevnosti. Rychlost tvrdnutí je dána chemickým složením a jemností cementu. Tvrdnutí probíhá zpočátku intenzivně, později se zpomaluje, až se po několika letech ustálí.
#####Cement a životní prostředí
S enormním objemem spotřeby cementu pro stavební průmysl je vliv jeho výroby na životní prostředí v popředí zájmu celé společnosti. Náklady na energii činí okolo 40 procent výrobních nákladů cementáren. Je sledována řada emisních hodnot z provozu cementáren. Komplexní přístup cementáren však zahrnuje nejen snižování emisí a využití odpadních materiálů pro výrobu nebo jako alternativního paliva pro cementářskou pec, ale i snižování hlukové zátěže okolí. Zajímavým řešením je např. využití popela z obilné slámy, dřeva, skořápky z ořechů nebo rýžových slupek.
