Biały cement

Wielu z nas wydaje się, że cement to cement, że może być tylko szary, może z różnymi dodatkami, czasem popiołami, czasem żużlem albo czymś jeszcze innym. Czym się wyróżnia biały cement? Co sprawia, że niby jest to cement, ale zarówno jego moc, charakterystyka oraz najważniejsze - biel pozwalają na tyle różnych i ciekawych zastosowań?

Patrząc na angielską wikipedię można się dowiedzieć, że w procesie produkcji cementownie starają się w rożny sposób pozbyć się rozmaitych związków chemicznych sprawiających, że kolorem naturalnym cementu jest szarość lub jej odcień. W procesie produkcji próbuje się pozbyć związków chromu (barwiących na zielono), związków żelaza (często wykorzystywanych w chemii jako baza dla całej masy pigmentów cementowych), a także manganu, miedzi, niklu czy tytanu. Cementownie starają się, by ilość związków chromu nie przekraczała 0,003%, manganu - 0,03%, zaś związków żelaza - 0,35%. Inne "przeszkadzacze" nie stanowią problemu.

Aby ułatwić sobie to zadanie, podstawową sprawą jest znalezienie złóż wapienia na tyle czystych, by zawierały jak najmniej niepożądanych dodatków. Po dodaniu innych składników wszystko jest mieszane i dokładnie mielone, po czym poddawane procesom chemicznym w bardzo wysokiej temperaturze, w których biorą między innymi udział siarczan wapnia i fluorek wapnia. Problemem jest uzyskanie jak najniższej zawartości związków żelaza, które dość mocno wpływają na pogorszenie jakości klinkieru, a co za tym idzie także i cementu. Czasami dla poprawy wskaźnika białości (którym mierzona jest biel cementu) dodaje się nieco tlenków tytanu, na bazie których robi się białe pigmenty cementowe. Dzieje się tak, jeżeli "biel" jest niezadowalająca.

Znacznie bardziej skomplikowany niż w wypadku normalnych szarych cementów proces produkcji sprawia, że w specyfikacji technicznej podaje się także ilości różnych związków chemicznych, które powinny być zredukowane do pewnych konkretnych i pożądanych wielkości. Konieczność precyzji sprawia, że cena detaliczna czy hurtowa takiego cementu jest znacznie wyższa niż "zwykłych".

W karcie technicznej określa się zwykle:

• C₃S - czyli alit - składnik klinkieru. Odpowiada za początkową siłę i przyrosty wytrzymałości. Ogólna zasada jest taka, że im go więcej w klinkierze, tym szybciej rośnie początkowa wytrzymałość.
  
• C₂S - czyli belit - składnik klinkieru, odpowiadający za siłę wiązania cementu w czasie dłuższym niż 7 dni, a im go więcej, tym szybciej cement wiąże po kilku pierwszych dniach.
  
• C₃A - glinian trójwapniowy - odpowiada za wysokie ciepło wiązania, wydzielane zwłaszcza w pierwszych dniach, zaś w odpowiednich ilościach w połączeniu z alitem i belitem podnosi początkową wytrzymałość cementu. Dodanie wody przyśpiesza jeszcze te procesy.
  
• C₄AF - tetracalcium aluminoferrite - nieznacznie wpływa na siłę cementu in plus, lecz w procesie produkcji pełni rolę topnika. Odpowiada także za niepożądane efekty kolorystyczne sprawiając, że cement jest szary lub w odcieniach szarości.
  

Na badaniach zaś określa się:

• MgO - tlenek magnezu. Wpływa opóźniająco na przyrost wytrzymałości. Jego ilość w normach ograniczona jest do 6%.
  
• SO₃ - bezwodnik siarkowy. Jest to pośrednia miara zawartości gipsu lub anhydrytu (siarczan wapnia CaSO₄). Jest on składnikiem, który reguluje tempo, w jakim wzrasta rozszerzalność cementu. Zbyt duża jego ilość może niebezpiecznie je przyśpieszyć, stad zazwyczaj ilość SO₃ podlega ograniczeniom. Jeśli ilość C₃A jest większa niż 8%, jego ilość nie może przekraczać 3,5%, a jeśli C₃A stanowi mniej jak 8% - zawartość SO₃ może wynieść co najwyżej 3%. Normy europejskie mówią o 4%. Jego zbyt duża ilość wpływa na opóźnienie reakcji zachodzących między wodą a C₃A.
  
• Straty prażenia - mówią o ile zmniejszy się ilość cementu w próbce po ogrzaniu do 1832F (ok. 1000C). Im większe straty, tym niższa wytrzymałość cementu. Normy ograniczają je od 3 do 5%.
  
• Pozostałości nierozpuszczalne - mówią jaka część cementu jest nierozpuszczalna w kwasie solnym. Z racji tego, iż początkowo nie wszystkie składniki cementu są rozpuszczalne, zaś po reakcji ze związkami wapnia stają się rozpuszczalne, to obrazuje to skuteczność i efektywność procesu. Normy mówią o maksymalnym limicie wynoszącym 0,75%, w Europie - do 5%.
  
• Alkalia - zawartość alkaliów, głównie chlorków, znajduje odzwierciedlenie w ilości tlenków potasu K₂O) i sodu Na₂O. Duże ilości mogą zaburzać procesy wiązania cementu, utrudniać przy zastosowaniu odpowiednich chemii modyfikację czasu wiązania. Normy można podawać w rozbiciu na poszczególne związki lub sumarycznie. Cementy niskoalkaliczne zmieszane z chlorkiem wapnia w betonie mogą przebarwiać jego powierzchnię. W Europie nie ma normy na zawartość alkaliów, zaś ilość chlorków na 0,1%.
  

Opcjonalnie:

• Zaburzenia wiązania (ang. False set) - określa się, czy cement posiada zaburzenia w początkowym czasie wiązania, Nie stanowi to problemu, jeżeli beton jest przewożony do miejsca użycia lub kiedy jest przepompowywany. Norma ATSM mówi o wartości min. 50%.
  
• Opóźnienia wiązania (ang. Autoclave expansion) - jest to w pewnym sensie wskaźnik opóźnień wiązania spowodowany przez hydratację CaO lub MgO, ewentualnie obu tych tlenków. Niestety w wielu wypadkach nie da się określić tego dokładnie, stąd czasem wykonuje się inny test - głośności, mierzący poziom stabilności cementu. Pręty (próbki?) poddawane są temperaturze 420F (ok. 215C) oraz ciśnieniu 295 psi (nieco ponad 19 atm). Zmiana długości ograniczona jest do 0,8% dla wszystkich rodzajów cementu.
  
• Zawartość powietrza - cementy po zmieszaniu z wodą i piaskiem mają tendencję do magazynowania powietrza w sobie. Z racji tego, że ma to wpływ na wiele procesów - jego udział jest ograniczany przez ATSM do 12%.