Jak produkuje się cement? Wprowadzenie Przeczytaj Symulacja interaktywna Sprawdź się Dla nauczyciela

Jak produkuje się cement?

Wprowadzenie Przeczytaj

Symulacja interaktywna Sprawdź się

Dla nauczyciela

Cement to surowiec używany powszechnie przez człowieka, ale nie zawsze tak było. Cementownie zaczęły powstawać dopiero w połowie XIX wieku. W Polsce pierwsza z nich rozpoczęła produkcję w roku 1857 w Grodźcu koło Będzina. Był to wtedy piąty taki zakład na świecie. Produkcja cementu od tamtych czasów przeszła wiele technologicznych rewolucji - poprawiono jego skład oraz zdywersyfikowano go tak, aby był lepiej dostosowany do konkretnych potrzeb budowlanych. W Polsce działa obecnie 14 zakładów cementowych, których łączne zdolności produkcyjne to około 24 mln ton rocznie. Dowiedzmy się, czy pod nazwą „cement” kryje się zawsze ten sam produkt.

Twoje cele

Dowiesz się, czym jest cement.

Omówisz przepisy prawne regulujące skład cementu.

Scharakteryzujesz cykl produkcji cementu.

Jak produkuje się cement?

Źródło: domena publiczna, dostępny w internecie: pixabay.com.

Przeczytaj

Czym jest cement?

Definicja cementu

Źródło: GroMar Sp.z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Obrazy mikroskopowe (mikroskop skaningowy) cementu

Źródło: Μaria Amenta, licencja: CC BY-SA 4.0, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org.

Gdzie w Polsce produkowany jest cement?

W Polsce produkcja cementu odbywa się w następujących lokalizacjach:

Grupa Zakład Charakterystyka

Lafarge Cementownia Małogoszcz Zakłady z pełnym cyklem

produkcyjnym Cementownia Kujawy

HeidelbergCement Cementownia Górażdże Zakłady z pełnym cyklem produkcyjnym

Ekocem Sp. z o.o. Przemiałownia

CRH Grupa Ożarów Zakłady z pełnym cyklem

produkcyjnym Cementownia Rejowiec

Dyckerhoff Dyckerhoff Polska Sp. z o.o. Zakłady z pełnym cyklem produkcyjnym

Cemex Cementownia Chełm Zakłady z pełnym cyklem

produkcyjnym Cementownia Rudniki

Polen Cement Cementownia Warta Zakład z pełnym cyklem

produkcyjnym

Miebach Cementownia Odra Zakład z pełnym cyklem

produkcyjnym Cementownia Kraków -

Nowa‑Huta

Cementownia Kraków - Nowa‑Huta

Zakład z pełnym cyklem produkcyjnym

Mapei Górka Cement

Zakład z pełnym cyklem produkcyjnym

Producent cementu glinowego.

Na podstawie: www.polskicement.pl/charakterystyka‑przemyslu‑cementowego

Lokalizacje cementowni w Polsce

Źródło: GroMar Sp. z o.o. na podstawie: h ps://www.polskicement.pl/charakterystyka-przemyslu-cementowego, licencja: CC BY-SA 3.0.

Jak oznacza się cement?

Zgodnie z aktualnymi aktami prawnymi cementy dzielimy na dwie główne grupy :

cementy powszechnego użytku, uznane za „tradycyjne”, które są objęte normą europejską EN 197‑1, zatwierdzona jako norma: PN‑EN 197‑1:2002,

cementy specjalne ze względu na dodatkowe cechy użytkowe, których dotyczy polska norma PN‑B- 19707:2003.

Sposób znakowania cementu jest szczegółowo regulowany i zgodnie z powyższymi normami pozwala rozróżnić pięć rodzajów cementu.

Pierwszy człon oznaczenia informuje o rodzaju cementu:

CEM I – cement portlandzki;

CEM II – cement portlandzki wieloskładnikowy;

CEM III – cement hutniczy;

CEM IV – cement pucolanowy;

CEM V – cement wieloskładnikowy.

Potem występuje jedna z trzech liter - A, B lub C, informujące o dodatkach, a także ich rodzajach:

Nazwa dodatku Oznaczenie dodatku

Granulowany żużel wielkopiecowy S

Popiół lotny krzemionkowy V

Popiół lotny wapienny W

Pucolana naturalna P

Pucolana przemysłowa Q

Łupek palony T

Wapień L, LL

Pył krzemionkowy D

Składniki cementu i ich oznaczenia

Źródło: GroMar Sp. z o.o. opracowano na podstawie: Składniki cementu i ich rola w kształtowaniu właściwości kompozytów cementowych, Zbigniew Giergiczny, Politechnika Śląska, Warszawa 2016, licencja: CC BY-SA 3.0.

Kolejną informacją ważną dla cementu są jego klasy. Wyróżniamy trzy: 32,5, 42,5 oraz 52,5 - oznacza jego wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach, wyrażona w MPa.

Litery R, N lub L oznaczają cement o wysokiej (R), normalnej (N) lub niskiej (L) wytrzymałości. Przy oznaczeniach cementu mogą też pojawić się inne oznaczenia, np. MSR – średnia odporność na siarczany, HSR – wysoka odporność na siarczany, LH – cement o niskim cieple hydratacji czy NA – cement o niskiej zawartości tlenków alkalicznych.

Jak oznacza się cement?

Źródło: GroMar Sp. z o.o. na podstawie www.magbud-ghb.pl opracowano na podstawie: h p://www.magbud-ghb.pl, licencja: CC BY-SA 3.0.

Źródło: GroMar Sp. z o.o. na podstawie Stowarzyszenie Producentów Cementu, licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

pucolany

materiał krzemionkowy lub krzemionkowo‑glinowy, który w postaci drobnoziarnistej i w obecności wilgoci reaguje chemicznie z wodorotlenkiem wapnia, tworząc związki o właściwościach wiążących.

Naturalne to popioły wulkaniczne, łupki opalowe, rogowce, a przemysłowe popioły lotne to (np.

odzyskiwane z gazów spalinowych w elektrowniach opalanych węglem) oraz mikrokrzemionka młyn kulkowy

to odmiana młyna, w którym funkcję mielników spełniają kule o różnych średnicach, wykonane

z twardego materiału o dużej gęstości, takiego jak stal czy ceramika. Młyny tego typu służą do mielenia na sucho lub mokro surowców w przemyśle cementowym, ceramicznym i w energetyce

klinkier

tworzywo ceramiczne będące bazowym składnikiem m.in. cementu, otrzymywane przez wypalanie glin wapienno‑żelazistych, wapienno‑magnezjowych lub żelazistych w wysokich temperaturach

Symulacja interaktywna

Polecenie 1

Poniższa symulacja prezentuje proces produkcji pięciu popularnych rodzajów cementów. Zapoznaj się z poszczególnymi etapami produkcji, przeanalizuj składniki cementów i zgodnie z poleceniem dobierz odpowiedni skład, aby przeprowadzić produkcję.

Symulacja interaktywna pt. ,,Produkcja cementu”

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 2

Na podstawie symulacji wymień kolejne etapy produkcji cementu i zastanów się, jakie jest ich znaczenie?

醙

Ćwiczenie 3

Jaki wpływ na właściwości produktu ma kruszenie i mielenie wprowadzanego surowca?

醙

Sprawdź się

Ćwiczenie 1

Jakie negatywne skutki może przynieść niedostosowanie rodzaju i typu cementu do rodzaju prac budowlanych?

Odpowiedź:

輸

Ćwiczenie 2

Zaznacz, czy zdanie jest prawdziwe, czy fałszywe.

Zdanie Prawda Fałsz

W produkcji cementu portlandzkiego, do przemiału klinkieru dodawany jest piasek,

pełniący rolę regulatora czasu wiązania cementu.

□ □

Klinkier jest wytwarzany przez spiekanie margli, kamienia

wapiennego, gliny, ziemi okrzemkowej i kredy.

□ □

Cementy specjalne to takie, które posiadają dodatkowe

cechy użytkowe, np.

kwasoodporność.

□ □

Klinkier jest magazynowany na hałdach.

□ □

輸

Ćwiczenie 3

W początkowej fazie procesu produkcji cementu materiał trafia do składu uśredniającego - jaka jest jego rola?

Odpowiedź:

醙

Ćwiczenie 4

Odpowiedz na pytania.

a) Co to jest korekcja składu surowcowego w procesie produkcji cementu?

b) Czym się ją wykonuje?

Odpowiedź:

醙

Ćwiczenie 5

Dopasuj skład do rodzaju cementu, zgodnie z normą PN‑EN 197‑1:2012.

klinkier + pył krzemionkowy, pucolana naturalna, pucolana przemysłowa, popiół lotny krzemionkowy, popiół lotny wapienny, klinkier + granulowany żużel wielkopiecowy, pucolana naturalna, pucolana przemysłowa, popiół lotny krzemionkowy, wapień, klinkier + granulowany żużel wielkopiecowy, klinkier i gips

cement portlandzki cement hutniczy cement

pucolanowy cement

wieloskładnikowy

醙

Ćwiczenie 6

Dopisz nazwy do zdjęć surowców mineralnych, tworzących klinkier.

Nazwy surowców, które należy wpisać: margiel, wapień, glina, ziemia okrzemkowa, kreda (jedna z nazw jest dodatkowa).

Źródło: Elekes Andor, licencja: CC BY-SA 4.0.

Źródło: Piotr Sosnowski, licencja: CC BY-SA 4.0.

Źródło: Siim Sepp, licencja: CC BY-SA 3.0.

Źródło: Alina Zienowicz, licencja: CC BY-SA 3.0.

醙

Ćwiczenie 7

Końcowym etapem produkcji cementu jest dostarczenie gotowego produktu do odbiorców. Może on odbywać się poprzez transport drogowy, kolejowy lub rzeczny.

Wskaż po 1 wadzie i 1 zalecie każdej z tych form.

Transport drogowy

Zaleta

Wada

Transport kolejowy

Zaleta

Wada

Transport rzeczny

Zaleta

Wada

難

Ćwiczenie 8

Podaj oznaczenie cementu, zgodnie z normą PN‑EN 197‑1:2012, który charakteryzuje się następującymi cechami:

a)

- jest to cement portlandzki;

- nie zawiera żadnych dodatków mineralnych;

- wytrzymałość 28-dniowa na ściskanie wynosi 42,5 MPa;

- jest to cement o wysokiej wytrzymałości.

Oznaczenie cementu:

b)

- jest to cement hutniczy;

- zawiera granulowany żużel wielkopiecowy;

- wytrzymałość 28-dniowa wynosi 32,5 MPa;

- jest to cement o normalnej wytrzymałości.

Oznaczenie cementu:

c)

- jest to cement pucolanowy;

- zawiera pył krzemionkowy, pucolanę przemysłową, popiół lotny krzemionkowy, popiół lotny wapienny;

- wytrzymałość 28-dniowa na ściskanie wynosi 32,5 MPa;

- jest to cement o normalnej wytrzymałości.

Oznaczenie cementu:

難

Dla nauczyciela

Scenariusz zajęć

Autor: Marta Wróbel, Krzysztof Błaszczak Przedmiot: chemia

Temat: Jak produkuje się cement?

Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym

Podstawa programowa:

Temat zawiera treści wykraczające poza podstawę programową.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji;

kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii;

kompetencje cyfrowe;

kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne Uczeń:

omawia, czym jest cement i podaje jego rodzaje;

wymienia podstawę prawną regulującą skład cementów;

omawia i charakteryzuje etapy procesu produkcji cementu.

Strategie nauczania:

asocjacyjna;

problemowa.

Metody i techniki nauczania:

dyskusja dydaktyczna;

burza mózgów;

analiza materiału źródłowego;

ćwiczenia uczniowskie;

eksperyment chemiczny;

technika zdań podsumowujących.

Formy pracy:

praca w grupach;

praca w parach;

praca indywidualna;

praca zbiorowa.

Środki dydaktyczne:

komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do Internetu;

zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;

tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda;

rzutnik multimedialny.

Przebieg zajęć Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel zadaje uczniom pytania: czym jest cement? Czy cement i beton to synonimy? Czy pod nazwą “cement” kryje się zawsze ten sam produkt?

2. Rozpoznawanie wiedzy wyjściowej uczniów na temat cementu. Burza mózgów wokół cementu.

Efektem burzy mózgów powinno być zdefiniowanie cementu, podanie jego składu i jego podział.

W fazie realizacyjnej uczniowie porównają swoje odpowiedzi z informacjami podanymi w dostępnych źródłach informacji.

3. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele lekcji, które uczniowie zapisują w portfolio.

4. Zasady BHP. Nauczyciel zapoznaje uczniów z kartami charakterystyk substancji, które będą używane na lekcjach.

Faza realizacyjna:

1. Uczniowie pracują z e‑materiałem, wyszukują informacje dotyczącą definicji cementu, jego składu chemicznego, podziału cementu na grupy i rodzaje. Chętni lub wskazani uczniowie odpowiadają na postawione przez nauczyciela pytania do analizowanych treści.

2. Uczniowie w parach pracują z wykorzystaniem symulacji interaktywnej – “wytwarzają” wybrane rodzaje cementów oraz dzięki temu zapoznają się z ciągiem technologicznym produkcji cementu.

3. Eksperyment chemiczny. Nauczyciel dzieli uczniów na 5 grup. Zadaniem każdej grupy jest przygotowanie próbki betonu o zróżnicowanych parametrach. Podczas eksperymentu zespoły prowadzą notatki i na kolejną lekcję, na ich podstawie, przygotują sprawozdanie. przydział składników dla poszczególnych grup:

grupa 1: cement, piasek, woda z kranu;

grupa 2: cement, piasek, woda z kranu, detergent;

grupa 3: cement, piasek, woda z kranu, sól kuchenna (NaCl);

grupa 4: cement, piasek, gorąca woda;

grupa 5: cement, piasek, woda mineralna gazowana.

Każdy zespół otrzymuje taką samą ilość cementu i piasku (gramatura składników jest ustalana przez zespół klasowy i nauczyciela - optymalne proporcje cementu, piasku i wody to 1:4:0,5‑1 co daje, np.

na 1 kg cementu, 4 kg piasku i od 0,5 kg do 1 kg wody -> proporcje mogą być modyfikowane przez zespół klasowy; ważne aby każda grupa użyła dokładnie tych samych ilości). Woda to jeden z podstawowych składników betonu - obok cementu, żwiru i/lub piasku . Jest ona niezbędna, aby mogło nastąpić wiązanie cementu. Od ilości wody w przygotowywanej mieszance betonowej zależą nie tylko jej konsystencja, ale w znacznym stopniu także późniejsze właściwości stwardniałego już betonu, takie jak wytrzymałość, szczelność, mrozoodporność i trwałość.

4. Uczniowie przygotowują w zespołach próbki betonu z podanych składników. Eksperymentalnie sprawdzą, jakie znaczenie ma zaproponowana zmienność składników w mieszance betonowej.

Uczniowie notują spostrzeżenia z całego eksperymentu. Uczniowie mogą wykonywać zdjęcia poszczególnych etapów eksperymentu – które później umieszczą w sprawozdaniu.

5. Jeżeli nauczyciel dysponuje czasem na lekcji może wyświetlić na tablicy multimedialnej film przedstawiający produkcję cementu - link w materiałach pomocniczych.

6. Uczniowie samodzielnie sprawdzają swoją wiedzę, wykonując ćwiczenia zawarte w e‑materiale – sprawdź się.

Faza podsumowująca:

1. Przygotowane próbki należy opisać i pozostawić do całkowitego wyschnięcia. Jeżeli nauczyciel planuje wykonanie lekcji “Cechy fizykochemiczne cementu”, to przygotowane podczas bieżącej lekcji

próbki będą bazą do dalszych eksperymentów i omówienia treści.

2. Na zakończenie zajęć nauczyciel zadaje uczniom pytania: jak można zdefiniować cement? Jakie mamy grupy cementu wg aktów prawnych? Jakie mamy rodzaje cementu? Jaki jest skład chemiczny cementu? Co to jest klinkier?

3. Jako podsumowanie lekcji nauczyciel może wykorzystać zdania do uzupełnienia, które uczniowie również zamieszczają w swoim portfolio:

Przypomniałem/łam sobie, że...

Co było dla mnie łatwe...

Czego się nauczyłam/łem...

Co sprawiało mi trudność...

Praca domowa:

Uczniowie wykonują pozostałe ćwiczenia zawarte w e‑materiale – sprawdź się.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Uczniowie mogą wykorzystać symulację interaktywną przygotowując się do zajęć lub podczas lekcji powtórzeniowej. Uczniowie nieobecni na lekcji mogą ją wykorzystać jako nadrobienie zaległości.

Materiały pomocnicze:

1. Polecenia podsumowujące (nauczyciel przed lekcją zapisuje je na niewielkich kartkach):

Jak można zdefiniować cement?

Jakie mamy grupy cementu wg aktów prawnych?

Jakie mamy rodzaje cementu?

Jaki jest skład chemiczny cementu?

Co to jest klinkier?

2. Film dotyczący produkcji cementu:

https://www.youtube.com/watch?v=yETtatkn4Xs 3. Doświadczenie

Sprzęt laboratoryjny: pojemniki plastikowe, drewniane szpatułki/łyżki, waga lub miarka, zlewki.

Odczynniki chemiczne: cement – preferowany jest portlandzki szybkoschnący, piasek, woda z kranu, woda gorąca/ciepła, woda mineralna gazowana, sól, detergent (np. płyn do mycia naczyń).

4. Karty charakterystyk substancji.