Podstawowa różnica między betonem a cementem polega na tym, że beton jest materiałem kompozytowym składającym się z wody, kruszywa i cementu. Cement to bardzo drobny proszek wykonany z wapienia i innych minerałów, który wchłania wodę i działa jak spoiwo spajające beton. Podczas gdy cement jest sam w sobie materiałem budowlanym, betonu nie da się wykonać bez cementu. Te dwa terminy są często błędnie używane zamiennie, ale beton i cement są wyraźnie odrębnymi produktami.
Cement
Cement składa się między innymi z wapienia, wapnia, krzemu, żelaza i aluminium. Ta mieszanina jest podgrzewana w dużych piecach do około 2,700 °F (1,482°C), aby utworzyć produkt znany jako klinkier, który z grubsza przypomina marmur. Są one mielone na proszek i dodawany jest gips, tworząc przypominającą szarą mączkę substancję znaną jako cement. Dodanie wody do cementu uruchamia proces chemiczny, który umożliwia jego utwardzenie.
Cement portlandzki
Istnieje wiele różnych rodzajów cementu, ale najczęściej używanym w budownictwie jest cement portlandzki. Joseph Aspdin z Wielkiej Brytanii opracował materiał budowlany w XVIII wieku, kiedy odkrył, że dodanie gliny do wapienia i przegrzanie mieszanki pozwala na utwardzenie powstałej mieszanki w dowolnym miejscu. Cement portlandzki jest rodzajem cementu hydraulicznego, co oznacza, że po dodaniu wody rozpoczyna reakcję chemiczną niezależną od ilości wody. Dzięki temu cement twardnieje pod wodą i pozostaje mocny nawet w mokrych warunkach. W betonie i zaprawach stosuje się przede wszystkim różne rodzaje cementu hydraulicznego.
Beton
W przeciwieństwie do tego beton jest materiałem murarskim, który wykorzystuje cement do wiązania pokruszonego kamienia, skały i piasku, zwanego również kruszywem. Cement stanowi od 10% do 15% całkowitej masy betonu; dokładne proporcje różnią się w zależności od rodzaju wykonywanego betonu. Kruszywo i cement są dokładnie wymieszane z wodą, która rozpoczyna reakcję chemiczną powodującą twardnienie i wiązanie cementu. Zanim to nastąpi, mieszankę betonową można wlać do formy, aby stwardniała w określonym kształcie, czy to bloczka, czy płyty.
Czas potrzebny do związania betonu zależy częściowo od ilości gipsu dodanego do mieszanki. Czas ten można przyspieszyć dodając chlorek wapnia lub spowolnić dodając cukier. Związki te działają poprzez wpływanie na rozwój utwardzających się kryształów, które tworzą się jako zestawy betonowe. Do betonu narażonego na warunki zamarzania i rozmrażania mogą być dodawane dodatkowe środki chemiczne, które zapobiegają pękaniu.
Stosunki betonu i cementu
Właściwości betonu w dużej mierze zależą od stosunku kruszywa do cementu do wody w mieszance. Najważniejszy jest stosunek wody do cementu, ponieważ zbyt mała ilość wody utrudni pracę z mieszanką betonową, a zbyt duża osłabi produkt końcowy. Stosunek ten jest obliczany z następującego równania:
r = 8.33 qH2O / Wc
W tym obliczeniu r to stosunek, qH2O to ilość wody w galonach amerykańskich, a Wc to masa cementu w funtach. Do twardnienia betonu wymagany jest stosunek co najmniej 0.25, podczas gdy dla większości zastosowań typowe są wartości 0.35 do 0.4.
Ważne jest również kruszywo, ponieważ stanowi ponad 60% mieszanki betonowej — aw niektórych przypadkach nawet do 80%. Większe skały wymagają mniej betonu, co oznacza, że potrzeba mniej wody i można wytworzyć mocniejszy produkt końcowy. Kruszywo jest również tańsze niż cement, więc wyższy procent może obniżyć koszty. Ogólnie rzecz biorąc, dobre kruszywo zawiera kombinację skał o wielu różnych rozmiarach, o określonej średniej i maksymalnej wielkości; kamienie te muszą być czyste i trwałe oraz nie powinny zawierać gliny ani innych minerałów, które mogą wchłaniać wodę.
Wysoka zawartość skał w betonie sprawia, że jest on niezwykle wytrzymały i często jest stosowany na tarasach basenów, wieżowcach, metrach i latarniach, a także na chodnikach, podjazdach i drogach. Zarówno beton, jak i cement należą do najliczniejszych na Ziemi i oba mogą być poddane recyklingowi. Produkcja cementu wymaga jednak dużej ilości energii ze względu na wymagane wysokie temperatury, a przemysł był krytykowany za wkład w emisje dwutlenku węgla.