MINERALNA VEZIVA, MALTERI I BETON

1. OPTI POJMOVI Mineralna veziva i betoni su vrlo vani konstrukcioni materijali u rudarstvu. Koriste se za izradu podgradnih konstrukcija, brana, portala, kanala i mnogih drugih rudnikih objekata. Mineralna vezivi su materijali mineralnog porekla, koji imaju osobinu da izmeani sa vodom grade kau, koja fiziko-hemijskim procesima otvrdnjava i poveava vrstou. Beton je konstrukcioni materijal koji nastaje ovravanjem meavine mineralnog veziva, kamenih agregata i vode. Mineralna veziva i voda su aktivni sastojci betona, a kameni agregati pasivna komponenta koja slui za ispunu betonske mase bez hemijskog uea. 2. MINERALNA VEZIVA Mineralna (neorganska) veziva su prakasti materijali koji pomeani sa vodom daju plastina testa sposobna da otvrdnu i poprime svojstva kamena. Prelazei iz stanja plastinog testa u vrsto stanje, mineralna veziva su sposobna da meusobno spoje zrna peska, ljunka, drobljenog kamena i dr. Primenjuju se za izradu maltera, betona i drugih vetakih materijala. Zavisno od sastava i osobina mineralna veziva se dele na tri glavne grupe: 1. Hidraulina veziva (portland cement, lafar cement, hidraulini kre i dr.). Mogu otvrdnuti i poveati svoju vrstou kako na vazduhu tako i pod vodom. 2. Vazduna veziva (kre, gips, magnezitna veziva, vodeno-rastvorno staklo i dr.). Nisu postojana u vodi pa mogu otvrdnuti i poveati vrstou samo na vazduhu. 3. Vatrostalna veziva (vatrostalna glina, amot i dr.). Posle stvrdnjavanja na vazduhu mogu izdrati visoku temperaturu. 2.1. HIDRAULINA VEZIVA Hidraulina veziva su sloena jedinjenja kalcijum oksida CaO sa silicijum oksidom SiO2, aluminijum oksidom Al2O3, gvoa oksidom Fe2O3 i drugim primesama. Cementi su glavni prestavnici hidraulinih veziva. Mogu otvrdnuti i poveati svoju vrstou kako na vazduhu tako i pod vodom. Ove osobine cementa potiu od tzv. hidraulinih faktora, koje sva hidraulina veziva sadre u manjoj ili veoj koliini. 2.1.1. Portland cement Portland cement je najvanije hidraulino vezivo. To je prah zelenkaste boje. Higroskopan je pa ga treba uvati od vlage. Hemijski sastav portland cementa je: CaO (vezan) ............................................ 62-67% SiO2 .......................................................... 19-25% Al2O3 ........................................................ 2-8% Fe2O3 ........................................................ 1-5% SO3 .............................................najvie 3,5-4,5% CaO (slobodan).......................... najvie 2% MgO ............................................ najvie 5% alkalije (Na2O i K2O) .............................. 0,5-1,3%. Hemijski sastav znatno utie na kvalitet i svojstva cementa, toplotu hidratacije, hemijsku otpornost i dr. Prisustvo slobodnog CaO i MgO izaziva nepostojanost zapremine cementa. Prisustvo alkalija, koje potiu iz glinene komponente, utie na poveanje vrstoe cementa u prva 3 dana, dok u periodu posle 28 dana alkalije usporavaju porast vrstoe cementa. Mineralni sastav portland cementa ine sledea jedinjenja: - trikalcijum silikat (alit), 3CaO . SiO2 (skraeno C3S) ................45-60% - bikalcijum silikat (belit), 2CaO . SiO2 (skraeno C2S).................20-30% - trikalcijum aluminat, 3CaO . Al2O3 (skraeno C3A).......................4-12% - tetrakalcijum alumoferit, 4CaO . Al2O3 . Fe2O3 (skra.C4AF).........10-20% Minerali-silikati uestvuju sa oko 75% u ukupnoj masi i njihova svojstva uglavnom odreuju tehnike karakteristike portland cementa. Tako: C3S - je nosilac svih bitnih osobina portland cementa, daje osnovnu vrstou cementu, stvrdnjava dosta brzo i razvija znatnu koliinu hidratacione toplote.

2 C2S - stvrdnjava veoma sporo, ali zato kasnije doprinosi porastu vrstoe, razvija male koliine hidratacione toplote. C3A - vezuje veoma brzo, u roku od 24 sata postie konanu, ali srazmerno malu vrstou, razvija znatne koliine hidratacione toplote, poveava deformacije cementa i nije otporan prema sulfatnim vodama. C4AF - vezuje brzo, doprinosi vrstoi i relativno je otporan prema sulfatnim vodama. Glavne fizike i tehnike osobine portland cementa su: gustina, finoa mliva, vreme vezivanja, toplota hidratacije, vrstoa i stalnost zapremine. Sve ove karakteristike detaljno su obraene u Praktikumu - Metode ispitivanja, zbog ega emo ovde dati samo neke njihove definicije i vrednosti. Gustina portland cementa je 0,9-1,0g/cm3 u rastresitom stanji i 1,4-1,7g/cm3 u zbijenom stanju. Finoa mliva podeava se tako da pri prosejavanju ostatak na situ prenika otvora 0,09mm, tj. 4900 rupica/cm2, ne bude vei od 10%. Ukoliko je cement finije mleven, ukupna povrina zrnaca cementa je vea, pa prema tome brzina hidratacije i otvrdnjavanja je vea. Po pravilu ovi cementi trae i veu koliinu vode. Vezivanje je osobina portland cementa zameanog sa vodom da poinje gubiti plastinost i da posle odreenog vremena ovrsne: 3CaO . SiO2 + 5H2O = 2CaO . SiO2 . 4H2O + Ca(OH)2 3CaO . Al2O3 + nH2O = 3CaO . Al2O3 . nH2O Hidratacija cementa je kompleksni fiziko-hemijski proces koji se deava u cementnoj kai u vremenskom intervalu od 1-10 asova. Definie se kao "poetak i kraj vezivanja", nakon ega nastaje "period ovravanja" betona. Poetak vezivanja portland cementa ne sme da bude pre 60 minuta, a kraj vezivanja ne posle 10 asova. Koliina hidratacione toplote pri vezivanju i ovravanju je srazmerno velika kod 3CaO . Al2O3 i 3CaO . SiO2, dok je znatno manja kod 4CaO . Al2O3 . Fe2O3 i 2CaO . SiO2. Priblino 1kg portland cementa u spravljenom betonu oslobodi 126-268kJ toplote u toku 28 dana, zavisno od klase cementa. vrstoa-klasa cementa definie se ostvarenim vrstoama na pritisak i savijanje dobijena pri ispitivanju tri prizmatine gredice dimenzija 4x4x16cm, spravljene od cementnog maltera i ispitane posle 28 dana. Portland cementi su svrstani u klase kvaliteta: 25; 35S; 35B; 45S; 45B i 55 (v. tabelu 1). Stalnost zapremine je osobina portland cementa da posle vezivanja i stvrdnjavanja zadri zapreminu. Poveanje zapremine cementa manifestuje se kao bubrenje i nastaje usled loe fabrikacije (viak krea, magnezijum oksida ili gipsa, grubo mlevenje, nepravilno peenje itd.). Otpornost prema hemijskim uticajima (kiseline, kisele soli, organska ulja i masti i dr.) je ograniena, naroito u poetnom periodu ovravanja betona. Ove materije stupaju u reakciju sa slobodnim kalcijum oksidom ili trikalcijum aluminatom, gradei soli koje se lako rastvaraju u vodi ili koje poveavaju zapreminu i razaraju beton (v. taku !!! Korozija betona i zatitne mere). 2.1.1.1. Dobijanje portland cementa Portland cement se dobija od prirodne ili vetake meavine krenjaka i gline u odreenoj razmeri (1 deo gline : 3 dela kalcijum karbonata). Prirodna meavina krenjaka i gline, pogodna za fabrikaciju portland cementa, poznata je kao cementni laporac, kod koga se sadraj krenjaka kree od 60-80%. U nedostatku cementnih laporaca kao sirovine za dobijanje portland cementa koriste se: krenjaci, laporoviti krenjaci, kreda, glina i glinoviti kriljci. Ovi sastojci se meaju u odgovarajuim koliinama, da bi se postigao potrebni odnos za fabrikaciju portland cementa. Za ocenu sirovine, da li je podesna za fabrikaciju cementa, koristi se hidraulini modul koji predstavlja odnos masenih delova kalcijum oksida prema oksidima silicijuma, aluminijuma i gvoa:

Mh =

CaO = 1,9 2,4 SiO 2 + A l 2 O 3 + Fe 2 O 3

Hidraulini modul pokazuje donju granicu kalcijum oksida u sirovini, ispod koje se ne sme ii. Za taniju ocenu sirovine koristi se stepen zasienja, koji pokazuje koliko najvie treba CaO da bi hemijski vezao okside silicijuma, aluminijuma i gvoa:

Kz =

CaO 100% 2,8 SiO 2 + 118 A l 2 O 3 + 0,65 Fe 2 O 3 ,

Najbolji cementni klinker ima stepen zasienja 100%, ali obino se u praksi postie 96% i manje. Dodaci za regulisanje vezivanja pri fabrikaciji cementa su: sadra (CaSO4 . 2H2O) ili anhidrit (CaSO4) ili njihove meavine. Postupak za proizvodnju cementa obuhvata: pripremu mineralne sirovine, peenje sirovine do temperature sinterovanja 1350-14500C i mlevenje peenog cementnog klinkera u sitan prah. Tehnoloki proces proizvodnje cementa poinje na kopovima sirovina: krenjaka, gline ili laporca. Za proizvodnju portland cementa iz krenjaka i gline koriste se dva tehnoloka postupka: suvi i mokri postupak (v.sl. 1).

3 Priprema suvim postupkom sastoji se u usitnjavanju sirovina, tj. njihovom drobljenju i mlevenju do praha, nakon ega sledi smetanje krenjakog i glinenog brana u posebne bunkere. Brano iz bunkera se dozira u tano definisanom odnosu, a zatim vlai dodavanjem 10-12% vode (radi lakeg pneumatskog transporta i smanjenja podizanja praine). Ovlaeno sirovinsko brano se ubacuje u rotacione pei i podvrgava peenju. Priprema mokrim postupkom primenjuje se u sluaju meke sirovine (meki krenjaci), sa znatnim sadrajem vlage i tvrdih primesa, koje treba izdvojiti mlevenjem i muljanjem. U okviru mokrog postupka obe sirovinske komponente se prethodno usitnjavaju, pri emu se glina nakon usitnjavanja mea sa oko 40% vode. Posle ovoga glinena kaa zajedno sa usitnjenim krenjakom odlazi u mlin sa kuglama, gde se vri fino usitnjavanje. Nakon ceenja meavine dobije se tzv. sirovinski mulj, koji se odlae u naroite bazene u kojima se nastavlja meanje u cilju homogenizacije mulja. Ovako pripremljeni mulj odvodi se u rotacine pei na peenje. Sl. 1. Tehnoloki postupci proizvodnje cementa Peenje sirovine se vri u kratkim ili dugim horizontalnim rotacionim peima. Sirovina se pee do temperature sinterovanja 1350-14500C, koja je neto nia od temperature topljenja. Pri peenju sirovine najpre dolazi do isparavanja slobodne vode (do 1000C), zatim izdvajanja hemijski vezane vode iz glinene komponente (do 7500C). Na jo viim temperaturama (910-14500C) komponente sirovine poinju da omekavaju po povrini, ali ne dolazi do njihovog topljenja, poto je taka topljenja meavine krenjak-glina via od 14500C. S obzirom da se peenjem krenjaka dobija CaO, a da se glina nakon dehidratacije razlae na jedinjenja SiO2, Al2O3 i Fe2O3, to na temperaturi sinterovanja dolazi do niza hemijskih reakcija koje dovode do stvaranja klinker minerala: trikalcijum silikata C3S, bikalcijum silikata C2S, trikalcijum aluminata C3A i tetrakalcijum alumoferita C4AF. Dobijeni polu ustakljeni proizvod poznat je u praksi kao cementni klinker. Na sl. 2. shematski je data konstrukcija horizontalne rotacione pei sa obrtnim cilindrom za hlaenje peenog cementnog klinkera. Sl. 2. Horizontalna rotaciona pe za cement: 1)obrtni cilindar pei; 2)obrtni cilindar za hlaenje peenog cementnog klinkera; 3)sirovina; 4)spraeni ugalj za loenje; 5)mlaznice; 6)korienje vrelog vazduha; 7)transporter za peeni klinker Horizontalna rotacina pe sastoji se od dugakog (do 50m) blago nagnutog cilindra od elinih ploa, s unutranjom oblogom od vatrostalnog materijala. Pripremljena sirovina ubacuje se na gornjem delu pei u obliku ovlaenog sirovinskog brana ili gustog mulja. Prethodnim suenjem i kalcinacijom sirovine pomou vrelih dimnih gasova postie se znatna uteda u gorivu. Gorivo je spraeni ugalj, zemni gas ili mazut. Peeni proizvod na kraju dospeva u hladnjak. Posle hlaenja do oko 3000C, klinker se transportuje u silose gde odstoje 2-4 nedelje da bi se zaostali CaO pretvorio u gaeni kre, uzimanjem vlage iz vazduha. Portland cementni klinker dobijen peenjem najpre se izdrobi u drobilici, a zatim melje u mlinu sa kuglama (v.sl. 3.) do krupnoe zrnaca 0,001-0,1mm. Za vreme mlevenja u mlin sa kuglama dodaje se do 5% sirovog minerala gipsa (sadra + anhidrit), kao i eventualne komponente tipa zgure, pucolana i sl. Gips se dodaje da bi se regulisalo vreme vezivanja cementa, jer bez ovog dodatka dobija se brzovezujui portland cement, koji se srazmerno malo proizvodi i to samo u specijalne svrhe. Dobijeni cementni prah mora da odlei u silosima najmanje 15 dana, iz kojih se otprema u vreama od po 50kg ili u rastresitom stanju specijalnim kamion-cisternama. Specifina masa portland cementa je najmanje 3000kg/m3, dok specifina povrina varira od 20005000cm2/g u zavisnosti od finoe mliva. Sl. 3. Detalj mlina sa kuglama za mlevenje cementnog klinkera Najvee nae cementare su: Popovac, Beoin i Kosjeri. 2.1.1.2. Vrste i klase portland cementa Cementi se mogu podeliti prema vrsti i klasi. Vrste predstavljaju kategorije cementa s obzirom na sastav i tehnologiju proizvodnje, dok klase cementa oznaavaju njihove mehanike karakteristike. Po sirovinskom sastavu cementi su podeljeni na: cemente na bazi portland cementnog klinkera i specijalne vrste cementa. Vrste cemenata prema sastavu date su u tabelama 2 i 3. Tabela 2. Vrste cementa prema sastavu Vrste cementa prema sastavu Oznaka Portland cement PC k Portland cement sa dodatkom zgure PC nz k Portland cement sa dodatkom pucolana PC mp k

4 Portland cement sa dodatkom zgure i pucolana PC nz mp k Metalurki cement M nz k Pucolanski cement P mp k Tabela 3. Dodaci cemenatu Dodatak u % Granulisane zgure Prirodnog ili Meanog dodatka Oznaka vetakog (granulisana zgura + cementapucolana pucolan)

PC k PC 15z k PC 30z k PC 15p k PC 30p k PC 15d(z ili p) k PC 30d(z ili p) k Mk Mpk

najvie 15 vie od 15 do 30 vie od 30 do 85 vie od 30

najvie 15 vie od 15 do 30 od 5 do 40 vie od 30

najvie 15 vie od 15 do 30 sadraj zgure mora biti vei od pucolana

Pk gde je: PC - oznaka za portland cement, M - oznaka za metalurki cement, P - oznaka za pucolanski cement,

-

k - oznaka klase cementa, n - procenat zgure, m - procenat pucolana, z - oznaka za zguru, p - oznaka za pucolan, d - meani dodatak, (z ili p) - komponenta koja preovlauje (zgura ili pucolan). 2.1.1.3. Cementi na bazi portland cementnog klinkera Cementi na bazi portland cementnog klinkera svrstani su u klase kvaliteta: 25; 35S; 35B; 45S; 45B i 55. Klase su definisane prema ostvarenim vrstoama na pritisak i savijanje dobijene posle 28 dana i date su u tabeli 1. Tabela 1. Minimalne vrstoe na pritisak i savijanje portland cementa Minimalne vrstoe u MPa Klasa 1 dan 3 dana 7 dana 28 danasavojna pritisna savojna pritisna savojna pritisna savojna pritisna

2,5 10,0 4,0 22,0 S* 3,5 14,0 5,0 31,0 35 B 3,0 14,0 5,0 31,0 S 3,0 14,0 5,5 40,0 45 B 3,5 18,0 5,5 40,0 55 3,5 18,0 6,5 49,0 S* - cement sa sporijim prirastom vrstoe B* - cement sa brim prirastom vrstoe. Portland cement je najvanija vrsta cemenata, poto ona prestavlja osnov za dobijanje veine drugih cemenata. U svetskim okvirima, od ukupne proizvodnje svih cemenata, na portland cement otpada oko 70%. Kod nas ist portland cement uestvuje sa svega 5% u ukupnij proizvodnji cemanata, dok ostalih 95% su portland cementi sa dodacima zgure i/ili picolana. Cementi na bazi portland cementnog klinkera obuhvataju: 1. Portland cemente sa dodacima, i 2. Specijalne vrste portland cemenata. 2.1.1.3.1. Portland cementi sa dodacima U portlanda cemente sa dodacima spadaju: portland cement sa dodatkom zgure PC 15z k, PC 30z k; portland cement sa dodatkom pucolana PC 15p k, PC 30p k; portland cement sa meanim dodatkom PC 15d k, PC 30d k; metalurki cement M k;

25

5 metalurki cement sa dodatkom pucolana M p k; i pucolanski cement P k. Svojstva portland cemenata sa dodacima zavise kako od vrste, tako i od koliine dodataka koji se kombinuju sa portland cementom. Sa poveanjem koliine dodataka, sve jae se ispoljavaju razlike izmeu cemenata sa dodacima i portland cementa, pri emu dolazi do: smanjenja specifine mase cementa, poveanja specifine povrine, smanjenja toplote hidratacije i poveanja hemijske otpornosti cementa. Pored toga, zapaa se usporavanje prirasta vrstoe, to je posledica sporije hidratacije. Meutim, konane (granine) vrstoe ovih cemenata ne zaostaju za vrstoama portland cementa. Ovi cementi imaju iste klase kao i portland cement. Portland cement sa dodatkom zgure dobija se mlevenjem portland cementnog klinkera, sadre (anhidrita) i najvie 30% granulisane zgure visokih pei. Karakterie se neto smanjenom poetnom vrstoom, ali i porastom kasnijih vrstoa. To znai da ovaj cement ima neto sporiju hidrataciju u odnosu na portland cement. Specifina masa cementa sa dodatkom zgure je po pravilu manja od 3000 kg/m3, dok je specifina povrina vea nego kod portland cementa. Usporena hidratacija i smanjena toplota hidratacije, uz otpornost na agresivno dejstvo, ine da su cementi sa dodatkom zgure izuzetno pogodni za spravljanje masivnih i hidrotehnikih betona. Portland cement sa dodatkom pucolana sadri pored samlevenog portland cementnog klinkera i sadre (anhidrita) i odreenu koliinu pucolana, koja po naim standardima ne prelazi 30%. Ovaj cement karakterie sporije ovravanje, to je uslovljeno sporijim procesom hidratacije. Meutim, vrstoe ovog cementa nakon dovoljno dugog vremenskog perioda su vee od vrstoe portland cementa. Karakteristika ovog cementa su: srazmerno niska toplota hidratacije, imaju izraenu otpornost prema sulfatnoj koroziji, imaju malo slobodnog CaO, zahtevaju vie vode pri spravljanju betona. Specifina masa im je manja u odnosu na portland cement, dok im je specifina povrina iznad portland cementa. Koriste se izradu masivnih i hidrotehnikih betona. Portland cement sa meanim dodatkom sadri osim samlevenog cementnog klinkera i sadre (anhidrita) i meani dodatak od granulisane zgure i prirodnog ili vetakog pucolana. Metalurki cement je u sutini portland cement sa dodatkom zgure, kod koga sadraj zgure iznosi preko 30%. Ovaj sadraj obino ne prelazi granicu od 85%. Kod metalurkog cementa su jo jae izraene osobine, koje su istaknute kod cementa sa dodatkom zgure: sporija hidratacija, manja specifina masa, vea finoa mliva, velika specifina povrina uslovljena velikim sadrajem zgure i dr. Otporniji je od portland cementa i cementa sa dodatkom zgure na razliita agresivna dejstva. Postojan je u morskoj vodi i u vodama koje sadre hloride i sulfate, otporan je na dejstvo alkalnih rastvora. Koristi se za masivne hidrotehnike betone. Metalurki cement sa dodatkom pucolana pored samlevenog cementnog klinkera i sadre (anhidrita) sadri iznad 30% granulisane zgure i 5 do 40% prirodnog ili vetakog pucolana. Pucolanski cement se dobija mlevenjem potrland cementnog klinkera, sadre (anhidrita) i preko 30% pucolana. Kod ovog cementa su jo jae izraene osobine sporog ovravanja uslovljenog usporenom hidratacijom. Meutim i kod ovog cementa kasnije vrstoe su vrlo visoke i u potpunosti odgovaraju vrstoama portland cementa. Specifina masa mu je manja, dok je specifina povrina znatno vea u poreenju sa portland cementom. Pucolanski cement je otporan na dejstvo morske vode, kao i na mnoge druge agresivne uticaje. 2.1.1.3.2. Specijalne vrste portland cemenata U specijalne vrste portland cemenata spadaju: beli portland cement, portland cement niske hidratacione toplote i sulfatnootporni portland cement. Beli portland cement se dobija od belih krenjaka i kaolina, sa minimalnom koliinom oksida gvoa. U sastav belog cementa ulazi sadra (anhidrit), kao i izvesne nekodljive supstance za korekciju beline. Proizvodnja ovog cementa zahteva skuplje i probranije sirovine, a i viu temperaturu peenja. Beli cement je sirovina za dobijanje obojenih cemenata. U tu svrhu beli cement se mea sa razliitim supstancama (pigmenti - metalni oksidi i dr.), pa se na taj nain dobijaju cementi razliitih boja: ute (primenom barijumhromata), crvene (primenom crvenog oksida gvoa), zelene (primenom oksida hroma), crne (primenom crnog oksida gvoa) itd. Zbog visoke cene beli cement se uglavnom koristi kao vezivo za dekorativne maltere i betone, za dobijanje drugih bojenih cemenata, za izradu belih betonskih ivinjaka na putevima itd. Portland cement niske hidratacione toplote dobija se od portland cementnog klinkera sa malim sadrajem trikalcijum silikata C3S i trikalcijum aluminata C3A. Tokom mlevenja pripremljenoj sirovini moe se dodati manja ili vea koliina zgure ili/i pucolana. Ovaj cement ne sme imati veliku finou mliva i po pravilu ima srazmerno nisku specifinu povrinu. Koristi se za masovne betone i za radove pri visokim temperaturama vazduha. Oznaka ovog cementa je : NPC k.

6 Sulfatnootporni portland cement proizvodi se u malim koliinama. Za dobijanje ovog cementa uee trikalcijum aluminata (C3A) u sirovini se smanjuje na max 3%, a poveava sadraj tetrakalcijum alumoferita (C4AF). Smanjenje uea C3A je neophodno iz razloga to hidrati C3A reaguju sa sulfatnim jonima iz vode dajui ekspanzivna jedinjenja, koja poveanjem zapremine postepeno razaraju beton. Upotrebljava se tamo gde postoji opasnost od dejstva sulfatnih voda na betonske konstrukcije (hemijska industrija, rudarstvo, metalurgija itd.). Oznaka ovog cementa je: SPC k. 2.1.1.3.3. Cementi za cementaciju buotina Cementi za cementaciju buotina koriste se za spravljanje cementne kae koja se utiskuje u prstenasti prostor izmeu zatitnih cevi i bokova buotina za naftu i zemni gas. Cementacijom buotine postie se odvajanje izbuenih slojeva, uvrivanje kolone cevi i njena zatita od korozije, spreavanje pritoka slojnih fluida, gubitak isplake itd. U naftnoj industriji koristi se vie cementnih "meavina" u skladu sa API (American Petroleum Institute) standardima. Cementne meavine su na bazi portland cementa ili aluminatnog cementa, sa posebnim dodacima. Pucolanska meavina I (odgovara klasi C po API) podesna je za buotine dubine do 1800m, kad se trai brzo stvrdnjavanje kae i velika otpornost prema sulfatima. Cementna kaa sa W/C=0,45-0,50 postie gustinu 1,75-1,82g/cm3 i vreme zgunjavanja 60-210 minuta, zavisno od dodatka. Pucolanska meavina III (odgovara klasi E po API) podesna je za buotine dubine 3000-4200m s velikim pritiskom i visokom temperaturom, kao i kad se zahteva velika otpornost prema sulfatima. Cementna kaa sa W/C=0,45-0,55 postie gustinu 1,71-1,76g/cm3 i vreme zgunjavanja 50-240 minuta, zavisno od dodatka. Brzovezujua aluminatna meavina je od aluminatnog cementa i dodataka, tako da se moe podeavati brzina zgunjavanja cementne kae. Slui za saniranje gubitaka isplake pri buenju u kaveroznim slojevima i pri viestepenim cementacijama radi spreavanja erupcije. Cementna kaa sa W/C=0,5-0,6 postie gustinu 1,6-1,82g/cm3, zavisno od dodataka. Sporovezujua pucolanska meavina podesna je za sve hladne buotine sa temperaturom u cirkulaciji do 500C. Otporna je prema sulfatima. Slui za sve vrste cementacije do dubine 4600m, pri emu cementna kaa zavisno od W/C faktora i dodataka postie gustinu od 1,34-1,73g/cm3. Specijalni cementi za cementaciju buotina obuhvataju vie vrsta na bazi portland cementa ili na potpuno drugoj bazi. Smolni ("resin") cement sastoji se od portland cementa sa dodatkom smola i drugih aktivnih materija radi boljeg prijanjanja cementne kae za bokove buotine, vee elastinosti ovrslog cementa i dr. Lateks cement sadri portland cement sa dodatkom lateksa (sirovog prirodnog ili sintetikog kauuka). Podesan je za radove pod pritiskom, pri ostavljanju tzv. mostova za odvajanje gasonosnih slojeva. Cement sa dodatkom gorivog ulja (DOC vrste) sadri uz portland cement i derivate nafte, naroito je podesan za spreavanje prodora vode u buotine. Polimer cementi sastoje se od portland cementa sa dodatkom raznih sintetikih smola (polivinil hlorida, polistirola, sintetikog kauuka itd.). 2.1.1.3.4. Pucolani Pucolani su materijali mineralnog porekla koji nemaju sopstvenu vezivnu mo ili je ona vrlo mala. Meutim ovi materijali na normalnim temperaturama i u prisustvu vlage reaguju sa kreom Ca(OH)2, obrazujui nove materijale hidraulinih svojstava ("pucolanskih svojstava"). U sastav pucolana ulaze oksidi: SiO2, Al2O3 i Fe2O3 i to najee u amorfnom-staklastom obliku, koji ba i uslovljava pucolansku aktivnost. Kao rezultat hemijskih reakcija izmeu oksida i Ca(OH)2 dobijaju se hidrosilikati, hidroaluminati i hidroferiti kalcijuma koji su teko rastvorljivi u vodi. Na primer: Ca(OH)2 + SiO2 + nH2O = CaO . SiO2 . (n+1)H2O Da bi se ove hemijske reakcije odvijale to intezivnije, neophodno je da pucolani budu to finije samleveni. Pucolani koji se koriste kao dodaci cementu imaju vrlo velike specifine povrine (50006000cm2/g), a to znai da su izvanredno finog mliva. Pucolani se dele na: prirodne i vetake. U prirodne pucolane spadaju: pucolanska zemlja, santorinska zemlja, dijatomejska zemlja, opalska brea, vulkanski tuf, vulkanski pepeo, apatit i dr. U vetake pucolane spadaju: letei (elektrofilterski) pepeo, razni keramiki materijali i dr. Kvalitet pucolana definie se na osnovu pritisne vrstoe. Prema naim standardima postoje tri klase kvaliteta pucolana: 5; 10 i 15, koje su date u tabeli 5. Tabela 5. Klase kvaliteta pucolana Oznaka kvaliteta vrstoa pri savijanju, vrstoa pri pritisku, MPa MPa 5 2 5 10 3 10

7 15 4 15 Pucolani se oznaavaju oznakom: P k Ob. gde je: k oznaka kvaliteta prema tabeli 5; Ob - skraena oznaka petrografskog naziva pucolana. Granulisana (bazina) zgura visokih pei ima pucolanska svojstva, mada se ne ubraja u kategoriju pucolana klasinog tipa. Po hemijskom sastavu zgura je vrlo slina portland cementu, samo su prisutni drugi odnosi komponenti. U njoj se 95-100% supstanci pojavljuje u amorfnom-staklastom obliku, koji ba i uslovljava pucolansku aktivnost. Granulisana zgura sama po sebi nije vezivni materijal, ali dodatkom krea, cementa (cementnog klinkera) ili anhidrita postaje hidraulino vezivo. Pucolani zajedno sa kreom se koriste za spravljanje maltera. Pucolanski malteri imaju dosata veu vrstou u poreenju sa obinim krenim malterom. Meutim, najiru primenu pucolani i granulisana zgura imaju u industriji cementa, gde se dodaju samlevenom portland cementnom klinkeru. 2.1.1.4. Specijalne vrste cemenata U specijalne vrste cemenata spadaju: aluminatni cement, supersulfatni cement i ekspanzivni cement. 2.1.1.4.1. Aluminatni cement Aluminatni cement (topljeni - Lafar cement) naziva se i boksitni cement, prema osnovnoj sirovini iz koje se dobija. Boja aluminatnog cementa je sivo crna do mrka. Gustina mu je neto vea od portland cementa i u rastresitom stanju iznosi 1,0-1,35g/cm3, a u zbijenom stanju 1,5-1,9g/cm3. Osnovni minerali koji ulaze u sastav aluminatnog cementa su: monokalcijum aluminat CaO . Al2O3 (skraeno CA) i 2CaO . SiO2 (skraeno C2S). Sadraj Al2O3 u ovom cementu ne sme da bude manji od 35%. Aluminatni (topljeni - Lafar) cement dobija se arenjem meavine krenjaka (40%) i boksita (40%), uz dodatak silicijum dioksida SiO2 (10%) i oksida gvoa Fe2O3 (10%). Umesto krenjaka moe se upotrebiti negaeni kre (CaO). Za izbor sirovine merodavan je aluminatni modul:

A l2 O 3 = 0,90 115 , CaOSirovina se najpre grubo izmelje i izmea. Ovako dobijeno krupno "brano" izlae se peenju u specijalnim elektropeima, na temperaturi iznad take topljenja (1500-15500C). Pri peenju dobija se stopljen, tean proizvod, koji se povremeno isputa iz pei u naroite lonce, zbog ega se ovaj cement naziva i "topljeni" cement. Po hlaenju, aluminatni klinker se drobi i fino melje u cementni prah koji se moe odmah upotrebiti. Mlevenje se vri u jakim mlinovima sa kuglama, jer je peeni proizvod znatno tvri i ilaviji od portland cementnog klinkera. Finoa mliva je kao kod portland cementa visoke otpornosti (2-3% ostatka na situ od 4900 otvora/cm2). Poetak i kraj vremena vezivanja su slini kao kod portland cementa. Proizvodi se u klasama 65 i 75. vrstoe koje se propisuju za ove klase aluminatnog cementa date su u tabeli 4. Tabela 4. vrstoe aluminatnog cementa Najmanje vrstoe, MPa Klasa savojna vrstoa posle pritisna vrstoa posle 1 dan 3 dana 28 1 dan 3 dana 28 dana dana 65 4,5 5,5 6,5 35 45 58 75 5,0 6,0 7,0 45 55 67 Aluminatni cement ima vrlo brz prirast vrstoe u toku vremena, tako da se posle jednog dana ostvaruje oko 70% vrstoe, koja odgovara starosti od 28 dana. U toku procesa hidratacije odigrava se sledea hemijska reakcija: CaO . Al2O3 + 10H2O = CaO . Al2O3 . 10H2O + q Tokom procesa hidratacije aluminatnog cementa oslobaa se izvanredno velika koliina toplote (250380 kJ/kg), tako da se on moe koristiti i pri radu do -150C. Tokom vremena u aluminatnom cementu dolazi do prekristalizacije, to ima za posledicu pad vrstoe. Odnosno, nakon izvarednog brzog prirasta vrstoe u prvih nekoliko dana i stabilizacije do koje dolazi u narednom periodu, posle otprilike 2-3 godine vrstoa poinje da opada i da tei vrstoi koju je cement imao posle jednog dana. Zbog svega ovoga, ovaj cement se ne sme koristiti za objekte ija eksploatacija treba da traje dugi niz godina, jer opadanje vrstoe moe da bude i do 0,5 konane vrstoe, odnosno vrstoa se vraa na vrednost posle 1 dana.

8 Aluminatni cement je otporan u morskoj vodi, u "mekim" vodama i sulfatnim vodama. Neotporan je u vodama koje sadre alkalije. Ne sme se meati sa kreom, kao ni sa portland cementom, jer u takvoj meavini dolazi do ubrzanog vezivanja i do znaajnog pada vrstoe u odnosu na vrstou istog aluminatnog cementa. Za hidrataciju ovog cementa potrebna je vea koliina vode nego kod portland cementa. Proizvodni trokovi su mu nekoliko puta vei od trokova proizvodnje portland cementa. Najee se koristi u interventne svrhe kad se zahteva brzo ovravanje, otpornost prema hemijskim uticajima, kao i za rad pri niskim temperaturama. Aluminatni cement se obeleava oznakom: AC k, gde je k - klasa cementa. 2.1.1.4.2. Supersulfatni cement Supersulfatni cement proizvodi se finim mlevenjem granulisane zgure visokih pei (do 85%), sadre+anhidrit (10-15%) i samo oko 5% portland cementnog klinkera. Odlikuje se velikom finoom mliva, ima usporenu hidrataciju, razvija malu toplotu hidratacije, trai znatno veu koliinu vode za hidrataciju. Otporan je prema delovanju morske vode, sone kiseline, lanenog ulja, fenola, razblaenih rastvora organskih kiselina i dr. Izuzetno je osetljiv na uslove lagerovanja, koji mogu da utiu na vreme vezivanja i pad vrstoe. Kod nas se proizvodi vrlo malo i to samo u klasi 25. 2.1.1.4.3. Ekspanzivni cement Ekspanzivni cement dobija se kombinovanjem portland cementa sa sulfoaluminatnim cementom i granulisanom zgurom. Zavisno od projektovane meavine ovi cementi u prvih 10-15 dana pokazuju znaajnu ekspanziju (irenje). Ekspanzija moe da iznosi i do 25mm/m,, ali se najee proizvode ekspanzivni cementi kod kojih je irenje 3-5mm/m,. Koriste se za dobijanje prethodno napregnutih betona, zbog ega se ovi cementi nazivaju i "samonapreui cementi". 2.2. VAZDUNA VEZIVA Vazduna (nehidraulina) veziva obuhvataju vrste koje mogu vezivati i ovrsnuti samo na vazduhu i nisu postojana u vodi. U ovu grupu veziva spadaju: kre, gips, magnezitna veziva, vodeno-rastvorno staklo i dr. Od vanosti za rudarstvo su uglavnom kre i gips. 2.2.1. Kre (vapno) Kre je nehidraulino mineralno vezivo koje se dobija iz krenjaka odgovarajueg hemijskog sastava. Pri tome razlikujemo: ivi (negaeni) kre i gaeni kre. ivi (negaeni) kre je po sastavu kalcijum oksid CaO, sa manjim ili veim sadrajem primesa (MgO, SiO2, Fe2O3, Al2O3) u zavisnosti od primenjene sirovine. U negaenom kreu treba da bude najmanje 85% CaO i MgO, pri emu se tolerie najvie 8%MgO. Saglasno ovome razlikuje se: I klasa krea sa najmanje 92% CaO, II klasa sa najmanje 90%CaO i III klasa sa manje od 90%CaO. ivi kre dobija se peenjem krenjaka CaCO3, sa to manje primesa (magnezijum karbonata, gline, peska i dr.). Samo peenje se vri u raznim peima i na razliite naine. Danas se najee koriste vertikalneahtne pei, v.sl. 4. Pe se puni komadima krenjaka veliine 8-20cm u naizmeninim slojevima sa kamenim ugljem, ili se u pe ubacuje samo krenjak, a pe se loi odozdo ugljem ili generatorskim gasom. Peenjem krenjaka na temperaturi od 900-10000C odigrava se sledea hemijska reakcija: CaCO3 = CaO + CO2 - q 100 = 56 + 44 stehiometrijska zavisnost. ivi kre dobijen na opisani nain naziva se komadni ivi kre i sastoji se od: CaO, manje koliine MgO, nedovoljno peenih delova, prepeenih (sinterovanih) delova i drugih primesa. Odlikuje se velikom poroznou komada. Peenjem 100kg krenjaka dobija se 45-60kg ivog krea. Sl. 4. Vertikalna-ahtna pe za kre; 1)jama; 2)otvor za sirovinu; 3)otvor za isputanje krea; 4)duvaljka za vazduh; 5)dimnjak Gaeni kre je po sastavu kalcijum hidroksid Ca(OH)2. Dobija se delovanjem vode na ivi kre, pri emu dolazi do hemijske reakcije: CaO + H2O = Ca(OH)2 + q 56 + 18 = 74 stehiometrijska zavisnost. Gaenje krea prati oslobaanje znaajne koliine toplote, koja iznosi: q = 950kJ/kg. Na osnovu stehiometrijskih veliina za hidrataciju krea teorijski je potrebno: (18/56) . 100 = 32% vode. Pri gaenju krea dodaje se mnogo vie vode nego to je potrebno za hidrataciju (230-320%), pri emu se dobija kre u kaastom stanju. Poveanje zapremine je zavisno od klase i iznosi najmanje 2 puta, dok kod I klase iznosi i do 3 puta.

9 U procesu gaenja komadi negaenog krea se raspadaju na sitne estice Ca(OH)2, reda veliine 0,001mm. Ogromna specifina povrina zrna uslovljava veliku sposobnost zadravanja vode i izuzetnu plastinost krenog testa. Posle meanja sa vodom svaka estica Ca(OH)2 je okruena tankim filom apsorbovane vode, koja igra ulogu svojevrsnog hidrodinamikog podmazivaa. Na taj nain se dobija velika plastinost krenog testa, koja je neobino vana prilikom spravljanja i ugradnje razliitih maltera na bazi krea. Gaenje ivog krea moe se izvriti: industrijskim mehanizovanim postupkom (ostvaruje se visok kvalitet gaenog krea) ili runim putem u drvenim koritima. Nakon runog gaenja kreno testo se sipa u krene jame, gde ostaje najmanje dve nedelje kako bi se gaenje u potpunosti zavrilo. Kre pomean sa prirodnim peskom ili drugim sitnim agregatima koristi za izradu raznih maltera. Negaeni kre nalazi veliku primenu u PMS-u, hemijskoj industriji itd. 2.2.1.1. Vrste krea Postoji vie vrsta krea i to: negaeni kre u komadima, negaeni mleveni kre, hidratisani kre, hidraulini kre i dr. Negaeni (ivi) kre u komadima je vrsta koja se dobija direktno iz pei za peenje. Sastoji se iz komada razliite veliine koji se isporuuju u zatvorenim vagonima ili slinim sredstvima. Vrlo je hidroskopan, pa ga treba uvati od vlage ili to pre zagasiti. Ne sme da sadri veu koliinu nepeenih delova. Nakon gaenja ivog krea u komadima dobija se kreno testo (kaa, mleko) koje slui za spravljanje maltera, za kreenje, kao dodatak vodenim bojama itd. Negaeni (ivi) mleveni kre dobija se mlevenjem krea u komadima do utvrene finoe mliva. Isporuuje se u natron vreama bruto mase 50kg i koristi se isto kao komadasti ivi kre. Hidratisani kre dobija se gaenjem ivog krea (CaO) sa koliinom vode (35-58%) koja priblino odgovara hemijski potrebnoj vodi za hidrataciju. Gaeni proizvod dobija se u prakastom stanju. Pri industrijskom dobijanju prakastog gaenog krea, ivi kre se najpre izmelje i gasi u naroim ureajima hidratorima, po emu se dobijeni prah proseje, dostavi u silose i automatski pakuje u natron vree. Nedostatak hidratisanog krea je to leanjem na skladitu se jedini sa CO2 iz vazduha i delimino pretvara u CaCO3. Hidratisani kre ima vrlo iroku primenu i sve vie iz upotrebe potiskuje ostale vrste krea. Njegova prednost je u tome to nema potrebe za posebnim gaenjem, on se jednostavno priprema dodavanjem tehnoloki potrebne koliine vode. Isporuuje se u vreama od po 25kg, pri emu se mora uvati od vlage. Hidraulini kre pripada kategoriji hidraulinih veziva, a dobija se peenjem laporovitih krenjaka sa 620% glinovitih primesa na temperaturi od 900-10000C. Tokom peenja sirovine jedan deo CaO se jedini sa oksidima SiO2, Al2O3 i Fe2O3 iz gline, pri emu se stvaraju silikati, aluminati i feriti kalcijuma. Ova jedinjenja imaju sposobnost ovravanja ne samo na vazduhu, nego i u vodi. Hidraulini kre sadri i znaajnu koliinu slobodnog krea CaO. Hidraulini kre se primenjuje u vidu fino samlevenog praha. Daje manje plastine maltere, bre i ravnomernije ovrava po celoj debljini sloja, ima veu vrstou. Koristi se za dobijanje maltera, kao i za dobijanje betona niih kvaliteta. 2.2.2. Gips (sadra) Gips se dobija od gipsanog kamena (sadre). Sadra se sastoji od minerala gipsa (CaSO4 . 2H2O dihidrat) sa neto primesa peska, krenjaka, gline, magnezijuma, oksida gvoa i dr. Pored sadre - dihidrata u prirodi se sree i bezvodni kalcijum sulfat (CaSO4 - anhidrit), koji je redovni pratilac sadre, ali se od nje razlikuje po znatno veoj tvrdoi. Od anhidrita se ne moe dobiti gips, pa stoga predstavlja jalovinu gde se pojavljuje zajedno sa sadrom. Gips se dobija tako to se sadra prethodno usitnjava do veliine zrna tucanika (30-60mm), a zatim melje u prah. Ovako dobijeno sirovinsko brano unosi se u kotlove za peenje ili u rotacione pei. Sirovina se izlae postepenom poveanju temperature, od temperature suenja do temperature peenja. Peeni proizvod se hladi, zatim ponovo melje do potrebne finoe i na kraju pakuje. Temperatura peenja gipsa je relativno niska i kree se od 110-1800C (u proseku 1500C), pri emu se odigrava hemijska reakcija: CaSO4 . 2H2O = CaSO4 . 0,5H2O + 1,5H2O - q 172 = 145 + 27 stehiometrijska zavisnost Gips je po hemijskom sastavu poluhidrat - CaSO4 . 0,5H2O. Meanjem gipsa sa vodom dolazi do vezivanja i ovravanja, pri emu poluhidrat prelazi u dihidrat po hemijskoj reakciji: CaSO4 . 0,5H2O + 1,5H2O = CaSO4 . 2H2O + q Gips se mora zatiti od vlage i vode, jer e se u protivnom postepeno transformisati u dihidrat i gubiti svojstva vezivanja i ovravanja. Kad nas su u upotrebi sledee vrste gipsa: tuk gips, modelarski gips, alabaster gips, gips za maltere, gips za podloge i dr.

10 Najkvalitetniji je alabaster gips koji se dobija peenjem minerala alabastera. To je gips sa najfinijim mlivom. Vreme vezivanja iznosi najvie 30 minuta. Primenjuje se za vajarske radove, za izradu ukrasnih arhitektonskih elemenata, za fina malterisanja u unutranjosti zgrada itd. Ostale vrste gipsa sastoje se od poluhidrata sa vrlo malo ili nimalo nedovoljno peenih ili prepeenih sastojaka. Razlikuju se po finoi mliva i vremenu vezivanja, koje se kree od 15 minuta do nekoliko asova. 2.3. VATROSTALNA VEZIVA Vatrostalna mineralna veziva obuhvataju vatrostalnu glinu i amotsku meavinu. Vatrostalna veziva treba da imaju pribline osobine kao i vatrostalna opeka sa kojom se ugrauje. Vatrostalna glina je vezivo sa malim procentom primesa (oksidi gvoa, alkalije, kalcijum karbonat i dr.). Izdrava temperature preko 16000. Najistija vrsta gline je kaolin, koji se topi na temperaturi preko 18000C. Upotrebljava se u metalurgiji kao vatrostalno vezivo kod zidanja obloga visokih i drugih pei, kao i za izradu amota i amotskih opeka u graevinarstvu. amot je proizvod koji se dobija peenjem vatrostalne gline na temperaturi 1250-13500C, a zatim finim mlevenjem peenog proizvoda. Dodavanjem amotu odreene koliine nepeene vatrostalne gline (40-60%) dobija se amotska meavina. Upotrebljava se za izradu amotskog maltera, amotskih opeka i drugih vatrootpornih proizvoda. 3. BETON Beton je konstrukcioni materijal koji nastaje ovravanjem meavine mineralnog veziva, kamenih agregata i vode. Pri tome mineralna veziva i voda su aktivni sastojci betona, a kameni agregati inertni sastojci, koji slue za ispunu betonske mase bez hemijskog uea. Za spravljanje betona koriste se razne vrste vezivnih materijala, kao to su: cement, gips, kre, asfalt, epoksi smole i dr., pa se zavisno od toga dobijaju: cementni betoni, gips betoni, kreni betoni, asfalt betoni, epoksi betoni itd. Agregati za spravljanje betona mogu biti: prirodni ili vetaki. Najee korieni agregati su prirodni suljunak i pesak, drobljeni kamen, razne vrste zgure i dr. U praksi se najvie koriste cementni betoni (cement+kameni agregat+voda). Kao vezivo koriste portland cement, ree lafar cement. Kameni agregati su betonski ljunak i betonski pesak, ree vetaki drobljeni kamen. U betonskoj meavini mogu biti prisutni i razliiti aditivi sa ciljem poboljanja odgovarajuih karakteristika betona. Na osnovu vrednosti zapreminske mase betona u ovrslom stanju, betoni se dele na: lake betone sa zapreminskom masom manjom od 1900kg/m3, obine betone sa zapreminskom masom izmeu 19002500kg/m3 i teke betone sa zapreminskom masom veom od 2500kg/m3. Beton ojaan betonskim gvoem naziva se armirani beton. Prema nainu izrade i ugradnje razlikuje se: monolitni i montani beton. Monolitni beton se izrauje i ugrauje na samom radilitu pod zemljom ili na povrini. Montani beton se koristi za fabriku izradu betonskih konstrukcionih elemenata (blokova, stubova, greda i dr.), koji se samo montiraju na radilitu. Prema sadraju vode razlikuje se: vlaan beton s malo vode (ugrauje se nabijanjem ili vibriranjen), plastian beton s umerenom koliinom vode (uliva se u kalupe armirano betonskih konstrukcija) i vrlo plastian beton s veim sadraje vode (ugrauje se livenjem). Proizvode se i naroite vrste cementnog betona, od kojih za rudarske radove su najbitniji: torkret beton, brizgani beton i laki betoni raznih sastava. 3.1. MATERIJALI ZA IZRADU BETONA

3.1.1. Agregat Agregat uestvuje sa 70-80% u ukupnoj masi betona i od njegovih karakteristika zavise svojstva betonskih smea i ovrslog betona. Za spravljanje betona koriste se prirodni pesak i ljunak i drobljeni kamen. Drobljeni kamen je po pravilu skuplji, pa se renom agregatu u praksi obino daje prednost. S druge strane, reni agregat zbog zaobljenosti zrna, mnogo povoljnije utie na ugradljivost i obradljivost betonskih smea. Na sl. 6. dato je postrojenje za dobijanje drobljenog kamena za izradu betona. Sl. 6. Postrojenje za dobijanje drobljenog kamena: 1)eljusna drobilica; 2)cilindrino reeto; 3)prenos; 4)elektromotor; 5)klase agregata Agregat se deli na sitan i krupan. Sitan agregat (pesak) ima zrna koja prolaze kroz sito otvorima 4mm, dok krupan agregat (ljunak) ima zrna koja ne mogu proi kroz sito otvora 4mm. Agregat za spravljanje betona ne sme sadrati: izmenjena (slaba) zrna, glinovite peare, laporce, kriljce, gips, glinu, serpentin, liskun, ugalj itd. Nepoeljni sastojci u agregatu koji izazivaju koroziju armature su: minerali sa sadrajem halogenih elemenata (halit, silvin) i minerali koji sadre sumpor (pirit, markizit, pirotin, anhidrit).

11 Agregat ne sme da sadri organska jedinjenja (saharine, masti), koja mogu da uspore ili spree hidrataciju cementa. Agregat za beton mora da bude dovoljno vrst i postojan. Zapreminska masa agregata treba da se kree izmeu 2000 i 3000kg/m3. vrstoa kamena od koga se dobija drobljeni agregat mora da iznosi najmanje 80MPa, dok kamen za puteve mora imati vrstou ne manju od 160MPa. Granulometrijski sastav kamenih agregata treba da je takav da sitna zrna peska to potpunije popune meu prostore izmeu krupnih zrna ljunka. Time se obezbeuje vea homogenost i vrstoa betona. U sveem betonu zrna agregata su vezana u koherentnu celinu posredstvom cementne paste, pri emu cementna pasta obavija sva zrna agregata i u potpunosti ispunjava sve prostore izmeu pojedinih zrna. Kombinovanjem nekoliko frakcija agregata obezbeuje se najbolje mogue "pakovanje" zrna i na taj nain u znatnoj meri smanjuje trenje u masi. Na sl. 7. pokazan je uticaj granulometrijskog sastava na kvalitet betona. Sl. 7. Uticaj granulometrijskog sastava na kvalitet betona: a,b,c)nepravilan sastav: a) krupan agregat+cement; b)krupan i sitan agregat+cement; c)krupan i srednji agregat+cement; d)pravilan sastav: sitan, srednji i krupan agregat+cement Granulometrijski sastav agregata za odreeni beton dobija se eksperimentalnim putem na bazi kombinovanja odreenog broja frakcija, to podrazumeva da se raspolae agregatom koji je prethodno separiran na odreene frakcije. Prilikom spravljanja betonskih smea najee se koriste etiri frakcije agregata, i to: I frakcija: od 0 do 4mm, II frakcija: od 4 do 8mm, III frakcija: od 8 do 16mm, i IV frakcija: od 16 do 31,5mm. Za projektovanje granulometrijskog sastava agregata za beton, tehniki propisi mnogih zeljama preporuuju primenu odreenih referentnih granulometrijskih krivih. Najee su u primeni krive Fuler-a i EMPA, kod kijih vai stav da je najpovoljniji granulometrijski sastav onog agregata, ija granulometrijska kriva pada u podruje izmeu referentnih krivih. Fuler je predloio krivu oblika (Fulerova parabola):

Y = 100

d D d d + ) D D

vajcarski institut za ispitivanje materijala i konstrukcija - EMPA, predloio je krivu oblika:

Y = 50 (

gde je: Y - ukupan prolaz zrna agregata kroz sito otvora d(mm), % mase d - otvor sita, mm D - zrno najvee krupnoe u meavini agregata, mm. Na sl. 8. prikazane su granulometrijske krive Fuler-a i EMPA za sluajeve D=16mm i D=63mm. Sl. 8. Granulometrijske krive Fuler-a i EMPA Pored krivih Fulera i EMPA koriste se i drugi kriterijumi za ocenu granulometrijskog sastava kamenih agregata. Najnoviji Pravilnik o tehnikim normativima za beton i armirani beton, predvia upotrebu krivih prema nemakom standardu DIN 1048, koje su preporuene od strane Evropskog komiteta za beton. 3.1.2. Cement Cement ima vrlo veliki uticaj na svojstva betona, mada uestvuje u sastvau betona sa samo 10-20% po masi. Izbor cementa za spravljanje betona vri se na osnovu tri kriterijuma: vrstoe (klase) cementa; toplote hidratacije; i hemijske otpornosti. Najvie korieni cementi za spravljanje betonskih smea su portland cementi i portland cementi sa dodacima. U naoj zemlji veliku primenu imaju portland cementi sa dodatkom pucolana i cementi sa meanim dodatkom (zgura+pucolan). Ovi cementi zahtevaju vie vode za spravljanje betona, trae due negovanje betona, imaju vee upijanje vode, manju otpornost prema mrazu, imaju vee skupljanje i teenje. Za objekte velikih masa (brane, masivni zidovi i dr.) koriste se cementi niske toplote hidratacije, kako ne bi dolo do pojave termikih naprezanja koja mogu izazvati prsline i pukotine u betonu. S obzirom da se

12 kod ovih objekata obino ne zahtevaju visoke vrstoe betona, to se kod njih mogu koristiti cementi niih klasa (klase 25 i 35). Za betonske konstrukcije koje su izloene delovanju agresivnih tenosti ili gasova, betonske smee se spravljaju sa cementima koji su otporni na hemijske agense (cementi sa veim sadrajem zgure ili pucolana, metalurki ili pucolanski cementi, sulfatnootporni portland cementi, supersulfatni cementi, aluminatni cement i dr.). Kompaktnost betona poveava otpornost betona na delovanje hemijskih agenasa. Pored vrste cementa na karakteristike betona i njegovu trajnost znaajno utie koliina cementa, tj. sadraj cementa u 1m3 sveeg betona. Na izbor koliine cementa utiu: zahtevane fiziko-mehanike karakteristike betona, uslovi eksploatacije konstrukcije, granulometrijski sastav agregata (krupniji agregat manja koliina cementa) i dr. Zavisno od konkretnih uslova, koliina cementa u praksi najee varira od 300400kg/m3 sveeg betona. U pojedinim sluajevima koristi se i do 450kg/m3 i to uglavnom kada se trai velika vrstoa betona i brz prirast vrstoe. Pogreno je shvatanje da se upotrebom cementa viih klasa, kao i veom koliinom cementa, automatski obezbeuju visoke fiziko-mehanike karakteristike betona. Kvalitetan beton dobija se onda kada je izvren pravilan izbor sastavnih komponenti betona i ostvarena pravilna ugradnja betonske smee. 3.1.3. Voda Voda predstavlja neophodnu komponentu svake betonske smee, poto se samo uz njeno prisustvo mogu odvijati procesi vezivanja i ovravanja cementa. S druge strane voda daje potreban viskozitet betonskoj smei, odnosno omoguuje efikasno ugraivanje i zavrnu obradu betona. Voda za spravljanje betona ne sme sadrati sastojke koji mogu nepovoljno da utiu na hidrataciju cementa, kao i da budu uzronici korozije armature u armirano-betonskim konstrukcijama. Sastojci mogu biti rastvoreni u vodi ili suspendovani u vidu mehanikih neistoa (muljevite, blatne, glinene estice, estice drveta, uglja itd.). Obina pijaa voda je uvek zadovoljavajueg kvaliteta, pa se moe upotrebiti za spravljanje betona bez posebnog dokazivanja podobnosti, dok se sve druge vode pre upotrebe moraju ispitati. Za grubu ocenu podobnosti vode moe posluiti njena zamuenost, obojenost ili miris. Morska voda se sme koristiti za nearmirane betonske konstrukcije, dok se za armirane i prednapregnute betone ne sme koristiti. Aluminatni cementi se ne smeju raditi sa morskom vodom. Mineralne vode sa poveanim procentom rastvorenog ugljendioksida (CO2), ne smeju se koristiti za spravljanje betona. 3.1.4. Aditivi za beton Aditivi za beton su supstance koje svojim fizikim, hemijskim ili kombinovanim delovanjem utiu na svojstva sveeg ili ovrslog betona. Najee korieni aditivi su: plastifikatori; areanti; akceleratori (ubrzivai vezivanja i/ili ovravanja); retarderi (usporivai vezivanja); zaptivai; antifrizi (dodaci za betoniranje na niskim temperaturama). Aditivi mogu biti u tenom ili prakastom stanju i dodaju se u vrlo malim koliinama u odnosu na masu cementa. Plastifikatori su aditivi koji poboljavaju ugradljivost i obradljivost betonske smee. Kao plastifikatori se upotrebljavaju fino usitnjeni materijali (bentonit, elektrofilterski pepeo, pucolan i dr.) Okvaene estice ovih materijala imaju ulogu kuglica, koje svojim oblikom i "podmazanom" povrinom smanjuju trenje unutar mase sveeg betona. Pored prakastih plastifikatora koriste se i plastifikatori koji pripadaju kategoriji "povrinski akrivnih supstanci" (plastifikatori na bazi masnih kiselina, naftenskih kileslina i dr.). Ovi plastifikatori u sveem betonu deluju kao svojevrsna maziva, obavijajui zrna cementa stvarajui oko njih tanke opne, usled ega se smanjuje trenje u masi. Zahvaljujui plastifikatorima mogue je smanjiti koliinu vode u sveem betonu za 10-15%. Doziraju se u koliini od 0,2 do 5% u odnosu na masu cementa. Danas se se koriste i superplastifikatori, koji omoguuju jo znaajnije smanjenje koliine vode (i preko 30%) u sveem betonu. Areanti (uvlakai vazduha) su aditivi koji u betonu formiraju mehurii (globule) vazduha reda veliine 0,01 do 0,3mm. Ovi mehurii su ravnomerno rasporeeni unutar mase betona, pri emu meusobna rastojanja ne prelaze 0,25mm. Uvueni mehurii vazduha stvaraju rezervnu zapreminu vazdunih pora, ime se poveava otpornost betona prema mrazu (zapremina pora je za oko 20% vea od zapremina zamrznute vode). Poveanje otpornosti betona prema mrazu ne podrazumeva istovremeno i smanjenje njegove vrstoe, jer mehurii vazduha u sveem betonu imaju i ulogu plastifikatora.

13 Areanti pripadaju grupi povrinski aktivnih materija. Nose razliite komercijalne nazive, a najee su u primeni areanti iz grupe smolastih organskih jedinjenja. Doziraju se u vrlo malim koliinama od 0,5-1% u odnosu na masu cementa. S obzirom na efekte koje proizvode, areanti se naroito koriste kod betona za izradu betonskih kolovoza, aerodromskih pista, kanala i dr. Akceleratori su aditivi koji deluju kao ubrzivai procesa vezivanja i ovravanja cementa. Najpoznatiji i najvie upotrebljavan ubrziva je kalcijum hlorid CaCl2. On ne utie bitno na vezivanje cementa, ali u znaajnoj meri ubrzava proces ovravanja. U koliini od 0,2% u odnosu na masu cementa omoguava brz porast vrstoe betona u prvih 7 dana, dok pri dozi od 2% omoguava da se nakon 7 dana dobije vrstoa koja odgovara vrstoi betona nakon 28 dana. To je istovremeno i najvea doza, jer u protivnom dolazi do pada mehanikih vrstoa i pojave korozije armature. Kao akceleratori koriste se i druge supstance: natrijum hlorid, natrijum sulfat, natrijum nitrat i dr. Doziraju se u koliini od 2-5% u odnosu na masu cementa. Akceleratori se koriste prilikom betoniranja po hladnom vremenu, kada se zahteva postizanje velike vrstoe u srazmerno kratkom vremenu, prilikom hitnih intervencija itd. Retarderi (usporivai vezivanja) deluju tako to oko zrna cementa stvaraju opne koje spreavaju brzo odvijanje hemijskih reakcija na relaciji cement-voda. Najpoznatiji usporiva je sadra(CaSO4 . 2H2O), a pored nje koriste se jo: dekstrin, razne vrste eera (glikoza, saharoza), glicerin, oksidi cinka i olova i dr. Usporivai se dodaju u vrlo malim koliinama, najee do 0,1% u odnosu na masu cementa. Retarderi se koriste prilikom betoniranja na visokim temperaturama, pri transportu betona na duim relacijama, kod betoniranja bez prekida itd. Korienjem ovih aditiva omoguava se ugradljivost i obradljivost betona u toku 24-48 sati, pa i vie. Zaptivai su aditivi koji u reakciji sa klinker mineralima daju produkte koji zaptivaju kapilarne pore u betonu. Na taj nain poveava se stepen vodonepropustljivosti ovrslog betona. Proizvode se na bazi masnih kiselina u obliku emulzija ili smolasto bitumenoznih sastava. Antifrizi su sredstva protiv zamrzavanja sveeg betona. Deluju tako to sniavaju taku smrzavanja vode. Njihovom upotrebom omoguava se izvoenje betoniranja na temperaturama niim od 00C. Kao antifrizi najee se upotrebljavaju kalcijum hlorid, natrijum nitrat, natrijum hlorid (kuhinjska so) i dr. Kod nearmiranih betona primenjuju se u dozama do 10% u odnosu na masu cementa, dok se kod armiranih betona njihova doza mora strogo kontrolisati zbog opasnosti od korozije armature. U sastavu betonskih meavina mogu biti zastupljene razliite kombinacije aditiva. Na primer, primenjuje se kombinacije: plastifikator-zaptiva, aerant-plastifikator i dr. 3.2. ODREIVANJE POTREBNIH KOLIINA SASTAVNIH KOMPONENTI BETONA Pravljenje betonske meavine podrazumeva definisanje svih komponenti betona, koje su potrebne za dobijanje sveeg betona sa to veom zapreminskom masom. Osobine betona i njegova trajnost u direktnoj su zavisnosti od pravilno odreenih koliina sastavnih komponenti betona. Razmera meanja cementa i kamenih agregata u betonskoj meavini moe se odreti na dva naina: a) prema zapreminskim delovima i to 1 : n (1 zapremina cementa : ukupnoj zapremini agregata) ili 1 : n : m (1 zapremina cementa : n zapremina betonskog peska : m zapremina betonskog ljunka); b) prema masi cementa u kg na 1m3 gotovog betona. Prvi nain je vrlo jednostavan, ali je manje taan, poto zapremina cementa varira u zavisnosti od zapreminske mase (1,0-1,5g/cm3), a zapremina agregata varira u zavisnosti od granulometrijskog sastava i sadraja vode. Uobiajene razmere meanja (cement : pesak : ljunak) za konstrukcione betone su: 1:2:3; 1:2:4; 1:2,5:5; 1:3,5:6. Drugi nain odreivanja odnosa cementa i agregata je mnogo taniji, pa se dobija beton boljeg kvaliteta. Koliina vode za spravljanje betonske smee podrazumeva vodu koja je potrebna za hidrataciju cementa i vodu koja je neophodna za obradu svee betonske smee. Ako se sa mv oznai masa vode u litrima, a sa mc masa cementa u kg, odnos: mv/mc =W poznat je kao vodocementni faktor. Smatra se da je koliina vode od 25% mase portland cementa (i oko 40% mase aluminatnog cementa) dovoljna za potpunu hidrataciju cementa. Ostatak vode koristi se za obezbeenje ugradivosti betona. Uticaj vodocementnog faktora je od izuzetnog znaaja na mehanika svojstva i postojanost betona. Viak vode ini ovrsli beton poroznim i podesnim za koroziona oteenja agresivnom sredinom, dok manjak vode onemoguava potpunu hidrataciju cementa, oteava ugradnju, u takvom betonu ima vazduha, ne postiu se predviene mehanike vrstoe betona itd. Prema konzistenciji razlikuju se tri vrste svee betonske smee: a) vlana smea, podesna za ugradnju nabijanjem; b) plastina smea, podesna za armirani beton i ugradnju vibriranjem; c) vrlo plastina smea (tena smea), podesna za liveni beton.

14 Vrednost vodocementnog faktora kreu se izmeu 0,3-1,2. Uobiajene vrednosti vodocementnih faktora (W= mv/mc) kod betonskih smea su: a) vlana betonska smea ............................. 0,58 b) plastina betonska smea ......................... 0,65 c) vrlo plastina betonska smea ................. 0,76. Postoje dva naina da se vodocementni faktor smanji, ili poveanjem koliine cementa ili smanjenjem koliine vode (ee korien nain). Koliina cementa u jedinici zapremine sveeg ugraenog betona odreuje se na na bazi odnosa mv/mc i poznate vrednosti mv:

m mc = mv c ; mv Propisane minimalne koliine cementa za spravljanje betona plastine konzistencije, u sluaju primene cementa klase 35 i agregata sa najveom frakcijom 16/31,5mm, iznose: MB 10 220kg/m3 MB 15 260kg/m3 MB 20 300kg/m3 MB 25 350kg/m3 Za cemente klase 45 gornje koliine cementa mogu se smanjiti za 10%, a za cemente klase 25 gornje koliine treba poveati za 10%. Koliina agregata (ma) u jedinici zapremine sveeg ugraenog betona odreuje se iz relacije:

mc ma mv + + + p = 1 m3; c a vgde su: c, a i v - zapreminske mase cementa, agregata i vode, kg/m3 p - zapremina zaostalih pora u masi betona, p = 1-3%. Na bazi poznatih vrednosti mc, ma i mv definie se projektovana zapreminska masa (masa jedinice zapremine) sveeg ugraenog betona: b,sv = mc + ma + mv 3.2.1. Spravljanje betona Spravljanje betonske meavine moe se vriti: runo za manje koliine ili mainskim putem kad su u pitanju vee koliine. U savremenom graevinarstvu i rudarstvu spravljanje betonske meavine vri se iskljuivo mainskim putem, pri emu se postupak svodi na doziranje i meanje sastavnih komponenti betona u cilju dobijanja homogene mase. Na sl. 10. prikazan je jedan tehnoloki sistem za proizvodnju betona. Sl. 10. Tehnoloka shema proizvodnje betona U okviru jednog ovakvog pogona (fabrike betona), komponente betona (agregat i cement) smeteni su u bunkerima i silosima iz kojih idu na dozatore (ureaje za automatsko odmeravanje koliina). Nakon doziranja ovi materijali se smetaju u sabirni bunker iz koga odlaze u mealicu za beton. Voda ili meavina vode i aditiva dozira se direktno u mealicu za beton. Komponente betona doziraju se teinski (po masi). Ukoliko se koristi vlaan agregat, ukupna koliina vode predstavlja zbir vode koju agregat ve sadri i vode koja se posebno dozira. Meanje agregata, cementa, vode i aditiva (eventualno) vri se u mealicama za beton. Na sl. 11. dat je princip rada gravitacione mealice za beton. Sl. 11. Princip rada gravitacione mealice U gravitacionim mealicama meanje se ostvaruje tako, to se u bubnju koji se okree oko horizontalne ose, betonska smea podie navie do odreene kritine visine, nakon ega pada nanie u donju zonu bubnja. estice koje padaju uranjaju se u masu betona u okviru donje zone bubnja i na taj nain se ostvaruje efeket meanja. Vreme meanja neophodno za dobijanje homogene mase, zavisi od reolokih svojstava sveeg betona i od popunjenosti bubnja. Tenije-plastinije meavine sveeg betona meaju se mnogo lake nego krute meavine. U gravitacionim mealicama vreme meanja iznosi 1-3 minuta. Kapacitet mealice kree se od 0,1-4,5m3. Zapremina sveeg betona (Vb,sv) uvek je manja od sume zapremina sastavnih komponenti, to je posledica "pakovanja" estica tokom procesa meanja. Odnos zapremine sveeg betona i zapremina vrstih komponenti (cementa i agregata), naziva se koeficijent izlaza (izdanosti) betonske meavine () i definie se odnosom:

15

=

Vb ,sv 1m = = 0,60,7 Vc + Va Vc + Va

3

Gravitacione mealice nisu pogodne za meanje kruih betonskih meavina. U tim sluajevima primenjuju se mealice sa prinudnim meanjem, v. sl. 12. To su mealice kod kojih se u bubnju koji se okree, nalazi sistem lopatica koje rotiraju u suprotnom smeru. Na taj nain masa u bubnju je podvrgnuta prinudnom kretanju, to omoguava dobijanje izvanredno homogene meavine. Trajanje meanja u ovim mealicama zavisi od krupnoe zrna agregata. Krupnozrni betoni meaju se 2-3 minuta, a sitnozrni 3-5 minuta. Sl. 12. Princip rada mealice sa prinudnim meanjem Za spravljanje vrlo krutih betonskih meavina priprema se izvodi vibromeanjem. Beton spravljen na ovaj nain odlikuje se vrlo velikom homogenou i visokim vrstoama. Za podzemne betonske radove najee se primenjuje vlana betonska smea koja se pravi na mestu ugradnje-u samoj jami, a ugrauje runim nabijanjem ili vibriranjem. 3.2.2. Transport sveeg betona Od mealice za beton do mesta ugradnje beton se transportuje na razne naine. Primenjuju se: razne dizalice koje prenose posude sa sveim betonom, kolica, obini vagoneti, vagoneti mikseri, transporteri, cevi i dr. Pri transportu na dua rastojanja koriste se specijalna vozila snadbevena ureajima za meanje betona u toku prevoza (automikseri). Kroz vertikalne prostorije (vertikalni transport betona) betonska masa se transportuje specijalnim posudama za prevoz betona, vagonetima (obinim ili mikserima) ili cevima. Koji od sistema e se koristiti zavisi od: duine transporta, koliine sveeg betona i naina ugradnje. U toku transporta mora se voditi rauna da ne doe do segregacije betona (krupan materijal pada na dno, a voda i fine estice isplivavaju na povrinu), to je naroito karakteristino kod tenih i plastinih meavina. Takoe, strogo se mora voditi rauna da beton do mesta ugradnje stigne onakav kakav je izaao iz mealice, u protivnom se pre ugradnje mora promeati. Za transportovanje sveeg betona danas se koriste betonske pumpe, kod kojih se beton potiskuje kroz odgovarajue cevovode. Beton koji se transportuje na ovakav nain naziva se pumpani beton i po sastavu je neto drugaiji od obinog betona. U njemu postoji vea zastupljenost sitnih estica agregata i vie cementa, a po pravilu dodaju im se plastifikatori. Na ovaj nain moe se vriti transport na visine do 40m i na duine od nekoliko stotina metara. 3.2.3. Ugradnja betona Pod ugradnjom betona podrazumevaju se sledee operacije: razastiranje betona ili punjenje oplate; zbijanje - kompaktiranje; zavrna obrada gornjih povrina. Ugraivanje betona treba da se zavri do poetka vezivanja cementa. Smatra se da beton kruih konzistencija treba pri suvom i toplom vremenu ugraditi najkasnije 1 as, a pri vlanom i prohladnom vremenu najkasnije 2 asa nakon meanja. Beton koji nije ugraen do poetka vezivanja cementa ne sme se ugraivati i mora se baciti. Btoniranje pod posebnim uslovima podrazumeva ugraivanje betona pri spoljnim temperaturama ispod 50C ili iznad 300C. Razastiranje betona ili punjenje oplate vri se neposrednim sipanjem betonske mase iz transportne posude. Prilikom ugradnje betona u oplatu, beton ne sme slobodno da pada sa visine vee od 1,5m, u protivnom treba primeniti naroite voice-levkove. Zbijanje betona moe se vriti i runo ili mainskim postupcima. Savremena tehnologija betona priznaje iskljuivo mainske postupke zbijanja sveeg betona. Zbijanju se pristupa nakon unoenja sveeg betona u oplatu, pri emu se primenjuju razliiti postupci vibriranja. Tokom procesa vibriranja znaajno se smanjuju sile veze estica i sile unutranjeg trenja u betonu, pa dolazi do slobodnog "pakovanja" estica i istiskivanja mehuria vazduha iz mase (u betonu ostaje najvie 1-3% zaostalih mehuria vazduha). Zbijanjem betona poveava se njegova vrstoa i vodonepropustljivost, a usled boljeg kvaliteta dobijenog betona koliina cementa moe se smanjiti za oko 20-25%. Vibriranje betonske smee vri se pomou vibratora, koji mogu biti sa elektrinim ili pneumatskim pogonom. Prema konstrukciji razlikuju se sledei osnovni tipovi vibratora (v. sl. 13): povrinski vibratori; unutranji vibratori (pervibratori); vibro-stolovi; spoljanji vibratori (oplatni vibratori).

16 Sl. 13. Osnovni tipovi vibratora za beton: a) povrinski vibrator; b) unutranji vibrator; c) vibro-sto; d) spoljanji vibrator Povrinski vibratori se koriste kod ugraivanja betonskih ploa, debljine manje od 25cm (armiranobetonske ploe, podovi, betonski kolovozi i sl.). Vreme rada vibratora na jednoj poziciji iznosi od 20-60sec. Unutranji vibratori (pervibratori) imaju najiru primenu. Princip rada ovih vibratora sastoji se u tome da se telo vibratora (tzv. pervibratorska igla) unese u masu betona. Radijus dejstva pervibratorske igle kree se u granicama od 25-75cm. Sloj betona koji se vibrira ne treba da bude deblji od 70cm, a vreme vibriranja na jednoj poziciji iznosi 20-40sec. Na sl. 14. prikazan je postupak vibriranja pomou pervibratora. Sl. 14. Vibriranje betona: a) postupak vibriranja pomou pervibratora; b) detalj dejstva pervibratorske igle Kod vibro-stolova na njihove gornje ploe (vibro ploe) postavljaju se kalupi sa sveim betonom, pri emu se vibracije ploe prenose na sistem kalup-beton. Vibro-stolovi su podesni za vibriranje: montanih ploa, greda, blokova i dr. Spoljanji vibratori (oplatni vibratori) privruju se na oplatu. Koriste se tamo gde se ne mogu primeniti unutranji vibratori, npr. u sluaju betoniranja tankih vertikalnih zidova. Pri primeni ovih vibratora mora se voditi rauna o kvalitetu oplate, da ne doe do njenog oteenja. Vreme rada vibratora na jednom mestu iznosi 5090sec. 3.2.4. Nega betona Nega ugraenog betona sastoji se u spreavanju isparavanja vode iz betona i u polivanju ugraenog betona vodom. Ove mere imaju za cilj da spree da beton izgubi vodu koja je neophodna za hidrataciju cementa, kao i da eliminiu tetne posledice skupljanja betona. Ukoliko se sadraj vode u ugraenom betonu snizi ispod koliine neophodne za hidrataciju cementa, dobie se tzv. "pregoreli" beton. Ako se tokom procesa vezivanja i ovravanja ne nadoknauje voda koja ispari sa povrine betona, doi e do pojave pukotina i prslina usled tzv. plastinog skupljanja. S negom betona, tj. njegovim vlaenjem, poinje se pri toplom vremenu posle 4-5 sati nakon ugradnje. Duina nege zavisi od spoljanje temperature, sastava betona i dr., i mora da traje najmanje 7 dana, ali ne manje od vremena potrebnog da beton postigne 60% predviene marke. Beton se u vlanom stanju odrava: polivanjem vodom, pokrivanjem mokrim krpama, asurama, hartijom, travom itd. 3.2.5. Specijalni postupci ugradnje betona Specijalni postupci ugradnje betona obuhvataju: presovanje, centrifugiranje, vakumiranje i torkretiranje. Presovanje je postupak koji omoguava dobijanje betona izuzetno velike kompaktnosti i vrstoe. Pri presovanju betona koriste se male koliine cementa 100-150kg/m3 sveeg betona. Proces se izvodi u specijalnim ureajima u kojima se beton izlae pritiscima od 10-15MPa. esto se postupak presovanja kombinuje sa vibro presovanjem, pri emu se beton izlae pritisku od 5-10MPa. Ovim postupcima proizvode se razliiti betonski sudovi, betonske cevi i sl. Centrifugiranje je postupak koji se primenjuje pri proizvodnji elemenata kruno-prstenastog poprenog preseka (cevi, uplji stubovi i dr.). Ureaj za centrifugiranje sastoji se od kalupa u obliku cevi, koja rotira oko svoje podune ose (v. sl. 14.). Sl. 14. Ureaj za centrifugiranje betona U ureaj se sipa beton tene konzistencije, pa se ureaj puta u pogon. Usled delovanja centrifugalne sile beton se odbija ka unutranjoj strani kalupa, stvarajui sloj dobro zbijenog betona, jednake debljine. Viak vode i cementa koji nije ikorporiran u unutranjost zida cevi izliva se iz cevi. Na ovaj nain se sve beton oslobaa 20-30% vode. Dobijeni betoni su vrlo visoke vrstoe, ali je izuzetno velika potronja cementa 400450kg/m3 sveeg betona. Vakumiranje je postupak kojim se iz meavine betona spravljene sa veom koliinom vode, nakon ugradnje mehanikim putem oduzima "viak" vode. Izvlaenje vode iz svee ugraenog betona vri se primenom specijalnih prekrivaa postavljenih preko gornjih povrina izbetoniranog elementa (v. sl. 15). Sl. 15 Ureaj za vakumiranje betona Putanjem u rad vakum pumpe, na kontaktu element-pokriva stvara se vakum, pod kojim dolazi do "isisavanja" vode iz mase sveeg betona. Beton se zgunjava, zrna agregata se dopunski "pakuju", pa se kao krajnji rezultat dobija vrlo kompaktan beton. Torkretiranje je postupak nabacivanja betona na oplatu ili na zid putem komprimovanog vazduha. U rudarstvu se ovaj postupak koristi za popravku oteenih betonskih i armirano-betonskih konstrukcija pod zemljom i na povrini, kao i za zatitu nepodgraenih hodnika, okana i drugih podzemnih prostorija.

17 Postoji suvi i mokri postupak torkretiranja. Kod suvog postupka (v. sl. 16.) suva meavina agregata i cementa vodi se do torkret topa (mlaznice), pa se tek neposredno pred nabacivanje mea sa vodom. Kod mokrog postupka sve komponente se istovremeno izmeaju i kao takve vode kroz cev do mlaznice, iz koje pod pritiskom vazduha pripremljena masa biva izbaena, odnosno nabaena na oplatu ili zid. Nabacivanje torkret betona vri se u nekoliko tankih slojeva od po 10-20mm, pri emu ukupna debljina svih slojeva iznosi oko 10cm. Za torkret beton primenjuje se iskljuivo sitan agregat- pesak. Torkret beton je vrlo osetljiv zbog skupljanja, pa ga treba negovati najmanje dve nedelje. Sl. 16. Torkret top 3.3. VRSTE BETONA Prema zapreminskoj masi betoni su podeljeni na: lake i teke betone. Laki betoni imaju zapreminsku masu manju od 1900kg/m3. Imaju dobra termoizolaciona i zvunoizolaciona svojstva. U odnosu na obine betone imaju znatno manje mehanike vrstoe. Teki betoni imaju zapreminsku masu >2500kg/m3. Primenjuju se kao zatitni materijali u nuklearnim elektranama, fabrikama radioaktivnih izotopa, atomskim sklonitima i slinim objektima. Ovi betoni, pored uloge konstrukcionog materijala, slue i kao bioloka zatita od radioaktivnog zraenja. Laki betoni su podeljeni na: lakoagregatne betone; jednozrne betone; elijaste betone. Lakoagregatni betoni dobijaju se na bazi cementa, vode, lakih agregata i eventualno aditiva. Ovi agregati mogu da budu neorganskog ili organskog porekla. Od lakih agregata neorganskog porekla koristi se: granulisana zgura, loina zgura, tuf, plovuac, drobljena opeka, elektrofilterski pepeo, perlit i dr. Betoni izraeni na bazi ovih agregata imaju vrlo irok dijapazon pritisnih vrstoa, koje se kreu od 3-30MPa. Od lakih agregata organskog porekla koriste se: drvena vuna, strugotina od drveta, drvena vlakna, sitne od plute i dr. Svi ovi materijali pre upotrebe moraju se bioloki stabilizovati, kako bi se spreilo njihovo bubrenje i trulenje usled upijanja vode iz atmosfere. Lakoagregatni betoni se koriste za izradu: raznih ploa i blokova, podloga za podove, zavrnih slojeva podova itd. Jednozrni betoni sastoje se od jedna frakcija agregata (8-16 ili 16-31,5mm) i cementne kae. Cementne kae treba da bude toliko da se pomou nje izvri "slepljivanje" zrna agregata, bez popunjavanja praznih prostora izmeu zrna. S obzirom na vrlo mali sadraj cementa (70-150kg/m3 betona) i na veliku poroznost, vrstoa ovih betona ne prelazi granicu od 10MPa. elijasti betoni se dobijaju tako to se sveem betonu dodaju odreena sredstva, putem kojih se ostvaruje porozna struktura ovrslog betona. Najpoznatiji elijasti betoni su: gas-betoni i peno-betoni. Najpoznatija vrsta gas-betona je siporeks. Dobija se od kvarcnog peska, cementa (ili krea), vode i praha aluminijuma. U meavini siporeksa odvija se sledea hemijska reakcija: 2Ca(OH)2 + Al2 + H2O = 2CaO . Al2O3 + 3H2 Pod uticajem osloboenog vodonika dolazi do nadimanja mase, odnosno do stvaranja velikog broja mehuria - pora u masi materijala. Za proizvodnju siporeksa uglavnom se koristi kvarcni pesak, koji predstavlja jalovinu (otkrivku) povrinskih kopova uglja. Naa fabrika gas-betona (siporeksa) nalazi se u sklopu REIK Kolubare. Peno betoni su laki betoni elijaste strukture, kod kojih se elije ne stvaraju hemijskim putem, ve mehaniki (meanjem, bukanjem). Kao sredstvo za stvaranje pene koriste se razne emulzije organskog porekla. elijaste betone odlikuje velika poroznost koja se kree u garnicama od 60-80%. Zapreminske mase su im izuzetno male i iznose od 300-1200kg/m3. Teki betoni imaju zapreminsku masu >2500kg/m3. Velika zapreminska masa tekih betona ostvaruju se upotrebom tekih agregata, kao to su: barit BaSO4, rude gvoa (magnetit, hematit i limonit), opiljci ili specijalno izraene kuglice od gvoa i elika. Da bi se poboljale zatitne osobine tekih betona, dodaju im se jedinjenja bora ili litijuma. Za spravljanje tekih betona koriste se umerene koliine cementa 300350kg/m3 betona. vrstoe tekih betona nisu visoke; vrstoa na pritisk ne prelazi 40MPa, dok se zatezna vrstoa kree od 1-3MPa. 3.4. ARMIRANI BETON Armirani beton je materijal koji vezuje beton i elik u jednu monolitnu celinu, u kojoj su spojene povoljne osobine oba materijala. U armirano betonskoj konstrukciji beton prima naprezanja na pritisak, a armatura naprezanja na zatezanje i smicanje.

18 Radi poveanja nosivosti betonskog preseka, u zonu zatezanja postavljaja se armatura od elinih ipki, koje posle pojave prslina preuzimaju celokupnu silu zatezanja (v. sl. 18.). Nosivost armiranih nosaa moe se poveati nekoliko desetina puta u odnosu na nearmirane nosae. Sl. 18. Armirani nosa sistema proste grede sa prikazanim poloajem neutralne linije Nosivost armiranobetonskih nosaa utvrena je zajednikim radom betona i elika, a zasnovana je na adheziji betona i elika nakon stvrdnjavanja betona. Adhezija se pospeuje poveanjem hrapavosti okruglih elika ili korienjem rebrastih elika. Spajanje na izgled tako razliitih materijala kao to su beton i elik, mogue je iz razloga to je istezanje na toploti oba materijala priblino jednako, zatim beton dobro prijanja za elik, a pored toga elik pokazuje i dobru antikorozivnost u pravilno izraenom betonu. Armirani beton se primenjuje za izvoenje najrazliitijih vrsta konstrukcija u svim oblastima gradnje: graevinarstvu, rudarstvu, mostogradnji, hidrotehnici, stambenoj gradnji itd. Osnovna preimustva armiranog betona su: visoke mehanike karakteristike betona pri pritisku, a elika pri zatezanju; dobro se ponaa kako pri statikim, tako i pri dinamikim optereenjima; otporan je na kratkotrajne visoke temperature; dobro odoleva seizmikim uticajima; ima dug vek trajanja, pri emu se vrstoa s vremenom poveava; omoguuje serijsku proizvodnju razliitih elemenata u fabrikama itd. Jedan od nedostataka armiranog betona je u tome to se u armirano-betonskim konstrukcijama javljaju prsline. Veliina prslina se ograniava zbog korozije armature, zavisno od sredine u kojoj se element nalazi. Propisi za izradu armiranog betona nalau vie dopunskih zahteva, kao to su: betonska smea namenjena armiranju mora sadrati vie od 250kg cementa po m3 sveeg betona, granulometrijski sastav agregata mora biti tako podeen da cementna kaa dobro obliva armaturu i ispunjava betonsku masu, mora se posvetiti posebna panja ugradnji i zbijanju armiranog betona i dr. 3.4.1. Prednapregnuti armirani beton Prednapregnuti (prethodno napregnuti) beton je vrsta armiranog betona, kod koga se armatura pre ugraivanja betonske smee prethodno napregne zatezanjem (120-130MPa). Armatura od kvalitetnog elika odrava se u zategnutom stanju sve dok beton dovoljno ne ovrsne i ne doe do prijanjanja betona za armaturu. Skidanjem optereenja armatura se skupi zbog svoje elastinosti i stisne beton, tako da je armirano betonska konstrukcija u stanju da bolje izdrava zatezna naprezanja. Prednapregnuti armirani beton ima iroku primenu za izradu gotovih armirano betonskih elemenata: prednapregnutih nosaa za hale, mostove, za delove podgrada podzemnih prostorija i dr. 3.4.2. Betonski elici Kod izrade armirano-betonskih i prednapregnutih elemenata kao armatura se koristi betonski elik. Armatura se uvek stavlja u zateznu zonu konstrukcije, a da bi se poveao otpor klizanja krajevi ipki se savijaju u obliku kuka. Vrste i oblici betonskog elika prikazani su na slici 18'. Sl. 18'. Najee koriene vrste betonskog elika Za armiranja betonskih konstrukcija najee se koriste: okrugli glatki elici, rebrasti elici i zavarene armaturne mree, sledeih kvaliteta: meki betonski glatki elik 240/360; visoko kvaliltetni tvrdi glatki elik 340/500; visoko kvalitetni tvrdi rebrasti elik BR 400/500; zavarene armaturne mree od hladno vuene ice BM 500/560. Oznaka betonskih elika vri se sa dva broja od kojih prvi predstavlja minimalnu granicu razvlaenja Re , odnosno za hladno obraene elike granicu R0,2, dok drugi broj predstavlja minimalnu vrstou pri kidanju min Rm. Dijagram napon jedinino izduenje (R/) za betonske elike, dat je na slici 19'. Sl. 19'. Dijagram napon-jedinino izduenje betonskih elika Koliina armature u betonskom preseku odreuje se koeficijentom armiranja preseka:

=

Sa 100% Sb

gde je: koeficijent armiranja preseka u %; Sa povrina preseka armature u cm2; Sb povrsina betonskog preseka u cm2. Betonski elementi armirani okruglim betonskim elikom imaju procenat armiranja od: =0,3-3,0%. Betonski elementi sa >3% koriste se u specijalne svrhe (zatege, mostovske konstrukcije itd).

19 Glatki betonski elici se proizvode postupkom toplog ili hladnog vuenja ice, pa razlikujemo meke betonske elike 240/360 i visoko kvalitetne tvrde elike 340/500. Nazivni prenici ipki glatkih elika su: 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36 i 40mm. Rebrasti betonski elici su tvrdi ugljenini elici sa oznakom BR400/500 (elik Betonski Rebrasti). Ovi elici se izvlae u usijanom stanju. Pri zadnjem provlanju, ipke prolaze kroz valjke sa narezanim ljebovima u kojima se formiraju rebra. Kod nas se proizvode dve vrste rebrastih elika i to: BR 400-1 sa nepromenljivim presekom poprenih rebara (nazivnih prenika ice: 6, 8, 10, 12, 14 i 16mm); i BR 400-2 sa promenljivim presekom poprenih rebara u obliku srpa (nazivnih prenika ice: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 19, 22, 25, 28, 32, 36 i 40mm). Zavarene armaturne mree od hladno vuene ice koriste se za armiranje: ploa, raznih nosaa, kolovoza, cevi, bazena i dr. U rudarstvu se mreasta armatura koristi za armiranje betonskih podgrada hodnika, armiranje temelja, podova, kolovoznih zastora itd. Formiranje tabli mreaste armature vri se automatskim takastim elektrootpornim zavarivanjem. Prema JUS-u U.M1.091 nai proizvoai proizvode tri tipa armaturnih mrea: tip R 131 - 1130 uzduno nosive mree; tip Q 131 - 1130 obostrano nosive mree; i tip Rx 283 i 335 standardne mree za zidove. Osnovne mehanike karakteristike betonskih elika date su u tabeli 7. Tabela 7. Mehanike karakteristike betonskih elikaOznaka i vrsta elika 240/360 Meki betonski glatki elik 340/500 Tvrdi glatki elik BR 400/500 Tvrdi rebrasti elik BM 500/560 Zavarene armaturne mree1)

Prenik ice (mm)

Minimalna granica razvlaenja Re ili R0,2(MPa)

Minimalna prekidna vrstoa Rm(MPa)

Minimalno izduenje A (%)

Modul elastinosti x105 E (MPa)

5 - 40 8 - 40 6 - 40

240 340 400

360 500 500 560

201) 182) 201) 182) 10 6

2 - 2,1 2 - 2,1 2 - 2,1 1,9 - 2

500 4 - 12 2) za 18mm; za 20 mm

3.5. KOROZIJA BETONA I ZATITNE MERE Pod uticajem agresivnih podzemnih i povrinskih voda, kao i drugih faktora, dolazi do korozije betona, usled koje se trajnost betonske konstrukcije smanjuje u manjoj ili veoj meri. Pri razmatranju korozije betona mora se uzeti u obzir i korozija armature. Koroziju betona mogu izazvati: gasovi, tenosti i vrste materije. Uticaj baza, kiselina i soli na beton moe se analizirati na sledei nain: Baze su obino ne kodljive za beton. Kiseline deluju razorno na beton, jer jedinei se sa kreom iz cementa stvaraju lako rastvorljive soli, koje razaraju beton prodirui sve dublje u betonsku masu - do armature. Soli iz otpadnim voda i morske vode (sulfati, sulfidi i hloridi) razaraju beton. Soli azotne kiseline manje su tetne, dok su soli organskog porekla praktino bez tetnog uticaja na beton. Kuhinjska i industrijska so deluju korozivno na beton i armaturu. Masna ulja i masti kode betonu, jer masne kiseline sa kreom iz cementa stvaraju lako rastvorljiva jedinjenja. Alkoholi su nekodljivi za beton. Korozija betona manifestuje se: pojavom prslina, padom vrstoe, gubitkom mase, pojavom bubrenja i mrlja od korozije, slabljenjem armature i dr. Kod betona razlikuju se tri glavne vrste korozije: Prva vrsta korozije javlja se usled rastvaranja sastojaka betona. Najrastvorljiviji sastojak betona (cementa) je kalcijum hidroksid Ca(OH)2. Druga vrsta korozije betona javlja se usled reakcije izmeu vodenih rastvora i sastojaka betona. Proizvodi takve reakcije se lako rastvaraju i voda ih odnosi ili se izdvajaju u amorfnom obliku bez sposobnosti vezivanja. Kod korozije ove vrste karakteristine su reakcije koje se deavaju u cementu u prisustvu kiselina (sumporna, hlorovodonina i dr.) i kiselih soli (magnezijum sulfat, kalcijum sulfat, natrijum sulfat). Npr., u

20 hemijskoj reakciji magnezijum sulfata ili magnezijum hlorida sa kalcijum oksidom iz cementa nastaje magnezijum hidroksid, koji se kao meka elatinozna masa taloi izmeu zrnaca peska. Trea vrsta korozije betona nastaje tako to se iz vode izdvajaju teko rastvorljiva jedinjenja, koja kristaliu u porama betona. Kristali koji tako nastaju imaju veu zapreminu od zapremina pora, te vre pritisak na zidove pora i razaraju beton. Ovu vrstu korozije izazivaju sulfatne vode (sa sadrajem kalcijum sulfatagipsa i drugih sulfata). Pri reakcije izmeu kalcijum sulfata iz vode i trikalcijum aluminata (C3A) iz cementa nastaje trikalcijum sulfo aluminat, ija se zapremina poveava 2,5 puta apsorbovanjem vode. Usled toga dolazi do bubrenje betona, koje moe izazvati razaranje betona. Vizuelni znakovi razaranja betona korozijom su: erozija, ljutenje, mrvljenje, omekavanje, pucanje, korozija armature i dr. Korozija betona moe se spreiti ili ublaiti ako se na vreme primene odgovarajue predupredne i zatitne mere. Predupredne mere zatite od korozije betona svode se na: upotrebu cemenata otpornih prema koroziji (cementi sa dodacima, sulfatnootporni cementi), upotrebu kamenih agregata otpornih prema alkalijama, spravljanje to kompaktnijeg-homogenijeg betona i dr. Ukoliko se ne primene navedene mere pri spravljanju betona, kao mera zatite ostaje primena povrinske obrade ovrslog betona, korienjem premaza od bitumena, katrana, epoksi smola i drugih materijala. 3.6. BETONSKI I ARMIRANO-BETONSKI PROIZVODI Betonski i armirano-betonski proizvodi obuhvataju razliite graevinske i rudarske konstrukcione elemente, koji se izrauju u fabrikama betona. Za izradu ovih proizvoda najee se koristi portland cement visokih klasa i neto sitniji agregat. Ugradnja betonske smee u kalupe ili oplate vri se uz pomo mehanikog nabijanja, vibriranja, presovanja ili centrifugiranja, zavisno od vrste proizvoda. Ovravanje betonskih i armirano-betonskih proizvoda pri sobnoj temperaturi je srazmerno sporo i neracionalno. Proces ovravanja moe se ubrzati primenom povienih temperatura, pri emu se ovravanje betona mora odvijati u vlanoj sredini. Time se spreava isparavanje vode usled zagrevanja betona i osigurava odvijanje hidratacije cementa. Zaparavanje betona je postupak termikog tretiranja koji se izvodi u uslovima normalnog atmosferskog pritiska. Proces zaparavanja betonskih elemenata izvodi se u specijalnim komorama ili tunelima (v. sl. 19.). Betonski elementi se izlau dejstvu pare zagrejane do temperature od 70-900C. Komore za zaparavanje betona pri normalnom atmosferskom pritisku, snadbevene su poklopcem ili vratima kojima se mogu hermetiki zatvoriti. Gotovi betonski elementi dostavljaju se u komoru pomou dizalice ili se uvoze na vagovetima. Za zaparavanje proizvoda od portland cementa primenjuje se zasiena para temperature 60-650C, a za proizvode od metalurkog cementa temperature 70-800C. Zasienost pare treba da je 100%, to se postie dovoenjem pare u komoru pod niskim pritiskom (do 0,7bara). Ukoliko se koristi para visokog pritiska, potrebno ju je prethodno propustiti kroz vodu radi vlaenja. Reim zaparavanja (temperatura, vreme i dr.) podeava se tako da se zaparavanje obavi u jednoj radnoj smeni. Postignuta vrstoa betonskih prizvoda nakon zaparavanja kree se izmeu 40 i 100% vrstoe postignute ovravanjem u normalnim uslovima od 28 dana. Po zavretku procesa zaparavanja elementi se vade iz kalupa i iznose na otvoreni prostor, gde se produava ovravanje betona pod uobiajenim uslovima. Sl. 19. Termika obrada betonskih i armirano-betonskih proizvoda: 1)perforirana cev; 2)vodena para; 3)povratna cev; 4)voda; 5)termometar; 6)kontaktni kondezator; 7)poklopac Znatno bre ovravanje betona ostvaruje se primenom postupka autoklaviranja, kod koga se betonski delovi izlau delovanju vodene pare visoke temperature (oko 1800C) i poveanog pritiska (do 10bara). Autoklaviranjem se za kratko vreme postiu vrlo visoke pritisne vrstoe. Tako na primer, pri pritisku od 10bara i temperaturi od 1800C ve nakon dva sata dobija se ovrsli beton sa pritisnom vrstoom od oko 40MPa. Postupak autoklaviranja se ipak ne primenjuje iroko, zbog velikih proizvodnih trokova. Fabriki izraeni betonski i armirano-betonski elementi koriste se u rudarstvu za izradu podgrada svih oblika, noseih greda, stubova, ploa, lukova, kao i mnogih drugih montanih elemenata. Na sl. 21. prikazan je hodnik podgraen betonskim blokovima, a na sl. 24. luna montana betonska podgrada. Sl. 21. Podgrada hodnika od betonskih blokova: 1)blokovi; 2)fuge izmeu blokova ili drveni umeci; 3)zalog Sl. 24. Armirano-betonski montani elementi potkoviaste podgrade: E1-E4 montani elementi

21

DRVO

1. OPTE OSOBINE DRVETA Drvo je bilo prvi materijal koje se koristilo za podgraivanje podzemnih rudarskih prostorija u cilju spreavanja njihovog zaruavanja. Drvo je i danas jedan od najznaajnijih rudarskih podgradnih materijala, mada ga u poslednje vreme zamenjuju savremeniji konstrukcioni materijali (elici, betoni, plastini materijali i dr.). iroka primena drveta uslovljena je njegovim dobrim mehanikim karakteristikama pri srazmerno maloj zapreminskoj masi. Odlikuje se niskom toplotnom provodljivou, dobrom otpornou prema mrazu, lakoom obrade, zadovoljavajuom otpornou prema agresivnim hemijskim supstancama i dr. Nedostaci drveta kao konstrukcionog materijala su nehomogenost grae, anizotropnost svojstava, higroskopnost, laka zapaljivost, mala trajnost, sklonos ka truljenju i dr. Osobine drveta zavise od vrste drveta, uslova rasta, starosti, naina skladitenja i dr. Ovi inioci naroito utiu na vrstou, elastinost, trajnost i sklonost ka truljenju (osobine koje su od izuzetnog znaaja za primenu drveta u rudarstvu). U zavisnosti od stepena prerade, materijali na bazi drveta dele se na: obinu drvenu grau koja se dobija putem mehanike obrade prirodnog drveta; materijali od drveta koji se dobijaju primenom naroitih industrijskih postupaka (furniri, per-ploe, panel-ploe, lamelarna drvena graa i dr.); sintetiki materijali koji se dobijaju na bazi drveta tzv. dubokom preradom drveta, pri emu se mogu koristiti svi elemenati drveta, ak i kora. S obzirom da se u rudarstvu najvie koriste obina i rezana graa, to se preraeni materijali na bazi drveta nee obraivati u ovom udbeniku. 1.1. HEMIJSKI SASTAV DRVETA Drvo koje se koristi u graevinarstvu, rudarstvu i drugim grana, uglavnom se sastoji od organskih sagorljivih elemenata celuloze (C6H10O5) i lignina. Sporedni sastojci su: skrob, tanin, smole, ulja, eer, belanevine, voda i dr. Sadraj vode svojstven je svakom drvetu. Sirovo drvo sadri 35-50% vode, a suvo drvo 12-20%, zavisno od vrste i stepena suenja. Zastupljenost pojedinih sastojaka je: celuloza i lignin .................................... do 80%, voda (hemijski vezana) ....................... cca 17%, smole, ulja, skrob, tanin ........................ cca 3%. Prosean sadraj pojedinih hemijskih elemenata u apsolutno suvom drvetu je: 49%C; 44%O+N; 6%H; i 1%Ca u obliku mineralnih soli. Nesagorljiva neorganska jedinjenja, koja po sagorevanju drveta ostaju kao pepeo, sastoje se uglavnom od karbonata kalcijuma, kalijuma, natrijuma, magnezijuma i dr. 1.2. FIZIKA SVOJSTVA DRVETA U fizika svojstva drveta spadaju: vlanost, higroskopnost, specifina masa, zapreminska masa i dr. Vlanost drveta definisana je koliinom vode koju drvo sadri. Voda (vlaga) u drvetu moe da bude slobodna i vezana. Slobodna voda se kree kroz sudove drvne mase i ima je onoliko koliko ima upljina u drvnoj masi. Vezana voda deli se na adhezionu i konstitucionu. Adheziona voda natapa sudove i vlakna drveta i to je fiziki vezana voda. Konstituciona voda je hemijski vezana voda, npr. ova voda je konstitucioni element celuloze i drugih sastojaka. Ovu vodu nije mogue odstraniti iz drveta postupcima isuivanja. Prilikom suenja iz svee poseenog drveta prvo ispari slobodna voda, najpre iz povrinskih slojeva, a zatim iz unutranjosti drvne mase. Nakon toga dolazi do isparavanja adhezione vezane vode. Prema JUS-u razlikuju se sledei stepeni vlanosti drveta: sirovo drvo vlanosti vee od 30%; polusuvo drvo vlanosti cca. 30% (ne sadri slobodnu vodu); prosueno drvo vlanosti najvie 22%; isueno drvo vlanosti od 6-12%; i suvo drvo vlanosti cca. 0%.

22 Odreivanje vlanosti drveta vri se postupkom merenja masa vlanih i potpuno suvih uzoraka, pri emu se suenje vri na temperaturi od 100-1050C. Higroskopnost je osobina drveta da se sadraj vlage u drvetu menja u zavisnosti od relativne vlage i temperature vazduha. Primanjem vlage drvo podeava dimanzije i zapreminu, a suenjem dolazi do smanjenja i skupljanja drveta. Promena vlanosti drveta od 0-30% prati poveanje dimenzija i zapremine, dok pri vlanosti iznad 30% dimenzije i zapremina drveta praktino se ne menjaju. Najmanje promene dimenzija su u pravcu ose drveta (0,1-0,5%), znatno vee u radijalnom smeru (34%) i najvee u tangencijalnom smeru (do 8%). Deformisanje drveta usled skupljanja i bubrenja prikazano je na sl. 3. Sl. 3. Deformisanje drveta usled skupljanja i bubrenja Specifina masa drvne supstance je nezavisna od vrste drveta i iznosi cca. 1560kg/m3. Zapreminska masa drveta zavisi od vrste drveta, njegove strukture i poroznosti. Sa poveanjem vlanosti drveta zapreminska masa raste. Zapreminska masa suvog drveta je manja od 1000kg/m3 i kod evropskih vrsta drveta kree se izmeu 400-600kg/m3. Odreuje se pri standardnoj vlanosti od 15%. U tabeli 1. prikazane su prosene zapreminske mase pojedinih vrsta drveta u funkciji vlanosti H. Tabela 1. Zapreminske mase drveta u funkciji vlanosti Zapreminska masa, kg/m3 Vrsta drveta H 30% H 15-20% H 15% Bor 700 520 490 Jela 1100 450 410 Smreka 730 470 430 Hrast 1010 690 650 Bukva 1070 720 690 Kao materijal vlaknaste i porozne strukture drvo karakterie vrlo niska toplotna provodljivost, koja je oko dva puta manja od toplotne provodljivosti elika i betona. 1.3. MEHANIKA SVOJSTVA DRVETA Mehanike karakteristike drveta su: vrstoa, tvrdoa, elastinost i ilavost (dinamika vrstoa). vrstoa drveta zavisi od vrste drveta, stepena vlanosti, pravilnosti grae, naina optereenja (paralelno ili upravno na vlakna) i dr. Od mehanikih vrstoa najee se ispituju sledee: pritisna vrstoa pralelno i upravno na vlakna; zatezna vrstoa paralelno i upravno na vlakna; vrstoa pri savijanju; vrstoa pri smicanju; dinamika vrstoa - ilavost. vrstoe paralelno vlaknima znatno su vee od vrstoa upravno na vlakna. vrstoa pri zatezanju u pravcu vlakana je 20-30 puta vea od zatezne vrstoe upravno va vlakna, ili vrstoa na pritisak u pravcu vlakana je 5-10 puta vea od pritisne vrstoe upravno na vlakna. Nain ispitivanja mehanikih vrstoa drveta detaljno je obraen u Praktikumu - Metode ispitivanja. Zavisnost izmeu vlanosti i vrstoe drveta data je na sl. 4. Sl. 4. Zavisnost izmeu vlanosti i vrstoe drveta vrstoa je najvea za vlanost H=0% i ima vrednost max. Sa porastom vlanosti vrstoa postepeno opada sve do vlanosti H30%, kada se dobija i najnia verdnost vrstoe min. Elastinost je karakteristika koja j