Predavanje 10

GRAEVINSKI KREKre je jedan od najstarijih graevinskih materijala. Pomjean sa pijeskom, koristio se prije oko 5000 godina kao vezivni materijal. Prema odreenim historijskim podacima proizvodnja krea je poela sa razvojem civilizacije na otoku Kritu, vjetina pravljenja krea je sa Krita prenesena u antiku Grku, a zatim iz nje u Rim, gdje je dostigla svoj vrhunac za vrijeme Rimskog carstva.Danas se koristi u graevinarstvu kao komponenta: raznih vrsta maltera za zidanje i maltera za malterisanje spoljanjih i unutranjih povrina, boja za kreenje i kreno-silikatnih materijala (kreno-silikatna opeka i blokovi od gas i peno betona).Graevinski kre spada u grupu nehidraulinih mineralnih veziva.Dobijanje graevinskog kreaGraevinski kre se dobija peenjem krenjakih (CaCO3) stijenskih materijala na temperaturama oko 900-1000C. Poto u sirovini preovlauje kalcijum karbonat, osnovna reakcija koja se javlja u toku peenja je:CaCO3 CaO + CO2Proizvod koji se dobija zove se kalcijumoksid ili negaeni (ivi) kre, bijele boje je i dosta je porozan jer se prilikom peenja krenjaka oslobaa velika koliina ugljendioksida (44%).Ukoliko krenjak sadri i dolomit (MgCO3), pored kalcijumoksida u peenim komadima nai e se magnezijumoksid (MgO).Prema vaeim standardima u graevinskom kreu treba da bude: najmanje 85% (CaO+MgO), pri tome najvie 8% MgO.Ako je sadraj MgO vei od 8%, takav kre se deklarie kao dolomitni graevinski kre.Tehnoloki proces proizvodnje krea sastoji se iz : eksploatacije krenjaka u kamenolomu, pripreme sirovine za peenje (usitnjavanje i separacija do komada veliine 820 cm, ienje od jalovine) i peenja, najee u vertikalnim - ahtnim peima a mogu se koristiti i rotacione pei (u tom sluaju sirovina mora biti jo sitnija).Na slici 1 je prikazana jedna klasina vertikalna pe sa neprekidnim radom i mjeovitim loenjem. Sirovina i gorivo (ugalj) ubacuju se odozgo u pe, pomou mehanikog ureaja. Na ovaj nain sirovina, idui od vrha prema dnu prolazi kroz zone zagrijavanja, peenja i hlaenja. Vazduh se pomou specijalnih ventilatora uduvava u pe sa donje strane i u zoni hlaenja djelimino hladi peeni kre. Dim i gasovi koji se stvaraju prilikom peenja krenjaka, podiu se u gornji dio pei gdje sue i djelimino zagrijavaju sirovinu i gorivo i konano izlaze kroz dimnjak. Peeni kre vadi se iz pei pomou posebnih ureaja. Ova vrsta pei ima najmanji utroak goriva, ali daje finalni proizvod (ivi kre) manje istoe.Vertikalna pe sa bonim loenjem (slika 2) na vrsto gorivo, predstavlja veliki napredak u tehnologiji dobijanja ivog krea. U ovim peima krenjak nije u direktnom dodiru sa vrstim gorivom (kao u prvom sluaju!), ve samo sa vrelim gasovima, tako da je finalni proizvod mnogo istiji ivi kre.Dobijeni proizvod naziva se ivi kre u komadima.

Slika 1 - Vertikalna "ahtna" pe na Slika 2 - Vertikalna "ahtna" pe sa mjeovito gorivo bonim loenjemU industrijskim uslovima proces razlaganja krenjaka (dekarbonatizacije) poinje na temperaturi od cca 6000C, a njegovo potpuno razlaganje se dogaa na temperaturi od cca 9000C. U praksi se u industrijskim peima krenjak pee na temperaturama izmeu 1000 i 12000C.Peenjem krenjaka na temperaturama niim od potrebnih, dobija se proizvod koji je nepotpuno dekarbonatiziran, odnosno proizvod koji ima veliku koliinu nerazloenog CaCO3 (nepeenih dijelova).Suprotno, ako je temperatura peenja bila previsoka i vrijeme peenja bilo due od obinog, dobija se "tvrdo" peeni kre, koji ima daleko manju hemijsku reaktivnost pri hidtrataciji, odnosno dobija se kre koji se teko gasi. Iz navedenih razloga se koliina nepeenih i prepeenih dijelova u kreu ograniava.Gaenje ivog kreaKada se ivi kre (kalcijumoksid) pomijea sa vodom doi e do gaenja krea, odnosno do hemijske reakcije:CaO + H2O = Ca(OH)2 + qProizvod ove hemijske reakcije je Ca(OH)2 - kalcijumhidroksid ili gaeni kre.Prilikom gaenja krea oslobaa se velika koliina toplote, tako da dolazi do isparavanja jednog dijela vode i izgleda kao da kre kipi, a takoe se i komadi krea raspadaju na sitne estice veliine oko 0.001mm.Osnovna osobina gaenog krea je vrlo velika specifina povrina koja uslovljava sposobnost zadravanja vode i izuzetnu plastinost krenog tijesta. Nakon mijeanja sa vodom, svaka estica se obavija tankim filmom adsorbovane vode, koji ima ulogu hidrodinamikog podmazivaa. Na taj nain dobija se velika plastinost krenog tijesta, koja je neobino vana prilikom spravljanja raznih vrsta maltera.Teorijski potrebna koliina vode za prelazak cijele koliine CaO u Ca(OH)2 je 32% u odnosu na masu krea, a stvarna koliina vode kree se izmeu 60 i 80%, prije svega zbog isparavanja vode usljed oslobaanja velike koliine toplote i prisustva drugih jedinjenja (primjesa).

U zavisnosti od koliine vode koja se upotrijebi za gaenje ivog krea, razlikuju se sljedee vrste gaenog krea: hidratisani kre u prahu (nakon hemijske reakcije nema slobodne vode) kreno testo (nakon hemijske reakcije preostaje 30-40% slobodne vode u odnosu na koliinu hemijski vezane vode).Kreno tijesto se moe dobiti i dodavanjem hidratisnog krea u prahu u vodu. Ukoliko se krenom tijestu doda jo vode, u zavisnosti od njene koliine dobie se kreno mlijeko ili krena voda.Posebnu tehnologiju gaenja ivog krea predstavlja gaenje krea u vazdunoj sredini sa poveanim sadrajem vlage. Ovaj postupak "suhog gaenja" potie jo iz vremena antikog Rima. Ovakvim postupkom gaenja krea (koji traje od nekoliko mjeseci do nekoliko godina!) dobijan je kre izvanrednih svojstava sa kojim su izvedeni i danas ouvani objekti iz antikog Rima.Gaenje ivog krea moe se izvriti na dva naina: industrijskim postupkom, ime se postie ubrzanje procesa gaenja, dobijeni proizvod je hidratisani kre u prahu i u plitkim drvenim posudama, iji je proizvod kreno tijesto, koje se cijedi kroz reetku i sipa u tzv. krenu jamu da "odlei" najmanje dijve nedjelje, kako bi se gaenje krea u potpunosti obavilo.U praksi se esto koristi i pojam izdanosti krea, koji se odreuje pomou izraza:

gdje je: Vg - zapremina gaenog krea, m3 , a M - masa ivog krea, kg.Vrednost parametra "i" za graevinske radove treba da se kree izmeu 2 i 2.5-10-3, to znai da je za 1 m3 gaenog krea potrebno 400 - 500 kg negaenog krea.Kreno tijesto koje sadri nehidratisane dijelove, ne smije se koristiti za spravljanje maltera poto kasnije, u ovrslom stanju dovodi do oteenja maltera i zidova. Naime, tokom vremena, CaO reaguje sa vlagom i prelazi u Ca(OH)2 i tom prilikom poveava svoju zapreminu to dovodi do lokalnih oteenja maltera i pojave tzv. kokica.Prepeeni dijelovi krea sporo se gase i postoji opasnost od njihovog gaenja u ovrslom malteru, zbog toga se kao uslov kvaliteta krea propisuje da koliina prepeenih dijelova, krupnijih od 0.6mm, mora biti manja od 10%.Ovravanje kreaProces ovravaja krea u malterima, na obinim temperaturama odvija se u vremenskom periodu koji traje od nekoliko dana do nekoliko godina. Ovravanje se odvija na sljedee naine: suenjem krenog tijesta (maltera), usljed ega dolazi do zbliavanja estica Ca(OH)2 i njihovog srastanja, kristalizacijom Ca(OH)2 i karbonizacijom, koja se odvija po hemijskoj reakciji:Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2OObrazovani CaCO3 srauje sa esticama (kristalima) Ca(OH)2, to dovodi do poveanja vrstoe maltera. Prilikom odvijanja procesa karbonizacije, izdvaja se voda. Vetakim suenjem povrine zidova proces karbonizacije se moe znatno ubrzati.Isparavanje vode i karbonizacija odvijaju se veoma sporo i neravnomjerno, naroito karbonizacija koja zahvata samo povrinske slojeve (to se objanjava malom koncetracijom ugljendioksida u vazduhu (0.03%) i velikom kompaktnou obrazovanog povrinskog sloja CaCO3, koji oteava prodiranje CO2 u unutranje dijelove maltera). Dodavanjem sitnozrnog punioca (npr. pijeska) u kreno tijesto poveae se meuzrnska poroznost i na taj nain ubrzati proces karbonizacije.Kreni malter ne moe da ovrava u vodi, ali ovrsli, karbonatizovani kreni malter je postojan u vodi i zapreminski je slabo osjetljiv pri naizmjeninom vlaenju i suenju.vrstoa krenog maltera je mala (oko 1MPa) i poveava se procesom karbonizacije.

Vrste graevinskog krea1.Negaeni - ivi kre: Negaeni (ivi) kre u komadima - proizvod koji se dobija na izlazu iz pei, sastoji se preteno iz CaO. Komadi (grumenje) negaenog krea su higroskopni i zbog toga ih treba uvati od vlage ili to pre zagasiti. Koristi se za dobijanje drugih vrsta krea (negaeni mleveni kre, hidratisani kre). to se tie uslova kvaliteta, za ovu vrste krea, osim sadraja CaO i MgO, propisuje se: sadraj nepeenih delova izraen preko sadraja CO2 treba da bude manji od 5% (7%). sadraj primesa izraen preko gubitka mase arenjem na 1000C mora biti manji od 5.5%. Negaeni (ivi) mleveni kre - dobija se mlevenjem prethodne vrste krea do odreene finoe. Finoa mlevenog krea treba da je takva da na situ otvora 0.6mm nema ostatka (ili max 0.5%), a da ostatak na situ 0.09mm iznosi max 10%. To je vrlo higroskopan materijal i treba ga uvati od vlage. Isporuuje se u vreama od 50 kg i koristi se za dobijanje krenog testa, kre-silikatnih opeka i elijastih betona. Uslovi kvaliteta su isti kao i kod negaenog krea u komadima.2. Gaeni kre: Hidratisani kre - je gaeni kre u prahu. Dobija se gaenjem CaO industrijskim putem sa dovoljnom koliinom vode da bi se zadovoljio njegov hemijski afinitet prema vodi u uslovima hidratacije. To je prah bele boje koji se sastoji preteno od Ca(OH)2. Dodatni uslovi kvaliteta po pitanju hemijskog sastava su: sadraj CO2: za uzorak iz prizvodnje, max 5%, a za uzorke uzete sa drugih mesta najvie 7%. Razlikom od 5 do 7% procenata obuhvaen je proces karbonizacije Ca(OH)2 u toku skladitenja materijala. sadraj slobodne vode: max 5%.estice hidratisanog krea treba da su tako sitne da na situ otvora 0.6mm nema ostatka (ili max 0.5%), a da ostatak na situ 0.09mm iznosi max 10%.Ova vrsta krea se najvie koristi u graevinarstvu. U visokogradnji se koristi za izradu raznih vrsta maltera i za proizvodnju kre-silikatnih opeka. U niskogradnji se koristi za izradu stabilizacija za tlo. Na gradilita se isporuuje u vreama od 50kg. Kreno testo - je gaeni kre plastine konzistencije, dobijen gaenjem ivog krea u komadu ili mlevenog ivog krea sa koliinom vode koja je dovoljna da se postigne plastina konzistencija. Sastoji se preteno od Ca(OH)2. Moe se dobiti i dodavanjem u vodu hidratisanog krea.

Hidraulini kreHidraulini kre se definie kao nesinterovano hidraulino vezivo, koje se po svojstvima nalazi izmeu graevinskog krea i cementa. Hidraulini kre, osim baznih oksida, CaO i MgO, sadri i kisele okside (SiO2 (S), Al2O3(A) i Fe2O3(F)) koji su nosioci hidraulinih svojstava ovog veziva. Ukupan sadraj kiselih oksida u hidraulinom kreu ne prelazi 20%. Hidraulini kre ovrava na drugaiji nain od obinog graevinskog krea. Mehanizam ovravanja hidraulinog krea se opisuje na sledei nain: U prvoj fazi ovravanja gaeni kre (Ca(OH)2 ili CH) reaguje sa ugljendioksidom (CO2) iz vazduha i obrazuje se kalcijum karbonat (CaCO3). U drugoj fazi ovravanja hidrolizovani silikati, aluminati i feriti stupaju u hemijsku reakciju sa gaenim kreom (Ca(OH)2) obrazujui u vodi nerastvorljiva jedinjenja tipa CSH, CAH, CAFH, (H=H2O).Prema postupku proizvodnje razlikuju se: "hladni" hidraulini kre i "vrui" hidraulini kreHladni hidraulini kre je meavina hidratisanog krea i odgovarajuih koliina pucolana, topionikih zgura ili, po hemijskom sastavu slinih materijala.Vrui hidraulini kre se dobija peenjem odgovarajue sirovine na temperaturama niim od temperature sinterovanja.Hladni hidraulini kre je korien u graevinarstvu jo u starom veku. Koristili su ga rimljani, grci, egipani, mongoli i drugi narodi starih civilizacija. Rimljani su otkrili da se dodavanjem kreu usitnjene amorfne silicije, koje ima u vulkanskom pepelu i tufovima, dobija nova vrsta veziva koja reaguje sa vodom (hidratie), vezuje i ovrava na vazduhu i u vodi i postie viestruko vee vrstoe od gaenog krea. Neorganske materijale koje su dodavali gaenom kreu nazvali su jednim imenom "pucolani" po vulkanskom pepelu iz okoline mesta Puzzoli u napuljskom zalivu."Pucolane" su poznavali i drugi narodi: stari grci su santorinsku zemlju i samleveni erpi koristili za dobijanje hidraulinog krea, stari egipani su koristili samleveni erpi, a mongoli su gaenom kreu dodavali pustinjski pesak.Ovaj vezivni materijal su koristili za: spravljanje maltera za povezivanje kamenih blokova u temeljima pod vodom, za povezivanje kamenih blokova i opeka u nadzamnim delovima objekta i za spravljanje prvih vrsta betona koji je korien za graenje objekata i u obinoj i u morskoj vodi.Najpoznatiji objekti koji potiu iz ovog perioda, a sagraeni su sa hladnim hidraulinim kreom su: Koloseum u Rimu (sagraen 85. godine) Akvadukt Pont du Gard, koji su rimljani sagradili kod grada Nimesa, Francuska Trajanov most preko Dunava nizvodno od Kladova (sagraen 100. godine)Pod pucolanima se podrazumevaju neorganski materijali koji se preteno sastoje od amorfnog silicijumdioksida, koja se bre i lake rastvara od kristalnog ili kristalastog silicijumdioksida, pa stoga moe da reaguje sa kreom (Ca(OH)2) i vodom, ispoljavajui tzv. pucolansko svojstvo i obrazujui hidraulino vezivo. Naime, pucolani sami pomeani sa vodom nemaju hidraulino svojstvo, ve ga dobijaju u prisustvu krea (Ca(OH)2). Ova pojava je dobila naziv pucolansko svojstvo.Upotreba hladnog hidraulinog krea se gotovo ugasila negde oko V veka, da bi od XV veka opet poeo da se primenjuje, ali u znatno manjem obimu. Polovinom XVIII veka je John Smeaton sagradio veliki svetionik Eddistone na jugu Engleske i tom prilikom je koristio vezivo za malter od peenog krenjaka sa primesom gline i uz dodatak pucolana. Proizvod ustvari predstavlja "vrui hidraulini kre", vezivo devetnaestog veka, koga je potisnuo portland cement poetkom dvadesetog veka. Jedna od prvih fabrika za proizvodnju ove vrste hidraulinog krea poela je da radi 1818. godine u Nemoursu (Francuska). Vrui hidraulini kre se prodavao pod nazivom "Roman" cement, jer je podseao na antiko vezivo koje su koristili stari rimljani. (U Novom Sadu stubovi starog eleznikog mosta "Franca Joefa" napravljeni su od betona spravljenim sa Roman cementom.)Vrui hidraulini kre se dobija peenjem laporovitih krenjaka sa 6 do 20% gline, na temperaturi od 900 do 1000C. U toku procesa peenja, krenjak prelazi u kalcijumoksid, a glina se posle dehidratacije razlae na okside: SiO2, Al2O3 i Fe2O3, tako da se stvaraju nova jedinjenja: silikati, aluminati i feriti kalcijuma, koji se nazivaju minerali. Ovi minerali imaju sposobnost ovravanja i u vodi i na vazduhu. Poto ovaj proizvod sadri u sebi veliku koliinu negaenog krea, delimino se gasi vodom (obian hidraulini kre), ili se samo fino melje (hidraulini kre visoke otpornosti).U zavisnosti od procentualnog uea slobodnog krea u masi, hidraulini kre e imati jae ili slabije izraena hidraulina svojstva - to je sadraj slobodnog krea vei, hidraulina svojstva e biti slabije izraena.Hidraulini kre se koristi u vidu fino samlevenog praha, za dobijanje maltera za upotrebu u suvim i vlanim sredinama i za izradu betona niih mehanikih karakteristika. U naoj zemlji se danas ne proizvodi hidraulini kre. Ranije su se proizvodile tri klase hidraulinog krea u zavisnosti od ostvarenih mehanikih karakteristika (tabela 1). U dananje vreme ovaj kre se koristi pri obnovi kulturnoistorijskih spomenika tj u sluajevima gde je primena savremenih materijala neodgovarajua.

Kreno-silikatna opekaKreno-silikatna opeka je prvi put proizvedena i patentirana u Engleskoj 1866.godine. U Nemakoj je njena proizvodnja i primena zapoela krajem XIX veka.Pod kreno-silikatnom opekom podrazumeva se proizvod dobijen termikim tretiranjem pod pritiskom i u sredini zasienoj vodenom parom (autoklaviranjem) sirovih proizvoda napravljenih od smee kvarcnog peska, krea i vode.Za proizvodnju kreno-silikatnih opeka upotrebljavaju se ivi mleveni kre ili hidratisani kre, to zavisi od tehnolokog procesa proizvodnje sirovinskog maltera.Tehnoloki proces proizvodnje kreno-silikatne opeke zasniva se na ubrzanom ovravanju postupkom autoklaviranja sirovih proizvoda.Proces proizvodnje kreno-silikatnih opeka se sastoji iz sledeih osnovnih operacija: dozirajne sirovinskih komponenti, izrada sirovinske smee, transport sirovinske smee do prese za oblikovanje sirovih proizvoda, oblikovanje sirovih proizvoda presovanjem, slagajne oblikovanih sirovih proizvoda na vagonete za autoklaviranje autoklaviranje oblikovanih sirovih proizvoda i sortiranje i uskladitenje gotovih proizvoda.Dispozicija postrojenja za proizvodnju kreno-silikatnih opeka prikazana je na slici 3.Samo autoklaviranje se vri pod pritiskom od 12-16 bara u sredini zasienoj vodenom parom, u trajanju od 4 do 6 sati. Proces autoklaviranja je krai to je pritisak vei i obrnuto.Autoklavi su ureaji u kojima se moe ostvariti sredina zasiena vodenom parom, u kojoj istovremeno vladaju visoki pritisci i poviene temperature.

Slika 3 - Dispozicija postrojenja za proizvodnju kreno-silikatnih opeka(sirovina ivi mleveni kre)Prirodna boja kreno-silikatne opeke je bela, eventualno svetlo siva. Dodavanjem pigmenata mineralnog porekla mogu se proizvoditi opeke u svetlim pastelnim tonovima (ruiasta, plava, uta itd.). Poto se radi o pigmentima mineralnog porekla, dobijene boje su postojane tokom vremena.Na naem tritu se mogu nai sledei kreno-silikatni proizvodi: pune kreno-silikatne opeke, dimenzija 250x120x65 (55)mm uplje kreno-silikatne opeke, dimenzija 250x120x65 (55)mm uplji kreno-silikatni blokovi dimenzija:duina od 250 do 390mm irina od 120 do 190mmvisina od 120 do 240mm i elementi za oblaganje koji se dobijaju cepanjem kreno-silikatnih punih opeka.Osnovi asortiman kreno-silikatnih opeka prikazan je na slikama 4 i 5, a primena na slici 6.Osnovni uslovi kvaliteta nabrojanih kreno-silikatnih proizvoda, propisani su odgovarajuim standardom i obuhvataju: Odreeni stepen tanosti mera, oblika i izgleda, Zapreminsku masu, koja kree od 600 do 2200kg/m , pri emu fasadne kreno-silikatne opeke moraju imati najmanju zapreminsku masu od 1200kg/m , a fasadni kreno-silikatni blokovi 1000kg/m , Odgovarajuu marku opeke: Postojanost na mrazu (posle 50 ciklusa naizmeninog zamrzavanja i odmrzavanja ne smeju imati vidljiva oteenja)

Kreno silikatne opeke i blokovi koriste se za izradu fasadnih i nefasadnih noseih i nenoseih zidova. Elementi dobijeni cepanjem punih kreno-silikatnih opeka koriste se za oblaganje unutranjih i spoljanjih zidnih povrina.Kreno-silikatne opeke su graevinski materijali koji se ne odlikuju dobrim toplotno- izolacionim svojstvima. Po toplotno izolacionim svojstvima nalaze se izmeu opekarskih proizvoda od peene gline i betonskih prefabrikata. U zavisnosti od zapreminske mase koeficijenti toplotne provodljivosti iznose: za punu opeku 1=0.78 - 1.10 W/(mK) za uplju opeku 1=0.49 - 0.78 W/(mK)Relativni koeficijent otpora difuziji vodene pare zavisi, takoe, od zapreminske mase i iznosi: za punu opeku m=10 - 18 za uplju opeku m= 8 - 10 za uplji blok m= 7 - 8Upijanje vode kreno-silikatnih opeka se kree u granicama od 10 - 15%.