(Microsoft Word - CEMENTNE SIROVINE ure\360ena verzija_29 03_SBS)

INTERNACIONALNI UNIVERZITET TRAVNIKSAOBRAAJNI FAKULTET-CEMENT-

(SEMINARSKI RAD)

Graevinski materijali Profesor: dr.sc. Esad Halki Travnik, Januar 2013. Student: Admir Terzi

SADRAJ

1. UVOD..3

2. POVIJEST CEMENTA....3

3. O CEMENTU...4

4. VRSTE I SVOJSTVA SILIKATNOG CEMENTA...5

5. VRSTE I SVOJSTVA ALUMINATNOG CEMENTA.8

6. PROIZVODNJA CEMENTA.9

7. PRIMJENA.13

8. NALAZITA..13

9. ZAKLJUAK.16

10. POPIS LITERATURE17

11. POPIS SLIKA.181. UVOD

Cement je graevinski vezivni materijal dobiven usitnjavanjem i peenjem krenjaka i laporca u fini prah. Krenjak je sedimentna stijena sastavljena od minerala kalcita; osim toga moe sadravati i male koliine drugih minerala: gline, sporogelita, dijaspora, hidrargilita, limonita, hematita, kremena, cirkona, turmanlina i granita. Nastao je taloenjem. Lapor je mehanika sedimentna stijena, siva do ukasta smjesa nastala vrstim povezivanjem glina pomou vapnene otopine. Lapor je mjeavina gline I krenjaka. Cement se koristi za dobivanje mortova, buka i betona kada se mijea o odreenim omjerima sa pijeskom, tucanikom i vodom. Cement je zajedniki naziv za sva veziva s izrazito hidraulikim svojstvima, to znaci da veu i stvrdnjavaju u dodiru s vodom, svejedno da li se nalaze na zraku ili pod vodom, jer reakcijom s vodom daju stabilne ili netopljive produkte. CEMENT je prakasti materijal, koji pomijean s vodom, kemijskim reakcijama i prateim fizikalnim procesima prelazi u ovrsnulu cementnu pastu ili cementni kamen. Rije cement dolazi od latinskih rijeci caedare = lomiti i lapidem = kamen.

2. POVIJEST CEMENTA

Stari Rimljani su poznavali i koristili beton. Oko 300. godina prije nove ere betonom su izgraeni mnogi rimski putevi i toplice, Colosseum i Pantheon u Rimu, kao i akvedukt Pont du Gard u junoj Francuskoj. Rimljani su otkrili da je cementa postojan pod vodom te je koriten za izgradnju luke. Cement je pravljen dodavanjem drobljenog vulkanskog pepela u vapno, kasnije nazvan "pozzolanic" cement, po mjestu Pozzuoli u blizini Vesuvius. U podrujima kao to su Velika Britanija, gdje nema vulkanskog pepela, drobljena opeka ili crijep je koriten kao zamjena. Rimljani su, dakle, vjerojatno prvi otkrili svojstva cementnih materijala.

Uz Rimljane, i Grci su koristili kalcinirani vapnenac, a poslije su dodavali vapno i vodu, pijesak i lomljeni kamen ili opeku i lomljeni crijep, te se to smatra jednim od prvih betona u povijesti. Marko Vitruvije Pollio, rimski arhitekt i inenjer u 1. stoljeu prije Krista napisao je "Deset knjiga o arhitekturi"gdje otkriva povijesni uvid u drevne tehnologije te objanjava nastajanje betonskih podova. Velike srednjovjekovne katedrale, kao to su Durham, Lincoln i Rochester u Engleskoj i Chartresu i Rheims u Francuskoj, izgradili visoko kvalificirani zidari. Unato tome to nisu imali saznanja o tehnologiji kakvu danas posjeduju strunjaci,graevine su napravljene kvalitetno to

dokazuje njihovo postojanje sve do danas.Joseph Aspdin je 1824 g. patentiraomaterijal koji je u ovrslom stanju crvenkastoutom bojom odgovarao vrlo dobrom gra evinskom kamenu iz okolice Portlanda, a nazvao ga je Portland cement. Dok se Aspdin smatra izumiteljem Portland cementa, cement s Aspdin nije proizveden na dovoljno visokoj temperaturi da bi bio pretea modernogPortland cementa. Ipak, njegova je inovacija velika i taj razvoj se smatra napretkom. Aspdinov brod koji je prevozio barele cementa je potonuo kod otoka Sheppey u Kentu( Engleskoj). Velika koliina cementa je zavrila u moru te se stvrdnula, a te stvrdnute naslage se nalaze jo uvijek tamo.

Nekoliko godina kasnije, 1845., Isaac Johnson je napravio prvi moderni portland cement zagrijavanjem mjeavine krede i gline na mnogo viim temperaturama, slinim onima koje se koriste danas (1400-1500 C).

3. O CEMENTU

1)Cementi se prema svojem mineralnom sastavu dijele u dvije skupine:

silikatni cementi,

aluminatni cementi

Silikatni su oni cementi kod kojih su glavni minerali klinkera silikati, a prema sastavu se mogu podijeliti u podgrupe:

isti Portland cement,

Portland cement s dodacima,

pucolanski cement,

metalurki cement,

mijeani cement,

bijeli cement

Aluminatni cementi kao glavne minerale klinkera sadre kalcijeve aluminate.

2) Prema namjeni cementi se dijele na :cemente ope namjene u koje spada veina silikatnih cemenata

cemente posebne namjene ili specijalne cemente gdje spadaju

cementi niske topline hidratacije,

sulfatno otporni cementi,

bijeli cement,

aluminatni cementi

4. VRSTE I SVOJSTVA SILIKATNOG CEMENTA

Udio pojedinih sirovina u mjeavini odreuje nastajanje minerala klinkera (silikatni, aluminatni), a o sastavu klinkera i dodataka cementu ovise svojstva betona pri ugradnji. Minerali silikatnog sastava su:

Alit (3CaO SiO2) -je najzastupljeniji mineral silikatnog klinkera, kada reagira s vodom osloba a znatne koliine gaenog vapna (Ca(OH)2) i topline. Nakon 7 dana razvija potpunu vrstou.

Belit (2CaO SiO2) je drugi po redu najzastupljeniji mineral silikatnog sastava. Ima ista svojstva kao i alit ali su njegove karakteristike i ovrsnjivanje neto slabije izraene. Nakon 28 dana razvija potpunu vrstou.

Trikalcij aluminat (3CaO Al2O3) u kontaktu s vodom vrlo brzo hidratizira, to dovodi do smanjanja obradivosti betona, te je potrebno dodati gips kako bi se usporila hidratacija, prema reakciji:

3CaO Al2O3+ 3(CaSO4 2H2O)+aq 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O Pojavljuju se u kristalnom i amorfnom obliku.

Velika koliina trikalcij aluminata nije poeljna u cementu jer se osloba a velika koliina vode koje onda ostavljaju upljine u betonu. Aluminat dovodi do razvoja vrstoe unutar 24 sata.

Celit (4CaO Al2O3 Fe2O3) jednako pridonosi razvoju vrstoe kao i alit u svim periodima nastajanja ali nije bitan za konanu vrstou. Ako je potrebno smanjiti udio trikalcij aluminata dodaje se eljezna ruda u sirovinsko brano.Vapno (Ca(OH)2) osloba a se pri hidrataciji alita i belita ini 15-20 % mase

cementnog kamena. Reagiranjem odreene tvari s vapnom nastaju korozije betona. Dodatkom troske ili pucolana korozija betona se smanjuje.

isti portland cement sastoji je od minerala klinkera i dodatka gipsa.Portland cement s dodacima proizvodi se mljevenjem obinog portland klinkera uz dodatak gipsa i do 35% troske ili vapnenca. Ovaj cement je mnogo povoljniji za gradnju jer je otporan na sulfide. Dodatkom vapnenca smanjuje se propusnost betona.

Metalurki cement, pucolanski cement i mijeani cement se proizvode mljevenjem portlandskog klinkera uz dodatak vie od 35% troske, pucolana ili njihove mjeavine. Ovi cementi pokazuju izrazitu otpornost na kemijske utjecaje.

Bijeli cement je prema sastavu isti portland cement, a njegov se klinker proizvodi iz vapnenaca visoke istoe i kaolina (gline) bijele boje. vrst je, zbog bjeline se koristi u dekorativne svrhe.

Cementne sirovine, osim glavnih oksida (CaO, SiO2, Al2O3 i Fe2O3), sadre druge primjese u obliku minerala ili oksida. Pojavljuje se magnezijev oksid, kalcijev oksid, alkalije, te oksidi P2O5, TiO2 i BaO u vrlo malim koliinama.

Slika 1 Sulfatna korozija cementnog kamena

Slika 2 Klinker5. VRSTE I SVOJSTVA ALUMINATNOG CEMENTA

Aluminatni cement spada u specijalne cemente a proizvodi se mljevenjam klinkera, dobivenog taljenjem ili sinteriranjem. Kemijski i mineraloki se bitno razlikuje od silikatnog

cementa. Glavni mineral je monokalcijev aluminat (CA) kojeg sadri preko 45 %. Aluminatni cement se klasificira i oznaava prema udjelu aluminata. Osnovna oznaka je KAC to oznaava kalcij aluminatni cement. Nakon oznake KAC se upisuje brojka koja oznaava udio kalcijevog aluminata. Tri su osnovne skupine aluminatnog cementa:

- Cement sa niskim udjelom aluminata (npr. KAC 40),

- Cement sa srednjim udjelom aluminata (npr. KAC 50),

- Cement sa visokim udjelom aluminata (npr. KAC70).Cement sa niskim i srednjim udjelom aluminata proizvodi se iz vapnenca visoke istoe i boksita koji moe sadravati razliit udio eljezova oksida, pa se esto klasificira i kao cement s niskim sadrajem eljeza ili cement s visokim sadrajem eljeza. Cement sa visokim udjelom aluminata proizvodi se iz vapnenca visoke istoe i aluminijeva oksida, tj. glinice. Upotreba glinice umjesto boksita osigurava visoki udio aluminijeva oksida i nizak udio neistoa, eljeza i silicija. Ovaj cement se ne klasificira prema udjelu eljeza, jer je njegov udio zanemariv.

Svojstva aluminatnog cementa:

- Brzo stvrdnjavanje, 2-4 h

- Brzo postizanje vrstoe, unutar 24 h

- Dobra vatrostalna svojstva

- Velika otpornost na sulfate

- Otpornost na kiseline

- Velika otpornost na abraziju

- Niske temperature primjene do 10 C

Slika 3 Cement aluminatnog sastavaPrimjena aluminatnog cementa:

Koristi se u gra evinarstvu gdje postoje zahtjevi za brzim postizanjem vrstoe, pri proizvodnji vatrostalnih betona i blokova, vezivo na visokim temperaturama u kalupima na temperaturama (1200-1500C). Pri izradi samonivelirajuih podova, kao aditivi u PC i drugim gra evnim materijalima te obloge otporne na sulfate, kiseline, koroziju i abraziju.

6. PROIZVODNJA CEMENTA

Proces proizvodnje cementa ukljuuje pet faza:

Eksploatacija mineralnih sirovina

Priprema (oplemenjivanje i homogenizacija) mineralnih sirovina za proizvodnju klinkera

Mijeanje mineralnih sirovina i proizvodnja klinkera

Mljevenje klinkera i dodavanje aditiva

Pakiranje cementa

Eksploatacijom mineralne sirovine (najee vapnenca/krenjaka i lapora) dobiva se materijal irokog granulometrijskog sastava i nejednolikog hemijskog sastava. Veliina zrna moe se kretati od nekoliko milimetara pa do 1,5 ili vie metara, a hemijski sastav varira kako se prostorno mijenja sastav leita. Najee su kamenolomi povezani u proizvodni proces i drobilice se nalaze u sklopu postrojenja za proizvodnju cementa, ali postoje i sluajevi gdje je potrebno prethodno prilagoditi granulometrijski sastav na zrna veliine od 30 150 mm. Ujednaeni kemijski sastav mineralne sirovine vrlo je vaan za kvalitetu i svojstva cementa, stoga se mineralna sirovina pred homogenizira. Ovo se postie uzimanjem uzoraka iz minskih buotina radi hemijske analize, tako se dobivaju podaci o raspodjeli hemijskog sastava stijenske mase. Kod povoljnog rasporeda mineralnih supstanci u leitu, odminirana sirovina se moe homogenizirati ve pri utovaru i transportu. Ili se pak pred homogenizacija odvija na deponijama tako to se sirovina deponira vertikalno u slojevima a eksploatira horizontalno presijecajui slojeve. Ovako homogenizirani i granulometrijski obraeni materijal ini ulazni materijal postrojenja u proizvodnji cementa.

Daljnji proces se sastoji od mljevenja potrebnih sirovina na veliinu zrna tipino ispod 90 m, te doziranja i mijeanja istih sirovina, iji omjeri ovise o sastavu pojedine sirovine te vrste cementa koji se proizvodi. Iz ovako pripremljene mjeavine, na visokoj temperaturi (1400-1500 C) u rotacionoj peci nastaje klinker. Rotaciona pe je u osnovi elini cilindar promjera nekoliko metara i duine 50

200 metara, iznutra obloen visoko temperaturnim ciglama. Blago je nagnut na jednu stranu i na donjem kraju opremljen plamenikom, dok gornji kraj ini ulaz za sirovinu. Rotacija oko uzdune osi uzrokuje postupno gibanje materijala s vieg, hladnijeg kraja prema niem, gdje se na koncu isputa i

hladi. U rotacijskoj pei se odvija niz reakcija od kojih su neke vrlo kompleksne (evaporacijavolatila, kalcinacija, sinteriranje, taljenje, raspadanje postojeih minerala i formiranje novih, hla enje) a njihov produkt su granule klinkera, tamno sme e boje i veliine 1-25 mm.

Slika 4 Rotacijska pe za proizvodnju klinkeraDobiveni klinker se tada melje na dimenzije cementa uz istovremeno dodavanje gipsa i eventualno drugih dodataka. Kod suvremenog procesa proizvodnje cementa radi se o suhom postupku proizvodnje u rotacijskoj pei, s predgrijaem i predkalcinatorom. Sitne estice mljevene i mijeane sirovine u suhom stanju zagrijavaju se u tornju za predgrijavanje ili predgrijau. Predgrija je niz od

4 do 5 aerociklona gdje sirovinsko brano prolazi kroz protustruju vrueg zraka, stvorenu koristei toplinu pei i toplinu hla enja klinkera. Na taj nain je omoguen vrlo efikasan prijenos topline na estice sirovine, koja se pri tome djelomino kalcinira i osloba a od vlage prije ulaska u rotacijsku pe. Nakon izlaska iz pei klinker se hladi u ure aju za hla enje a toplina dobivena hla enjem se ponovno iskoritava u tornju za predgrijavanje. Najnovije dostignue u proizvodnji ovim postupkom je predkalcinator, ure aj koji funkcionira na istom principu kao i predgrija a nalazi se izme u predgrijaa i pei. Ovdje se uz dodatak goriva postiu vee temperature te se prije ulaska u pe

kalcinira 80-90 % sirovine.

Slika 5 Mlin za mljevenje klinkeraPostoje i drugi postupci proizvodnje cementa a razlikuju se upravo u gore opisanom segmentu (vrsta pei, predgrija i predkalcinator, vrsta hladnjaka te suho ili mokro stanje suspenzije). Prvi postupak proizvodnje cementa bio je mokri postupak, gdje suspenzija sirovine i vode ulazi neposredno u pe bez predgrijavanja, a prednost mu je bila tehnoloka jednostavnost mijeanja sirovina u obliku vodene suspenzije. Ovaj postupak se sve slabije koristi zbog male energetske uinkovitosti, jer se kod mokrog postupka se mnogo energije troi na evaporaciju vode iz suspenzije, a toplina iz peci i hla enja klinkera se ne 'reciklira' u tornju za predgrijavanje. Suvremeni postupci imaju znaajno veu energetsku uinkovitost. Osim rotacijskih pei, za proizvodnju cementa koriste se i vertikalne (ahtne) pei gdje nije potrebno mljevenje sirovine, ve samo drobljenje jer klinker nastaje taljenjem,

dok je kod rotacionih pei za nastanak klinkera dominantno sinterovanje1 sitnih mljevenih estica.

Vertikalne pei se koriste za proizvodnju nekih vrsta specijalnih cemenata, me u koje spada i aluminatni (naziva se jo taljenim ili boksitnim cementom).

1 Sinterovanje- je proces stvaranja adhezije me u esticama praha utjecajem visoke temperature ali ispod temperature taljenja (npr. sitno mljevene estice sirovina za proizvodnju cementa, na visokoj temperaturi u rotacijskoj pei, me usobno se povezuju i tako okrupnjuju tvorei klinker)

- 11 -

Slika 6 Vertikalna (ahtna) pe za proizvodnju cementa- 12 -

Slika 7 Proces proizvodnje cementa7. PRIMJENA

Koristi se za proizvodnju transportnih, pumpanih betona, za radove u cestogradnji i izradu cestovnih objekata, tunela, mostova i vijadukata, pri podzemnim radovima kod temeljenja, za izradu betonskih konstrukcija velikog presjeka i zapremnine, izradu raznih industrijskih podloga i glazura, izradu gotovih betonskih proizvoda i armiranog betona, izgradnju nosivih betonskih konstrukcija stambenih, poslovnih i industrijskih objekata, izradu betonskih konstrukcija u morskom okruenju, sastav morta za zidanje i bukanje.

8. NALAZITA U BiH Postoje dvije fabrike koje proizvode cement. Jedna se nalazi u Kaknju a druga u LukavcuFabrika cementa Lukavac d.d. vodei je proizvoa portland i zidarskog cementa u Bosni i Hercegovini. Privatizacijom u oktobru 2001. godine, FCL postaje lanicom ugledne poslovne grupacije Asamer iz Austrije. Fabrika cementa iz Lukavca sada je u 99-postotnom vlasnitvu kompanije Asamer Holding. Grupacija Asamer danas je lider u oblasti graevinskih materijala u srednjoj i istonoj Evropi. Sa istorijom dugom preko pola vijeka, kompanija Asamer je postala poslovni autoritet u proizvodnji ljunka, kamena, cementa, betona, te reciklai i oplemenjivanju mineralnih sirovina. U okviru Fabrike cementa Lukavac posluje samostalno preduzee Kamenolom Karabegovac d.o.o. sa sjeditem u Doboju. U kamenolomu se godinje proizvede oko 120.000 tona svih vrsta agregata potrebnih za proizvodnju betona, asfalta, eljeznikih zastora i kompletnog programa tamponskog materijala. Fabrika cementa Lukavac je i 50%-tni vlasnik Rudnika krenjaka Vijenac, industrijskog kamenoloma, koji pored FCL, krenjakom snabdijeva i druge fabrike u Lukavcu, a obezbjeuje i kamene agregate za spravljanje betona i donjih slojeva asfalta, kao i za nasipe. Geoloke rezerve ovog kamenoloma se procjenjuju na oko 350 400 miliona tonaFabrika cementa Kakanj

1974. Poinje izgradnja cementare u Kaknju. Investitor je GIK "Hidrogradnja" Sarajevo. U radovima uestvuje preko 1500 radnika iz preko 50 preduzea iz itave bive Jugoslavije i nekoliko stranih kompanija - "Uzinaexport" iz Rumunije, te "Pfister", "Claudius Peters" i "PHB" iz Njemake

Do izgradnje ove tvornice potrebe Bosne i Hercegovine za cementom podmirivane su iz udaljenih cementara i iz uvoza. Izgradnjom cementare u Kaknju ostvarene su velike utede, smanjeni su transportni trokovi u Bosni i Hercegovini, a u znaajnoj mjeri i odliv deviznih sredstava za cement. Ostvarena je i sigurnost u snabdijevanju trita cementom odlinog kvaliteta.

2000.god Kroz pilot-projekt velike privatizacije u Federaciji Bosne i Hercegovine veinski dio Tvornice cementa Kakanj na meunarodnom tenderu kupila njemaka kompanija HeidelbergCement. Ugovor o kupoprodaji izmeu Agencije za privatizaciju i HeidelbergCementa potpisan 21. jula 2000. godine. Tako je Tvornica cementa Kakanj postala lanicom jednog od najveih svjetskih proizvoaa graevinskog materijala HeidelbergCement Grupacije.

2005.god Okonan je jedan od najveih investicijskih projekata Tvornice cementa Kakanj - otvaranje novog kamenoloma, ime su osigurane sirovine za rad cementare u narednih 30 godine.Tvornica cementa Kakanj je danas proizvoa svjetske klase. Dosadanjim investicijama i onim koje e tek uslijediti osigurana je svijetla budunost za tvornicu i njene radnike, kao i izvanredna paleta graevinskih materijala vrhunske kvalitete za kupce, i konano isto i zdravo okruenje za stanovnike Kaknja.

9. ZAKLJUAK

Po proizvodnji cementa BiH je na 93 mjestu u svijetu sa oko 1.000 000 tona cementa godinje. Smatram da s obzirom na svoje mogunosti te na koliinu sirovina koje posjedujemo ta koliina moe biti I puno vea, dok s druge strane s obzirom na veliinu nae zemlje proizvodimo mnogo vie nego druge zemlje koje su povrinom znatno vee. Gledano sa ekoloke strane, proizvodnja cementa je imala 5 % utjecaja kod globalnog zatopljenja na svjetskoj razini. Mnoge zemlje svijeta koje ne posluju po odreenim standardima odlau sirovine na neprimjerena mjesta te time unitavaju okoli. U BiH postoje 2 fabrike koje se bave proizvodnjom cementa. To su Fabrika cementa Kakanj I Fabrika cementa Lukavac koji proizvode portland cement.10. POPIS LITERATURE

Chang, L.Y.L. 2001. Industrial mineralogy: Materials, Processes, and Uses. Prentice Hall; 1 edition, pp. 472.

Kogel, J.E., Trivedi, N.C., Barker, J.M., Krukowsk, S.T., 2006. Industrial Minerals & Rocks: Commodities, Markets, and Uses. Society for Mininig, Metallurgy and Exploration (SME), pp.

1548.

Markovi, S. 1998. Hrvatske mineralne sirovine. Institut za geoloka istraivanja, Zagreb, pp.

544.

Vrkljan, M. 2001. Mineralogija i Petrologija osnove i primjena. Rudarsko-Geoloko-Naftni fakultet, Zagreb, pp. 207. http://hr.wikipedia.org/wiki/Cement#Neke_vrste_portland_cementa_u_Hrvatskoj_prema_normi_ HRN_EN_197-1:2003http://www.understanding-cement.com/history.html http://www.grad.unizg.hr/_download/repository/7_predavanje-CEMENT.pdf http://bs.wikipedia.org/wiki/Spisak_dr%C5%BEava_po_proizvodnji_cementa http://www.poslovni.hr/tag/tvornice-i-proizvodnja-cementa-u-rh-13640.aspx SLIKE:

http://cementboardss.com/clinker-cement/ http://www.daviddarling.info/encyclopedia/C/AE_cement.html http://www.constructionweekonline.com/article-14256-qassim-cement-third-quarter-net-profit-rises-7/11. POPIS SLIKA

Slika 1 Sulfatna korozija cementnog kamena.................................................................................................. - 6 - Slika 2 Klinker ................................................................................................................................................... - 7 - Slika 3 Cement aluminatnog sastava............................................................................................................... - 8 - Slika 4 Rotacijska pe za proizvodnju klinkera .............................................................................................. - 10 - Slika 5 Mlin za mljevenje klinkera ................................................................................................................. - 11 - Slika 6 Vertikalna (ahtna) pe za proizvodnju cementa............................................................................... - 12 - Slika 7 Proces proizvodnje cementa............................................................................................................... - 13 -