MINERALNA VEZIVA, MALTERI I BETON

1. OPŠTI POJMOVI Mineralna veziva i betoni su vrlo važni konstrukcioni materijali u rudarstvu. Koriste se za izradu

podgradnih konstrukcija, brana, portala, kanala i mnogih drugih rudničkih objekata. Mineralna vezivi su materijali mineralnog porekla, koji imaju osobinu da izmešani sa vodom grade

kašu, koja fizičko-hemijskim procesima otvrdnjava i povećava čvrstoću. Beton je konstrukcioni materijal koji nastaje očvršćavanjem mešavine mineralnog veziva, kamenih

agregata i vode. Mineralna veziva i voda su aktivni sastojci betona, a kameni agregati pasivna komponenta koja služi za ispunu betonske mase bez hemijskog učešća.

2. MINERALNA VEZIVA Mineralna (neorganska) veziva su praškasti materijali koji pomešani sa vodom daju plastična testa

sposobna da otvrdnu i poprime svojstva kamena. Prelazeći iz stanja plastičnog testa u čvrsto stanje, mineralna veziva su sposobna da međusobno spoje zrna peska, šljunka, drobljenog kamena i dr. Primenjuju se za izradu maltera, betona i drugih veštačkih materijala.

Zavisno od sastava i osobina mineralna veziva se dele na tri glavne grupe: 1. Hidraulična veziva (portland cement, lafarž cement, hidraulični kreč i dr.). Mogu otvrdnuti i povećati

svoju čvrstoću kako na vazduhu tako i pod vodom. 2. Vazdušna veziva (kreč, gips, magnezitna veziva, vodeno-rastvorno staklo i dr.). Nisu postojana u

vodi pa mogu otvrdnuti i povećati čvrstoću samo na vazduhu. 3. Vatrostalna veziva (vatrostalna glina, šamot i dr.). Posle stvrdnjavanja na vazduhu mogu izdržati

visoku temperaturu.

2.1. HIDRAULIČNA VEZIVA Hidraulična veziva su složena jedinjenja kalcijum oksida CaO sa silicijum oksidom SiO2, aluminijum

oksidom Al2O3, gvožđa oksidom Fe2O3 i drugim primesama. Cementi su glavni prestavnici hidrauličnih veziva. Mogu otvrdnuti i povećati svoju čvrstoću kako na

vazduhu tako i pod vodom. Ove osobine cementa potiču od tzv. hidrauličnih faktora, koje sva hidraulična veziva sadrže u manjoj ili većoj količini.

2.1.1. Portland cement Portland cement je najvažnije hidraulično vezivo. To je prah zelenkaste boje. Higroskopan je pa ga

treba čuvati od vlage. Hemijski sastav portland cementa je: − CaO (vezan) ............................................ 62-67% − SiO2 .......................................................... 19-25% − Al2O3 ........................................................ 2-8% − Fe2O3 ........................................................ 1-5% − SO3 .............................................najviše 3,5-4,5% − CaO (slobodan).......................... najviše 2% − MgO ............................................ najviše 5% − alkalije (Na2O i K2O) .............................. 0,5-1,3%. Hemijski sastav znatno utiče na kvalitet i svojstva cementa, toplotu hidratacije, hemijsku otpornost i dr.

Prisustvo slobodnog CaO i MgO izaziva nepostojanost zapremine cementa. Prisustvo alkalija, koje potiču iz glinene komponente, utiče na povećanje čvrstoće cementa u prva 3 dana, dok u periodu posle 28 dana alkalije usporavaju porast čvrstoće cementa.

Mineralni sastav portland cementa čine sledeća jedinjenja: - trikalcijum silikat (alit), 3CaO . SiO2 (skraćeno C3S) ................45-60% - bikalcijum silikat (belit), 2CaO . SiO2 (skraćeno C2S).................20-30% - trikalcijum aluminat, 3CaO . Al2O3 (skraćeno C3A).......................4-12% - tetrakalcijum alumoferit, 4CaO . Al2O3 . Fe2O3 (skra.C4AF).........10-20%

Minerali-silikati učestvuju sa oko 75% u ukupnoj masi i njihova svojstva uglavnom određuju tehničke karakteristike portland cementa. Tako:

C3S - je nosilac svih bitnih osobina portland cementa, daje osnovnu čvrstoću cementu, stvrdnjava dosta brzo i razvija znatnu količinu hidratacione toplote.

2C2S - stvrdnjava veoma sporo, ali zato kasnije doprinosi porastu čvrstoće, razvija male količine

hidratacione toplote. C3A - vezuje veoma brzo, u roku od 24 sata postiže konačnu, ali srazmerno malu čvrstoću, razvija

znatne količine hidratacione toplote, povećava deformacije cementa i nije otporan prema sulfatnim vodama. C4AF - vezuje brzo, doprinosi čvrstoći i relativno je otporan prema sulfatnim vodama. Glavne fizičke i tehničke osobine portland cementa su: gustina, finoća mliva, vreme vezivanja, toplota

hidratacije, čvrstoća i stalnost zapremine. Sve ove karakteristike detaljno su obrađene u Praktikumu - Metode ispitivanja, zbog čega ćemo 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. Finoća mliva podešava se tako da pri prosejavanju ostatak na situ prečnika otvora 0,09mm, tj. 4900

rupica/cm2, ne bude veći od 10%. Ukoliko je cement finije mleven, ukupna površina zrnaca cementa je veća, pa prema tome brzina hidratacije i otvrdnjavanja je veća. Po pravilu ovi cementi traže i veću količinu vode.

Vezivanje je osobina portland cementa zamešanog sa vodom da počinje gubiti plastičnost i da posle određenog vremena očvrsne:

3CaO . SiO2 + 5H2O = 2CaO . SiO2 . 4H2O + Ca(OH)23CaO . Al2O3 + nH2O = 3CaO . Al2O3 . nH2O Hidratacija cementa je kompleksni fizičko-hemijski proces koji se dešava u cementnoj kaši u

vremenskom intervalu od 1-10 časova. Definiše se kao "početak i kraj vezivanja", nakon čega nastaje "period očvršćavanja" betona.

Početak vezivanja portland cementa ne sme da bude pre 60 minuta, a kraj vezivanja ne posle 10 časova.

Količina hidratacione toplote pri vezivanju i očvršćavanju je srazmerno velika kod 3CaO . Al2O3 i 3CaO . SiO2, dok je znatno manja kod 4CaO . Al2O3 . Fe2O3 i 2CaO . SiO2. Približno 1kg portland cementa u spravljenom betonu oslobodi 126-268kJ toplote u toku 28 dana, zavisno od klase cementa.

Čvrstoća-klasa cementa definiše se ostvarenim čvrstoćama na pritisak i savijanje dobijena pri ispitivanju tri prizmatične 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 zadrži zapreminu. Povećanje zapremine cementa manifestuje se kao bubrenje i nastaje usled loše fabrikacije (višak kreča, magnezijum oksida ili gipsa, grubo mlevenje, nepravilno pečenje itd.).

Otpornost prema hemijskim uticajima (kiseline, kisele soli, organska ulja i masti i dr.) je ograničena, naročito u početnom periodu očvršćavanja betona. Ove materije stupaju u reakciju sa slobodnim kalcijum oksidom ili trikalcijum aluminatom, gradeći soli koje se lako rastvaraju u vodi ili koje povećavaju zapreminu i razaraju beton (v. tačku !!! Korozija betona i zaštitne mere).

2.1.1.1. Dobijanje portland cementa Portland cement se dobija od prirodne ili veštačke mešavine krečnjaka i gline u određenoj razmeri (1

deo gline : 3 dela kalcijum karbonata). Prirodna mešavina krečnjaka i gline, pogodna za fabrikaciju portland cementa, poznata je kao cementni laporac, kod koga se sadržaj krečnjaka kreće od 60-80%.

U nedostatku cementnih laporaca kao sirovine za dobijanje portland cementa koriste se: krečnjaci, laporoviti krečnjaci, kreda, glina i glinoviti škriljci. Ovi sastojci se mešaju u odgovarajućim količinama, da bi se postigao potrebni odnos za fabrikaciju portland cementa.

Za ocenu sirovine, da li je podesna za fabrikaciju cementa, koristi se hidraulični modul koji predstavlja odnos masenih delova kalcijum oksida prema oksidima silicijuma, aluminijuma i gvožđa:

MCaO

SiO Al O Fe Oh = + += −

2 2 3 2 31 9 2 4, ,

Hidraulični modul pokazuje donju granicu kalcijum oksida u sirovini, ispod koje se ne sme ići. Za tačniju ocenu sirovine koristi se stepen zasićenja, koji pokazuje koliko najviše treba CaO da bi

hemijski vezao okside silicijuma, aluminijuma i gvožđa:

KCaO

SiO Al O Fe Oz = + +2 8 118 0 65100

2 2 3 2 3, , ,%

Najbolji cementni klinker ima stepen zasićenja 100%, ali obično se u praksi postiže 96% i manje. Dodaci za regulisanje vezivanja pri fabrikaciji cementa su: sadra (CaSO4

. 2H2O) ili anhidrit (CaSO4) ili njihove mešavine.

Postupak za proizvodnju cementa obuhvata: pripremu mineralne sirovine, pečenje sirovine do temperature sinterovanja 1350-14500C i mlevenje pečenog cementnog klinkera u sitan prah.

Tehnološki proces proizvodnje cementa počinje na kopovima sirovina: krečnjaka, gline ili laporca. Za proizvodnju portland cementa iz krečnjaka i gline koriste se dva tehnološka postupka: suvi i mokri

postupak (v.sl. 1).

3Priprema suvim postupkom sastoji se u usitnjavanju sirovina, tj. njihovom drobljenju i mlevenju

do praha, nakon čega sledi smeštanje krečnjačkog i glinenog brašna u posebne bunkere. Brašno iz bunkera se dozira u tačno definisanom odnosu, a zatim vlaži dodavanjem 10-12% vode (radi lakšeg pneumatskog transporta i smanjenja podizanja prašine). Ovlaženo sirovinsko brašno se ubacuje u rotacione peći i podvrgava pečenju.

Priprema mokrim postupkom primenjuje se u slučaju meke sirovine (meki krečnjaci), sa znatnim sadržajem vlage i tvrdih primesa, koje treba izdvojiti mlevenjem i muljanjem. U okviru mokrog postupka obe sirovinske komponente se prethodno usitnjavaju, pri čemu se glina nakon usitnjavanja meša sa oko 40% vode. Posle ovoga glinena kaša zajedno sa usitnjenim krečnjakom odlazi u mlin sa kuglama, gde se vrši fino usitnjavanje. Nakon ceđenja mešavine dobije se tzv. sirovinski mulj, koji se odlaže u naročite bazene u kojima se nastavlja mešanje u cilju homogenizacije mulja. Ovako pripremljeni mulj odvodi se u rotacine peći na pečenje.

Sl. 1. Tehnološki postupci proizvodnje cementa

Pečenje sirovine se vrši u kratkim ili dugim horizontalnim rotacionim pećima. Sirovina se peče do temperature sinterovanja 1350-14500C, koja je nešto niža od temperature topljenja. Pri pečenju sirovine najpre dolazi do isparavanja slobodne vode (do 1000C), zatim izdvajanja hemijski vezane vode iz glinene komponente (do 7500C). Na još višim temperaturama (910-14500C) komponente sirovine počinju da omekšavaju po površini, ali ne dolazi do njihovog topljenja, pošto je tačka topljenja mešavine krečnjak-glina viša od 14500C. S obzirom da se pečenjem krečnjaka dobija CaO, a da se glina nakon dehidratacije razlaže 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 peći sa obrtnim cilindrom za hlađenje pečenog cementnog klinkera.

Sl. 2. Horizontalna rotaciona peć za cement: 1)obrtni cilindar peći;

2)obrtni cilindar za hlađenje pečenog cementnog klinkera; 3)sirovina; 4)sprašeni ugalj za loženje; 5)mlaznice;

6)korišćenje vrelog vazduha; 7)transporter za pečeni klinker Horizontalna rotacina peć sastoji se od dugačkog (do 50m) blago nagnutog cilindra od čeličnih ploča, s

unutrašnjom oblogom od vatrostalnog materijala. Pripremljena sirovina ubacuje se na gornjem delu peći u obliku ovlaženog sirovinskog brašna ili gustog mulja. Prethodnim sušenjem i kalcinacijom sirovine pomoću vrelih dimnih gasova postiže se znatna ušteda u gorivu. Gorivo je sprašeni ugalj, zemni gas ili mazut. Pečeni proizvod na kraju dospeva u hladnjak. Posle hlađenja do oko 3000C, klinker se transportuje u silose gde odstoje 2-4 nedelje da bi se zaostali CaO pretvorio u gašeni kreč, uzimanjem vlage iz vazduha.

Portland cementni klinker dobijen pečenjem najpre se izdrobi u drobilici, a zatim melje u mlinu sa kuglama (v.sl. 3.) do krupnoće 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 brzovezujući portland cement, koji se srazmerno malo proizvodi i to samo u specijalne svrhe.

Dobijeni cementni prah mora da odleži u silosima najmanje 15 dana, iz kojih se otprema u vrećama od po 50kg ili u rastresitom stanju specijalnim kamion-cisternama.

Specifična masa portland cementa je najmanje 3000kg/m3, dok specifična površina varira od 2000-5000cm2/g u zavisnosti od finoće mliva.

Sl. 3. Detalj mlina sa kuglama za mlevenje cementnog klinkera

Najveće naše cementare su: Popovac, Beočin i Kosjerić.

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 označavaju njihove mehaničke 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

4Portland cement sa dodatkom zgure i pucolana PC nz mp k Metalurški cement M nz k Pucolanski cement P mp k

Tabela 3. Dodaci cemenatu Dodatak u % Oznaka cementa

Granulisane zgure Prirodnog ili veštačkog pucolana

Mešanog dodatka (granulisana zgura +

pucolan) PC k - - - PC 15z k najviše 15 - - PC 30z k više od 15 do 30 - - PC 15p k - najviše 15 - PC 30p k - više od 15 do 30 - PC 15d(z ili p) k - - najviše 15 PC 30d(z ili p) k - - više od 15 do 30M k više od 30 do 85 - - M p k više od 30 od 5 do 40 sadržaj zgure mora biti

veći od pucolana P k - više od 30 - gde je: PC - oznaka za portland cement, k - oznaka klase cementa, M - oznaka za metalurški cement, n - procenat zgure, P - oznaka za pucolanski cement, m - procenat pucolana, z - oznaka za zguru, p - oznaka za pucolan, d - mešani dodatak, (z ili p) - komponenta koja preovlađuje (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 čvrstoćama na pritisak i savijanje dobijene posle 28 dana i date su u tabeli 1.

Tabela 1. Minimalne čvrstoće na pritisak i savijanje portland cementa Minimalne čvrstoće u MPa

Klasa 1 dan 3 dana 7 dana 28 dana savojna pritisna savojna pritisna savojna pritisna savojna pritisna

25 - - - - 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 čvrstoće B* - cement sa bržim prirastom čvrstoće. Portland cement je najvažnija vrsta cemenata, pošto ona prestavlja osnov za dobijanje većine drugih

cemenata. U svetskim okvirima, od ukupne proizvodnje svih cemenata, na portland cement otpada oko 70%. Kod nas čist portland cement učestvuje 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 mešanim dodatkom PC 15d k, PC 30d k; − metalurški cement M k;

5− metalurški cement sa dodatkom pucolana M p k; i − pucolanski cement P k. Svojstva portland cemenata sa dodacima zavise kako od vrste, tako i od količine dodataka koji se

kombinuju sa portland cementom. Sa povećanjem količine dodataka, sve jače se ispoljavaju razlike između cemenata sa dodacima i portland cementa, pri čemu dolazi do: smanjenja specifične mase cementa, povećanja specifične površine, smanjenja toplote hidratacije i povećanja hemijske otpornosti cementa. Pored toga, zapaža se usporavanje prirasta čvrstoće, što je posledica sporije hidratacije. Međutim, konačne (granične) čvrstoće ovih cemenata ne zaostaju za čvrstoćama 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 najviše 30% granulisane zgure visokih peći. Karakteriše se nešto smanjenom početnom čvrstoćom, ali i porastom kasnijih čvrstoća. To znači da ovaj cement ima nešto sporiju hidrataciju u odnosu na portland cement. Specifična masa cementa sa dodatkom zgure je po pravilu manja od 3000 kg/m3, dok je specifična površina veća nego kod portland cementa.

Usporena hidratacija i smanjena toplota hidratacije, uz otpornost na agresivno dejstvo, čine da su cementi sa dodatkom zgure izuzetno pogodni za spravljanje masivnih i hidrotehničkih betona.

Portland cement sa dodatkom pucolana sadrži pored samlevenog portland cementnog klinkera i sadre (anhidrita) i određenu količinu pucolana, koja po našim standardima ne prelazi 30%. Ovaj cement karakteriše sporije očvršćavanje, što je uslovljeno sporijim procesom hidratacije. Međutim, čvrstoće ovog cementa nakon dovoljno dugog vremenskog perioda su veće od čvrstoće portland cementa.

Karakteristika ovog cementa su: srazmerno niska toplota hidratacije, imaju izraženu otpornost prema sulfatnoj koroziji, imaju malo slobodnog CaO, zahtevaju više vode pri spravljanju betona. Specifična masa im je manja u odnosu na portland cement, dok im je specifična površina iznad portland cementa. Koriste se izradu masivnih i hidrotehničkih betona.

Portland cement sa mešanim dodatkom sadrži osim samlevenog cementnog klinkera i sadre (anhidrita) i mešani dodatak od granulisane zgure i prirodnog ili veštačkog pucolana.

Metalurški cement je u suštini portland cement sa dodatkom zgure, kod koga sadržaj zgure iznosi preko 30%. Ovaj sadržaj obično ne prelazi granicu od 85%.

Kod metalurškog cementa su još jače izražene osobine, koje su istaknute kod cementa sa dodatkom zgure: sporija hidratacija, manja specifična masa, veća finoća mliva, velika specifična površina uslovljena velikim sadržajem zgure i dr. Otporniji je od portland cementa i cementa sa dodatkom zgure na različita agresivna dejstva. Postojan je u morskoj vodi i u vodama koje sadrže hloride i sulfate, otporan je na dejstvo alkalnih rastvora. Koristi se za masivne hidrotehničke betone.

Metalurški cement sa dodatkom pucolana pored samlevenog cementnog klinkera i sadre (anhidrita) sadrži iznad 30% granulisane zgure i 5 do 40% prirodnog ili veštačkog pucolana.

Pucolanski cement se dobija mlevenjem potrland cementnog klinkera, sadre (anhidrita) i preko 30% pucolana. Kod ovog cementa su još jače izražene osobine sporog očvršćavanja uslovljenog usporenom hidratacijom. Međutim i kod ovog cementa kasnije čvrstoće su vrlo visoke i u potpunosti odgovaraju čvrstoćama portland cementa. Specifična masa mu je manja, dok je specifična površina znatno veća u poređenju 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 krečnjaka i kaolina, sa minimalnom količinom oksida gvožđa. U

sastav belog cementa ulazi sadra (anhidrit), kao i izvesne neškodljive supstance za korekciju beline. Proizvodnja ovog cementa zahteva skuplje i probranije sirovine, a i višu temperaturu pečenja.

Beli cement je sirovina za dobijanje obojenih cemenata. U tu svrhu beli cement se meša sa različitim supstancama (pigmenti - metalni oksidi i dr.), pa se na taj način dobijaju cementi različitih boja: žute (primenom barijumhromata), crvene (primenom crvenog oksida gvožđa), zelene (primenom oksida hroma), crne (primenom crnog oksida gvožđa) 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 ivičnjaka na putevima itd.

Portland cement niske hidratacione toplote dobija se od portland cementnog klinkera sa malim sadržajem trikalcijum silikata C3S i trikalcijum aluminata C3A. Tokom mlevenja pripremljenoj sirovini može se dodati manja ili veća količina zgure ili/i pucolana. Ovaj cement ne sme imati veliku finoću mliva i po pravilu ima srazmerno nisku specifičnu površinu.

Koristi se za masovne betone i za radove pri visokim temperaturama vazduha. Oznaka ovog cementa je : NPC k.

6Sulfatnootporni portland cement proizvodi se u malim količinama. Za dobijanje ovog cementa

učešće trikalcijum aluminata (C3A) u sirovini se smanjuje na max 3%, a povećava sadržaj tetrakalcijum alumoferita (C4AF). Smanjenje učešća C3A je neophodno iz razloga što hidrati C3A reaguju sa sulfatnim jonima iz vode dajući ekspanzivna jedinjenja, koja povećanjem 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 bušotina Cementi za cementaciju bušotina koriste se za spravljanje cementne kaše koja se utiskuje u prstenasti

prostor između zaštitnih cevi i bokova bušotina za naftu i zemni gas. Cementacijom bušotine postiže se odvajanje izbušenih slojeva, učvršćivanje kolone cevi i njena zaštita od korozije, sprečavanje pritoka slojnih fluida, gubitak isplake itd.

U naftnoj industriji koristi se više cementnih "mešavina" u skladu sa API (American Petroleum Institute) standardima. Cementne mešavine su na bazi portland cementa ili aluminatnog cementa, sa posebnim dodacima.

Pucolanska mešavina I (odgovara klasi C po API) podesna je za bušotine dubine do 1800m, kad se traži brzo stvrdnjavanje kaše i velika otpornost prema sulfatima. Cementna kaša sa W/C=0,45-0,50 postiže gustinu 1,75-1,82g/cm3 i vreme zgušnjavanja 60-210 minuta, zavisno od dodatka.

Pucolanska mešavina III (odgovara klasi E po API) podesna je za bušotine dubine 3000-4200m s velikim pritiskom i visokom temperaturom, kao i kad se zahteva velika otpornost prema sulfatima. Cementna kaša sa W/C=0,45-0,55 postiže gustinu 1,71-1,76g/cm3 i vreme zgušnjavanja 50-240 minuta, zavisno od dodatka.

Brzovezujuća aluminatna mešavina je od aluminatnog cementa i dodataka, tako da se može podešavati brzina zgušnjavanja cementne kaše. Služi za saniranje gubitaka isplake pri bušenju u kaveroznim slojevima i pri višestepenim cementacijama radi sprečavanja erupcije. Cementna kaša sa W/C=0,5-0,6 postiže gustinu 1,6-1,82g/cm3, zavisno od dodataka.

Sporovezujuća pucolanska mešavina podesna je za sve hladne bušotine sa temperaturom u cirkulaciji do 500C. Otporna je prema sulfatima. Služi za sve vrste cementacije do dubine 4600m, pri čemu cementna kaša zavisno od W/C faktora i dodataka postiže gustinu od 1,34-1,73g/cm3.

Specijalni cementi za cementaciju bušotina obuhvataju više 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 kaše za bokove bušotine, veće elastičnosti očvrslog cementa i dr. Lateks cement sadrži portland cement sa dodatkom lateksa (sirovog prirodnog ili sintetičkog kaučuka). Podesan je za radove pod pritiskom, pri ostavljanju tzv. mostova za odvajanje gasonosnih slojeva. Cement sa dodatkom gorivog ulja (DOC vrste) sadrži uz portland cement i derivate nafte, naročito je podesan za sprečavanje prodora vode u bušotine. Polimer cementi sastoje se od portland cementa sa dodatkom raznih sintetičkih smola (polivinil hlorida, polistirola, sintetičkog kaučuka itd.).

2.1.1.3.4. Pucolani Pucolani su materijali mineralnog porekla koji nemaju sopstvenu vezivnu moć ili je ona vrlo mala.

Međutim ovi materijali na normalnim temperaturama i u prisustvu vlage reaguju sa krečom Ca(OH)2, obrazujući nove materijale hidrauličnih svojstava ("pucolanskih svojstava").

U sastav pucolana ulaze oksidi: SiO2, Al2O3 i Fe2O3 i to najčešće u amorfnom-staklastom obliku, koji baš i uslovljava pucolansku aktivnost.

Kao rezultat hemijskih reakcija između oksida i Ca(OH)2 dobijaju se hidrosilikati, hidroaluminati i hidroferiti kalcijuma koji su teško rastvorljivi u vodi. Na primer:

Ca(OH)2 + SiO2 + nH2O = CaO . SiO2 . (n+1)H2O Da bi se ove hemijske reakcije odvijale što intezivnije, neophodno je da pucolani budu što finije

samleveni. Pucolani koji se koriste kao dodaci cementu imaju vrlo velike specifične površine (5000-6000cm2/g), a to znači da su izvanredno finog mliva.

Pucolani se dele na: prirodne i veštačke. U prirodne pucolane spadaju: pucolanska zemlja, santorinska zemlja, dijatomejska zemlja, opalska breča, vulkanski tuf, vulkanski pepeo, apatit i dr. U veštačke pucolane spadaju: leteći (elektrofilterski) pepeo, razni keramički materijali i dr.

Kvalitet pucolana definiše se na osnovu pritisne čvrstoće. Prema našim standardima postoje tri klase kvaliteta pucolana: 5; 10 i 15, koje su date u tabeli 5.

Tabela 5. Klase kvaliteta pucolana Oznaka kvaliteta Čvrstoća pri savijanju,

MPa Čvrstoća pri pritisku,

MPa 5 2 5

10 3 10

715 4 15

Pucolani se označavaju oznakom: P k Ob. gde je: k – oznaka kvaliteta prema tabeli 5;

Ob - skraćena oznaka petrografskog naziva pucolana. Granulisana (bazična) zgura visokih peći ima pucolanska svojstva, mada se ne ubraja u kategoriju

pucolana klasičnog tipa. Po hemijskom sastavu zgura je vrlo slična portland cementu, samo su prisutni drugi odnosi komponenti. U njoj se 95-100% supstanci pojavljuje u amorfnom-staklastom obliku, koji baš i uslovljava pucolansku aktivnost. Granulisana zgura sama po sebi nije vezivni materijal, ali dodatkom kreča, cementa (cementnog klinkera) ili anhidrita postaje hidraulično vezivo.

Pucolani zajedno sa krečom se koriste za spravljanje maltera. Pucolanski malteri imaju dosata veću čvrstoću u poređenju sa običnim krečnim malterom.

Međutim, najširu 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 - Lafarž cement) naziva se i boksitni cement, prema osnovnoj sirovini iz

koje se dobija. Boja aluminatnog cementa je sivo crna do mrka. Gustina mu je nešto veća 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

(skraćeno CA) i 2CaO . SiO2 (skraćeno C2S). Sadržaj Al2O3 u ovom cementu ne sme da bude manji od 35%. Aluminatni (topljeni - Lafarž) cement dobija se žarenjem mešavine krečnjaka (40%) i boksita (40%), uz

dodatak silicijum dioksida SiO2 (10%) i oksida gvožđa Fe2O3 (10%). Umesto krečnjaka može se upotrebiti negašeni kreč (CaO). Za izbor sirovine merodavan je aluminatni modul:

Al OCaO

2 3 0 90 115= −, ,

Sirovina se najpre grubo izmelje i izmeša. Ovako dobijeno krupno "brašno" izlaže se pečenju u specijalnim elektropećima, na temperaturi iznad tačke topljenja (1500-15500C). Pri pečenju dobija se stopljen, tečan proizvod, koji se povremeno ispušta iz peći u naročite lonce, zbog čega se ovaj cement naziva i "topljeni" cement. Po hlađenju, aluminatni klinker se drobi i fino melje u cementni prah koji se može odmah upotrebiti. Mlevenje se vrši u jakim mlinovima sa kuglama, jer je pečeni proizvod znatno tvrđi i žilaviji od portland cementnog klinkera. Finoća mliva je kao kod portland cementa visoke otpornosti (2-3% ostatka na situ od 4900 otvora/cm2).

Početak i kraj vremena vezivanja su slični kao kod portland cementa. Proizvodi se u klasama 65 i 75. Čvrstoće koje se propisuju za ove klase aluminatnog cementa date su

u tabeli 4. Tabela 4. Čvrstoće aluminatnog cementa

Najmanje čvrstoće, MPa Klasa savojna čvrstoća posle pritisna čvrstoća posle

1 dan 3 dana 28 dana

1 dan 3 dana 28 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 čvrstoće u toku vremena, tako da se posle jednog dana ostvaruje oko 70% čvrstoće, koja odgovara starosti od 28 dana.

U toku procesa hidratacije odigrava se sledeća hemijska reakcija: CaO . Al2O3 + 10H2O = CaO . Al2O3 . 10H2O + q Tokom procesa hidratacije aluminatnog cementa oslobađa se izvanredno velika količina toplote (250-

380 kJ/kg), tako da se on može koristiti i pri radu do -150C. Tokom vremena u aluminatnom cementu dolazi do prekristalizacije, što ima za posledicu pad čvrstoće.

Odnosno, nakon izvarednog brzog prirasta čvrstoće u prvih nekoliko dana i stabilizacije do koje dolazi u narednom periodu, posle otprilike 2-3 godine čvrstoća počinje da opada i da teži čvrstoći koju je cement imao posle jednog dana. Zbog svega ovoga, ovaj cement se ne sme koristiti za objekte čija eksploatacija treba da traje dugi niz godina, jer opadanje čvrstoće može da bude i do 0,5 konačne čvrstoće, odnosno čvrstoća se vraća na vrednost posle 1 dana.

8Aluminatni cement je otporan u morskoj vodi, u "mekim" vodama i sulfatnim vodama.

Neotporan je u vodama koje sadrže alkalije. Ne sme se mešati sa krečom, kao ni sa portland cementom, jer u takvoj mešavini dolazi do ubrzanog vezivanja i do značajnog pada čvrstoće u odnosu na čvrstoću čistog aluminatnog cementa. Za hidrataciju ovog cementa potrebna je veća količina vode nego kod portland cementa.

Proizvodni troškovi su mu nekoliko puta veći od troškova proizvodnje portland cementa. Najčešće se koristi u interventne svrhe kad se zahteva brzo očvršćavanje, otpornost prema hemijskim uticajima, kao i za rad pri niskim temperaturama.

Aluminatni cement se obeležava oznakom: AC k, gde je k - klasa cementa.

2.1.1.4.2. Supersulfatni cement Supersulfatni cement proizvodi se finim mlevenjem granulisane zgure visokih peći (do 85%),

sadre+anhidrit (10-15%) i samo oko 5% portland cementnog klinkera. Odlikuje se velikom finoćom mliva, ima usporenu hidrataciju, razvija malu toplotu hidratacije, traži znatno veću količinu vode za hidrataciju. Otporan je prema delovanju morske vode, sone kiseline, lanenog ulja, fenola, razblaženih rastvora organskih kiselina i dr. Izuzetno je osetljiv na uslove lagerovanja, koji mogu da utiču na vreme vezivanja i pad čvrstoće. 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 mešavine ovi cementi u prvih 10-15 dana pokazuju značajnu ekspanziju (širenje). Ekspanzija može da iznosi i do 25mm/m,, ali se najčešće proizvode ekspanzivni cementi kod kojih je širenje 3-5mm/m,. Koriste se za dobijanje prethodno napregnutih betona, zbog čega se ovi cementi nazivaju i "samonaprežući cementi".

2.2. VAZDUŠNA VEZIVA Vazdušna (nehidraulična) veziva obuhvataju vrste koje mogu vezivati i očvrsnuti samo na vazduhu i

nisu postojana u vodi. U ovu grupu veziva spadaju: kreč, gips, magnezitna veziva, vodeno-rastvorno staklo i dr. Od važnosti za rudarstvo su uglavnom kreč i gips.

2.2.1. Kreč (vapno) Kreč je nehidraulično mineralno vezivo koje se dobija iz krečnjaka odgovarajućeg hemijskog sastava.

Pri tome razlikujemo: živi (negašeni) kreč i gašeni kreč. Živi (negašeni) kreč je po sastavu kalcijum oksid CaO, sa manjim ili većim sadržajem primesa (MgO,

SiO2, Fe2O3, Al2O3) u zavisnosti od primenjene sirovine. U negašenom kreču treba da bude najmanje 85% CaO i MgO, pri čemu se toleriše najviše 8%MgO. Saglasno ovome razlikuje se: I klasa kreča sa najmanje 92% CaO, II klasa sa najmanje 90%CaO i III klasa sa manje od 90%CaO.

Živi kreč dobija se pečenjem krečnjaka CaCO3, sa što manje primesa (magnezijum karbonata, gline, peska i dr.). Samo pečenje se vrši u raznim pećima i na različite načine. Danas se najčešće koriste vertikalne-šahtne peći, v.sl. 4. Peć se puni komadima krečnjaka veličine 8-20cm u naizmeničnim slojevima sa kamenim ugljem, ili se u peć ubacuje samo krečnjak, a peć se loži odozdo ugljem ili generatorskim gasom.

Pečenjem krečnjaka na temperaturi od 900-10000C odigrava se sledeća hemijska reakcija: CaCO3 = CaO + CO2 - q 100 = 56 + 44 → stehiometrijska zavisnost. Živi kreč dobijen na opisani način naziva se komadni živi kreč i sastoji se od: CaO, manje količine

MgO, nedovoljno pečenih delova, prepečenih (sinterovanih) delova i drugih primesa. Odlikuje se velikom poroznošću komada.

Pečenjem 100kg krečnjaka dobija se 45-60kg živog kreča.

Sl. 4. Vertikalna-šahtna peć za kreč; 1)jama; 2)otvor za sirovinu; 3)otvor za ispuštanje kreča; 4)duvaljka za vazduh; 5)dimnjak

Gašeni kreč je po sastavu kalcijum hidroksid Ca(OH)2. Dobija se delovanjem vode na živi kreč, pri čemu dolazi do hemijske reakcije:

CaO + H2O = Ca(OH)2 + q 56 + 18 = 74 → stehiometrijska zavisnost. Gašenje kreča prati oslobađanje značajne količine toplote, koja iznosi: q = 950kJ/kg. Na osnovu stehiometrijskih veličina za hidrataciju kreča teorijski je potrebno: (18/56) . 100 = 32% vode. Pri gašenju kreča dodaje se mnogo više vode nego što je potrebno za hidrataciju (230-320%), pri čemu

se dobija kreč u kašastom stanju. Povećanje zapremine je zavisno od klase i iznosi najmanje 2 puta, dok kod I klase iznosi i do 3 puta.

9U procesu gašenja komadi negašenog kreča se raspadaju na sitne čestice Ca(OH)2, reda

veličine 0,001mm. Ogromna specifična površina zrna uslovljava veliku sposobnost zadržavanja vode i izuzetnu plastičnost krečnog testa. Posle mešanja sa vodom svaka čestica Ca(OH)2 je okružena tankim filom apsorbovane vode, koja igra ulogu svojevrsnog hidrodinamičkog podmazivača. Na taj način se dobija velika plastičnost krečnog testa, koja je neobično važna prilikom spravljanja i ugradnje različitih maltera na bazi kreča.

Gašenje živog kreča može se izvršiti: industrijskim mehanizovanim postupkom (ostvaruje se visok kvalitet gašenog kreča) ili ručnim putem u drvenim koritima. Nakon ručnog gašenja krečno testo se sipa u krečne jame, gde ostaje najmanje dve nedelje kako bi se gašenje u potpunosti završilo.

Kreč pomešan sa prirodnim peskom ili drugim sitnim agregatima koristi za izradu raznih maltera. Negašeni kreč nalazi veliku primenu u PMS-u, hemijskoj industriji itd.

2.2.1.1. Vrste kreča Postoji više vrsta kreča i to: negašeni kreč u komadima, negašeni mleveni kreč, hidratisani kreč,

hidraulični kreč i dr. Negašeni (živi) kreč u komadima je vrsta koja se dobija direktno iz peći za pečenje. Sastoji se iz

komada različite veličine koji se isporučuju u zatvorenim vagonima ili sličnim sredstvima. Vrlo je hidroskopan, pa ga treba čuvati od vlage ili što pre zagasiti. Ne sme da sadrži veću količinu nepečenih delova. Nakon gašenja živog kreča u komadima dobija se krečno testo (kaša, mleko) koje služi za spravljanje maltera, za krečenje, kao dodatak vodenim bojama itd.

Negašeni (živi) mleveni kreč dobija se mlevenjem kreča u komadima do utvrđene finoće mliva. Isporučuje se u natron vrećama bruto mase 50kg i koristi se isto kao komadasti živi kreč.

Hidratisani kreč dobija se gašenjem živog kreča (CaO) sa količinom vode (35-58%) koja približno odgovara hemijski potrebnoj vodi za hidrataciju. Gašeni proizvod dobija se u praškastom stanju. Pri industrijskom dobijanju praškastog gašenog kreča, živi kreč se najpre izmelje i gasi u naročim uređajima - hidratorima, po čemu se dobijeni prah proseje, dostavi u silose i automatski pakuje u natron vreće. Nedostatak hidratisanog kreča je što ležanjem na skladištu se jedini sa CO2 iz vazduha i delimično pretvara u CaCO3.

Hidratisani kreč ima vrlo široku primenu i sve više iz upotrebe potiskuje ostale vrste kreča. Njegova prednost je u tome što nema potrebe za posebnim gašenjem, on se jednostavno priprema dodavanjem tehnološki potrebne količine vode. Isporučuje se u vrećama od po 25kg, pri čemu se mora čuvati od vlage.

Hidraulični kreč pripada kategoriji hidrauličnih veziva, a dobija se pečenjem laporovitih krečnjaka sa 6-20% glinovitih primesa na temperaturi od 900-10000C. Tokom pečenja sirovine jedan deo CaO se jedini sa oksidima SiO2, Al2O3 i Fe2O3 iz gline, pri čemu se stvaraju silikati, aluminati i feriti kalcijuma. Ova jedinjenja imaju sposobnost očvršćavanja ne samo na vazduhu, nego i u vodi. Hidraulični kreč sadrži i značajnu količinu slobodnog kreča CaO.

Hidraulični kreč se primenjuje u vidu fino samlevenog praha. Daje manje plastične maltere, brže i ravnomernije očvršćava po celoj debljini sloja, ima veću čvrstoću. Koristi se za dobijanje maltera, kao i za dobijanje betona nižih kvaliteta.

2.2.2. Gips (sadra) Gips se dobija od gipsanog kamena (sadre). Sadra se sastoji od minerala gipsa (CaSO4 . 2H2O -

dihidrat) sa nešto primesa peska, krečnjaka, gline, magnezijuma, oksida gvožđa i dr. Pored sadre - dihidrata u prirodi se sreće i bezvodni kalcijum sulfat (CaSO4 - anhidrit), koji je redovni pratilac sadre, ali se od nje razlikuje po znatno većoj tvrdoći. Od anhidrita se ne može dobiti gips, pa stoga predstavlja jalovinu gde se pojavljuje zajedno sa sadrom.

Gips se dobija tako što se sadra prethodno usitnjava do veličine zrna tucanika (30-60mm), a zatim melje u prah. Ovako dobijeno sirovinsko brašno unosi se u kotlove za pečenje ili u rotacione peći. Sirovina se izlaže postepenom povećanju temperature, od temperature sušenja do temperature pečenja. Pečeni proizvod se hladi, zatim ponovo melje do potrebne finoće i na kraju pakuje.

Temperatura pečenja gipsa je relativno niska i kreće se od 110-1800C (u proseku 1500C), pri čemu 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. Mešanjem gipsa sa vodom dolazi do vezivanja i očvršćavanja, pri čemu poluhidrat prelazi u dihidrat po

hemijskoj reakciji: CaSO4 . 0,5H2O + 1,5H2O = CaSO4 . 2H2O + q Gips se mora zaštiti od vlage i vode, jer će se u protivnom postepeno transformisati u dihidrat i gubiti

svojstva vezivanja i očvršćavanja. Kad nas su u upotrebi sledeće vrste gipsa: štuk gips, modelarski gips, alabaster gips, gips za maltere,

gips za podloge i dr.

10Najkvalitetniji je alabaster gips koji se dobija pečenjem minerala alabastera. To je gips sa

najfinijim mlivom. Vreme vezivanja iznosi najviše 30 minuta. Primenjuje se za vajarske radove, za izradu ukrasnih arhitektonskih elemenata, za fina malterisanja u unutrašnjosti zgrada itd.

Ostale vrste gipsa sastoje se od poluhidrata sa vrlo malo ili nimalo nedovoljno pečenih ili prepečenih sastojaka. Razlikuju se po finoći mliva i vremenu vezivanja, koje se kreće od 15 minuta do nekoliko časova.

2.3. VATROSTALNA VEZIVA Vatrostalna mineralna veziva obuhvataju vatrostalnu glinu i šamotsku mešavinu. Vatrostalna veziva

treba da imaju približne osobine kao i vatrostalna opeka sa kojom se ugrađuje. Vatrostalna glina je vezivo sa malim procentom primesa (oksidi gvožđa, alkalije, kalcijum karbonat i

dr.). Izdržava temperature preko 16000. Najčistija vrsta gline je kaolin, koji se topi na temperaturi preko 18000C.

Upotrebljava se u metalurgiji kao vatrostalno vezivo kod zidanja obloga visokih i drugih peći, kao i za izradu šamota i šamotskih opeka u građevinarstvu.

Šamot je proizvod koji se dobija pečenjem vatrostalne gline na temperaturi 1250-13500C, a zatim finim mlevenjem pečenog proizvoda. Dodavanjem šamotu određene količine nepečene vatrostalne gline (40-60%) dobija se šamotska mešavina.

Upotrebljava se za izradu šamotskog maltera, šamotskih opeka i drugih vatrootpornih proizvoda.

3. BETON Beton je konstrukcioni materijal koji nastaje očvršćavanjem mešavine mineralnog veziva, kamenih

agregata i vode. Pri tome mineralna veziva i voda su aktivni sastojci betona, a kameni agregati inertni sastojci, koji služe za ispunu betonske mase bez hemijskog učešća.

Za spravljanje betona koriste se razne vrste vezivnih materijala, kao što su: cement, gips, kreč, asfalt, epoksi smole i dr., pa se zavisno od toga dobijaju: cementni betoni, gips betoni, krečni betoni, asfalt betoni, epoksi betoni itd. Agregati za spravljanje betona mogu biti: prirodni ili veštački. Najčešće korišćeni agregati su prirodni sušljunak i pesak, drobljeni kamen, razne vrste zgure i dr.

U praksi se najviše koriste cementni betoni (cement+kameni agregat+voda). Kao vezivo koriste portland cement, ređe lafarž cement. Kameni agregati su betonski šljunak i betonski pesak, ređe veštački drobljeni kamen. U betonskoj mešavini mogu biti prisutni i različiti aditivi sa ciljem poboljšanja odgovarajućih karakteristika betona.

Na osnovu vrednosti zapreminske mase betona u očvrslom stanju, betoni se dele na: lake betone sa zapreminskom masom manjom od 1900kg/m3, obične betone sa zapreminskom masom između 1900-2500kg/m3 i teške betone sa zapreminskom masom većom od 2500kg/m3.

Beton ojačan betonskim gvožđem naziva se armirani beton. Prema načinu izrade i ugradnje razlikuje se: monolitni i montažni beton. Monolitni beton se izrađuje i

ugrađuje na samom radilištu pod zemljom ili na površini. Montažni beton se koristi za fabričku izradu betonskih konstrukcionih elemenata (blokova, stubova, greda i dr.), koji se samo montiraju na radilištu.

Prema sadržaju vode razlikuje se: vlažan beton s malo vode (ugrađuje se nabijanjem ili vibriranjen), plastičan beton s umerenom količinom vode (uliva se u kalupe armirano betonskih konstrukcija) i vrlo plastičan beton s većim sadržaje vode (ugrađuje se livenjem).

Proizvode se i naročite 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 učestvuje sa 70-80% u ukupnoj masi betona i od njegovih karakteristika zavise svojstva

betonskih smeša i očvrslog betona. Za spravljanje betona koriste se prirodni pesak i šljunak i drobljeni kamen. Drobljeni kamen je po pravilu skuplji, pa se rečnom agregatu u praksi obično daje prednost. S druge strane, rečni agregat zbog zaobljenosti zrna, mnogo povoljnije utiče na ugradljivost i obradljivost betonskih smeša.

Na sl. 6. dato je postrojenje za dobijanje drobljenog kamena za izradu betona.

Sl. 6. Postrojenje za dobijanje drobljenog kamena: 1)čeljusna drobilica; 2)cilindrično rešeto; 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 (šljunak) ima zrna koja ne mogu proći kroz sito otvora 4mm.

Agregat za spravljanje betona ne sme sadržati: izmenjena (slaba) zrna, glinovite peščare, laporce, škriljce, gips, glinu, serpentin, liskun, ugalj itd.

Nepoželjni sastojci u agregatu koji izazivaju koroziju armature su: minerali sa sadržajem halogenih elemenata (halit, silvin) i minerali koji sadrže sumpor (pirit, markizit, pirotin, anhidrit).

11Agregat ne sme da sadrži organska jedinjenja (saharine, masti), koja mogu da uspore ili

spreče hidrataciju cementa. Agregat za beton mora da bude dovoljno čvrst i postojan. Zapreminska masa agregata treba da se

kreće između 2000 i 3000kg/m3. Čvrstoća kamena od koga se dobija drobljeni agregat mora da iznosi najmanje 80MPa, dok kamen za puteve mora imati čvrstoću ne manju od 160MPa.

Granulometrijski sastav kamenih agregata treba da je takav da sitna zrna peska što potpunije popune među prostore između krupnih zrna šljunka. Time se obezbeđuje veća homogenost i čvrstoća betona. U svežem betonu zrna agregata su vezana u koherentnu celinu posredstvom cementne paste, pri čemu cementna pasta obavija sva zrna agregata i u potpunosti ispunjava sve prostore između pojedinih zrna. Kombinovanjem nekoliko frakcija agregata obezbeđuje se najbolje moguće "pakovanje" zrna i na taj način 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 određeni beton dobija se eksperimentalnim putem na bazi kombinovanja određenog broja frakcija, što podrazumeva da se raspolaže agregatom koji je prethodno separiran na određene frakcije.

Prilikom spravljanja betonskih smeša najčešće se koriste četiri 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, tehnički propisi mnogih zeljama

preporučuju primenu određenih referentnih granulometrijskih krivih. Najčešće su u primeni krive Fuler-a i EMPA, kod kijih važi stav da je najpovoljniji granulometrijski sastav onog agregata, čija granulometrijska kriva pada u područje između referentnih krivih.

Fuler je predložio krivu oblika (Fulerova parabola):

YdD

= 100

Švajcarski institut za ispitivanje materijala i konstrukcija - EMPA, predložio je krivu oblika:

YdD

dD

= +50 ( )

gde je: Y - ukupan prolaz zrna agregata kroz sito otvora d(mm), % mase d - otvor sita, mm D - zrno najveće krupnoće u mešavini agregata, mm. Na sl. 8. prikazane su granulometrijske krive Fuler-a i EMPA za slučajeve 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 tehničkim normativima za beton i armirani beton, predviđa upotrebu krivih prema nemačkom standardu DIN 1048, koje su preporučene od strane Evropskog komiteta za beton.

3.1.2. Cement Cement ima vrlo veliki uticaj na svojstva betona, mada učestvuje u sastvau betona sa samo 10-20% po

masi. Izbor cementa za spravljanje betona vrši se na osnovu tri kriterijuma: − čvrstoće (klase) cementa; − toplote hidratacije; i − hemijske otpornosti. Najviše korišćeni cementi za spravljanje betonskih smeša su portland cementi i portland cementi sa

dodacima. U našoj zemlji veliku primenu imaju portland cementi sa dodatkom pucolana i cementi sa mešanim

dodatkom (zgura+pucolan). Ovi cementi zahtevaju više vode za spravljanje betona, traže duže negovanje betona, imaju veće upijanje vode, manju otpornost prema mrazu, imaju veće skupljanje i tečenje.

Za objekte velikih masa (brane, masivni zidovi i dr.) koriste se cementi niske toplote hidratacije, kako ne bi došlo do pojave termičkih naprezanja koja mogu izazvati prsline i pukotine u betonu. S obzirom da se

12kod ovih objekata obično ne zahtevaju visoke čvrstoće betona, to se kod njih mogu koristiti cementi nižih klasa (klase 25 i 35).

Za betonske konstrukcije koje su izložene delovanju agresivnih tečnosti ili gasova, betonske smeše se spravljaju sa cementima koji su otporni na hemijske agense (cementi sa većim sadržajem zgure ili pucolana, metalurški ili pucolanski cementi, sulfatnootporni portland cementi, supersulfatni cementi, aluminatni cement i dr.). Kompaktnost betona povećava otpornost betona na delovanje hemijskih agenasa.

Pored vrste cementa na karakteristike betona i njegovu trajnost značajno utiče količina cementa, tj. sadržaj cementa u 1m3 svežeg betona. Na izbor količine cementa utiču: zahtevane fizičko-mehaničke karakteristike betona, uslovi eksploatacije konstrukcije, granulometrijski sastav agregata (krupniji agregat - manja količina cementa) i dr. Zavisno od konkretnih uslova, količina cementa u praksi najčešće varira od 300-400kg/m3 svežeg betona. U pojedinim slučajevima koristi se i do 450kg/m3 i to uglavnom kada se traži velika čvrstoća betona i brz prirast čvrstoće.

Pogrešno je shvatanje da se upotrebom cementa viših klasa, kao i većom količinom cementa, automatski obezbeđuju visoke fizičko-mehaničke karakteristike betona. Kvalitetan beton dobija se onda kada je izvršen pravilan izbor sastavnih komponenti betona i ostvarena pravilna ugradnja betonske smeše.

3.1.3. Voda Voda predstavlja neophodnu komponentu svake betonske smeše, pošto se samo uz njeno prisustvo

mogu odvijati procesi vezivanja i očvršćavanja cementa. S druge strane voda daje potreban viskozitet betonskoj smeši, odnosno omogućuje efikasno ugrađivanje i završnu obradu betona.

Voda za spravljanje betona ne sme sadržati sastojke koji mogu nepovoljno da utiču na hidrataciju cementa, kao i da budu uzročnici korozije armature u armirano-betonskim konstrukcijama. Sastojci mogu biti rastvoreni u vodi ili suspendovani u vidu mehaničkih nečistoća (muljevite, blatne, glinene čestice, čestice drveta, uglja itd.).

Obična pijaća voda je uvek zadovoljavajućeg kvaliteta, pa se može upotrebiti za spravljanje betona bez posebnog dokazivanja podobnosti, dok se sve druge vode pre upotrebe moraju ispitati. Za grubu ocenu podobnosti vode može poslužiti njena zamućenost, 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 povećanim procentom rastvorenog ugljendioksida (CO2), ne smeju se koristiti za spravljanje betona.

3.1.4. Aditivi za beton Aditivi za beton su supstance koje svojim fizičkim, hemijskim ili kombinovanim delovanjem utiču na

svojstva svežeg ili očvrslog betona. Najčešće korišćeni aditivi su: − plastifikatori; − areanti; − akceleratori (ubrzivači vezivanja i/ili očvršćavanja); − retarderi (usporivači vezivanja); − zaptivači; − antifrizi (dodaci za betoniranje na niskim temperaturama). Aditivi mogu biti u tečnom ili praškastom stanju i dodaju se u vrlo malim količinama u odnosu na masu

cementa. Plastifikatori su aditivi koji poboljšavaju ugradljivost i obradljivost betonske smeše. Kao plastifikatori

se upotrebljavaju fino usitnjeni materijali (bentonit, elektrofilterski pepeo, pucolan i dr.) Okvašene čestice ovih materijala imaju ulogu kuglica, koje svojim oblikom i "podmazanom" površinom smanjuju trenje unutar mase svežeg betona. Pored praškastih plastifikatora koriste se i plastifikatori koji pripadaju kategoriji "površinski akrivnih supstanci" (plastifikatori na bazi masnih kiselina, naftenskih kileslina i dr.). Ovi plastifikatori u svežem betonu deluju kao svojevrsna maziva, obavijajući zrna cementa stvarajući oko njih tanke opne, usled čega se smanjuje trenje u masi.

Zahvaljujući plastifikatorima moguće je smanjiti količinu vode u svežem betonu za 10-15%. Doziraju se u količini od 0,2 do 5% u odnosu na masu cementa.

Danas se se koriste i superplastifikatori, koji omogućuju još značajnije smanjenje količine vode (i preko 30%) u svežem betonu.

Areanti (uvlakači vazduha) su aditivi koji u betonu formiraju mehurići (globule) vazduha reda veličine 0,01 do 0,3mm. Ovi mehurići su ravnomerno raspoređeni unutar mase betona, pri čemu međusobna rastojanja ne prelaze 0,25mm. Uvučeni mehurići vazduha stvaraju rezervnu zapreminu vazdušnih pora, čime se povećava otpornost betona prema mrazu (zapremina pora je za oko 20% veća od zapremina zamrznute vode). Povećanje otpornosti betona prema mrazu ne podrazumeva istovremeno i smanjenje njegove čvrstoće, jer mehurići vazduha u svežem betonu imaju i ulogu plastifikatora.

13Areanti pripadaju grupi površinski aktivnih materija. Nose različite komercijalne nazive, a

najčešće su u primeni areanti iz grupe smolastih organskih jedinjenja. Doziraju se u vrlo malim količinama od 0,5-1% u odnosu na masu cementa. S obzirom na efekte koje proizvode, areanti se naročito koriste kod betona za izradu betonskih kolovoza, aerodromskih pista, kanala i dr.

Akceleratori su aditivi koji deluju kao ubrzivači procesa vezivanja i očvršćavanja cementa. Najpoznatiji i najviše upotrebljavan ubrzivač je kalcijum hlorid CaCl2. On ne utiče bitno na vezivanje cementa, ali u značajnoj meri ubrzava proces očvršćavanja. U količini od 0,2% u odnosu na masu cementa omogućava brz porast čvrstoće betona u prvih 7 dana, dok pri dozi od 2% omogućava da se nakon 7 dana dobije čvrstoća koja odgovara čvrstoći betona nakon 28 dana. To je istovremeno i najveća doza, jer u protivnom dolazi do pada mehaničkih čvrstoća i pojave korozije armature. Kao akceleratori koriste se i druge supstance: natrijum hlorid, natrijum sulfat, natrijum nitrat i dr. Doziraju se u količini od 2-5% u odnosu na masu cementa. Akceleratori se koriste prilikom betoniranja po hladnom vremenu, kada se zahteva postizanje velike čvrstoće u srazmerno kratkom vremenu, prilikom hitnih intervencija itd.

Retarderi (usporivači vezivanja) deluju tako što oko zrna cementa stvaraju opne koje sprečavaju brzo odvijanje hemijskih reakcija na relaciji cement-voda. Najpoznatiji usporivač je sadra(CaSO4

. 2H2O), a pored nje koriste se još: dekstrin, razne vrste šećera (glikoza, saharoza), glicerin, oksidi cinka i olova i dr. Usporivači se dodaju u vrlo malim količinama, najčešće do 0,1% u odnosu na masu cementa. Retarderi se koriste prilikom betoniranja na visokim temperaturama, pri transportu betona na dužim relacijama, kod betoniranja bez prekida itd. Korišćenjem ovih aditiva omogućava se ugradljivost i obradljivost betona u toku 24-48 sati, pa i više.

Zaptivači su aditivi koji u reakciji sa klinker mineralima daju produkte koji zaptivaju kapilarne pore u betonu. Na taj način povećava se stepen vodonepropustljivosti očvrslog betona. Proizvode se na bazi masnih kiselina u obliku emulzija ili smolasto bitumenoznih sastava.

Antifrizi su sredstva protiv zamrzavanja svežeg betona. Deluju tako što snižavaju tačku smrzavanja vode. Njihovom upotrebom omogućava se izvođenje betoniranja na temperaturama nižim od 00C. Kao antifrizi najčešće 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 mešavina mogu biti zastupljene različite kombinacije aditiva. Na primer, primenjuje se kombinacije: plastifikator-zaptivač, aerant-plastifikator i dr.

3.2. ODREĐIVANJE POTREBNIH KOLIČINA SASTAVNIH KOMPONENTI BETONA Pravljenje betonske mešavine podrazumeva definisanje svih komponenti betona, koje su potrebne za

dobijanje svežeg betona sa što većom zapreminskom masom. Osobine betona i njegova trajnost u direktnoj su zavisnosti od pravilno određenih količina sastavnih komponenti betona.

Razmera mešanja cementa i kamenih agregata u betonskoj mešavini može se odreti na dva načina: 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 šljunka); b) prema masi cementa u kg na 1m3 gotovog betona. Prvi način je vrlo jednostavan, ali je manje tačan, pošto zapremina cementa varira u zavisnosti od

zapreminske mase (1,0-1,5g/cm3), a zapremina agregata varira u zavisnosti od granulometrijskog sastava i sadržaja vode.

Uobičajene razmere mešanja (cement : pesak : šljunak) za konstrukcione betone su: 1:2:3; 1:2:4; 1:2,5:5; 1:3,5:6.

Drugi način određivanja odnosa cementa i agregata je mnogo tačniji, pa se dobija beton boljeg kvaliteta.

Količina vode za spravljanje betonske smeše podrazumeva vodu koja je potrebna za hidrataciju cementa i vodu koja je neophodna za obradu sveže betonske smeše.

Ako se sa mv označi masa vode u litrima, a sa mc masa cementa u kg, odnos: mv/mc =W poznat je kao vodocementni faktor. Smatra se da je količina vode od 25% mase portland cementa (i oko 40% mase aluminatnog cementa)

dovoljna za potpunu hidrataciju cementa. Ostatak vode koristi se za obezbeđenje ugradivosti betona. Uticaj vodocementnog faktora je od izuzetnog značaja na mehanička svojstva i postojanost betona.

Višak vode čini očvrsli beton poroznim i podesnim za koroziona oštećenja agresivnom sredinom, dok manjak vode onemogućava potpunu hidrataciju cementa, otežava ugradnju, u takvom betonu ima vazduha, ne postižu se predviđene mehaničke čvrstoće betona itd.

Prema konzistenciji razlikuju se tri vrste sveže betonske smeše: a) vlažna smeša, podesna za ugradnju nabijanjem; b) plastična smeša, podesna za armirani beton i ugradnju vibriranjem; c) vrlo plastična smeša (tečna smeša), podesna za liveni beton.

14Vrednost vodocementnog faktora kreću se između 0,3-1,2. Uobičajene vrednosti

vodocementnih faktora (W= mv/mc) kod betonskih smeša su: a) vlažna betonska smeša ............................. 0,58 b) plastična betonska smeša ......................... 0,65 c) vrlo plastična betonska smeša ................. 0,76. Postoje dva načina da se vodocementni faktor smanji, ili povećanjem količine cementa ili smanjenjem

količine vode (češće korišćen način). Količina cementa u jedinici zapremine svežeg ugrađenog betona određuje se na na bazi odnosa

mv/mc i poznate vrednosti mv:

m mmmc v

c

v=

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ ;

Propisane minimalne količine cementa za spravljanje betona plastične konzistencije, u slučaju primene cementa klase 35 i agregata sa najvećom 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 količine cementa mogu se smanjiti za 10%, a za cemente klase 25 gornje količine treba povećati za 10%.

Količina agregata (ma) u jedinici zapremine svežeg ugrađenog betona određuje se iz relacije: m m mc

c

a

a

v

vpγ γ γ

υ+ + + = 1m3;

gde su: γc, γa i γv - zapreminske mase cementa, agregata i vode, kg/m3

νp - zapremina zaostalih pora u masi betona, νp = 1-3%. Na bazi poznatih vrednosti mc, ma i mv definiše se projektovana zapreminska masa (masa jedinice

zapremine) svežeg ugrađenog betona: γb,sv = mc + ma + mv

3.2.1. Spravljanje betona Spravljanje betonske mešavine može se vršiti: ručno za manje količine ili mašinskim putem kad su u

pitanju veće količine. U savremenom građevinarstvu i rudarstvu spravljanje betonske mešavine vrši se isključivo mašinskim

putem, pri čemu se postupak svodi na doziranje i mešanje sastavnih komponenti betona u cilju dobijanja homogene mase. Na sl. 10. prikazan je jedan tehnološki sistem za proizvodnju betona.

Sl. 10. Tehnološka shema proizvodnje betona

U okviru jednog ovakvog pogona (fabrike betona), komponente betona (agregat i cement) smešteni su u bunkerima i silosima iz kojih idu na dozatore (uređaje za automatsko odmeravanje količina). Nakon doziranja ovi materijali se smeštaju u sabirni bunker iz koga odlaze u mešalicu za beton. Voda ili mešavina vode i aditiva dozira se direktno u mešalicu za beton.

Komponente betona doziraju se težinski (po masi). Ukoliko se koristi vlažan agregat, ukupna količina vode predstavlja zbir vode koju agregat već sadrži i vode koja se posebno dozira. Mešanje agregata, cementa, vode i aditiva (eventualno) vrši se u mešalicama za beton.

Na sl. 11. dat je princip rada gravitacione mešalice za beton.

Sl. 11. Princip rada gravitacione mešalice U gravitacionim mešalicama mešanje se ostvaruje tako, što se u bubnju koji se okreće oko

horizontalne ose, betonska smeša podiže naviše do određene kritične visine, nakon čega pada naniže u donju zonu bubnja. Čestice koje padaju uranjaju se u masu betona u okviru donje zone bubnja i na taj način se ostvaruje efeket mešanja. Vreme mešanja neophodno za dobijanje homogene mase, zavisi od reoloških svojstava svežeg betona i od popunjenosti bubnja. Tečnije-plastičnije mešavine svežeg betona mešaju se mnogo lakše nego krute mešavine. U gravitacionim mešalicama vreme mešanja iznosi 1-3 minuta. Kapacitet mešalice kreće se od 0,1-4,5m3.

Zapremina svežeg betona (Vb,sv) uvek je manja od sume zapremina sastavnih komponenti, što je posledica "pakovanja" čestica tokom procesa mešanja. Odnos zapremine svežeg betona i zapremina čvrstih komponenti (cementa i agregata), naziva se koeficijent izlaza (izdašnosti) betonske mešavine (β) i definiše se odnosom:

15

7,06,01 3, −=

+=

+=

acac

svb

VVm

VVV

β

Gravitacione mešalice nisu pogodne za mešanje krućih betonskih mešavina. U tim slučajevima primenjuju se mešalice sa prinudnim mešanjem, v. sl. 12. To su mešalice kod kojih se u bubnju koji se okreće, nalazi sistem lopatica koje rotiraju u suprotnom smeru. Na taj način masa u bubnju je podvrgnuta prinudnom kretanju, što omogućava dobijanje izvanredno homogene mešavine. Trajanje mešanja u ovim mešalicama zavisi od krupnoće zrna agregata. Krupnozrni betoni mešaju se 2-3 minuta, a sitnozrni 3-5 minuta.

Sl. 12. Princip rada mešalice sa prinudnim mešanjem

Za spravljanje vrlo krutih betonskih mešavina priprema se izvodi vibromešanjem. Beton spravljen na ovaj način odlikuje se vrlo velikom homogenošću i visokim čvrstoćama.

Za podzemne betonske radove najčešće se primenjuje vlažna betonska smeša koja se pravi na mestu ugradnje-u samoj jami, a ugrađuje ručnim nabijanjem ili vibriranjem.

3.2.2. Transport svežeg betona Od mešalice za beton do mesta ugradnje beton se transportuje na razne načine. Primenjuju se: razne

dizalice koje prenose posude sa svežim betonom, kolica, obični vagoneti, vagoneti mikseri, transporteri, cevi i dr. Pri transportu na duža rastojanja koriste se specijalna vozila snadbevena uređajima za mešanje betona u toku prevoza (automikseri). Kroz vertikalne prostorije (vertikalni transport betona) betonska masa se transportuje specijalnim posudama za prevoz betona, vagonetima (običnim ili mikserima) ili cevima. Koji od sistema će se koristiti zavisi od: dužine transporta, količine svežeg betona i načina ugradnje.

U toku transporta mora se voditi računa da ne dođe do segregacije betona (krupan materijal pada na dno, a voda i fine čestice isplivavaju na površinu), što je naročito karakteristično kod tečnih i plastičnih mešavina. Takođe, strogo se mora voditi računa da beton do mesta ugradnje stigne onakav kakav je izašao iz mešalice, u protivnom se pre ugradnje mora promešati.

Za transportovanje svežeg betona danas se koriste betonske pumpe, kod kojih se beton potiskuje kroz odgovarajuće cevovode. Beton koji se transportuje na ovakav način naziva se pumpani beton i po sastavu je nešto drugačiji od običnog betona. U njemu postoji veća zastupljenost sitnih čestica agregata i više cementa, a po pravilu dodaju im se plastifikatori. Na ovaj način može se vršiti transport na visine do 40m i na dužine od nekoliko stotina metara.

3.2.3. Ugradnja betona Pod ugradnjom betona podrazumevaju se sledeće operacije: − razastiranje betona ili punjenje oplate; − zbijanje - kompaktiranje; − završna obrada gornjih površina. Ugrađivanje betona treba da se završi do početka vezivanja cementa. Smatra se da beton krućih

konzistencija treba pri suvom i toplom vremenu ugraditi najkasnije 1 čas, a pri vlažnom i prohladnom vremenu najkasnije 2 časa nakon mešanja. Beton koji nije ugrađen do početka vezivanja cementa ne sme se ugrađivati i mora se baciti.

Btoniranje pod posebnim uslovima podrazumeva ugrađivanje betona pri spoljnim temperaturama ispod 50C ili iznad 300C.

Razastiranje betona ili punjenje oplate vrši se neposrednim sipanjem betonske mase iz transportne posude. Prilikom ugradnje betona u oplatu, beton ne sme slobodno da pada sa visine veće od 1,5m, u protivnom treba primeniti naročite vođice-levkove.

Zbijanje betona može se vršiti i ručno ili mašinskim postupcima. Savremena tehnologija betona priznaje isključivo mašinske postupke zbijanja svežeg betona. Zbijanju se pristupa nakon unošenja svežeg betona u oplatu, pri čemu se primenjuju različiti postupci vibriranja. Tokom procesa vibriranja značajno se smanjuju sile veze čestica i sile unutrašnjeg trenja u betonu, pa dolazi do slobodnog "pakovanja" čestica i istiskivanja mehurića vazduha iz mase (u betonu ostaje najviše 1-3% zaostalih mehurića vazduha). Zbijanjem betona povećava se njegova čvrstoća i vodonepropustljivost, a usled boljeg kvaliteta dobijenog betona količina cementa može se smanjiti za oko 20-25%.

Vibriranje betonske smeše vrši se pomoću vibratora, koji mogu biti sa električnim ili pneumatskim pogonom. Prema konstrukciji razlikuju se sledeći osnovni tipovi vibratora (v. sl. 13):

− površinski vibratori; − unutrašnji vibratori (pervibratori); − vibro-stolovi; − spoljašnji vibratori (oplatni vibratori).

16Sl. 13. Osnovni tipovi vibratora za beton: a) površinski vibrator;

b) unutrašnji vibrator; c) vibro-sto; d) spoljašnji vibrator Površinski vibratori se koriste kod ugrađivanja betonskih ploča, debljine manje od 25cm (armirano-

betonske ploče, podovi, betonski kolovozi i sl.). Vreme rada vibratora na jednoj poziciji iznosi od 20-60sec. Unutrašnji vibratori (pervibratori) imaju najširu primenu. Princip rada ovih vibratora sastoji se u tome da

se telo vibratora (tzv. pervibratorska igla) unese u masu betona. Radijus dejstva pervibratorske igle kreće 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 pomoću pervibratora.

Sl. 14. Vibriranje betona: a) postupak vibriranja pomoću pervibratora; b) detalj dejstva pervibratorske igle

Kod vibro-stolova na njihove gornje ploče (vibro ploče) postavljaju se kalupi sa svežim betonom, pri čemu se vibracije ploče prenose na sistem kalup-beton. Vibro-stolovi su podesni za vibriranje: montažnih ploča, greda, blokova i dr.

Spoljašnji vibratori (oplatni vibratori) pričvršćuju se na oplatu. Koriste se tamo gde se ne mogu primeniti unutrašnji vibratori, npr. u slučaju betoniranja tankih vertikalnih zidova. Pri primeni ovih vibratora mora se voditi računa o kvalitetu oplate, da ne dođe do njenog oštećenja. Vreme rada vibratora na jednom mestu iznosi 50-90sec.

3.2.4. Nega betona Nega ugrađenog betona sastoji se u sprečavanju isparavanja vode iz betona i u polivanju ugrađenog

betona vodom. Ove mere imaju za cilj da spreče da beton izgubi vodu koja je neophodna za hidrataciju cementa, kao i da eliminišu štetne posledice skupljanja betona. Ukoliko se sadržaj vode u ugrađenom betonu snizi ispod količine neophodne za hidrataciju cementa, dobiće se tzv. "pregoreli" beton. Ako se tokom procesa vezivanja i očvršćavanja ne nadoknađuje voda koja ispari sa površine betona, doći će do pojave pukotina i prslina usled tzv. plastičnog skupljanja.

S negom betona, tj. njegovim vlaženjem, počinje se pri toplom vremenu posle 4-5 sati nakon ugradnje. Dužina nege zavisi od spoljašnje temperature, sastava betona i dr., i mora da traje najmanje 7 dana, ali ne manje od vremena potrebnog da beton postigne 60% predviđene marke.

Beton se u vlažnom stanju održava: 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 omogućava dobijanje betona izuzetno velike kompaktnosti i čvrstoće. Pri

presovanju betona koriste se male količine cementa 100-150kg/m3 svežeg betona. Proces se izvodi u specijalnim uređajima u kojima se beton izlaže pritiscima od 10-15MPa. Često se postupak presovanja kombinuje sa vibro presovanjem, pri čemu se beton izlaže pritisku od 5-10MPa. Ovim postupcima proizvode se različiti betonski sudovi, betonske cevi i sl.

Centrifugiranje je postupak koji se primenjuje pri proizvodnji elemenata kružno-prstenastog poprečnog preseka (cevi, šuplji stubovi i dr.). Uređaj za centrifugiranje sastoji se od kalupa u obliku cevi, koja rotira oko svoje podužne ose (v. sl. 14.).

Sl. 14. Uređaj za centrifugiranje betona

U uređaj se sipa beton tečne konzistencije, pa se uređaj pušta u pogon. Usled delovanja centrifugalne sile beton se odbija ka unutrašnjoj strani kalupa, stvarajući sloj dobro zbijenog betona, jednake debljine. Višak vode i cementa koji nije ikorporiran u unutrašnjost zida cevi izliva se iz cevi. Na ovaj način se svež beton oslobađa 20-30% vode. Dobijeni betoni su vrlo visoke čvrstoće, ali je izuzetno velika potrošnja cementa 400-450kg/m3 svežeg betona.

Vakumiranje je postupak kojim se iz mešavine betona spravljene sa većom količinom vode, nakon ugradnje mehaničkim putem oduzima "višak" vode. Izvlačenje vode iz sveže ugrađenog betona vrši se primenom specijalnih prekrivača postavljenih preko gornjih površina izbetoniranog elementa (v. sl. 15).

Sl. 15 Uređaj za vakumiranje betona

Puštanjem u rad vakum pumpe, na kontaktu element-pokrivač stvara se vakum, pod kojim dolazi do "isisavanja" vode iz mase svežeg betona. Beton se zgušnjava, 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 oštećenih betonskih i armirano-betonskih konstrukcija pod zemljom i na površini, kao i za zaštitu nepodgrađenih hodnika, okana i drugih podzemnih prostorija.

17Postoji suvi i mokri postupak torkretiranja. Kod suvog postupka (v. sl. 16.) suva mešavina

agregata i cementa vodi se do torkret topa (mlaznice), pa se tek neposredno pred nabacivanje meša sa vodom. Kod mokrog postupka sve komponente se istovremeno izmešaju i kao takve vode kroz cev do mlaznice, iz koje pod pritiskom vazduha pripremljena masa biva izbačena, odnosno nabačena na oplatu ili zid.

Nabacivanje torkret betona vrši se u nekoliko tankih slojeva od po 10-20mm, pri čemu ukupna debljina svih slojeva iznosi oko 10cm. Za torkret beton primenjuje se isključivo 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 teške betone. Laki betoni imaju zapreminsku masu manju od 1900kg/m3. Imaju dobra termoizolaciona i

zvučnoizolaciona svojstva. U odnosu na obične betone imaju znatno manje mehaničke čvrstoće. Teški betoni imaju zapreminsku masu γ>2500kg/m3. Primenjuju se kao zaštitni materijali u nuklearnim

elektranama, fabrikama radioaktivnih izotopa, atomskim skloništima i sličnim objektima. Ovi betoni, pored uloge konstrukcionog materijala, služe i kao biološka zaštita od radioaktivnog zračenja.

Laki betoni su podeljeni na: − lakoagregatne betone; − jednozrne betone; − ćelijaste 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, ložišna zgura, tuf, plovućac, drobljena opeka, elektrofilterski pepeo, perlit i dr. Betoni izrađeni na bazi ovih agregata imaju vrlo širok dijapazon pritisnih čvrstoća, koje se kreću od 3-30MPa.

Od lakih agregata organskog porekla koriste se: drvena vuna, strugotina od drveta, drvena vlakna, sitnež od plute i dr. Svi ovi materijali pre upotrebe moraju se biološki stabilizovati, kako bi se sprečilo njihovo bubrenje i trulenje usled upijanja vode iz atmosfere. Lakoagregatni betoni se koriste za izradu: raznih ploča i blokova, podloga za podove, završnih slojeva podova itd.

Jednozrni betoni sastoje se od jedna frakcija agregata (8-16 ili 16-31,5mm) i cementne kaše. Cementne kaše treba da bude toliko da se pomoću nje izvrši "slepljivanje" zrna agregata, bez popunjavanja praznih prostora između zrna. S obzirom na vrlo mali sadržaj cementa (70-150kg/m3 betona) i na veliku poroznost, čvrstoća ovih betona ne prelazi granicu od 10MPa.

Ćelijasti betoni se dobijaju tako što se svežem betonu dodaju određena sredstva, putem kojih se ostvaruje porozna struktura očvrslog betona. Najpoznatiji ćelijasti betoni su: gas-betoni i peno-betoni.

Najpoznatija vrsta gas-betona je siporeks. Dobija se od kvarcnog peska, cementa (ili kreča), vode i praha aluminijuma. U mešavini siporeksa odvija se sledeća hemijska reakcija:

2Ca(OH)2 + Al2 + H2O = 2CaO . Al2O3 + 3H2Pod uticajem oslobođenog vodonika dolazi do nadimanja mase, odnosno do stvaranja velikog broja

mehurića - pora u masi materijala. Za proizvodnju siporeksa uglavnom se koristi kvarcni pesak, koji predstavlja jalovinu (otkrivku)

površinskih kopova uglja. Naša fabrika gas-betona (siporeksa) nalazi se u sklopu REIK Kolubare. Peno betoni su laki betoni ćelijaste strukture, kod kojih se ćelije ne stvaraju hemijskim putem, već

mehanički (mešanjem, bućkanjem). Kao sredstvo za stvaranje pene koriste se razne emulzije organskog porekla.

Ćelijaste betone odlikuje velika poroznost koja se kreće u garnicama od 60-80%. Zapreminske mase su im izuzetno male i iznose od 300-1200kg/m3.

Teški betoni imaju zapreminsku masu γ>2500kg/m3. Velika zapreminska masa teških betona ostvaruju se upotrebom teških agregata, kao što su: barit BaSO4, rude gvožđa (magnetit, hematit i limonit), opiljci ili specijalno izrađene kuglice od gvožđa i čelika. Da bi se poboljšale zaštitne osobine teških betona, dodaju im se jedinjenja bora ili litijuma. Za spravljanje teških betona koriste se umerene količine cementa 300-350kg/m3 betona. Čvrstoće teških betona nisu visoke; čvrstoća na pritisk ne prelazi 40MPa, dok se zatezna čvrstoća kreće od 1-3MPa.

3.4. ARMIRANI BETON Armirani beton je materijal koji vezuje beton i čelik 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.

18Radi povećanja nosivosti betonskog preseka, u zonu zatezanja postavljaja se armatura od

čeličnih šipki, koje posle pojave prslina preuzimaju celokupnu silu zatezanja (v. sl. 18.). Nosivost armiranih nosača može se povećati nekoliko desetina puta u odnosu na nearmirane nosače.

Sl. 18. Armirani nosač sistema proste grede sa prikazanim položajem neutralne linije

Nosivost armiranobetonskih nosača utvrđena je zajedničkim radom betona i čelika, a zasnovana je na adheziji betona i čelika nakon stvrdnjavanja betona. Adhezija se pospešuje povećanjem hrapavosti okruglih čelika ili korišćenjem rebrastih čelika.

Spajanje na izgled tako različitih materijala kao što su beton i čelik, moguće je iz razloga što je istezanje na toploti oba materijala približno jednako, zatim beton dobro prijanja za čelik, a pored toga čelik pokazuje i dobru antikorozivnost u pravilno izrađenom betonu.

Armirani beton se primenjuje za izvođenje najrazličitijih vrsta konstrukcija u svim oblastima gradnje: građevinarstvu, rudarstvu, mostogradnji, hidrotehnici, stambenoj gradnji itd.

Osnovna preimućstva armiranog betona su: visoke mehaničke karakteristike betona pri pritisku, a čelika pri zatezanju; dobro se ponaša kako pri statičkim, tako i pri dinamičkim opterećenjima; otporan je na kratkotrajne visoke temperature; dobro odoleva seizmičkim uticajima; ima dug vek trajanja, pri čemu se čvrstoća s vremenom povećava; omogućuje serijsku proizvodnju različitih elemenata u fabrikama itd.

Jedan od nedostataka armiranog betona je u tome što se u armirano-betonskim konstrukcijama javljaju prsline. Veličina prslina se ograničava zbog korozije armature, zavisno od sredine u kojoj se element nalazi.

Propisi za izradu armiranog betona nalažu više dopunskih zahteva, kao što su: betonska smeša namenjena armiranju mora sadržati više od 250kg cementa po m3 svežeg betona, granulometrijski sastav agregata mora biti tako podešen da cementna kaša dobro obliva armaturu i ispunjava betonsku masu, mora se posvetiti posebna pažnja 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

ugrađivanja betonske smeše prethodno napregne zatezanjem (120-130MPa). Armatura od kvalitetnog čelika održava se u zategnutom stanju sve dok beton dovoljno ne očvrsne i ne dođe do prijanjanja betona za armaturu. Skidanjem opterećenja armatura se skupi zbog svoje elastičnosti i stisne beton, tako da je armirano betonska konstrukcija u stanju da bolje izdržava zatezna naprezanja.

Prednapregnuti armirani beton ima široku primenu za izradu gotovih armirano betonskih elemenata: prednapregnutih nosača za hale, mostove, za delove podgrada podzemnih prostorija i dr.

3.4.2. Betonski čelici Kod izrade armirano-betonskih i prednapregnutih elemenata kao armatura se koristi betonski čelik. Armatura se uvek stavlja u zateznu zonu konstrukcije, a da bi se povećao otpor klizanja krajevi šipki se

savijaju u obliku kuka. Vrste i oblici betonskog čelika prikazani su na slici 18'.

Sl. 18'. Najčešće korišćene vrste betonskog čelika

Za armiranja betonskih konstrukcija najčešće se koriste: okrugli glatki čelici, rebrasti čelici i zavarene armaturne mreže, sledećih kvaliteta:

− meki betonski glatki čelik Č 240/360; − visoko kvaliltetni tvrdi glatki čelik Č 340/500; − visoko kvalitetni tvrdi rebrasti čelik Č BR 400/500; − zavarene armaturne mreže od hladno vučene žice ČBM 500/560. Oznaka betonskih čelika vrši se sa dva broja od kojih prvi predstavlja minimalnu granicu razvlačenja Re

min, odnosno za hladno obrađene čelike granicu R0,2, dok drugi broj predstavlja minimalnu čvrstoću pri kidanju Rm.

Dijagram napon – jedinično izduženje (R/ε) za betonske čelike, dat je na slici 19'.

Sl. 19'. Dijagram napon-jedinično izduženje betonskih čelika Količina armature u betonskom preseku određuje se koeficijentom armiranja preseka:

μ =SS

a

b100%

gde je: μ – koeficijent armiranja preseka u %; Sa – površina preseka armature u cm2; Sb – povrsina betonskog preseka u cm2. Betonski elementi armirani okruglim betonskim čelikom imaju procenat armiranja od: μ=0,3-3,0%.

Betonski elementi sa μ>3% koriste se u specijalne svrhe (zatege, mostovske konstrukcije itd).

19Glatki betonski čelici se proizvode postupkom toplog ili hladnog vučenja žice, pa razlikujemo

meke betonske čelike Č240/360 i visoko kvalitetne tvrde čelike Č340/500. Nazivni prečnici šipki glatkih čelika su: φ 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36 i 40mm.

Rebrasti betonski čelici su tvrdi ugljenični čelici sa oznakom ČBR400/500 (Čelik Betonski Rebrasti). Ovi čelici se izvlače u usijanom stanju. Pri zadnjem provlačnju, šipke prolaze kroz valjke sa narezanim žljebovima u kojima se formiraju rebra. Kod nas se proizvode dve vrste rebrastih čelika i to:

− ČBR 400-1 sa nepromenljivim presekom poprečnih rebara (nazivnih prečnika žice: 6, 8, 10, 12, 14 i 16mm); i

− ČBR 400-2 sa promenljivim presekom poprečnih rebara u obliku srpa (nazivnih prečnika žice: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 19, 22, 25, 28, 32, 36 i 40mm).

Zavarene armaturne mreže od hladno vučene žice koriste se za armiranje: ploča, raznih nosača, kolovoza, cevi, bazena i dr. U rudarstvu se mrežasta armatura koristi za armiranje betonskih podgrada hodnika, armiranje temelja, podova, kolovoznih zastora itd.

Formiranje tabli mrežaste armature vrši se automatskim tačkastim elektrootpornim zavarivanjem. Prema JUS-u U.M1.091 naši proizvođači proizvode tri tipa armaturnih mreža: − tip R 131 - 1130 – uzdužno nosive mreže; − tip Q 131 - 1130 – obostrano nosive mreže; i − tip Rx 283 i 335 – standardne mreže za zidove. Osnovne mehaničke karakteristike betonskih čelika date su u tabeli 7.

Tabela 7. Mehaničke karakteristike betonskih čelika Oznaka i vrsta

čelika Prečnik

žice φ(mm)

Minimalna granica

razvlačenja Re ili R0,2(MPa)

Minimalna prekidna čvrstoća Rm(MPa)

Minimalno izduženje

A (%)

Modul elastičnosti

x105 E (MPa)

Č 240/360 Meki betonski

glatki čelik

5 - 40

240

360

201)

182)

2 - 2,1 Č 340/500

Tvrdi glatki čelik

8 - 40

340

500 201)

182)

2 - 2,1 ČBR 400/500

Tvrdi rebrasti čelik

6 - 40

400

500

10

2 - 2,1 ČBM 500/560

Zavarene armaturne mreže

4 - 12

500

560

6

1,9 - 2 1) za φ ≤ 18mm; 2) za φ ≥ 20 mm

3.5. KOROZIJA BETONA I ZAŠTITNE MERE Pod uticajem agresivnih podzemnih i površinskih voda, kao i drugih faktora, dolazi do korozije betona,

usled koje se trajnost betonske konstrukcije smanjuje u manjoj ili većoj meri. Pri razmatranju korozije betona mora se uzeti u obzir i korozija armature.

Koroziju betona mogu izazvati: gasovi, tečnosti i čvrste materije. Uticaj baza, kiselina i soli na beton može se analizirati na sledeći način: Baze su obično ne škodljive za beton. Kiseline deluju razorno na beton, jer jedineći se sa krečom iz cementa stvaraju lako rastvorljive soli,

koje razaraju beton prodirući 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 štetne, dok su soli organskog porekla praktično bez štetnog uticaja na beton. Kuhinjska i industrijska so deluju korozivno na beton i armaturu.

Masna ulja i masti škode betonu, jer masne kiseline sa krečom iz cementa stvaraju lako rastvorljiva jedinjenja.

Alkoholi su neškodljivi za beton. Korozija betona manifestuje se: pojavom prslina, padom čvrstoće, 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 između 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 karakteristične su reakcije koje se dešavaju u cementu u prisustvu kiselina (sumporna, hlorovodonična i dr.) i kiselih soli (magnezijum sulfat, kalcijum sulfat, natrijum sulfat). Npr., u

20hemijskoj reakciji magnezijum sulfata ili magnezijum hlorida sa kalcijum oksidom iz cementa nastaje magnezijum hidroksid, koji se kao meka želatinozna masa taloži između zrnaca peska.

Treća vrsta korozije betona nastaje tako što se iz vode izdvajaju teško rastvorljiva jedinjenja, koja kristališu u porama betona. Kristali koji tako nastaju imaju veću zapreminu od zapremina pora, te vrše pritisak na zidove pora i razaraju beton. Ovu vrstu korozije izazivaju sulfatne vode (sa sadržajem kalcijum sulfata-gipsa i drugih sulfata). Pri reakcije između kalcijum sulfata iz vode i trikalcijum aluminata (C3A) iz cementa nastaje trikalcijum sulfo aluminat, čija se zapremina povećava 2,5 puta apsorbovanjem vode. Usled toga dolazi do bubrenje betona, koje može izazvati razaranje betona.

Vizuelni znakovi razaranja betona korozijom su: erozija, ljuštenje, mrvljenje, omekšavanje, pucanje, korozija armature i dr.

Korozija betona može se sprečiti ili ublažiti ako se na vreme primene odgovarajuće predupredne i zaštitne mere.

Predupredne mere zaštite od korozije betona svode se na: upotrebu cemenata otpornih prema koroziji (cementi sa dodacima, sulfatnootporni cementi), upotrebu kamenih agregata otpornih prema alkalijama, spravljanje što kompaktnijeg-homogenijeg betona i dr.

Ukoliko se ne primene navedene mere pri spravljanju betona, kao mera zaštite ostaje primena površinske obrade očvrslog betona, korišćenjem premaza od bitumena, katrana, epoksi smola i drugih materijala.

3.6. BETONSKI I ARMIRANO-BETONSKI PROIZVODI Betonski i armirano-betonski proizvodi obuhvataju različite građevinske i rudarske konstrukcione

elemente, koji se izrađuju u fabrikama betona. Za izradu ovih proizvoda najčešće se koristi portland cement visokih klasa i nešto sitniji agregat. Ugradnja betonske smeše u kalupe ili oplate vrši se uz pomoć mehaničkog nabijanja, vibriranja, presovanja ili centrifugiranja, zavisno od vrste proizvoda.

Očvršćavanje betonskih i armirano-betonskih proizvoda pri sobnoj temperaturi je srazmerno sporo i neracionalno. Proces očvršćavanja može se ubrzati primenom povišenih temperatura, pri čemu se očvršćavanje betona mora odvijati u vlažnoj sredini. Time se sprečava isparavanje vode usled zagrevanja betona i osigurava odvijanje hidratacije cementa.

Zaparavanje betona je postupak termičkog 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 izlažu dejstvu pare zagrejane do temperature od 70-900C.

Komore za zaparavanje betona pri normalnom atmosferskom pritisku, snadbevene su poklopcem ili vratima kojima se mogu hermetički zatvoriti. Gotovi betonski elementi dostavljaju se u komoru pomoću dizalice ili se uvoze na vagovetima. Za zaparavanje proizvoda od portland cementa primenjuje se zasićena para temperature 60-650C, a za proizvode od metalurškog cementa temperature 70-800C. Zasićenost pare treba da je 100%, što se postiže dovođenjem pare u komoru pod niskim pritiskom (do 0,7bara). Ukoliko se koristi para visokog pritiska, potrebno ju je prethodno propustiti kroz vodu radi vlaženja.

Režim zaparavanja (temperatura, vreme i dr.) podešava se tako da se zaparavanje obavi u jednoj radnoj smeni. Postignuta čvrstoća betonskih prizvoda nakon zaparavanja kreće se između 40 i 100% čvrstoće postignute očvršćavanjem u normalnim uslovima od 28 dana. Po završetku procesa zaparavanja elementi se vade iz kalupa i iznose na otvoreni prostor, gde se produžava očvršćavanje betona pod uobičajenim uslovima.

Sl. 19. Termička 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 brže očvršćavanje betona ostvaruje se primenom postupka autoklaviranja, kod koga se

betonski delovi izlažu delovanju vodene pare visoke temperature (oko 1800C) i povećanog pritiska (do 10bara). Autoklaviranjem se za kratko vreme postižu vrlo visoke pritisne čvrstoće. Tako na primer, pri pritisku od 10bara i temperaturi od 1800C već nakon dva sata dobija se očvrsli beton sa pritisnom čvrstoćom od oko 40MPa. Postupak autoklaviranja se ipak ne primenjuje široko, zbog velikih proizvodnih troškova.

Fabrički izrađeni betonski i armirano-betonski elementi koriste se u rudarstvu za izradu podgrada svih oblika, nosećih greda, stubova, ploča, lukova, kao i mnogih drugih montažnih elemenata.

Na sl. 21. prikazan je hodnik podgrađen betonskim blokovima, a na sl. 24. lučna montažna betonska podgrada.

Sl. 21. Podgrada hodnika od betonskih blokova:

1)blokovi; 2)fuge između blokova ili drveni umeci; 3)zalog

Sl. 24. Armirano-betonski montažni elementi potkovičaste podgrade: E1-E4 montažni elementi

21

DRVO

1. OPŠTE OSOBINE DRVETA Drvo je bilo prvi materijal koje se koristilo za podgrađivanje podzemnih rudarskih prostorija u cilju

sprečavanja njihovog zarušavanja. Drvo je i danas jedan od najznačajnijih rudarskih podgradnih materijala, mada ga u poslednje vreme zamenjuju savremeniji konstrukcioni materijali (čelici, betoni, plastični materijali i dr.). Široka primena drveta uslovljena je njegovim dobrim mehaničkim karakteristikama pri srazmerno maloj zapreminskoj masi. Odlikuje se niskom toplotnom provodljivošću, dobrom otpornošću prema mrazu, lakoćom obrade, zadovoljavajućom otpornošću prema agresivnim hemijskim supstancama i dr. Nedostaci drveta kao konstrukcionog materijala su nehomogenost građe, anizotropnost svojstava, higroskopnost, laka zapaljivost, mala trajnost, sklonos ka truljenju i dr.

Osobine drveta zavise od vrste drveta, uslova rasta, starosti, načina skladištenja i dr. Ovi činioci naročito utiču na čvrstoću, elastičnost, trajnost i sklonost ka truljenju (osobine koje su od izuzetnog značaja za primenu drveta u rudarstvu).

U zavisnosti od stepena prerade, materijali na bazi drveta dele se na: − običnu drvenu građu koja se dobija putem mehaničke obrade prirodnog drveta; − materijali od drveta koji se dobijaju primenom naročitih industrijskih postupaka (furniri, šper-ploče,

panel-ploče, lamelarna drvena građa i dr.); − sintetički materijali koji se dobijaju na bazi drveta tzv. dubokom preradom drveta, pri čemu se

mogu koristiti svi elemenati drveta, čak i kora. S obzirom da se u rudarstvu najviše koriste obična i rezana građa, to se prerađeni materijali na bazi

drveta neće obrađivati u ovom udžbeniku.

1.1. HEMIJSKI SASTAV DRVETA Drvo koje se koristi u građevinarstvu, rudarstvu i drugim grana, uglavnom se sastoji od organskih

sagorljivih elemenata celuloze (C6H10O5) i lignina. Sporedni sastojci su: skrob, tanin, smole, ulja, šećer, belančevine, voda i dr. Sadržaj vode svojstven je svakom drvetu. Sirovo drvo sadrži 35-50% vode, a suvo drvo 12-20%, zavisno od vrste i stepena sušenja.

Zastupljenost pojedinih sastojaka je: − celuloza i lignin .................................... do 80%, − voda (hemijski vezana) ....................... cca 17%, − smole, ulja, skrob, tanin ........................ cca 3%. Prosečan sadržaj 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. FIZIČKA SVOJSTVA DRVETA U fizička svojstva drveta spadaju: vlažnost, higroskopnost, specifična masa, zapreminska masa i dr. Vlažnost drveta definisana je količinom vode koju drvo sadrži. Voda (vlaga) u drvetu može da bude

slobodna i vezana. Slobodna voda se kreće kroz sudove drvne mase i ima je onoliko koliko ima šupljina u drvnoj masi. Vezana voda deli se na adhezionu i konstitucionu. Adheziona voda natapa sudove i vlakna drveta i to je fizički vezana voda. Konstituciona voda je hemijski vezana voda, npr. ova voda je konstitucioni element celuloze i drugih sastojaka. Ovu vodu nije moguće odstraniti iz drveta postupcima isušivanja.

Prilikom sušenja iz sveže posečenog drveta prvo ispari slobodna voda, najpre iz površinskih slojeva, a zatim iz unutrašnjosti drvne mase. Nakon toga dolazi do isparavanja adhezione vezane vode.

Prema JUS-u razlikuju se sledeći stepeni vlažnosti drveta: − sirovo drvo vlažnosti veće od 30%; − polusuvo drvo vlažnosti cca. 30% (ne sadrži slobodnu vodu); − prosušeno drvo vlažnosti najviše 22%; − isušeno drvo vlažnosti od 6-12%; i − suvo drvo vlažnosti cca. 0%.

22Određivanje vlažnosti drveta vrši se postupkom merenja masa vlažnih i potpuno suvih

uzoraka, pri čemu se sušenje vrši na temperaturi od 100-1050C. Higroskopnost je osobina drveta da se sadržaj vlage u drvetu menja u zavisnosti od relativne vlage i

temperature vazduha. Primanjem vlage drvo podećava dimanzije i zapreminu, a sušenjem dolazi do smanjenja i skupljanja drveta. Promena vlažnosti drveta od 0-30% prati povećanje dimenzija i zapremine, dok pri vlažnosti iznad 30% dimenzije i zapremina drveta praktično se ne menjaju.

Najmanje promene dimenzija su u pravcu ose drveta (0,1-0,5%), znatno veće u radijalnom smeru (3-4%) i najveće u tangencijalnom smeru (do 8%). Deformisanje drveta usled skupljanja i bubrenja prikazano je na sl. 3.

Sl. 3. Deformisanje drveta usled skupljanja i bubrenja

Specifična 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 povećanjem

vlažnosti drveta zapreminska masa raste. Zapreminska masa suvog drveta je manja od 1000kg/m3 i kod evropskih vrsta drveta kreće se između 400-600kg/m3. Određuje se pri standardnoj vlažnosti od 15%.

U tabeli 1. prikazane su prosečne zapreminske mase pojedinih vrsta drveta u funkciji vlažnosti H. Tabela 1. Zapreminske mase drveta u funkciji vlažnosti

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 karakteriše vrlo niska toplotna provodljivost, koja je oko dva puta manja od toplotne provodljivosti čelika i betona.

1.3. MEHANIČKA SVOJSTVA DRVETA Mehaničke karakteristike drveta su: čvrstoća, tvrdoća, elastičnost i žilavost (dinamička čvrstoća). Čvrstoća drveta zavisi od vrste drveta, stepena vlažnosti, pravilnosti građe, načina opterećenja

(paralelno ili upravno na vlakna) i dr. Od mehaničkih čvrstoća najčešće se ispituju sledeće: − pritisna čvrstoća pralelno i upravno na vlakna; − zatezna čvrstoća paralelno i upravno na vlakna; − čvrstoća pri savijanju; − čvrstoća pri smicanju; − dinamička čvrstoća - žilavost. Čvrstoće paralelno vlaknima znatno su veće od čvrstoća upravno na vlakna. Čvrstoća pri zatezanju u

pravcu vlakana je 20-30 puta veća od zatezne čvrstoće upravno va vlakna, ili čvrstoća na pritisak u pravcu vlakana je 5-10 puta veća od pritisne čvrstoće upravno na vlakna.

Način ispitivanja mehaničkih čvrstoća drveta detaljno je obrađen u Praktikumu - Metode ispitivanja. Zavisnost između vlažnosti i čvrstoće drveta data je na sl. 4.

Sl. 4. Zavisnost između vlažnosti i čvrstoće drveta Čvrstoća je najveća za vlažnost H=0% i ima vrednost σmax. Sa porastom vlažnosti čvrstoća postepeno

opada sve do vlažnosti H≈30%, kada se dobija i najniža verdnost čvrstoće σmin. Elastičnost je karakteristika koja je izražena kod svakog drveta. Mlado drvo je elastičnije od starog. Modul elastičnosti je od izuzetnog značaja za primenu drveta kao konstrukcionog materijala. Određuje

se na osnovu dijagrama σ - ε (sl. 5), preko izraza: E = tg α0

Vrednost tg α0 može se izračunati na osnovu odnosa Δσ/Δε u okviru područja linearne zavisnosti σ-ε. Linearnost je zastupljena do napona koji su reda veličine 40-50% maksimalnih čvrstoća (sl. 5).

Sl. 5 Radni dijagram drveta

Žilavost je dinamička karakteristika drveta i zavisi od vrste drveta i njegove vlažnosti. Kod svih vrsta žilavost se povećava sa sadržajem vlage. Sirovo drvo je žilavije od suvog. Tvrdo drvo je manje žilavo od mekog drveta.

Tvrdoća drveta zavisi od vrste drveta. Povećava se sa povećanjem zapreminske mase drveta, a opada sa povećanjem vlažnosti. Zbijeno drvo srčevine tvrđe je od poroznog drveta beljike. Suvo drvo je tvrđe od vlažnog.

231.4. TRAJNOST DRVETA Na trajnost drveta u najvećoj meri utiče mesto i način upotrebe. Najveću trajnost drvo ima u suvoj

sredini i uslovima stalne cirkulacije vazduha. Veliku trajnost drvo pokazuje i u slučajevima kada je stalno pod vodom. Međutim, drvo pokazuje vrlo malu trajnost ako se naizmenično kvasi i suši.

U uslovima povišene vlažnosti, umerene temperature vazduha 5-340C itd. stvaraju se posebno povoljni uslovi za razvitak određenih vrsta gljiva i mikroorganizama koji dovode do trulenja drveta, pri čemu drvo postepeno menja boju, gubi na zapreminskoj masi i čvrstoći, zvonkosti, dobija neprirodni miris, dok se na kraju ne raspadne.

Zbog specifičnih radnih uslova u rudnicima sa podzemnom eksploatacijom (velika vlažnost, povišena temperatura, prisustvo prašine, nedostatak svetlosti itd.) drvena podgrada izložena je brzom propadanju, što se jasno vidi sa sl. 6.

Sl. 6. Štetno dejstvo rudarske atmosfere na drvenu podgradu

Naročite vrste insekata i njihovih larvi napadaju drvo bušeći kanale kroz drvenu građu. Razorno dejstvo insekata i njihovih larvi poznato je kao crvotočina, karakteristična po sitnom prahu koji insekti izbacuju iz svojih hodnika. Svojim štetnim dejstvom insekti ne samo što smanjuju čvrstoću drvene građe, već i omogućuju pristup vlazi i sporama gljiva u unutrašnjost drveta.

Od drveta koje se primenjuje u rudarstvu najveću trajnost ima hrast, bukva, bagrem i bor. U tabeli 2. prikazana je relativna trajnost pojedinih vrsta drveta u odnosu na trajnost hrasta.

Tabela 2. Relativni odnos trajnosti drveta Vrsta drveta Relativna trajnost na vazduhu u slatkoj vodi Hrast 1 1 Bor 0,4 - 0,85 0,8 Jela 0,4 - 0,67 0,5 Bukva 0,1 - 0,60 0,7

2. VAŽNIJE VRSTE DRVETA Drvena građa u Evropi potiče od dve glavne vrste drveća: listara i četinara. Drvo četinara upotrebljava

se mnogo više od drveta listara zbog pravilnog rasta stabla, srazmerno veće dužine i elastičnosti, lakše obrade i velike rasprostranjenosti.

Od domaćih listara veliku primenu u rudarstvu i građevinarstvu imaju hrast, cer, bukva, bagrem, topola i dr. Od četinara najčešće se upotrebljavaju bor, jela, smreka, ariš i dr.

U rudarstvu se drvo koristi za izradu železničkih i rudarskih pragova, drvenih greda, jamske građe, podgradnog zaloga itd.

2.1. GREŠKE DRVETA Greške drveta su razni defekti, nepravilnosti i oštećenja prisutna na pojedinim delovima drveta. Ove

greške smanjuju kvalitet drveta i ograničavaju njegovu upotrebljivost. Greške nastaju kako tokom rašćenja drveta, tako i pri njegovom čuvanju i eksploataciji.

Najvažniji nedostaci koji se mogu terenski ustanoviti su: nepravilnost rašćenja, pukotine, trulež i promena boje usled započetog ili poodmaklog trulenja i dr.

Greške rašćenja drveta su: nepravilnost poprečnog preseka (eliptični-ovalni presek, žljebovit presek i dr.), nejednaka širina godova, zakrivljenos debla, nepravilnost vlakana, kvrgavost itd. Ove greške su jasno uočljive na drvetu pa ih nije potrebno detaljno obrazlagati.

Jamska građa mora biti dovoljno prava i pravilnog rasta. Jako čvornovito, krivo i usukano drvo nije za upotrebu za podgradne stupce i slemenjače.

Pukotine koje se javlaju na obloj građi mogu biti normalne, zvezdaste, poprečne i međuprstenaste. Normalne pukotine javljaju se usled prirodnog sasušivanja drveta. Zvezdaste pukotine su posledica naglog sušenja oborenog stabla. Poprečne pukotine javljaju se usled niskih temperatura, kojima je oboreno drvo izloženo zimi. Međuprstenaste pukotine su posledica mehaničkih naprezanja unutar drvne mase, izazvane naglim isušivanjem jakim i toplim vetrovima. Na sl. 7. pokazane su vrste pukotina na trupcima.

Sl. 7. Vrste pukotina na obloj građi: 1)normalne;

2)zvezdaste; 3)poprečne; 4)međuprstenaste Trulež se javlja kao posledica trulenja na živom stablu, naročito kod starijih stabala. To može dovesti

do trulenja dugačke oble građe iznutra, pri čemu dolazi do trulenja srčevine ili se trulež pojavljuje među prstenovima. Trulež se raspoznaje po potmulom zvuku pod udarcima čekića. Ovakva građa nije za upotrebu.

Promena boje je prvi vidljiv znak započetog trulenja. Plavkaste i sivkaste mrlje ili pruge kod četinara, znak su da je građa napadnuta gljivama ("plava trulež"), ali da još nije izgubila na čvrstoći. Crvenkasta

24srčevina kod hrastovine, crveno-ljubičasta srčevina kod bukovine, kao i bela prugavost, znaci su poodmaklog trulenja i male tehničke vrednosti ove građe.

3. DRVENA GRAĐA Po obaranju drveta deblo se izreže na trupce potrebne dužine, koji se razvrstaju prema debljini, dužini i

klasi drveta. Zatim se trupci šalju na dalju mehaničku preradu. Drvena građa se dobija mehaničkom preradom trupaca. Obim mehaničke prerade zavisi od namene

drvene građe. Najmanji stepen obrade je kod oble građe, neznatan kod polutesane građe, veći kod tesane građe i najveći kod rezane (strugane) građe.

Obla građa prestavlja neprerađena debla određene debljine i dužine sa kojih je skinuta samo kora. Minimalni prečnik oble građe iznosi 16cm. Koristi se kao jamska građa, za električne, telegrafske i druge stubove.

Poluobla građa dobija se cepanjem oble građe na poluoblice ili četvrtke. Oblici oble drvene građe dati su na sl. 8.

Sl. 8. Oblici oble drvene građe:

a)oblica; b)poluoblica; c)četvrtka Cepana i tesana građa pripadaju kategoriji najkvalitetnije, a samim tim i najskuplje drvene građe.

Cepanje oblica podrazumeva razdvajanje na delove po liniji vlakana (po "žici"), pomoću sekire i klinova. Tesanje predstavlja obradu drveta sekirom u smeru ili približno smeru podužne ose debla. Tesanjem se izrađuju gredice, grede, železnički pragovi i sl.

Rezana (strugana) građa dobija se postupkom mašinskog rezanja drvenih trupaca u strugarama (pilanama), korišćenjem raznih vrsta testera.

S obzirom na poprečni presek rezana građa obuhvata: tanke daske (debljine 9-13mm), debele daske (od 14-40mm), talpe (>40mm), grede (od 10x10cm do 38x38cm), gredice, letve itd. Na sl. 9. prikazane su vrste rezane drvene građe.

Sl. 9. Vrste drvene građe: 1)polutesana greda; 2)greda;

3)gredica; 4)daska; 5-6)železnički pragovi; 7)okrajak Ostatci od rezanja (okrajci, lisičave-neokrajčene daske i dr.) koriste se za zalaganje podgradnih okvira i

u druge svrhe. Rezana građa proizvodi se od svih vrsta drveta: četinara, tvrdih listara (hrast, bukva, jasen, bagrem),

kao i od mekih listara (topola). Za rezanje građe koriste se različite vrste mašinskih testera, kao što su: trakaste testere, "gateri" i

kružne (cirkularne) testere. Trakaste testere imaju tanku trakastu-beskrajnu testeru prebačenu preko dva korura, od kojih je jedan

pogonski. Koriste se za krajčenje trupaca, a delimično i za rezrezivanja u daske. Na sl. 10. prikazan je izgled trakaste testere.

Sl. 10. Trakasta testera za drvo

Gateri se sastoje od okvira (jarma), u kome je vertikalno zategnut jedan ili više listova testera. Koriste se za razrezivanje trupaca u grede i daske.

Kružne (cirkularne) testere imaju radni element u vidu ozubljenog kotura, koji se okreće oko osovine. Koriste se za krajčenje i razrezivanje tanjih trupaca. Manje kružne testere služe u pomoćne svrhe.

3.1. GREŠKE DRVENE GRAĐE Greške drvene građe su: pukotine i raspukline, krivljenje građe, nejednakost dimenzija i dr. Pukotine i raspukline javljaju se kao posledica skupljanja drveta usled smanjenja vlažnosti. Raspukline

zahvataju ceo presek i pružaju se po duži građe, dok pukotine nastaju u radijalnom pravcu i zahvataju samo deo preseka.

Krivljenje građe javlja se kao posledica neravnomernog skupljanja, odnosno kao posledica nepravilnog sušenja. Razlikuju se sledeće vrste krivljenja: izbočenost, koritavost i vitoperenost.

Lisičavost se manifestuje prisustvom zaostale obline na obrađenoj drvenoj građi. Nejednakost dimenzija najčešće se javlja kod dasaka. Usled skretanja testere pri struganju, dobija se

promenljiva debljina ili širina dasaka. Neke greške drvene građe date su na sl. 11.

Sl. 11. Greške drvene građe: a)pukotine i raspukline;

b)izbočenost i vitoperenost; c)lisičavost

253.2. KVALITET DRVENE GRAĐE Prema kvalitetu drvena građa se deli u tri klase: − I klasa - drvo naročite nosivosti. Primenjuje se samo u izuzetnim slučajevima, tamo gde to

zahtevaju složeni statički uslovi. − II klasa - drvo obične nosivosti. Najčešće se koristi. Primenjuje se za sve odgovorne konstrukcione

delove. − III klasa - drvo male nosivosti. Primenjuje se u svim ostalim slučajevima, gde se traži manja

odgovornost. U rudarstvu se najčešće koristi rezana građa II klase, kao i obla građa. Jamsku građu predstavljaju

oblice debljine 12-25cm i dužine 0,5-6m. Za rudarsku podgradu nije preporučljivo koristiti mlado i vlažno (tek odsečeno) drvo.

4. ZAŠTITA DRVENE GRAĐE Zaštita drveta ima za cilj da poveća otpornost i trajnost drveta prema spoljašnjim uticajuma. Razlikuje

se zaštita od trulenja i crvotočine i zaštita od vatre. Trulenje je pojava do koje dolazi usled razlaganja celuloze pod uticajem različitih vrsta gljiva i

mikroorganizama. Prisustvo vlage u drvetu predstavlja jedan od bitnih faktora koji uslovlajavaju pojavu trulenja. U cilju zaštite drveta od trulenja primenjuju se: postupci sušenja, kao i različiti postupci zaštite od vlage.

4.1. SUŠENJE DRVETA Sušenje je najčešći i najprostiji način zaštite drvene građe, kojim se poboljšavaju fizičko-mehanička

svojstva drveta i produžava njegova trajnost. Proces sušenja započinje odmah po obaranju stabla u šumi, a obično se završava u specijalnim

pogonima za sušenje drveta. Sušenje drveta može da bude prirodno (na slobodnom vazduhu) ili veštačko. Veštačko sušenje se

izvodi u naročitim sušarama, primenom različitih postupaka. Prirodno sušenje ostvarauje se slaganjem drveta (ili drvene građe) u vitlove, čime se obezbeđuje

strujanje vazduha oko drveta i postiže ravnomernost sušenja (v.sl. 12).

Sl. 12. Prirodno sušenje dasaka u vitlu Sušenje se mora obavljati polako, kako bi vlaga imala vremena da se izjednači po celoj masi drveta.

Kad je sušenje brže nego priticanje vlage iz unutrašnjosti drveta, skupljanje u perifernim delovima je veće, pa dolazi do pojave pukotina.

U zavisnosti od karakteristika drveta i njegove debljine, prirodno sušenje traje u proseku od 2-3 nedelje do 1-1,5 godine. Na ovaj način može se dobiti drvo sa minimalnom vlažnošću od 15%. Najmanje vreme sušenja zahteva drvena građa manjih dimenzija (daske, talpe), kod koje se već posle nekoliko nedelja ostvaruje vlažnost manja od 30%.

Veštačko sušenje je znatno brže od prirodnog i omogućuje svođenje vlažnosti drveta na nivo od 6-10%.

Sušare za sušenje drveta mogu biti sa prirodnom ili prinudnom cirkulacijom zagrejanog vazduha (70-800C), odnosno vodene pare. Najbolje efekte daju sušare u obliku tunela sa kontinualnim radom.

Veštačkim sušenjem postižu se znatne uštede u vremenu i obično traje 1-10 nedelja, zavisno od vrste drveta i dimenzija građe. Drvo četinara suši se veštački odmah po rezanju, dok tvrdo drvo listara se prethodno suši prirodnim putem (3-6 meseci), radi postepenog skupljanja drveta.

Veštačko sušena građa primenjuje se za unutrašnju i spolašnju stolariju (prozore, vrata i dr.), podove, parkete, nameštaj itd.

4.2. ZAŠTITNI PREMAZI I OBLOGE U cilju zaštite drveta od uticaja vlage koristi se površinsko premazivanje drveta raznim lakovima,

emajlima, masnim bojama, bitumenskim i katranskim proizvodima i dr. Kod ukopanih stubova (za električne vodove, žičare, ograde itd.) trulenju je najviše izložen deo stuba na kontaktu zemlja-vazduh. Da bi se stubovi zaštitili od vlage premazuju se katranom, i to oko 0,5m iznad zemlje i isto toliko pod zemljom. Na sl. 13. dat je postupak nanošenja zaštitnog premaza u kritičnoj zoni stuba.

Sl. 13. Zaštitni premaz ukopanog stuba u kritičnoj zoni

4.3. IMPREGNACIJA DRVETA U slučajevima kada je drvo ili drvena konstrukcija izložena naizmeničnom vlaženju ili sušenju, jedini

efikasan način zaštite od trulenja je hemijska zaštita, tj. impregnacija drveta. Pod impregnacijom drveta podrazumeva se uvođenje u strukturu drveta antiseptika - supstanci koje su otrovne za gljive i

26mikroorganizme. Zavisno od primenjenih sredstava (antiseptika) i postupaka, trajnost impregnisanog drveta može se povećati 2-5 puta u poređenju sa neimpregnisanim drvetom.

Za zaštitu drveta od trulenja danas se najčešće upotrebljavaju sledeći antiseptici: − vodeni rastvori soli: natrijum fluorida (NaF), bakar sulfata (CuSO4), zink hlorida (ZnCl), hlorida žive

(HgCl2), plavog kamena (CuSO4. 5H2O), Volmanove soli i dr.

− supstance koje se ne rastvaraju u vodi: katranska ulja, katran iz drveta, katran kamenog uglja, bitumen, kreozot, karbolineum i dr.

Osnovni postupci zaštite drveta obuhvataju: površinsku obradu, natapanje po postupku toplo-hladno, natapanje pod pritiskom (impregnisanje) i obradu antiseptičkim pastama.

Površinska obrada izvodi se korišćenjem vodenih rastvora antiseptika, koji se na površinu drveta nanose četkama ili raspršivačima. Dubina natapanja drveta antiseptikom iznosi 1-2mm.

Natapanje po postupku toplo-hladno izvodi se u specijalnim bazenima, pri čemu se drvo prvo potapa u antiseptik zagrejan do temperature 90-950C, gde se drži 2-4 sata. Nakon toga drvo se prebacuje i potapa u hladan rastvor antiseptika (20-400C), gde ostaje otprilike isto vreme. U toku procesa zagrevanja vazduh i preostala vlaga u drvetu se šire i delimično isparavaju iz njega, dok se za vreme hlađenja skupljaju stvarajući delimični vakum, usled koga se antiseptik srazmerno brzo usisava u pore drveta. Ovaj postupak omogućava natapanje drveta po celoj masi, a radi efikasnosti može se ponoviti 2-3 puta. Na sl. 14. prikazan je toplo-hladni postupak natapanja u otvorenim bazenima.

Sl. 14. Toplo-hladni postupak natapanja drveta u otvorenim bazenima: 1)predkomora za rastvaranje

antiseptika; 2) bazeni za potapanje građe sa grejnim telima; 3)kolosek; 4)izvozni vitao

Usled svoje jednostavnosti i ekonomičnosti toplo-hladni postupak natapanja je vrlo podesan za zaštitu drvene podgrade u rudnicima.

Natapanje pod pritiskom (impregnacija) izvodi se u autoklavama u kojima se stvara vakum. Drvena građa se drži u autoklavama dok se iz nje ne "izvuče" vlaga i vazduh. Nakon ovoga u drvo se pod pritiskom od 0,6-0,8MPa utiskuje zagrejani antiseptik, što omogućuje prodiranje antiseptika kroz celu drvnu masu. Prema načinu izvođenja postupka razlikuju se puno i delimično utiskivanje (ušteda antiseptika je do 50%). Na sl. 15. prikazano je postrojenje za impregnaciju drveta.

Sl. 15. Impregnacija drveta pod pritiskom: 1)kotao za drvo; 2)sud za rastvaranje antiseptika; 3)rezervoar za

rastvor; 4)kotao za vazduh; 5)vakum pumpa za utiskivanje rastvora Ovim postupkom izvodi se najpotpunija impregnacija drvene građe i za najkraće vreme (2-3 sata), ali s

obzirom na velike investicione izdatke retko se primenjuje u rudarstvu. Obrada antiseptičkim pastama primenjuje se u slučajevima kada se radi o već ugrađenim elementima.

Antiseptičke paste (antiseptik+vezivo+punilac) nanose se na drvene delove premazivanjem, nabacivanjem, umakanjem i sl.

4.4. ZAŠTITA OD INSEKATA, PALJENJA I GORENJA Kao preventivna zaštita od insekata uglavnom se koriste svi napred nabrojani antiseptici, s tim što se iz

razloga povećanja toksičnosti antiseptici mešaju sa manjom količinom insekticida. Radi sprečavanja paljenja i gorenja drveta vrši se premazivanje površina ili natapanje drvne mase

hemijskim sredstvima otpornim na vatru. Srestva koja se primenjuju za zaštitu drveta od paljenja i gorenja zovu se antipireni. Kao antipireni najčešće se koriste: borna kiselina (H3BO3), amonijum-sulfat (NH4)2SO4, amonijum-fosfat (NH4)3PO4 i dr.

TEHNIČKA KERAMIKA, GUMA I PLAS MASE

1. TEHNIČKA KERAMIKA Pod keramikom podrazumevaju se proizvodi dobijeni od mešavine gline, kvarca i drugih silikatnih

materijala, koji se pečenjem na temperaturi 800-16000C prevode u čvrsta alumosilikatna jedinjenja. S obzirom na kompaktnost mase, keramički proizvodi se dele na proizvode sa poroznom masom i

proizvode sa polustopljenom masom. Kod proizvoda sa poroznom masom upijanje vode je veće od 5% (u proseku 8-20%), a kod proizvoda sa polustopljenom masom upijanje vode je manje od 5% (najčešće 1-4%).

27Najvažniji keramički proizvodi sa poroznom masom su: opeka, blokovi za zidanje, crep,

drenažne cevi itd. Temperatura pečenja ovih proizvoda kreće se od 800-10000C. U proizvode sa polustopljenom masom spadaju: pločice za podove i zidove, keramičke cevi i dr.

Temperatura pečenja ovih proizvoda kreće se između 1200-14000C.

1.1. GLINA ZA PROIZVODNJU KERAMIKE Osnovna sirovina za dobijanje keramičkih proizvoda je glina. Glina se može definisati kao zemljasta

mineralna masa sposobna da sa vodom obrazuje plastično testo, koje nakon sušenja održava datu formu, a posle pečenja postaje čvrst materijal. Po svom sastavu glina je hidratisani alumosilikat sa manjim ili većim procentom primesa (pesak, hidroksid gvožđa, kalcijum karbonat i dr.).

Najčistija vrsta gline je kaolin. Čist kaolin je bele boje, a njegova hemijska formula je: Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O. Pored SiO2, Al2O3 i vode, glina u malim količinama može da sadrži i sledeće primese: CaO, Fe2O3, FeO, K2O, MgO i dr., što zavisi od stenskog materijala od koga je glina nastala, kao i od samog načina nastanka.

Čestice gline su vrlo sitne, veličine zrna od 0,001 do 0,005 mm. Zbog ovakve strukture glina sa vodom obrazuje koloidnu suspenziju.

Pri mešanju suve gline sa vodom glina bubri povećavajući svoju zapreminu. Na suprot ovoj pojavi, gubljenjem vode glina smanjuje svoju zapreminu - skuplja se.

Prirodnim mešanjem kaolina sa kvarcnim peskom, krečnjakom, feldspatom i drugim primesama dobijaju se različite vrste glina.

Porcelanska glina je bele boje. Uglavnom sadrži kaolin sa vrlo malo primesa. Primenjuje se za izradu najfinijih keramičkih proizvoda.

Grnčarska glina takođe sadrži najviše kaolina, ali ima nešto više primesa od porcelanske gline. Može da bude prljavobela, siva, žuta, crvenkasta.

Ilovača osim kaolina, oksida gvožđa i drugih primesa sadrži i značajnu količinu kvarcnog peska. Boje je žute ili crvenkaste.

Laporovita glina ima veliku količinu krečnjačkih primesa. Najčešće je sive boje. Ciglarska glina sadrži relativno malu količinu kaolina, a mnogo drugih primesa. Nije mnogo plastična,

ali je njena plastičnost ipak dovoljna da se može upotrebiti za izradu zidarskih opeka i crepova. Osnovna tehnološka svojstva gline su plastičnost, stvrdnjavanje, skupljanje i pečenje. Plastičnost predstavlja sposobnost gline da pod pritiskom formira određeni oblik, koji se zadržava i po

prestanku dejstva pritiska. Plastičnost zavisi od stepena "masnoće" gline, odnosno od sadržaja kaolina. Masne gline imaju veći sadržaj kaolina, a posne manji uz povećani sadržaj primesa, u prvom redu kvarcnog peska. Masne gline apsorbuju i veću količinu vode.

Stvrdnjavanje nastaje tokom sušenjem glinenog testa na vazduhu. Uslovljeno je prisustvom različitih primesa koje su sposobne da odigraju ulogu vezivnog sredstva.

Skupljanje gline uslovljeno je gubitkom vode. Veličina skupljanja varira u vrlo širokim granicama: od 2-3% do 10-12%. Osim skupljanja na vazduhu, glina trpi izvesne zapreminske promene i tokom procesa pečenja (u granicama 2-8%).

Pečenjem gline dolazi do vrlo velikih promena u njenoj strukturi i sastavu. Zagrevanjem do 1000C glina gubi celokupnu slobodnu vodu, postaje suva i krta. Na temperaturama između 100 i 7000C dolazi do gubitka kristalne vode (dehidratacije). Između 550 i 9000C dolazi do procesa oksidacije sastojaka. Na temperaturama preko 9000C masa se razmekšava (sinteruje) i stvaraju se različiti veštački minerali. Ako bi se glina zagrevala i posle sinterovanja onda bi se, zavisno od primesa, na temperaturama između 1200 i 18000C potpuno istopila i prešla u tečnu staklastu masu.

1.2. DOBIJANJE KERAMIČKIH PROIZVODA Keramički proizvodi se proizvode tehnologijom plastičnog oblikovanja ili tehnologijom polusuvog

presovanja. Blok dijagrami dobijanja keramičkih proizvoda dati su na sl. 1.

Sl. 1. Tehnološki postupci dobijanja keramike Kod postupka plastičnog oblikovanja primenjuju se pužne prese (sl. 2.), kod kojih iz usnika prese izlazi

glinena traka određenog poprečnog profila, koja se automatski seče na proizvode određenih dužina. Kod postupka polusuvog presovanja primenjuju tzv. revolver prese (sl. 3.), koje imaju kalupe za oblikovanje proizvoda pod pritiskom od 15 do 40MPa.

Sl. 2. Pužna presa

Sl. 3. Revolver presa Sušenje proizvoda mora da bude što ravnomernije, kako bi se eliminisala pojava defekata usled

neravnomernog skupljanja proizvoda. Sušenje se vrši u specijalnim tunelima ili komorama.

28Tuneli za sušenje rade na principu da se vagoneti sa proizvodima kreću kroz tunel u susret

struji vrelog vazduha ili dimnih gasova. Sušenje obično traje od 16-36 časova. Posle sušenja keramički proizvodi odlaze u peći za pečenje. Temperatura pečenja je od 800-10000C

za običnu opeku, 1200-13000C za poluustakljene proizvode i do 16000C za porcelan. Pečenje se vrši u prstenstim (Hofmanovim) pećima ili tunelskim pećima. Finiji proizvodi peku se u

manjim komornim pećima, dok se porcelanski proizvodi peku u zatvorenim sudovima od vatrostalnog materijala, tzv. kapsulama.

Tunelska peć sastoji se od dugačkog kanala (100m i više) u koju može stati do 50 vagoneta. Proizvodi se polako transportuju vagonetima kroz peć, prolazeći kroz zone: predgrevanja (od 0 do 500-6000C), pečenja (od 500-6000C do 900-11000C) i hlađenja (do 500C). Dužina svake zone je oko 1/3 ukupne dužine tunela. Ceo ciklus traje 1-2 nedelje.

Na sl. 4. šematski je pokazana tunelska peć za sušenje i pečenje keramičkih proizvoda.

Sl. 4. Tunelska peć za sušenje i pečenje keramičkih proizvoda: 1)ulaz vrelih gasova; 2)keramički proizvodi; 3)izlaz vrelih gasova; 4)pravac kretanja vagoneta sa proizvodima

Neki keramički proizvodi nakon pečenja podvrgavaju se glaziranju, angobiranju i dr. Glazura (gleđ) se dobija na bazi mešavine kaolina, kvarcnog peska, feldspata i lakotopljivih oksida. Glazirani proizvodi imaju glatke, sjajne i vodonepropustljive površine.

1.3. GRAĐEVINSKI KERAMIČKI PROIZVODI Građevinska keramika od važnosti za rudarstvo obuhvata: običnu zidarsku opeku, šuplju i fasadnu

opeku, blokove, crep, kanalizacione cevi i dr. Na sl. 5. dati su važniji keramički proizvodi za potrebe rudarstva.

Sl. 5. Građevinski keramički proizvodi: a)zidarska opeka-puna i šuplja; b) crep; c)šuplji blok; d)kanalizacione cevi

Keremički proizvodi nalaze veliku primenu za rudarsko-građevinske radove na rudniku (za zidanje građevinskih objekata, podgrađivanje hodnika, okana i dr.).

1.4. ELEKTROTEHNIČKI KERAMIČKI PROIZVODI Elektrotehnička keramika obuhvata proizvode od porcelana i steatita i kordijerita. Elektroporcelanski proizvodi izrađuju se u plastičnom ili polusuvom stanju od mešavine kaolina,

kvarcnog peska i feldspata. Pečeni proizvod (800-9500C) se gleđoše i izlaže završnom pečenju na višoj temperaturi (1300-14600C). Elektroporcelan, pored vrlo povoljnih električnih osobina, odlikuje se velikom čvrstoćom i otpornošću prema atmosferskim i temperaturnim promenama.

Elektroporcelanski proizvodi obuhvataju razne vrste izolatora za električne mreže, transformatore, telegrafsko-telefonske vodove itd.

Steatitski proizvodi izrađuju se od steatita, talka i silikata magnezijuma, pečenjem na odgovarajućoj temperaturi. Odlikuju se boljim dielektričnim i mehaničkim osobinama od porcelanskih proizvoda. Poboljšane vrste steatita sadrže još i dodatak barijum oksida.

Steatitski proizvodi dobijeni pečenjem na niskim temperaturama (1180-12000C) upotrebljavaju se za delove prekidača nisko naponskih mreža, dok proizvodi pečeni na višim temperaturama (1380-14100C) i proizvodi od poboljšanog steatita primenjuju se u visokofrekfentnoj tehnici.

1.5. VATROSTALNE OPEKE Vatrostalne opeke obuhvataju keramičke proizvode koji mogu izdržati visoke temperature preko

15800C. Najčešće korišćene vatrostalne opeke su: šamotska opeka, magnezitska opeka, hrom-magnezitska opeka, dolomitska i kvarcna opeka. Upotrebljavaju se kao materijal za obloge peći izloženih visokim temperaturama (metalurške i druge peći, kotlovska postrojenja i dr.).

Šamotska opeka proizvodi se od mešavine pečene i samlevene vatrostalne gline (šamota) i nepečene vatrostalne gline u određenoj razmeri. Posle presovanja opeka se suši i peče na visokoj temperaturi (1280-13500C). Izdržava temperaturu od 1700-17500C. Koristi se za oblogu visokih peći, kupolnih peći, predgrejača vazduha, gasnih generatora itd.

Magnezitska opeka dobija se od pečenog (sinterovanog) magnezita (MgO) i veziva. Kao vezivo koristi se mešavina kreča, kvarcnog peska i oksida gvožđa. Pri pečenju vezivo se stopi i spoji zrna pečenog magnezita. Magnezitska opeka izdržava temperaturu preko 20000C i vrlo je otporna prema hemijskim uticajima. Koristi se za izradu zidova i podova Simens-Martenovih peći, električnih peći itd.

Hrom-magnezitska opeka proizvodi se od pečenog magnezita uz dodatak oksida hroma (15-20%) u cilju povećanja vatrostalnosti. Izdržava temperature do 20000C.

Dolomitska opeka dobija se pečenjem dolomita (CaCO3 . MgCO3) uz dodatak katrana kao veziva. Izdržava temperature do 18000C. Upotrebljava se kao bazična obloga Tomasovih konvertora i drugih peći.

29Kvarcna (silika) opeka proizvodi se od drobljenog kvarcita sa vezivom od gašenog kreča ili

gline. Izdržava temperature do 11700C i više. Upotrebljava se kao kisela obloga Besemerovih konvertora, za oblaganje svodova Simens-Martenovih peći itd.

Na sl. 6. dati su karakteristični oblici vatrostalne opeke.

Sl. 6. Karakteristični oblici vatrostalne opeke: a)pravougaona opeka; b)klinasta opeka za svod; c)opeka za kanale

2. GUMA Guma je proizvod vulkanizacije prirodne sirove gume (kaučuka) ili sintetičkih sirovina.

2.1. PRIRODNA GUMA (KAUČUK) Prirodna sirova guma (kaučuk) dobija se od mlečnog soka "lateksa" različitog tropskog drveća, među

kojima se kao najvažnija ističe brazilijanska Havea, koja sadrži 30-45% kaučuka. Prvobitno je bila rasprostranjena samo u Brazilu, dok se sada uspešno gaje plantaže ovog drveta širom tropskog područja. U tabeli 1. dat je sastav lateksa.

Tabela 1. Sastav lateksa Materija Učešće, % Kaučuk 30-45 Voda 50-70 Smola 1,6-3,4 Mineralne materije 0,7-6,7 Belančevine 1,9-2,7

Da bi se dobio kaučuk iz homogenizovanog lateksa iz njega se filtracijom odstrane nečistoće, a zatim se sok predgreva na temperaturu 30-350C i razređuje. Radi koagulacije (zgrušavanja) lateksu se dodaje kiselina (sumporna, sirćetna ili mravlja). Koagulat kaučuka u obliku žilave bele materije se potom ispira, gnječi i valja, da bi se dobio proizvod u vidu pljosnatih traka različitih debljina. Ovako dobijena plastična masa je meka i lepljiva na toploti, rastvorljiva u benzinu i benzolu, sa povećanjem temperature gubi elastična svojstva, pod dejstvom sunčevih zraka i toplote postaje krta ("stari") i dr. Zbog svega navedenog sirovi kaučuk se vrlo malo upotrebljava u neprerađenom-čistom stanju (npr. za izradu izolacionih traka, lepkova i dr.).

Nedostatci prirodne sirove gume otklanjaju se procesom vulkanizacije. Vulkanizacija gume predstavlja proces pri kome na temperaturama od 100-2000C dolazi do

međudejstva sirove gume (kaučuka) i sumpora. Pri tome se povećava elastičnost i čvrstoća gume, kao i otpornost na temperaturne promene. Postoje dva načina vulkanizacije i to: topla vulkanizacija i hladna vulkanizacija.

Topla vulkanizacija sastoji se u zagrevanju sirove gume izmešane sa sumpornim prahom na temperaturu 135-1800C. Zavisno od količine sumpora dobija se meka guma (1,5-6%S) ili tvrda guma (do 30%S).

Meka guma je vrlo elastična, čvrsta i otporna prema habanju. Zatezna čvrstoća meke gume je 5-6MPa. Dobar je električni izolator. Pod uticajem kiselina, svetlosti i toplote meka guma "stari" i gubi na elastičnosti, čvrstoći i dielektričnim sposobnostima. Karakterističan nedostatak meke gume je zapaljivost. Boje je razne.

Tvrda guma (ebonit) je crne boje, tvrda je i vrlo čvrsta. Dobar je dielektrični izolator, ali nešto slabiji od meke gume.

Hladnoj vulkanizacij podvrgavaju se proizvodi tankih zidova. Postupak se izvodi pri normalnoj temperaturi. Gumeni proizvodi se najpre potapaju na nekoliko minuta u sumpor hlorid (S2Cl2) rastvoren u sumporugljeniku ili benzinu, a zatim podvrgavaju hladnoj vulkanizaciji.

Vulkanizirana guma ima mnogo bolju izdržljivost i na višim i na nižim temperaturama. Ispod temperature -350C elastičnost gumenih proizvoda brzo se smanjuje.

Na kvalitet gume pored sirove gume i sumpora znatno utiču i druge materije-aditivi, koji se dodaju gumenoj smeši pre ili u toku vulkanizacije. To su: aktivatori, omekšivači, materijali za ispunu, boje, zaštitna sredstva i dr.

Aktivatori (oksidi cinka, magnezijuma i olova, antimon trisulfid i dr.) imaju za cilj da skrate vreme trajanja vulkanizacije i poboljšaju osobine proizvoda.

Omekšivači (sumporisana biljna ulja, parafin i dr.) dodaju se radi povećanja elastičnosti i savitljivosti gume.

Materije za ispunu mogu biti aktivne radi poboljšanja mehaničkih osobina gume (čađ, oksidi magnezijuma i cinka itd.) ili neaktivne (kaolin, talk, grafit itd.). Radi sniženja cene gume, prečišćena stara guma, tzv. regenerat, igra najznačajniju ulogu kao materijal za ispunu.

Boje (oksidi cinka, olova i gvožđa) i neki organski proizvodi dodaju se prema željenoj boji gumenog proizvoda.

30Zaštitna sredstva (fenol, anilin i dr.) dodaju se da bi se guma zaštitila od promena pod

uticajem vazduha, svetlosti i toplote. Proizvodnja gumenih delova iz pripremljene gumene smeše vrši se: kalupovanjem, lepljenjem,

špricanjem i dr. Ovako izrađeni predmeti se na kraju vulkanizuju.

2.2. SINTETIČKA GUMA Sintetičke gume zahvaljujući različitim specifičnim osobinama imaju mnogo veći opseg primene nego

prirodni kaučuk. Udeo sintetičkog kaučuka u ukupnoj proizvodnji kaučuka stalno raste, tako da je danas sintetički kaučuk zastupljen sa preko 70% ukupne svetske proizvodnje kaučuka.

Sintetička guma obuhvata više vrsta proizvoda, koji su vrlo različitog sastava i načina proizvodnje. Najpoznatiji su proizvodi polimerizacije: butadien polimeri, hloropren polimeri i organski polisulfidi.

U daljem tekstu obradićemo one sintetičke proizvode koji su od značaja za primenu u rudarstvu ( za izradu transportnih traka, cevi, guma za vozila, izolaciju kablova itd.).

1. Butadien polimeri proizvode se polimerizacijom butadiena (C4H4). Komercijalni naziv za ovu vrstu sintetičke gume je buna, pri čemu postoji više različitih vrsta: Buna SB, Buna NB i dr.

Buna SB je plastičan, dobro obradiv sintetički kaučuk, posle mešanja sa čađi ima dobru čvrstoću, otpornost na kidanje, habanje i starenje. Predstavlja glavni sintetički kaučuk za proizvodnju omotača transportnih traka otpornih na habanje, dinamičke udare i zamor.

Buna NB je sintetički kaučuk sa malim bubrenjem, velikom elektrootpornošću i otpornošću na toplotu. Plastična je i lako se obrađuje. Primenjuje se za proizvodnju antistatičkih transportnih traka otpornih na ulje, kao i za specijalne transportne trake za transport vrućih materijala, namirnica i dr.

2. Hloropren polimeri dobijaju se polimerizacijom acetilena (C2H2). Komercijalni naziv za ovu vrstu sintetičke gume je neopren.

Neopren poseduje visoku plastičnost, dobru obradljivost, otpornost na hemikalije, ulje i toplotu. Ne bubri i ima zadovoljavajuću otpornost prema plamenu. Koristi se proizvodnju specijalnih transportnih traka za transport vrućih materijala, agresivnih supstanci u hemijskoj industriji itd.

3. Organski polisulfidi nemaju nikakve hemijske, već samo mehaničke sličnosti sa prirodnom gumom. Nose razne komercijalne nazive: tiokol, perduren i dr.

Sintetičke gume imaju pojedine osobine povoljnije nego prirodne gume, kao što su: otpornost prema povišenoj temperaturi, veća otpornost prema rastvaračima (benzin, mineralna ulja i dr.), manja propustljivost gasova itd. Pored toga, sintetička guma sporije stari, otpornija je prema habanju i bolji je dielektrični izolator od prirodne gume.

2.3. PRIMENA GUME U RUDARSTVU Primena gume i proizvoda od gume u rudarstvu je velika. Meka guma koristi se za izradu gumenih

transportnih traka, gumenih creva za sabijeni vazduh i vodu, guma za mašine i vozila, izolacionih kablova itd. Radi veće izdržljivosti guma se ojačava ulošcima od prirodnih ili sintetičkih vlakana, čeličnim ulošcima i dr. (armirana creva, transportne trake sa ulošcima itd.).

Hloroprenski lateks, tj. preparirana emulzija nevulkanizovane gume, primenjuje se za izolacione prevlake u rudnicima uglja (protiv požarne brane, vodne brane i sl.).

Tvrda guma primenjuje se kao izolacioni materijal (podloge ispod železničkih šina, presa, mehaničkih čekića i drugih alatnih mašina). U novije vreme potisnuta je znatno jeftinijim plasmasama.

Najveća primena gume u rudarstvu je za izradu gumenih transportnih traka.

2.4. TRANSPORTNE TRAKE U RUDARSTVU Transportna traka je najvažniji deo transportnog sistema. Sastoji se od jezgra (karkasa) i gumenog

omotača. Poprečni presek transportne trake dat je na sl. 106.

Sl. 106. Presek transportne trake: 1) omotač sa gornje strane;

2) jezgro trake; 3) omotač sa donje strane; 4) gumene zaštitne ivice; 5) specijalno ojačanje

Gumeni omotač trake štiti jezgro od mehaničkih oštećenja, dejstva atmosferalija i biološkog razaranja. Sastoji se od gornje i donje gumene obloge i gumenih zaštitnih ivica-rubova (v. sl. 106.).

Osnovni materijali za izradu omotača transportnih traka su guma ili njoj slični proizvodi-elastomeri. Elastomeri su visokopolimeri materijali na bazi prirodnog ili sintetičkog kaučuka, koji i nakon izlaganja povišenoj temperaturi ostaju meki i plastični. Osnovna podela elastomera je na:

− elastomere dobijene iz prirodnog kaučuka; i − elastomere dobijene iz sintetičkog kaučuka. Za izradu rudarskih transportnih traka najčešće se koriste elastomeri dobijeni iz sintetičkog kaučuka.

31Zavisno od oblasti primene i uslova eksploatacije, guma (elastomer) za oblogu transportnih

traka izrađuje se u četiri osnovna kvaliteta: M, N, P i Q (JUS G.S2.251). Osnovne fizičko-mehaničke osobine ovih guma date su u tabeli 2.

Tabela 2. Fizičko-mehaničke karakteristike gume za transportne trake Oznaka kvaliteta

gume

Prekidna čvrstoća Rm [MPa]

min.

Prekidno izduženje

A [% ] min.

Tvrdoća [Shora ]

Habanje [mm3] max.

M 22 450 65 + 5 100 N (R, D) 18 400 65 + 5 150 P (VO,T,G,D,C) 15 350 65 + 5 180 Q (D,A,T) 13 350 65 + 5 225

Debljina gumenog omotača iznosi 8-20 mm sa noseće strane i 8-16 mm sa povratne strane trake. Jezgro transportne trake je element koji traci daje: čvrstoću na zatezanje, odupire se kidanju trake,

pruža otpor na udarce, daje oslonac teretu koji se transportuje, apsorbuje kinetičku energiju materijala pri utovaru, pruža potrebnu stabilnost prilikom postavljanja, centriranja i vođenja trake preko valjaka itd.

S obzirom na vrstu materijala uložaka razlikuju su: − jezgra sa tekstilnim ulošcima, − jezgra sa čeličnim užadima, i − jezgra sa aramidnim vlaknima. Jezgra sa tekstilnim ulošcima (4-12 uložaka) izraduju se od raznih sintetičkih materijala. Najčešće su u

upotrebi platna od poliesterskih i poliamidnih vlakana ili njihove kombinacije (poliester-poliamid, tj. EP trake i poliamid-poliamid, tj. PA trake). Ređe se primenjuju platna od pamuka (B) ili od rajon-poliamida (RP).

Jezgra sa čeličnim užadima izrađuju se od jednog sloja paralelnih čeličnih užadi, potopljenih u gumu ili elastomer. Užad se rade od visoko kvalitetnog čelika, prečnika žice 0,23-0,4mm, prečnika užadi 4,2-14,0mm.

Jezgrom od aramaidnih vlakava izrađuju se od visoko kvalitetnih kompozitnih materijala. Najčešće primenjeno vlakno je Aramidno vlakno, poznato pod trgovačkim nazivom kao kevlar vlakno. Aramid (ARomatizovani poliAMID) je sintetički materijal koji spada u grupu visoko aromatizovanih poliamida sa sređenom unutrašnjom strukturom (v. poglavlje X-kompoz. mater.). Aramid karakteriše visok moduo elastičnosti i pet puta manja gustina od čelika. Pokazuje veću izdržljivost od čelika, pri čemu su im izduženja približna, otporan je na koroziju itd.

Uporedni prikaz osnovnih fizičko-mehaničkih karakteristike materijala jezgara transportnih traka dat je u tabeli 1. Tab. 1. Fizičko-mehaničke karakteristike jezgara transportnih traka Materijal

Gustina ρ [kg/m3]

Prekidna čvrstoća Rm [MPa]

Modul el- astičnosti x103[MPa]

Prekidno izduženje

ε [%]

Istezanjevlažnih vlakana εv [%]

Pamuk 1540 420-620 2 6-10 7-11 Viskozno vlakno

1520 450-580 5,5 13-18 16-20

Poliamid-na svila

1140 740-910 5,5 12-18 15-25

Polieste-rska svila

1380 830-970 13,8 10-15 12-18

Čelična užad

7850 2100-2500 200 2 2

Aramid 1440 2750 58 4 4 Uporedni prikaz osnovnih fizičko-mehaničkih i eksploatacionih karakteristika transportnih traka dat je u

tabeli 2. Tabela 2. Uporedni prikaz osnovnih fizičko-mehaničkih i eksploatacionih karakteristika transportnih traka Tehničke Materijal jezgra transportne trake karakteristike PA EP St D Materijal osnova: potka:

Poliamid Poliamid

Poliester Poliamid

Čelična užad

Aramid Aramid

Zatezna čvrstoća trake, N/mm (max. vrednost),

315-1250 (1600)

200-1250 (2000)

800-6300 (7150)

1600-2500 (4000)

32Modul elastičnosti, MPa 5520 13800 oko 200.000 58000 Gustina jezgra, kg/m3 1140 1380 i

1140 7850 1440

Izduženje pri kidanju, % 16-18 10 1,5-2 4 Elastično izduženje, % 0,8-3,0 0,4-1,0 0,15-0,25 0,25-0,30

(0,5) Plastično izduženje, % 0,8-2,0 0,2-0,8 0 0,8-1,7 Promena izdržljivosti vlažnih vlakana, %

-10 0 0 0

Sposobnost stvaranja koritastog oblika

dobra dobra vrlo dobra vrlo dobra

Poprečna čvrstoća vrlo dobra vrlo dobra zadovoljava vrlo dobra Otpornost na udare vrlo dobra vrlo dobra dobra vrlo dobra Izdržljivost na toplotu dobra dobra zadovoljava vrlo dobra Hemijska otpornost zadovolja. dobra zadovoljava dobra Način spajanja trake mehaničko, toplom i

hladnom vulkanizacijom

toplom vulkanizacijom

Vreme trajanja vulkanizacije, h 10,5 10,5 13 9 Preporuka za dužine transportera, m

do 1000 do 1000 1000-2000 i više

do 1500

Mogućnost regeneracije loša loša vrlo dobra vrlo dobra Na osnovu uporedih vrednosti iz tabele 2, vidi se da su aramidne trake u velikoj prednosti u odnosu na

trake sa tekstilnim i čeličnim jezgrom. Transportne trake sa jezgrom od aramidnih vlakana imaju duži radni vek, mnogo su lakše i tanje, otporne su na probijanje, poseduju veću savitljivost, zahtevaju manje prečnike bubnjeva, otporne su na koroziju, pogodne su za regeneraciju itd.

2.4.1. Proizvodnja transportnih traka Proizvodnja transportnih traka se izvodi u nekoliko tehnoloških procesa: 1. Prvi faza je proizvodnja gumene smeše za oblogu transportne trake, koja se sastoji u mešanju

elastomera sa aditivima. 2. Sledeća faza je proizvodnja obloge transportne trake valjanjem na ”Kalenderima”, ”Ekstruderima” ili

”Roller-Head”’ uređajima. 3. Paralelelno prethodnim fazama vrši se izrada jezgra trake, koja se sastoji od pletenja jezgra,

potapanja istog u adhezionu gumu i njegove vulkanizacije. 4. Na kraju se vrši vulkanizacija trake, kojom se poluprozvodi iz prethodnih tehnoloških procesa

objedinjuju u finalni proizvod – transportnu traku. Radi brze i efikasne izrade traka teži se da se svi tehnološki procesi pojedinih faza objedine u jedan

proces i tako postigne ušteda u vremenu i materijalu. Vulkanizacija je finalni proces kojom se prethodno pripremljeni poluproizvodi spajaju u traku. Vulkanizacija transportnih traka može se vršiti: − diskontinualno u hidrauličnim presama za dužine 10-15 m,ili − kontinualno na mašinama sa bubnjevima. Pri vulkanizaciji trake naročita pažnja se posvećuje vremenu vulkanizacije, koje se određuje na osnovu

temperature vulkanizacije i debljine omotača trake. Temperatura vulkanizacije za obloge od prirodne gume iznosi 135-1450C, a za obloge od sintetičkih materijala 145-1550C.

2.4.2. Regeneracija transportnih traka Pri radu transportne trake dolazi do manjih ili većih oštećenja habajuće obloge usled abrazivnog

dejstva transportovanog materijala, dinamičkih udara pri padu krupnih komada, trenja na bubnjevima i valjcima i dr.

U slučaju da je došlo do fizičkih oštećenja trake, kao što su cepanje, kidanje, proboj trake i sl., oštećenja se popravlja na licu mesta mehaničkim spojevima ili hladnom vulkanizacijom.

Pri velikoj ishabanosti gornje obloge i drugim većim oštećenjima traka se zamenjuje novom, a oštećena traka se šalje u pogon za regeneraciju gde se sanira toplom vulkanizacijom.

Za ocenu stanja trake konstatuju se njene fizičko-mehaničke osobine, adhezija među slojevima, stepen pohabanosti, tvrdoća i debljina habajuće obloge, vlažnost i prekidna čvrstoća trake i dr. Kriterijumi za regeneraciju transportnih traka uglavnom se formiraju na osnovu iskustvenih podataka, s obzirom da standardom nisu regulisani.

33Tehnološki proces regeneracije obuhvata nekoliko faza: − pripremu trake za regeneraciju (čišćenje, sušenje i guljenje), − konfekcioniranje trake, i − vulkanizaciju. Priprema trake za regeneraciju sastoji se u čišćenju trake od mehaničkih nečistoća i sušenju na

određenu vlažnost. Zatim se guli habajuća obloga sve do adhezione gume u jezgru. Oguljena površina trake se izhrapavi radi boljeg vezivanja sa habajućom oblogom, a u isto vreme se odseku delovi trake sa znatnim oštećenjima.

Na hrapavu adhezionu gumu (jezgro trake), premazanu gumenim rastvorom, postavljaju se pripremljeni slojevi gumene obloge. Vulkanizacija ovako pripremljenih traka vrši se u stacionarnim presama za vulkanizaciju, koje su opremljene kontrolnim tablama za kontrolu ulaznih i izlaznih parametara.

Po završenoj regeneraciji trake vrši se ispitivanja njenih fizičko–mehaničkih osobina, koje se porede sa osobinama pre regeneracije. Na osnovu ovog upoređenja vrši se klasifikacija regenerisanih traka i odobrava njihova dalja upotreba.

Na sl. 19. dato je postrojenje za popravku i regeneraciju transportnih traka.

Sl. 19. Postrojenje za popravku i regeneraciju transportnih traka: 1)uređaj za čišćenje i namotavanje trake; 2)kombinovana mašina za guljenje, hrapavljenje i odsecanje;

3)bubanj za namotavanje; 4)platforme za kontrolu i popravku gornje i donje strane; 5)bubanj za odmotavanje; 6)radni sto; 7)presa za vulkanizaciju; 8)kontrolni sto; 9)bubanj za namotavanje

3. POLIMERI I PLASTIČNE MASE Polimeri su složene organske supstance koji se dobijaju hemijskom sintezom jednostavnih jedinjenja -

monomera. Ova vrsta hemijske sinteze naziva se polimerizacija. Polimerizacija predstavlja reakciju dobijanja polimera iz odgovarajućih monomera, tako da u opštem

slučaju važi relacija: nM → Mn

(monomer) (polimer) Veličina "n" naziva se stepen polimerizacije.

Polimeri pripadaju kategoriji visokomolekularnih jedinjenja, čiji se molekuli sastoje od nekoliko stotina ili nekoliko hiljada atoma međusobno spojenih valentnim vezama. Ovako veliki molekuli nazivaju se makromolekulima. Makromolekuli se sastoje u najvećem broju slučajeva od velikog broja strukturnih jedinica koje se višestruko ponavljaju.

U slučaju polimera polivinilhlorida strukturna formula ima oblik: …………………………………sl. p. nije ukucano Strukturna jedinica (A) ponavlja se "n" puta i predstavlja monomer vinilhlorida:

-CH2-CH- Cl , ?nije ukucano

U procesu sinteze polimera, zbog srazmerno velikog stepena polimerizacije "n", praktično je nemoguće dobiti sve potpuno jednake makromolekule.

Polimeri se dele na prirodne i veštačke. Odlikuju se manjom ili većom tvrdoćom, lepljivošću, sposobnošću omekšavanja na povišenim temperaturama, određenim stepenom poroznosti i dr. Veoma mnogo podsećaju na prirodne materijale za koje se koristi opšti naziv "smole" (vosak, ćilibar, bitumen, prirodni kaučuk i dr.).

3.1. STRUKTURA I PONAŠANJE POLIMERA Polimeri od značaja za rudarstvo predstavljaju čvrste supstance, koje se dobijaju iz monomera.

Monomeri mogu biti u sva tri agregatana stanja - čvrstom, tečnom ili gasovitom. Struktura polimera je u opštem slučaju amorfna, što znači da kod njih ne postoji pravilan raspored

čestica. Prema načinu ophođenja na toploti polimeri se dele na: termoplastične i termostabilne polimere. Termoplastični polimeri su polimeri koji se pri zagrevanju razmekšavaju, a zatim tope. Nakon hlađenja

ponovo očvršćavaju zadržavajući osnovna svojstva. Postupak razmekšavanja i stvrdnjavanja može se ponoviti više puta bez opasnosti od menjanja tehničkih karakteristika. Karakterišu se malim specifičnim masama (1000-1200 kg/m3), malom toplotnom provodljivošću i visokom hemijskom otpornošću. U nedostatke im spadaju: nepostojanost na povišenim temperaturama, nizak modul elastičnosti, krtost na nižim temperaturama, sklonost ka starenju itd.

34Termostabilni polimeri su polimeri koji pokazuju stabilnost na povišenim temperaturama, ali

zagrevanjem mogu samo jednom da omekšaju i pređu u plastično stanje. Na povišenim temperaturama trpe deformacije, dok na visokim temperaturama sagorevaju.

Za primenu u građevinarstvu i rudarstvu termoplastični i termostabilni polimeri se ispituju na temperaturama koje odgovaraju području staklastog (čvrstog) stanja, a to su najčešće normalne (radne) temperature u osegu od -200 do +400C.

Sa povećanjem temperature, po pravilu dolazi do opadanja čvrstoće Rm i modula elastičnosti polimera, kao i do povećanja njegove žilavosti.

Kriva σ-ε termostabilnih polimera uglavnom karakteriše monotonost, kako se to vidi sa sl. 20.

Sl. 20. Kriva σ-ε termostabilnih polimera Skupljanje polimera zapaža se samo tokom procesa njihovog dobijanja, dok u daljem vremenskom

periodu pokazuju stabilnost. U termoplastične polimere spadaju: polietilen, polivinilhlorid, polistirol, poliamidi, polimetilmetakrilat,

polivinilacetat, poliizobutilen i dr. U termostabilne polimere spadaju: fenolaldehidi, epoksidi, poliestri, poliuretani, silicijum-organski

polimeri (silikoni) i dr. Polimeri se dobijaju polimerizacijom zasićenih i nezasićenih ugljovodonika (etilena, acetilena,

izobutilena, vinil hlorida, stirola, fenola i dr.). Proizvode se u praškastom stanju u vidu granula ili u tečnom stanju. Odlikuju se malom specifičnom masom, relativno malom tvrdoćom i čvrstoćom, vodonepropustljivošću i otpornošću na različite hemijske reagense, ograničenom otpornošću na povišene temterature, otpornošću na mraz itd.

Polimeri se koriste za dobijanje plastičnih masa, hidro i termo izolacionih materijala, materijala porozne strukture (stiropora, poliuretana), lepkova, lakova, vatrostalnih lakova i emajla, vezivnih sredstava, dodaju se betonima u fazi izrade itd.

3.2. PLASTIČNE MASE U praksi se vrlo retko koriste "čisti" polimeri, s obzirom na visoku cenu polimera. Modifikovanjem

svojstava polimera dobija se vrlo širok spektar materijala koji nose opšti naziv plastične mase. U sastav plastičnih masa ulaze: − veziva (neki od polimera), − punioci (inertni materijali), − aditivi . Kod najvećeg broja plastičnih masa najveći deo otpada na punioce (80-90%), dok polimeri učestvuju

sa svega 10 do 20%. Time se znatno smanjuje cena proizvodnje plastičnih masa. Punioci mogu biti: − praškasti (drveno i kvarcno brašno, kreda, talk, čađ i sl.), − vlaknasti (staklena i organska vuna, azbest i dr.), − listasti (hartija, tkanine, drveni furnir i dr.). Punioci utiču i na tehnička svojstva plastičnih masa: smanjuju skupljanje i deformabilnost, povećavaju

otpornost na povišenim temperaturama, smanjuju gorivost i dr. Punioci koji imaju funkciju armature u materijalu (vlaknasti i listasti) značajno povećavaju zateznu i savojnu čvrstoću, otpornost na atmoserske uticaje itd.

Najčešće korišćeni aditivi koji se dodaju plastičnim masama su: plastifikatori, stabilizatori, katalizatori, boje, supstance za formiranje porozne strukture i dr.

Plastifikatori su supstance koje se dodaju sa ciljem povećanja plastičnosti mase na normalnim temperaturama. Oni olakšavaju preradu plastičnih masa, snižavajući temperaturu prelaska polimera u visokoplastično stanje. Sadržaj plastifikatora u plastičnim masama može da iznosi i do 50% u odnosu na masu polimera.

Stabilizatori su supstance koje se dodaju plastičnim masama u cilju sprečavanja njihovog starenja. Katalizatori su supstance čijim se korišćenjem smanjuje vreme očvršćavanja plastične mase. Za bojenje plastičnih masa upotrebljavaju se razni pigmenti ili organske boje. Sadržaj ovih dodataka

obično iznosi 3-5% u odnosu na masu polimera. Porozna struktura plastičnih masa postiže se dovođenjem polimera u penasto stanje ili uvođenjem u

polimer supstanci koje razvijaju gasove usled kojih dolazi do ekspanzije mase.

3.2.1. Osnovna svojstva plastičnih masa Specifične mase plastičnih masa kreću se od 1000 do 2000kg/m3, dok zapreminska masa zavisi od

ostvarene poroznosti i kreće se u vrlo širokim granicama.

35Plastične mase odlikuju se niskom toplotnom provodljivošću i visokom vrednošću

koeficijenta linearnog širenja (5-10 puta veći nego kod drugih konstrukcionih materijala). Čvrstoća plastičnih masa može biti vrlo velika, naročito u slučajevima kada je materijal armiran

vlaknima ili listovima. Tada zatezna čvrstoća može iznositi 200-300MPa (npr. plastične mase armirane staklenom tkaninom). Čvrstoće pri zatezanju i savijanju su vrlo bliske. Modul elastičnosti plastičnih masa je znatno niži nego kod drugih materijala.

Najveći broj plastičnih masa je otporan prema delovanju vode i vodenih rastvora kiselina, baza i soli. Međutim, mnoge plastične mase se lako rastvaraju ili bubre u organskim rastvaračima.

Starenje predstavlja vrlo ozbiljan nedostatak mnogih plastičnih masa. Do njega dolazi tokom vremena usled zagrevanja, delovanja svetlosti, kiseonika i drugih faktora.

Plastične mase nisu postojane na povišenim temperaturama. Najviše njih podnosi temperaturu 100-2000C, dok plastične mase na bazi silikona postojane su i na temperaturama 300-5000C. Pri višim temperaturama dolazi do topljenja i sagorevanja plastičnih masa, što predstavlja jedan od njihovih velikih nedostataka.

3.2.2. Prerada plastičnih masa Plastične mase prerađuju se postupcima: brizganja, kontinualnog brizganja, valjanja i presovanja. Na sl. 21. šematski su prikazani postupci dobijanja proizvoda od plastičnih masa.

Sl. 21. Postupci dobijanja proizvoda od plastičnih masa: a)brizganje; b)kontinualno brizganje; c)valjanje;

d)presovanje Metoda brizganja podrazumeva da se termoplastični polimer u vidu granula ubacuje kroz levak u

cilindar mašine za brizganje, gde se masa zagreva do temperature razmekšavanja, a zatim putem klipa brizga - utiskuje u kalup čiji oblik odgora obliku elementa koji se proizvodi (sl. 21a.). Proces se završava hlađenjem elementa i njegovim vađenjem iz kalupa. Na ovaj način proizvode se elementi manjih dimenzija.

Proces kontinualnog brizganja izvodi se na sličnim mašinama uz upotrebu pužne prese, koja razmekšanu masu neprekidno istiskuje kroz usnik (sl. 21b.). Na ovaj način proizvode se cevi, trake, profili i sl.

Postupak valjanja izvodi se tako što plastmasa u rastopljenom stanju prolazi kroz sistem valjaka, gde se vrši njeno valjanje i svođenje na potrebnu debljinu (sl. 21c). Na ovaj način proizvode se jednoslojni i višeslojni materijali koji se isporučuju u rolnama (folije i sl.).

Postupak presovanja sastoji se u tome da se rastopljena plastična masa uliva u matricu kalupa, a zatim izlaže pritisku gornjeg elementa kalupa (patrice) (sl. 21d). Dobijeni element se u kalupu hladi određeno vreme, a zatim vadi iz njega.

Više od polovine svih plastičnih masa prerađuje se postupcima brizganja i presovanja (livenja). Proizvodi od termostabilnih masa vade se iz kalupa još dok su vrući, dok predmeti od termoplastičnih masa moraju se pre vađenja hladiti u kalupuma određeno vreme.

Termostabilne plastične mase obrađuju se postupcima rezanja. Termoplastične mase zavaruju se (spajaju) postupcima toplog zavarivanja pod pritiskom. Elementi rudarskih mašina, izloženi velikom habanju i abraziji, pre ugradnje najčešće se podvrgavaju

plastificiranju. Kompoziti dobijeni plastificiranjem, tj. nanošenjem plastičnih masa na elemente od čelika ili livenog gvožđa, imaju znatno veću otpornost na habanje i koroziju, postojanost u agresivnoj sredini i dr. Nakon proizvodnje kompozita sledi "pečenje" na odgovarajućoj temperaturi.

Plastificirani elementi se široko primenjuju u rudarstvu, npr. radna kola centrifugalnih pumpi, cevovodi za transport pulpe, krivine i račve cevovoda, ventili, plastificirani limovi, delovi kotrljajućih ležaja itd.

3.2.3. Plastične mase od značaja za rudarstvo Plastične mase nalaze sve veću primenu u rudarstvu, bilo kao konstrukcioni ili izolacioni materijal. U

daljem tekstu obradiće se najčešće korišćene plastične mase i polimeri u rudarstvu. Plastične mase sa organskim vlaknima su materijali koji se dobijaju natapanjem organskih (staklenih i

dr.) vlakana određenim polimerom (poliestri, epoksidi ili silikoni). U ovom kompozitnom materijalu organska vlakna igraju ulogu armature, zbog čega ove plastične mase imaju izvanredne mehaničke karakteristike.

Koriste se za izradu konstrukcionih elemenata i opreme: rudarskih vagoneta, podgradnih stubaca, vođica, pregradnih ploča, raznih profila i dr.

Vlaknaste vrste plastičnih masa dobijaju se od polimera koji grade vlakna (poliester, poliamid, pamuk, celulozno vlakno, rajlon i dr.). Ova vlakna široko se primenjuju u rudarstvu za izradu: tekstilnih jezgara transportnih traka, srži-jezgra čeličnih užadi, ojačanja gumenih creva i automobilskih guma (npr. armirana creva za visoke pritiske, pneumatici za velika opterećenja i sl.) itd.

Izolacione i termoizolacione plastične mase proizvode se na bazi polivinilhlorida, polistirola, fenolformaldehida, poliestera i poliuretana. Koriste se kao izvanredan izolacioni i elektroizolacioni materijal. U rudarstvu se koriste za izolaciju od vode (npr. presvlačenje vodenih pregrada plastičnim folijama i sl.), izradu

36obloge detonirajućih štapina, zaptivače električnih upaljača, izolaciju električnih kablova, za izradu elektrotehničkog materijala (grla sijalica, utikača, prekidača) i dr.

Najpoznatiji termoizolacioni materijal je stiropor (ekspandirani polistirol). Pored njega u upotrebi su još poliuretani i saćaste plastične mase.

Plastične cevi proizvode se od polivinilhlorida, polietilena, polimetilmetakrilata, polistirola. U cilju njihovog armiranja dodaju se organska i druga vlakana. Plastične cevi su znatno lakše i jeftinije, zbog čega se mnogo koriste u rudarstvu (ventilacione cevi, za dovod i odvod vode, za transport pulpe i dr.).

Hermetici su materijali koji se koriste za zaptivanje (hermetizaciju) manjih otvora. Kao hermetici se upotrebljavaju razni "kitovi", od kojih su najpoznatiji kitovi na bazi silikona i poliizobutilena. Dobro izoluju od vode i električne struje, te se upotrebljavaju kao hermetci kod sigurnosnih prekidača, sklopki, elektro motora i druge opreme u rudnicima sa metanskim režimom rada.

Lepkovi na bazi polimera primenjuju se za spajanje konstruktivnih elemenata od drveta, betona, stakla, čelika i drugih materijala. Lepkovi treba da imaju visoku adhezionu sposobnost, da budu trajni i postojani na povišenim temperaturama, da imaju odgovarajuću viskoznost, dovoljno veliku brzinu očvršćavanja i nisku cenu. Najveću praktičnu primenu imaju lepkovi na bazi epoksida, koji očvršćavaju na normalnim temperaturama od 15-250C.

Polimer betoni kao vezivo koriste različite vrste polimera. Agregat je pesak, šljunak ili drobljeni kamen. Polimer je najskuplja komponenta betona, zbog čega je njegovo učešće ograničeno na najviše 20% u odnosu na ukupnu masu materijala. Polimer betoni imaju bolje mehaničke karakteristike u odnosu na obične betone, izvanrednu vodonepropustljivost i povećanu otpornost prema hemijskim agensima. Čvrstoća na pritisak je preko 120MPa, čvrstoća pri zatezanju preko 50MPa, otpornost na udar i habanje veća nego kod običnog betona.

Epoksidi očvršćavaju uz primenu odgovarajućih očvršćivača. U očvrslom stanju epokside karakterišu visoke čvrstoće i velika hemijska otpornost. Primenjuju se kao lepkovi za beton, drvo, keramiku, staklo, pa čak i metale. Takođe se koriste kao vezivo kod izrade epoksidnih maltera i betona, zatim kao hidroizolacioni materijal itd.

U rudarstvu se koriste za učvršćivanje sidara kod podgrađivanja rudarskih prostorija, u mehanici stena kao vezivo kod izrade modela od ekvivalentnih materijala itd.