Sveuilite Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku

FAKULTET ZA TEHNICKE STUDIJE

SEMINARSKI RAD

TEMA: CEMENT KAO GRAEVINSKI MATERIJAL Student: ntor:

Amel Badnjar Prof.dr. Salim IbrahimefendiNihad engiVanredni

Travnik, juni 2013. GodineSADRAJ

1. UVOD......3

2. HISTORIJAT CEMENTA.......43. O CEMENTU..........54. VRSTE I SVOJSTVA SILIKATNOG CEMENTA........65. VRSTE I SVOJSTVA ALUMINATNOG CEMENTA......76. PROIZVODNJA CEMENTA..........87. PRIMJENA......118. ZAKLJUCAK......129. POPIS LITERATURE.....131. UVOD Cement je graevinski vezivni materijal dobiven usitnjavanjem i peenjem vapnenca i lapora u fini prah. Vapnenac je sedimentna stijena sastavljena od minerala kalcita; osim toga moe sadravati i male koliine drugih minerala: gline, sporogelita, dijaspora, hidrargilita, limonita, hematita, kremena, cirkona, turmanlina i granita. Nastao je taloenjem. Lapor je mehanika sedimentna stijena, siva do ukasta smjesa nastala vrstim povezivanjem glina pomou vapnene otopine. Lapor je mjeavina gline i vapnenca. Cement se koristi za dobivanje mortova, buka i betona kada se mijea o odre enim omjerima sa pijeskom, tucanikom i vodom. Cement je zajedniki naziv za sva veziva s izrazito hidraulikim svojstvima, to znaci da veu i stvrdnjavaju u dodiru s vodom, svejedno da li se nalaze na zraku ili pod vodom, jer reakcijom s vodom daju stabilne ili netopljive produkte. CEMENT je prakasti materijal, koji pomijean s vodom, hemijskim reakcijama i prateim fizikalnim procesima prelazi u ovrsnulu cementnu pastu ili cementni kamen. Rije cement dolazi od latinskih rijeci caedare = lomiti i lapidem = kamen. 2. HISTORIJAT CEMENTA Stari Rimljani su poznavali i koristili beton. Oko 300. godina prije nove ere betonom su izgraeni mnogi rimski putevi i toplice, Colosseum i Pantheon u Rimu, kao i akvedukt Pont du Gard u junoj Francuskoj. Rimljani su otkrili da je cementa postojan pod vodom te je koriten za izgradnju luke. Cement je pravljen dodavanjem drobljenog vulkanskog pepela u vapno, kasnije nazvan "pozzolanic" cement, po mjestu Pozzuoli u blizini Vesuvius. U podrujima kao to su Velika Britanija, gdje nema vulkanskog pepela, drobljena opeka ili crijep je koriten kao zamjena. Rimljani su, dakle, vjerojatno prvi otkrili svojstva cementnih materijala. Uz Rimljane, i Grci su koristili kalcinirani vapnenac, a poslije su dodavali vapno i vodu, pijesak i lomljeni kamen ili opeku i lomljeni crijep, te se to smatra jednim od prvih betona u povijesti. Marko Vitruvije Pollio, rimski arhitekt i inenjer u 1. stoljeu prije Krista napisao je "Deset knjiga o arhitekturi" gdje otkriva povijesni uvid u drevne tehnologije te objanjava nastajanje betonskih podova. Velike srednjovjekovne katedrale, kao to su Durham, Lincoln i Rochester u Engleskoj i Chartresu i Rheims u Francuskoj, izgradili visoko kvalificirani zidari. Unato tome to nisu imali saznanja o tehnologiji kakvu danas posjeduju strunjaci, graevine su napravljene kvalitetno to dokazuje njihovo postojanje sve do danas.Joseph Aspdin je 1824 g. patentirao materijal koji je u ovrslom stanju crvenkastoutom bojom odgovarao vrlo dobrom graevinskom kamenu iz okolice Portlanda, a nazvao ga je Portland cement. Dok se Aspdin smatra izumiteljem Portland cementa, cement s Aspdin nije proizveden na dovoljno visokoj temperaturi da bi bio pretea modernog Portland cementa. Ipak, njegova je inovacija velika i taj razvoj se smatra napretkom. Aspdinov brod koji je prevozio barele cementa je potonuo kod otoka Sheppey u Kentu( En gleskoj). Velika koliina cementa je zavrila u moru te se stvrdnula, a te stvrdnute naslage se nalaze jo uvijek tamo. Nekoliko godina kasnije, 1845., Isaac Johnson je napravio prvi moderni portland cement zagrijavanjem mjeavine krede i gline na mnogo viim temperaturama, slinim onima koje se koriste danas (1400-1500 C). Preuzeto iz Chang, L.Y.L. 2 001. Industrial mineralogy: Materials, Processes, and Uses. Prentice Hall; 1 edition, pp. 472 . 3. O CEMENTU 1) Cementi se prema svojem mineralnom sastavu dijele u dvije skupine: silikatni cementi, aluminatni cementi Silikatni su oni cementi kod kojih su glavni minerali klinkera silikati, a prema sastavu se mogu podijeliti u podgrupe: isti Portland cement, Portland cement s dodacima, pucolanski cement, metalurki cement, mijeani cement, bijeli cement Aluminatni cementi kao glavne minerale klinkera sadre kalcijeve aluminate. 2) Prema namjeni cementi se dijele na : cemente ope namjene u koje spada veina silikatnih cemenata cemente posebne namjene ili specijalne cemente gdje spadaju: - cementi niske topline hidratacije, - sulfatno otporni cementi, - bijeli cement, - aluminatni cementi Preuzeto iz http://www.grad.unizg.hr/_download/repository/7_predavanje-CEMENT.pdf 4. VRSTE I SVOJSTVA SILIKATNOG CEMENTA Udio pojedinih sirovina u mjeavini odre_uje nastajanje minerala klinkera (silikatni, aluminatni), a osastavu klinkera i dodataka cementu ovise svojstva betona pri ugradnji. Minerali silikatnog sastava su:

-Alit (3CaOSiO2) -je najzastupljeniji mineral silikatnog klinkera, kada reagira s vodom oslobaa znatne kolicine gaenog vapna (Ca(OH)2) i topline. Nakon 7 dana razvija potpunu cvrstocu.-Belit (2CaOSiO2) je drugi po redu najzastupljeniji mineral silikatnog sastava. Ima ista svojstva kao i alit ali su njegove karakteristike i ocvrsnjivanje neto slabije izraene. Nakon 28 dana razvija potpunu cvrstocu.

-Trikalcij aluminat (3CaOAl2O3) u kontaktu s vodom vrlo brzo hidratizira, to dovodi do smanjanja obradivosti betona, te je potrebno dodati gips kako bi se usporila hidratacija, prema reakciji: 3CaO Al2O3+ 3(CaSO42H2O)+aq _3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O. Pojavljuju se u kristalnom i amorfnom obliku. Velika kolicina trikalcij aluminata nije poeljna u cementu jer se osloba_a velika kolicina vode koje onda ostavljaju upljine u betonu. Aluminat dovodi do razvoja cvrstoce unutar 24 sata.

-Celit (4CaOAl2O3Fe2O3) jednako pridonosi razvoju cvrstoce kao i alit u svim periodima nastajanja ali nije bitan za konacnu cvrstocu. Ako je potrebno smanjiti udio trikalcij aluminata dodaje se eljezna ruda u sirovinsko brano.-Vapno (Ca(OH)2) osloba_a se pri hidrataciji alita i belita cini 15-20 % mase cementnog kamena. Reagiranjem odre_ene tvari s vapnom nastaju korozije betona. Dodatkom troske ili pucolana korozija betona se smanjuje. Cisti portland cement sastoji je od minerala klinkera i dodatka gipsa.Portland cement s dodacima proizvodi se mljevenjem obicnog portland klinkera uz dodatak gipsa i do 35% troske ili vapnenca. Ovaj cement je mnogo povoljniji za gradnju jer je otporan na sulfide. Dodatkom vapnenca smanjuje se propusnost betona.

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

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

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

Slika 1 Klinker (http://cementboardss.com/clinker-cement) 5. VRSTE I SVOJSTVA ALUMINATNOG CEMENTA Aluminatni cement spada u specijalne cemente a proizvodi se mljevenjam klinkera, dobivenog taljenjem ili sinteriranjem. Kemijski i mineraloki se bitno razlikuje od silikatnog cementa. Glavni mineral je monokalcijev aluminat (CA) kojeg sadri preko 45 %. Aluminatni cement se klasificira i oznaava prema udjelu aluminata. Osnovna oznaka je KAC to oznaava kalcij aluminatni cement. Nakon oznake KAC se upisuje brojka koja oznaava udio kalcijevog aluminata. Tri su osnovne skupine aluminatnog cementa: - Cement sa niskim udjelom aluminata (npr. KAC 40), - Cement sa srednjim udjelom aluminata (npr. KAC 50), - Cement sa visokim udjelom aluminata (npr. KAC70). Cement sa niskim i sr ednjim udjelom aluminata proizvodi se iz vapnenca visoke istoe i boksita koji moe sadravati razliit udio eljezova oksida, pa se esto klasificira i kao cement s niskim sadrajem eljeza ili cement s visokim sadrajem eljeza. Cement sa visokim udjelom aluminata proizvodi se iz vapnenca visoke istoe i aluminijeva oksida, tj. glinice. Upotreba glinice umjesto boksita osigurava visoki udio aluminijeva oksida i nizak udio neistoa, eljeza i silicija. Ovaj cement se ne klasificira prema udjelu eljeza, jer je njegov udio zanemariv. Svojstva aluminatnog cementa:- Brzo stvrdnjavanje, 2-4 h - Brzo postizanje vrstoe, unutar 24 h - Dobra vatrostalna svojstva - Velika otpornost na sulfate - Otpornost na kiseline - Velika otpornost na abraziju - Niske temperature primjene do 10 C Primjena aluminatnog cementa: Koristi se u gra evinarstvu gdje postoje zahtjevi za brzim postizanjem vrstoe, pri proizvodnji vatrostalnih betona i blokova, vezivo na visokim temperaturama u kalupima na temperaturama (1200-1500C). Pri izradi samonivelirajuih podova, kao aditivi u PC i drugim gra evnim materijalima te obloge otporne na sulfate, kiseline, koroziju i abraziju.

Slika 2 Cement aluminatnog sastava (http://www.tradekorea.com/sell-leads-detail/S00006652/Strong%20Cement.html)6. PROIZVODNJA CEMENTA Proces proizvodnje cementa ukljuuje pet faza: Eksploatacija mineralnih sirovina Priprema (oplemenjivanje i homogenizacija) mineralnih sirovina za proizvodnju klinkera Mijeanje mineralnih sirovina i proizvodnja klinkera Mljevenje klinkera i dodavanje aditiva Pakiranje cementa Eksploatacijom mineralne sirovine (najee vapnenca i lapora) dobiva se materijal irokog granulometrijskog sastava i nejednolikog kemijskog sastava. Veliina zrna moe se kretati od nekoliko milimetara pa do 1,5 ili vie metara, a kemijski sastav varira kako se prostorno mijenja sastav leita. Najee su kamenolomi povezani u proizvodni proces i drobilice se nalaze u sklopu postrojenja za proizvodnju cementa, ali postoje i sluajevi gdje je potrebno prethodno prilagoditi granulometrijski sastav na zrna veliine od 30 150 mm. Ujednaeni kemijski sastav mineralne sirovine vrlo je vaan za kvalitetu i svojstva cementa, stoga se mineralna sirovina pred homogenizira. Ovo se postie uzimanjem uzoraka iz minskih buotina radi kemijske analize, tako se dobivaju podaci o raspodjeli kemijskog sastava stijenske mase. Kod povoljnog rasporeda mineralnih supstanci u leitu, odminirana sirovina se moe homogenizirati ve pri utovaru i transportu. Ili se pak pred homogenizacija odvija na deponijama tako to se sirovina deponira vertikalno u slojevima a eksploatira horizontalno presijecajui slojeve. Ovako homogenizirani i granulometrijski obraeni materijal ini ulazni materijal postrojenja u proizvodnji cementa. Daljnji proces se sastoji od mljevenja potrebnih sirovina na veliinu zrna tipino ispod 90 m, te doziranja i mijeanja istih sirovina, iji omjeri ovise o sastavu pojedine sirovine te vrste cementa koji se proizvodi. Iz ovako pripremljene mjeavine, na visokoj temperaturi (1400-1500 C) u rotacionoj peci nastaje klinker. Rotaciona pe je u osnovi elini cilindar p romjera nekoliko metara i duine 50 200 metara, iznutra obloen visoko temperaturnim ciglama. Blago je nagnut na jednu stranu i na donjem kraju opremljen plamenikom, dok gornji kraj ini ulaz za sirovinu. Rotacija oko uzdune osi uzrokuje postupno gibanje materijala s vieg, hlad nijeg kraja prema niem, gdje se na koncu isputa i hladi. U rotacijskoj pei se odvija niz reakcija od kojih su neke vrlo kompleksne (evaporacija volatila, kalcinacija, sinteriranje, taljenje, raspadanje postojeih minerala i formiranje novih, hlaenje) a njihov produkt su granule klinkera, tamno smee boje i veliine 1-25 mm.

Slika 3 Rotacijska pe za proizvodnju klinkera (http://www.tradekorea.com/sell-leads-detail/S00006652/Strong%20Cement.html)Dobiveni klinker se tada melje na dimenzije cementa uz istovremeno dodavanje gipsa i eventualno drugih dodataka. Kod suvremenog procesa proizvodnje cementa radi se o suhom postupku proizvodnje u rotacijskoj peci, s predgrijacem i predkalcinatorom. Sitne cestice mljevene i mijeane sirovine u suhom stanju zagrijavaju se u tornju za predgrijavanje ili predgrijacu. Predgrijac je niz od 4 do 5 aerociklona gdje sirovinsko brano prolazi kroz protustruju vruceg zraka, stvorenu koristeci toplinu peci i toplinu hlaenja klinkera. Na taj nacin je omogucen vrlo efikasan prijenos topline na cestice sirovine, koja se pri tome djelomicno kalcinira i oslobaa od vlage prije ulaska u rotacijsku pec. Nakon izlaska iz peci klinker se hladi u ureaju za hlaenje a toplina dobivena hlaenjem se ponovno iskoritava u tornju za predgrijavanje. Najnovije dostignuce u proizvodnji ovim postupkom je predkalcinator, ureaj koji funkcionira na istom principu kao i predgrijac a nalazi se izmeu predgrijaca i peci. Ovdje se uz dodatak goriva postiu vece temperature te se prije ulaska u peckalcinira 80-90 % sirovine. Slika 4 Mlin za mljevenje klinkera(http://www.rotarydryerschina.com/cement-mill/789784.html)Postoje i drugi postupci proizvodnje cementa a razlikuju se upravo u gore opisanom segmentu (vrsta pei, predgrija i predkalcinator, vrsta hladnjaka te suho ili mokro stanje suspenzije). Prvi postupak proizvodnje cementa bio je mokri postupak, gdje suspenzija sirovine i vode ulazi neposredno u pe bez predgrijavanja, a prednost mu je bila tehnoloka jednostavnost mijeanja sirovina u obliku vodene suspenzije. Ovaj postupak se sve slabije koristi zbog male energetske uinkovitosti, jer se kod mokrog postupka se mnogo energije troi na evaporaciju vode iz suspenzije, a toplina iz peci i hla enja klinkera se ne 'reciklira' u tornju za pred grijavanje. Suvremeni postupci imaju znaajno veu energetsku uinkovitost. Osim rotacijskih pei, za proizvodnju cementa koriste se i vertikalne (ahtne) pei gdje nije po trebno mljevenje sirovine, ve samo drobljenje jer klinker nastaje taljenjem, dok je kod rotacionih pei za nastanak klinkera dominantno sinteriranje sitnih mljevenih estica. Vertikalne pei se koriste za proizvodnju nekih vrsta specijalnih cemenata, me u koje spada i aluminatni (naziva se jo taljenim ili boksitnim cementom). Sinteriranje- je proces stvaranja adhezije meu cesticama praha utjecajem visoke temperature ali ispod temperature taljenja (npr. sitno mljevene cestice sirovina za proizvodnju cementa, na visokoj temperaturi u rotacijskoj peci, meusobno se povezuju i tako okrupnjuju tvoreci klinker) Slika 5 Vertikalna (ahtna) pe za proizvodnju cementa (http://www.ecvv.com/product/2947655.html)

7. PRIMJENA

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

8. ZAKLJUAK

Po proizvodnji cementa Bosna i Hercegovina je na 93 mjestu sa 1.000.000 tona cementa godinje. Smatram da s obzirom na svoje mogucnosti te na kolicinu sirovina koje posjedujemo ta kolicina moe biti i puno veca, dok s druge strane s obzirom na velicinu nae zemlje proizvodimo mnogo vie nego druge zemlje koje su povrinom znatno vece. Bosna i Hercegovina posluje po Europskim standardima. Gledano sa ekoloke strane, proizvodnja cementa je imala 5 % utjecaja kod globalnog zatopljenja na svjetskoj razini. Mnoge zemlje svijeta koje ne posluju po odreenim standardima odlau sirovine na neprimjerena mjesta te time unitavaju okoli. Jedna od najpoznatijih tvornica cementa kako u Bosni i Hercegovini tako i u irem regionu jeste Tvornica cementa Kakanj.9. POPIS LITERATURE

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

edition, pp. 472.

-Kogel, J.E., Trivedi, N.C., Barker, J.M., Krukowsk, S.T., 2006. Industrial Minerals & Rocks:

-Commodities, Markets, and Uses. Society for Mininig, Metallurgy and Exploration (SME), pp.

1548.

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

544.

-Vrkljan, M. 2001. Mineralogija i Petrologija osnove i primjena. Rudarsko-Geoloko-Naftni

fakultet, Zagreb, pp. 207.

http://www.understanding-cement.com/history.html

http://www.grad.unizg.hr/_download/repository/7_predavanje-CEMENT.pdf

http://bs.wikipedia.org/wiki/Spisak_dr%C5%BEava_po_proizvodnji_cementa

SLIKE:

http://cementboardss.com/clinker-cement/

http://www.daviddarling.info/encyclopedia/C/AE_cement.html

http://www.constructionweekonline.com/article-14256-qassim-cement-third-quarter-net-profitrises-

7/

PAGE 13