14
YUTRIB’O5 9 ta JUGOSLIVENSKA KONFERENCIJA O TRIBOLOGIJI JUN.15-18. 2005 Kragujevac, Srbija i Crna gora 820 UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA IZBOR MATERIJALA RADNIH DELOVA GRADJEVINSKE MEHANIZACIJE M. Mutavdžić 2 , V. Lazić 1 , M. Jovanović 1 , D. Adamović 1 , N. Ratković 1 1) Mašinski fakultet u Kragujevcu, Sestre Janjić 6, 34000 Kragujevac 2) Preduzeće za puteve Kragujevac, Tanaska Rajića 16, 34000 Kragujevac Rezime U ovom radu istražuju se karakteristike raznih vrsta gradjevinskog kamena i kamenih agregata, koje najviše utiču na habanje radnih delova mašina za pripremu i nanošenje agregata za izradu puteva. Stene od kojih se dobija gradjevinski kamen sačinjene su od odredjenih minerala, odnosno fizički i hemijski homogenih tela nastalih u zemljinoj kori. Ovde se razmatraju najvažnije vrste gradjevinskog kamena: krečnjak, dolomitski mermer, kalcitsko-dolomitski mermer i andezit. Vade se iz četiri nalazišta u Srbiji, a upotrebljavaju se za izradu pojedinih slojeva kolovoznih konstrukcija na putevima, ulicama, aerodromima i zastora na železničkim prugama, kao i za spravljanje različitih vrsta betona i asfalta. Za pravilan izbor kamena za nasipanje puteva potrebno je poznavati njegove opšte i specifične osobine. U tom cilju često se izvode sledeća ispitivanja: minerološko-petrografska, fizičko-mehanička i posebna. Osim toga, proveravali smo otpornost na habanje kako na uzorcima direktno uzetim iz stenskog materijala tako i na kamenim agregatima. Ključne reči: stenski minerali, krečnjak, mermer, andezit, saobraćajnice, gradjevinska mehanizacija 1. Uvod Gradjevinske mašine koje se koriste pri proizvodnji i ugradnji materijala prilikom izgradnje gradjevinskih objekata različite namene izložene su različitim vrstama jakih naprezanja, a posebno njihovi radni elementi koji su u direktnom kontaktu sa kamenim materijalima. Od vrste gradjevinskih materijala, osobina radnih elemenata gradjevinske mehanizacije i uslova eksploatacije i održavanja, direktno zavisi radni vek gradjevinske mehanizacije. Pri eksploataciji, radni delovi gradjevinskih mašina stalno su izloženi različitim vrstama habanja i korozije, a povremeno ili stalno udarnim opterećenjima. Radni delovi gradjevinske mehanizacije najčće su u kontaku sa različitim vrstama kamena, peska, zemlje, asfalta, betona, a često su u kontaktu i sa vodom. Poznavanje fizičko-mehaničkih osobina stenskih minerala je od posebnog značaja, ne samo za njihovu eksploataciju, već i za preradu i ugradnju. Budući da je reč o složenim tribo- mehaničkim procesima, u kojima sudeluju radni delovi gradjevinske mehanizacije, kamen i treća tela, od posebnog je značaja pravilan izbor materijala za radne delove gradjevinskih mašina, kao i izbor tehnologije reparature oštećenih i pohabanih delova tih mašina. Na osnovu navedenih ispitivanja gradjevinskog kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje tako i reparaturu radnih delova gradjevinskih mašina namenjenih za eksploataciju minerala, njihovu preradu i ugradnju u puteve.

UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

YUTRIB’O5 9ta JUGOSLIVENSKA KONFERENCIJA O TRIBOLOGIJI

JUN.15-18. 2005 Kragujevac, Srbija i Crna gora

820

UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA IZBOR MATERIJALA RADNIH DELOVA GRADJEVINSKE

MEHANIZACIJE

M. Mutavdžić2, V. Lazić1, M. Jovanović1, D. Adamović1, N. Ratković1 1) Mašinski fakultet u Kragujevcu, Sestre Janjić 6, 34000 Kragujevac

2) Preduzeće za puteve Kragujevac, Tanaska Rajića 16, 34000 Kragujevac

Rezime U ovom radu istražuju se karakteristike raznih vrsta gradjevinskog kamena i kamenih agregata, koje najviše utiču na habanje radnih delova mašina za pripremu i nanošenje agregata za izradu puteva. Stene od kojih se dobija gradjevinski kamen sačinjene su od odredjenih minerala, odnosno fizički i hemijski homogenih tela nastalih u zemljinoj kori. Ovde se razmatraju najvažnije vrste gradjevinskog kamena: krečnjak, dolomitski mermer, kalcitsko-dolomitski mermer i andezit. Vade se iz četiri nalazišta u Srbiji, a upotrebljavaju se za izradu pojedinih slojeva kolovoznih konstrukcija na putevima, ulicama, aerodromima i zastora na železničkim prugama, kao i za spravljanje različitih vrsta betona i asfalta. Za pravilan izbor kamena za nasipanje puteva potrebno je poznavati njegove opšte i specifične osobine. U tom cilju često se izvode sledeća ispitivanja: minerološko-petrografska, fizičko-mehanička i posebna. Osim toga, proveravali smo otpornost na habanje kako na uzorcima direktno uzetim iz stenskog materijala tako i na kamenim agregatima. Ključne reči: stenski minerali, krečnjak, mermer, andezit, saobraćajnice, gradjevinska mehanizacija 1. Uvod

Gradjevinske mašine koje se koriste pri proizvodnji i ugradnji materijala prilikom izgradnje gradjevinskih objekata različite namene izložene su različitim vrstama jakih naprezanja, a posebno njihovi radni elementi koji su u direktnom kontaktu sa kamenim materijalima. Od vrste gradjevinskih materijala, osobina radnih elemenata gradjevinske mehanizacije i uslova eksploatacije i održavanja, direktno zavisi radni vek gradjevinske mehanizacije. Pri eksploataciji, radni delovi gradjevinskih mašina stalno su izloženi različitim vrstama habanja i korozije, a povremeno ili stalno udarnim opterećenjima. Radni delovi gradjevinske mehanizacije najčešće su u kontaku sa različitim vrstama kamena, peska, zemlje, asfalta, betona, a često su u kontaktu i sa vodom.

Poznavanje fizičko-mehaničkih osobina stenskih minerala je od posebnog značaja, ne samo za njihovu eksploataciju, već i za preradu i ugradnju. Budući da je reč o složenim tribo-mehaničkim procesima, u kojima sudeluju radni delovi gradjevinske mehanizacije, kamen i treća tela, od posebnog je značaja pravilan izbor materijala za radne delove gradjevinskih mašina, kao i izbor tehnologije reparature oštećenih i pohabanih delova tih mašina. Na osnovu navedenih ispitivanja gradjevinskog kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje tako i reparaturu radnih delova gradjevinskih mašina namenjenih za eksploataciju minerala, njihovu preradu i ugradnju u puteve.

Page 2: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

821

2. Najvažnija tehnička svojstva stenskog materijala i njihova osnovna podela

Svojstva stena direktno zavise od minerala koji ulaze u njihov sastav. Najčešće se mogu sresti sedam grupa minerala: silikati, karbonati, oksidi, sulfati, sulfidi, hloridi i hidroksidi. Radi potpunije slike o broju različitih minerala koji ulaze u sastav stena, potrebno je ukazati, da samo grupu silikata sačinjava oko 800 vrsta minerala koji su razvrstani u različite podgrupe. Minerali u zemljinoj kori mogu se naći u vezanom (kamenom) i nevezanom (rasutom) obliku, pa se i stene prema jačini dele na slabe, čvrste i izuzetno čvrste stene, budući da minerali mogu biti u kristalnom, kristalastom i amorfnom obliku. Osobine stena se pri dejstvu vode, mraza i vatre znatno menjaju, pa je izuzetno važno poznavati zakonitost tih promena [1, 2, 3, 4, 5, 7, 8]. Petrografska1 svojstva stena koja imaju tehnički značaj su: mineralni sastav, struktura i tekstura stena. Fizička svojstva stena koja se odredjuju kvantitativno i kvalitativno mogu biti: optička, vodno-optička, toplotna, električna, magnetna, radioaktivna i dr. Optička svojstva stena definišu se bojom koja je odraz hemijskog sastava prisutnih minerala; dele se na svetle (SAL-ske) i tamne (FEM-ske). Svetli minerali su bogati aluminijumom i silicijumom, dok su tamni minerali bogati gvoždjem i magnezijumom. Vodno-fizičke osobine odnose se na specifičnu masu, zapreminsku masu, poroznost, zbijenost, stišljivost, vodopropustljivost, vlažnost, kapilarnost, lepljivost, bubrenje, provetrivost i dr. Mehanička svojstva stena koja imaju praktičan značaj jesu jačina na pritisak, jačina na savijanje, tvrdoća i žilavost. Jačina na pritisak odredjuje se na uzorcima oblika kocke, a jačina na savijanje na prizmatičnim uzorcima. U oba slučaja mora se voditi računa o eventualnoj slojevitosti kamena. Osim toga, ispituje se otpornost kamena na habanje i ispitivanje postojanosti na atmosferske uticaje. Tehnološka svojstva su njihove osobenosti koje se ispoljavaju pri obradi i ugradnji i tu spadaju: obradljivost, drobljivost, bušivost, lomljivost-cepljivost i rastresitost. Prema načinu postanka stene koje su u sastavu Zemljine kore, mogu se svrstati u tri velike grupe: magmatske (eruptivne), 1 Petrografija (grč.)- nauka o sastavu, pojavljivanju i rasprostranjenju stena.

sedimentne (taložne) i metamorfne (preobražene) stene. Eksperimentalnim ispitivanjima svojstava stena odredjuje se njihova pogodnost za primenu u gradjevinarstvu i drugim privrednim granama, mogućnost pravilnije eksploatacije gradjevinske mehanizacije pri obradi i ugradnji kamenih materijala i njihovih agregata, stabilnost terena na kome se izvodi izgradnja različitih objekata i dr. Za izgradnju saobraćajnica koriste se različite vrste gradjevinskih materijala, ali najveću primenu našle su čvrste stene krečnjaka (izgradnja donjih nosećih slojeva i posebno habajućih slojeva) i eruptivnih čvrstih stena, najčešće andezita (izgradnja završnog habajućeg sloja). Zbog toga su i radni delovi gradjevinske mehanizacije, koja je uključena u proces eksploatacije u putnoj privredi, najčešće izloženi procesima habanja usled dejstva ovih kamenih materijala i njihovih agregata. U ovom radu razmatra se problematika habanja radnih elemenata gradjevinske mehanizacije Preduzeća za puteve Kragujevac, koji su izloženi habanju usled dejstva kamenih materijala sa četiri nalazišta (ležišta): krečnjak u selu Korman-"Samar", dolomitski mermer u selu Gradac-"Straževica", kalcitsko-dolomitski mermer u selu Vlakča-"Vučjak" i andezit u selu Velika Bisina-"Šumnik" kod Raške. Najviše se eksploatiše (preko 70%) krečnjak iz nalazišta -"Vučjak", pa je ovaj kamen uzet kao reprezent pri eksperimentalnim ispitivanjima fizičko-mehaničkih svojstava, dok su drugi stenski materijali analizirani u nešto manjoj meri.

3. Odredjivanje petrografskih svojstava nekih stena

U najbitnija petrografska svojstva stena ubrajaju se: mineralni sastav, struktura i tekstura stena. Uticaj ovih faktora na njihova fizička, mehanička i tehnološka svojstva prikazan je na slici 1. Osim vrste minerala, na svojstva stena utiče njihova struktura i tekstura. Strukturu stena čine karakterističan oblik, veličina zrna i jačina njihove veze koja zavisi od načina srastanja pri samom stvaranju stene. Teksturu čine prostorni raspored minerala i ispunjenost prostora stene mineralima.

Page 3: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

822

Ispitivanje petrografskih svojstava stena izvodi se: vizuelno, mikroskopom i pomoću komparatora. Petrografska svojstva stena ispitivana su pomoću odgovarajućih standarda [9-JUS B.B8.013], i to za pomenute četiri vrste stena koje se najviše koriste pri izgradnji saobraćajnica. Ležište krečnjaka "Vučjak" je uglavnom sastavljeno od organogeno-detričkog2 krečnjaka. Struktura ove stene je kristalasta do mikrokristalasta. Tekstura stene je masivna tj. Mineralna zrna nemaju pravilan raspored u masi. Na slici 2 prikazan je makroskopski i mikroskopski izgled ove vrste stene.

Makroskopski izgled stene je kameni materijal sivo do sivosmedje boje, masivne teksture, neravnog do iverastog preloma sa finom hrapavošću prelomljene površine i oštrim ivicama loma. Intenzivno je tektozirana, ispresecana žilama i žilicama koje su povezane limonitom i ispunjene kalcitom debljine do 2 mm. U masi stene zapažaju se i stiloliti popunjeni glinom, kao i gnezdaste nakupine kalcita dimenzija do 1.5×0.8 mm.

2 Detritus, skup sitnih delića istrošenih stena.

Mikroskopski izgled stene je kameni materijal sastavljen od odlomaka mikrokristalastih i organogenih krečnjaka sa tragovima olilitičkih krečnjaka i znatne količine fosilnih ostataka vezanih sparitskim cementom. Odlomci mikrokristalastih krečnjaka su zaobljenih do uglastih formi, dok su odlomci organogenih krečnjaka zaobljeni i izgradjeni od fosilnih ostataka vezanih mikritskim vezivom delimično prekristalisali u mikrokristalasti kalcit. Od sekundarnih sastojaka prisutan je limonit koji je fino dispergovan po zrnima mikrokristalastog i kristalastog kalcita. Ležište dolomitskog mermera "Samar" je

uglavnom sastavljeno od dolomitskog mermera - dolomita. Struktura ove vrste stene je granoblastična. Tekstura je masivna i nekompaktna. Na slici 3 prikazan je makroskopski i mikroskopski izgled strukture ove stene. Makroskopski izgled stene je kameni materijal sive do sivožute boje, masivne do tektozirane teksture, neravne prelomljene površine sa grubom hrapavošću površine preloma i oštre ivice preloma. Intenzivno je tektozirana što se manifestuje prisustvom

Slika 1: Shematski prikaz uticaja petrografskih svojstava na ostala svojstva stena

Slika 2: Izgled strukture stene krečnjaka: a) makroskopski izgled (10×), b) mikroskopski izgled (50×)

Page 4: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

823

velikog broja žica i žilica bele do žutobele boje koje su vezane limonitom i ispunjene kalcitom.

Mikroskopski izgled stene je kameni materijal od izometričnih zrna ujednačene veličine koja mozaički srastaju. Veličina zrna varira i najveći broj je od 0.5×0.2 mm, a duž ravni slojevitosti primetna je pojava rekristalizacije. Kalcita ima u malim količinama i javlja se u obliku nepravilnih gnezdastih nagomilanja. Od sporednih sastojaka prisutan je kvarc i metalični minerali, kao i sekundarni limonit koji vezuje prisutne žilice u steni. Ležište kalcitskog-dolomitskog mermera "Gradac" je uglavnom sastavljeno od dolomitskog mermera. Struktura ove stene je granoblastična. Tekstura stene je homogena i kompaktna. Na slici 4 prikazan je makroskopski i mikroskopski izgled strukture ove stene.

Mikroskopski izgled je kameni materijal bele boje i homogene strukture. Prelomljena površina je ravna sa grubom hrapavošću i umereno oštrim ivicama loma. Mikroskopski izgled stene je kameni materijal sastavljen od kristalastog dolomita povezanog kalcitskim cementom (oko 90%), veličine zrna 0.5-1.0 mm. Oko 10% su sitnija

zrna dolomita veličine 0.1-0.3 mm i neznatan deo liski muskolita (oko 0.5%) veličine

0.2-0.3 mm. Ležište andezita "Šumnik" je uglavnom

sastavljeno od različitih vrsta andezita. Struktura stene je holokristalasto-pofirska. Tekstura stene je masivna. Na slici 5 prikazan je makroskopski i mikroskopski izgled strukture ove stene. Makroskopski izgled stene je kameni materijal sivozelene boje, masivne teksture i porfirske strukture, a makroskopski se još zapažaju i obojeni fenokristali najčešće idiomorfnih formi, veličine do 4 mm. Prelomljena površina stene je nepravilna i grube je hrapavosti sa izuzetno oštrim ivicama loma. Mikroskopski izgled stene je kameni materijal sastavljen od fenokristala plagioklasablende i biotita, koji leže u

holokristalastoj osnovnoj stenskoj masi. Kao sekundarni minerali u steni javljaju se kalcit i kvarc u obliku kristala.

4. Eksperimentalno odredjivanje nekih fizičkih svojstava stena

Od fizičkih svojstava vezanih stena-kamena i njihovih agregata pri izgradnji saobraćajnica

Slika 4: Izgled strukture stene kalcitsko-dolomitskog mermera: a) makroskopski izgled (10×),

b) mikroskopski izgled (50×)

Slika 3: Izgled strukture dolomitskog mermera: a) makroskopski izgled (10×), b) mikroskopski

izgled (50×)

Page 5: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

824

najčešće se eksperimentalno ispituju specifične mase (gustine), zapreminske mase, poroznost, upijanje vode i zbijenost, jer ova svojstva

direktno utiču na promenu mehaničkih i tehnoloških svojstava stena i njihovih agregata. Načini i postupci ispitivanja propisani su odgovarajućim standardima [9-JUS B.B8.031], a ovde se samo daju neki od dobijenih eksperimentalnih rezultata.

4.1 Odredjivanje specifične mase (gustine) stena

Specifična masa kamenih stena je masa čvrstih čestica njenih minerala u jedinici zapremine sss Vm=ρ , gde su: ρs – specifična masa čvrstih čestica stene u g/cm3, ms – masa suve mineralne supstance u g i Vs – zapremina mineralne supstance u cm3. Za odredjivanje zapreminske mase koristi se prah minerala mase oko 50 g. Ovaj prah mora proći kroz sito sa veličinom otvora (okaca) od 0.09 mm bez ostatka. Za ova ispitivanja neophodno je izvesti najmanje tri probe. Specifična masa stene može se odrediti laboratorijski na sprašenim uzorcima pomoću piknometra. Posredno se na osnovu specifične mase odredjuje i apsolutna poroznost stena. U tablici 1 date su specifične mase nekih (najvažnijih) stenskih minerala.

4.2 Odredjivanje zapreminske mase stena

Zapreminska masa stena je jedinica ukupne

zapremine uzorka (čvrstih čestica i pora) Vmsv =γ , gde su: γv – zapreminska masa sa

porama i šupljinama u kg/m3, ms – masa suvog probnog uzorka u kg i V – zapremina probnog uzorka u m3. Odredjivanje zapreminske mase najčešće se izvodi na uzorcima pravilnog oblika (kocka, prizma), a može se izvesti i na uzorcima nepravilnog oblika [9-JUS B.B8.032]. Kada se ispitivanja izvode na uzorcima pravilnog oblika nijedna ivica ne sme biti manja od 40 mm, a kod uzoraka nepravilnog oblika masa im ne sme biti manja od 150 g. Za ispitivanje je korišćeno po pet probnih uzoraka za svaku vrstu stena. Uzorci su bili dužine 50±1 mm. Merenje dužina ivica izvodi se sa tačnošću od 0.25%, a merenje mase sa tačnošću od ±0.1%. Ispitivanja su obavljena na sobnoj temperaturi od 20±2ºC. U tablici 2 prikazane su srednje vrednosti zapreminske mase uzoraka različitih vrsta stena, dobijenih našim ispitivanjima [6].

Slika 5: Izgled strukture stene andezita: a) makroskopski izgled (10×), b) mikroskopski izgled (50×)

Tablica 1. Specifične mase nekih stenskih minerala Vrsta

minerala Specifična masa minerala, g/cm3

Vrsta minerala

Specifična masa minerala, g/cm3

Vrsta minerala

Specifična masa minerala, g/cm3

Silikati Oksidi Hidroksidi Feldspati 2.55-2.76 Kvarc 2.65 Limonit 3.50-4.00 Liskuni 2.80-3.20 Magnetit 5.10-5.30 Boksit 2.30-3.50 Amfiboli 3.00-3.30 Hematit 4.80-5.30 Opal 2.00-2.30 Piroskeni 3.10-3.50 Korund 3.90-4.10 Sulfati Kaolini 2.00-2.60 Anmiorit 2.80-3.00 Granati 3.40-3.80 Karbonati Gips 2.10-2.40 Talk 2.70-2.80 Kalcit 2.70 Sulfidi Serpentin 2.50-2.70 Magnezit 2.90-3.10 Pirit 4.90-5.10 Olivin 3.30-4.00 Dolomit 2.60-2.95 Hloridi Epidot 3.30-3.50 Aragonit 2.80-3.00 Halit 2.10-2.30

Page 6: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

825

4.3 Odredjivanje poroznosti stena

Poroznost stena je ukupan prazan prostor u jedinici zapremine koji nije ispunjen mineralnom supstancom, a zavisi od strukture i teksture stena, odnosno od veličine zrna i načina njihovog pakovanja. Poroznost se odredjuje pomoću izraza:

[ ] 100)/(1 ⋅−= svp ργ u %, gde su: p- poroznost u %, γv- zapreminska masa sa porama i šupljinama i ρs- specifična masa bez pora i šupljina [9-JUS B.B8.032]. Upijanje vode definisano je odnosom mase vode i mase čvrste mineralne supstance, a za različite vrste stena varira od nekoliko stotih delova procenta. Rezultati eksperimentalnih istraživanja dati su u tablici 3.

4.4 Odredjivanje mogućnosti zbijanja stena

Zbijenost stena je njihovo svojstvo povećanja zapreminske mase veštačkim putem pod dejstvom pritiska. Mogućnost zbijanja se razlikuje kod vezanih (koherentnih) i nevezanih (nekoherentnih) stena, pa se na različite načine izvodi ispitivanje ovog svojstva. Ispitivanje mogućnosti zbijanja nevezanih stena direktno zavisi od oblika i veličine zrna. Odredjuje se pomoću izraza:

)/( minmaxmax eeeeI D −−= , gde su: ID- indeks zbijenosti u %,

sp VVe /= - koeficijent poroznosti stene (prirodno stanje),

emax- koeficijent poroznosti rastresite stene i emin- koeficijent poroznosti zbijene stene. Ispitivanje mogućnosti zbijanja vezanih stena ne zavisi samo od oblika i veličine zrna, već i od njihove kohezije. Jačina kohezionih veza zrna je veoma značajna, jer pri procesu zbijanja ometa istiskivanje vode iz pora i šupljina stene. Odredjivanje zbijenosti ovih stena izvodi se pomoću izraza:

)/( wpwLwLd eeeeK −−= , gde su: Kd- koeficijent zbijenosti u %, ewL- koeficijent poroznosti stene na granici početka plastičnog tečenja, ewp- koeficijent poroznosti stene na granici završetka plastičnog tečenja i e- koeficijent poroznosti stene u prirodnom stanju kada ima prirodnu vlažnost i zbijenost [9-JUS B.B8.030].

Odredjivanje zapreminske mase stena može poslužiti kao kriterijum za ocenu njihove mogućnosti zbijanja u nasipu, što je od velikog značaja pri izgradnji gradjevinskih objekata. Kompletno ispitivanje mogućnosti zbijanja stena zahteva: odredjivanje granulometrijskog sastava, odredjivanje mogućnosti zbijanja Proktorovim testom i odredjivanje kalifornijskog indeksa nosivosti (detaljnije videti u literaturi [1, 3, 4, 7, 9-JUS B.B8.030].

4.5 Uticaj vode, niskih i visokih temperatura na promenu svojstava stena

Uticaj vode, niskih i visokih temperatura na stene ima odredjen tehnički značaj, jer dolazi do znatne promene njihovih svojstava. U kontaktu sa vodom pri nižim temperaturama (< 0ºC) i

Tablica 2. Zapreminske mase ispitivanih uzoraka različitih vrsta stena

Ispitivano svojstvo stena Krečnjak - Vučjak

Dolomitski mermer - Samar

Kalcitsko-dolomitski mermer-Gradac

Andezit-Šavnik

Zapreminska masa sa porama, Vmsv =γ 2690 2780 2820 2630

Specifična masa bez pora i šupljina, sss Vm=ρ 2730 2870 2850 2750

Koeficijent zapreminske mase, svi ργ= 0.985 0.969 0.989 0.956

Tablica 3. Poroznost ispitivanih uzoraka različitih vrsta stena

Ispitivano svojstvo stena Krečnjak - Vučjak

Dolomitski mermer - Samar

Kalcitsko-dolomitski mermer-

Gradac

Andezit-Šavnik

Poroznost, [ ] ,%100)/(1 ⋅−= svp ργ 1.50 3.10 1.10 4.40 Upijanje vode, ,%100/)( ⋅−= ssv mmmw 0.18 0.17 0.12 0.64

Page 7: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

826

višim temperaturama (> 100ºC) dolazi do ivesnih promena svojstava stena, dok pri temperaturama nižim od -25ºC i temperaturama višim od 500ºC, dolazi do značajnih promena svojstava stena. Voda na stene dejstvuje dvojako, pa se mogu razlikovati fizičko i hemijsko dejstvo vode. Fizičko i hemijsko dejstvo vode kod različitih vrsta stena je različito, pa je po ovom osnovu moguće izvršiti i podelu stena. Prema fizičkom dejstvu vode, stene se mogu podeliti u tri osnovne grupe: stene na koje voda ne utiče, stene na kod kojih voda izaziva izvesne promene fizičkih svojstava i stene koje pod dejstvom vode dobijaju potpuno nova fizička svojstva. Prvu grupu čini mali broj stena, a to su neke sveže magmatske stene i kvarcni peščari sa silicijumskim vezivom. Kod njih elastičnost, jačina, žilavost i druga svojstva ostaju nepromenjena bez obzira da li su ispitivani uzorci suvi, prirodno vlažni ili potpuno zasićeni vodom. Druga grupa stena je najbrojnija i pod dejstvom vode dolazi do smanjenja elastičnosti, jačine i žilavosti, a menja se boja, provodljivost elektriciteta i dolazi do promene drugih svojstava. Treću grupu čine stene kod kojih pod dejstvom vode one dobijaju potpuno nova svojstva koja nemaju dok su suve (lepljivost, bubrenje, i dr.), a ovo se uglavnom dešava kod glinovitih stena. Prema hemijskom dejstvu vode, stene se takodje mogu podeliti u tri osnovne grupe: praktično nerastvorljive stene, slabo rastvorljive stene i lako rastvorljive stene. Prvu grupu čine stene silicijskog i silikatnog sastava bez obzira na način nastanka. U ovu grupu se mogu razvrstati kvarciti, kvarcni peščari, rožnaci, gline, glinci, argilošisti, filiti, graniti, daciti, andaciti i druge magmatske stene. Drugu grupu čine stene čiji su minerali rastvorljivi u vodi ali se taj proces sporo odvija, što je slučaj sa karbonatnim stenama (krečnjaci, dolomiti, mermeri, karbonatne breče i konglomerati). Treću grupu čine stene čiji se minerali lako rastvaraju u vodi, a u ovu grupu se mogu razvrstati hloridne, sulfatne i nitratne stene (gipsit, anhidrit, soli, šalitra i dr.). Niske temperature (mraz) značajno utiču na svojstva stena. Na svojstva stena i njihovu promenu poseban uticaj ima promena temperature. Naizmenično zagrevanje i hladjenje stena izaziva velike promene njihovih svojstava, ali su manje posledice ako su promene temperature postupne. Takodje, pri insolaciji, zbog razlike dnevne i noćne

temperature (10 do 20ºC) i sezonske temperature (-30 do +50ºC), dolazi do promene svojstava stena usled cikličnog širenja i skupljanja, što tokom vremena dovodi do smanjenja njihove jačine. Sve suve stene dobro podnose dejstvo niskih temperatura, dok vlažne stene i stene potpuno zasićene vodom imaju znatno manju otpornost, jer dolazi do njihovog razaranja usled ledjenja vode u njihovim šupljinama. Visoke temperature (vatra) imaju veliki uticaj na svojstvo stena. Sve vrste stena dobro podnose dejstvo povišenih temperatura (do 500ºC), jer ne dolazi do značajnijih promena njihovih svojstava. Zagrevanjem iznad ove temperature dolazi do lako uočljivih promena: gubitka karakterističnog zvonkog zvuka pri udaru, značajnog smanjenja jačine i pojave krunjenja, potpuno se razgradjuju ako se preliju hladnom vodom. Na visokim temperaturama (iznad 850ºC) postojanije su stene izgradjene od minerala čija se toplotna provodljivost znatno razlikuje. Postojanije su jedre i sitnozrnaste stene od poroznih i krupnozrnastih stena. Na ovoj temperaturi graniti nepravilno isprskaju, a peščari najčešće isprskaju paralelno sa slojevitošću. Krečnjaci i mermeri imaju dobru otpornost sve do temperature kalcinisanja (oko 800ºC) kada se odvija njihov preobražaj u negašeni kreč (CaO). Na visokim temperaturama postojani su kvarciti, kvarcni peščari sa silicijumskim vezivom, gline, serpentinit, magnezit i hromit. Od magnezita i hromita izradjuju se vatrostalne opeke. Na temperaturama od 200-300ºC, na kojima se proizvodi vreli asfalt za izgradnju saobraćajnica, postojane su izlivne magmatske stene sa staklastom osnovnom masom bez obzira na vrstu fenokristala (rožnjaci, krečnjaci sa kalcitskim vezivom, gipsiti i vulkansko staklo).

5. Eksperimentalno odredjivanje nekih mehaničkih svojstava stena

Od svih mehaničkih svojstava stena najčešće se ispituju jačina na pritisak, tvrdoća, elastičnost, žilavost i otpornost na habanje, dok se druga svojstva redje ispituju. Način ispitivanja mehaničkih svojstava stena sličan je mehaničkim ispitivanjima metalnih materijala, ali ima i svoje specifičnosti. Ova ispitivanja mehaničkih svojstava stena definisana su odgovarajućim standardima [9-JUS B.B8.012 do JUS B.B8.018].

Page 8: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

827

5.1 Odredjivanje tvrdoće nekih vrsta stena

Tvrdoća stena je značajno svojstvo jer utuče na druga mehanička svojstva, a predstavlja otpor prodiranju drugog čvrstog tela u masu stene. Za praktične potrebe dovoljno je odrediti relativnu tvrdoću stena, a ona se odredjuje pomoću Mosove skale. Tvrdoća stene je u stvari tvrdoća minerala koji je izgradjuju (sačinjavaju). Osnovna Mosova skala napravljena je tako da svaki naredni mineral reže (para) sve prethodne, a tvrdoća se izražava stepenom tvrdoće koji se kreće u granicama od 1-10, pri čemu je najmanja tvrdoća talka, a najveća dijamanta. Budući da jednu stenu sačinjavaju više minerala i veziva koja spajaju zrna minerala, a čije su tvrdoće različite, to je i odredjivanje tvrdoće neke stene drugim metodama dosta nepouzdano (npr. po Šoru). Najveću tvrdoću imaju kriptokristalaste sitnozrne stene izgradjene od minerala velike tvrdoće čija su zrna neposredno vezana, a to su magmatske stene, kvarciti, kvarcni peščar i dr.

Malu tvrdoću imaju stene formirane od minerala male tvrdoće i čija su zrna posredno vezana prirodnim vezivima (cement). U tablici 4 prikazana je tvrdoća različitih stenskih minerala sadržanih u stenama. Na osnovu procentualnog sastava ispitivanih vrsta stena, tvrdoće stenskih minerala koji ih sačinjavaju i Mosove skale, moguće je za ispitivane vrste stena odrediti njihovu relativnu tvrdoću. Osnovni mineral koji gradi sve vrste krečnjaka je kalcit pa je i njihova tvrdoća najčešće oko 650 HB. Tvrdoća kalcitsko-dolomitskog minerala zavisi od procentualnog učešća kalcita i dolomita, pa se ona najčešće kreće u granicama od 650-850 HB, dok dolomitski mermer ima najčešće tvrdoću od

850-1150 HB. Pored kalcita i dolomita u strukturi mermera mogu se naći zrna kvarca, liskuna, hlorita, grafita, spidota i drugih najčešćih metamorfnih silikata. Najčešće se sreću kalcitski mermeri dok su dolomitski mermeri dosta retki. Tvrdoća različitih vrsta andezita se kreće u širokom opsegu u zavisnosti od vrste. Tako na primer biotitski andezit ima tvrdoću približno kao krečnjak od 500-700 HB, enstititski 750 HB, amfibolski 1000-1500 HB, a sadržaj kvarca SiO2 (55-65%) u andezitu može povećati tvrdoću i do 1800 HB. Tvrdoća stena ima veliki uticaj na njihovu obradu i primenu, ali i na oštećenje radnih elemenata gradjevinske mehanizacije pri obradi i ugradnji stenskih materijala. Zato se pri obradi i ugradnji stenskih materijala (kamena i kamenog agregata) moraju koristiti metali koji imaju veliku tvrdoću sa karbidima u metalnoj osnovi ili relativno meki čelici koji pod pritiskom ili udarima mogu da obezbede martenzitnu transformaciju austenita-Hadfieldovi čelici.

5.2 Odredjivanje udarne žilavosti nekih vrsta stena

Ovo svojstvo najviše zavisi od sklopa odnosno strukture stene, pa tek onda od vrste minerala koji je grade. Najveću žilavost imaju stene afitske, zatim kriptokristalaste (zrnaste), pa porfirske strukture. Otpornost stena na udar razlikuje se od jačine na pritisak, jer stene koje imaju relativno veliku jačinu na pritisak mogu imati malu udarnu žilavost. Ispitivanje udarne žilavosti stena definisano je odgovarajućim standardima i izvodi se slično kao i za metalne materijale. U tablici 5 date su udarne žilavosti stenskog materijala proučavanih nalazišta. Ispitivanje je

Tablica 4. Tvrdoća različitih stenskih minerala Vrsta

minerala Tvrdoća po Mosu Vrsta minerala Tvrdoća po Mosu Vrsta

minerala Tvrdoća po Mosu

Silikati Oksidi Hidroksidi Feldspati 6.0-6.5 Kvarc 7.0 Limonit 5.0 Liskuni 2.0-3.0 Magnetit 5.5-6.5 Boksit 2.5-6.5 Amfiboli 5.0-6.0 Hematit 5.5-6.5 Opal 5.5-6.5 Piroskeni 3.1-6.0 Korund 9.0 Sulfati Kaolini 2.0-2.5 Karbonati Anmiorit 3.0-4.0 Granati 7.0-7.5 Kalcit 2.5-3.0 Gips 2.0 Talk 1.0 Magnezit 2.5-3.5 Sulfidi Serpentin 2.5-4.0 Dolomit 3.5-4.5 Pirit 6.0-6.5 Olivin 6.5-7.0 Aragonit 3.5-4.5 Hloridi Epidot 5.0-6.0 Halit 2.0

Page 9: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

828

izvedeno u tri medjusobno upravna pravca (pravac I-I je paralelan sa pravcem slojevitosti stene, pravac II-II je upravan na prethodni pravac i leži u ravni slojevitosti i pravac III-III je upravan na pravac prostiranja slojevitosti stene). Ovako utvrdjeni pravci važe za sva ispitivanja vezana za mehanička svojstva stena. Ovo je važno istaći jer su neke stene izrazito anizotropne zbog slojevitosti i škriljavosti-nehomogenosti stena. Na osnovu ovih rezultata može se zaključiti da se radi o stenama relativno male udarne žilavosti, a prema izgledu mesta preloma može se izvesti sličan zaključak, jer je mesto loma grube hrapavosti i oštrih ivica.

5.3 Odredjivanje elastičnosti stena

Elastičnost stena je svojstvo da pod dejstvom spoljne sile mogu nastati elastične deformacije pre nego što nastupi lom. Ovo svojstvo vezano je za čvrsto vezane stene (kamenite) i zavisi od od vrste i tvrdoće stenskih minerala, strukture i teksture, zglobljenosti zrna i svežine minerala, vlažnosti, jačine i smera nanošenja opterećenja i dr. Sitnozrne stene sa dobro zglobljenim zrnima imaju veće vrednosti modula elastičnosti od krupnozrnih istog sastava. Kod slojevitih i nehomogenih stena modul elastičnosti je veći u upravnom pravcu nego u pravcu paralelnosti sa slojevitošću i škriljavošću. Ispitivanjem uzoraka stenskog materijala-krečnjak dobijene su srednje vrednosti Poasonovog koeficijenta υ= 0.36, modula elastičnosti E= 50247 MPa, modula klizanja G= 18608 MPa i zapreminskog modula K= 59714 MPa.

5.4 Odredjivanje jačine stena

Eksperimentalno odredjivanje jačine stena izvodi se na najmanje tri uzorka, a najčešće na po pet uzoraka isečenih iz stene u tri medjusobno upravna pravca. Za ova ispitivanja koriste se najčešće uzorci prizmatičnog oblika, a ceo postupak ispitivanja od pripreme uzorka,

načina ispitivanja i prikazivanja dobijenih rezultata definisan je odgovarajućim standardima [9-JUS B.B8.012-JUS B.B8.018]. Jačina stene zavisi od: tvrdoće minerala, vrste strukture, oblika i veličine dodirnih površina zrna, svežine minerala, vrste i količine veziva, poroznosti, mehaničke oštećenosti, vlažnosti, temperature, načina pripreme uzorka, pravca i načina nanošenja opterećenja i dr. Veću jačinu imaju stene sa dosta kvarca, amfibola, piroksena, svežih feldspata i drugih tvrdjih minerala. Veću čvrstinu imaju jedre, neporozne i sitnozrne stene sa dobrom zaobljenošću zrna i jačim vezivom. Takodje, veću jačinu imaju suve od vodom zasićenih stena i stena koje su bile izložene zamrzavanju, uzorci stena koji nisu pripremani primenom eksploziva i nisu bili izloženi tektonskim poremećajima, uzorci koji su izloženi dejstvu sile upravno na pravac slojevitosti i škriljavosti. Uticaj vlažnosti stena na njihovu jačinu izražava se tzv. stepenom omekšavanja, koji predstavlja odnos vodom zasićenog uzorka i jačine uzorka suve stene. Ovaj koeficijent najčešće je manji od jedan i najpovoljnije za korišćenje su stene sa veličinom koeficijenta od 0.6-0.9, dok se korišćenje stena sa koeficijentom manjim od 0.6 ne preporučuje. Najčešće se ispituje jačina stena na pritisak u sva tri stanja (suvom, vodom zasićenom i posle ciklusa zamrzavanja), a sve stene imaju znatno veću jačinu na pritisak od jačine na zatezanje, savijanje, uvijanje i smicanje. Za izvodjenje eksperimentalnih ispitivanja jačine stena koriste se: univerzalna hidraulična presa sa mogućnošću postizanja sile od 60000-100000 daN i uredjaja za očitavanje rezultata tačnosti od 1%, mašina za rezanje stena, mašina za brušenje stena, sušara sa mogućnošću postizanja i regulacije temperature od 110±5ºC, digitalna vaga tačnosti ±0.01% i pomoćni uredjaji (kade za potapanje ispitivanih uzoraka, kade za zamrzavanje i dr.). Deo opreme za ispitivanje jačine stena prikazan je na slici 6.

Tablica 5. Udarna žilavost nekih vrsta stena

Udarna žilavost, MPa Krečnjak - Vučjak

Dolomitski mermer - Samar

Kalcitsko-dolomitski mermer-Gradac Andezit-Šavnik

Pravac I-I 22.40 17.00 27.20 13.40 Pravac II-II 24.20 20.60 26.10 17.20 Pravac III-III 28.80 24.60 28.30 22.40 Srednja vrednost 25.13 20.73 27.20 17.67

Page 10: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

829

Jačina na pritisak. Odredjivanje jačine na pritisak izvršeno je na suvim i vodom zasićenim uzorcima u obliku kocke dužine ivice 40±1 mm, čije su površine brušene i planparalelne. Srednja vrednost jačine na pritisak, uzoraka krečnjaka iz ležišta Vučjak (petnaest uzoraka, po pet za svaki pravac) iznosi Rcm= 131 MPa. Na isti način su izvedena i eksperimentalna ispitivanja na uzorcima drugih vrsta stena (dolomitski mermer, dolomitsko-kalcitski mermer i andezit). Za dobijanje rezultata jačine na pritisak posle 25 ciklusa zamrzavanja korišćena su po tri uzorka u obliku kocke dužine ivice 100±1 mm (tab. 6).

Jačina na zatezanje. Odredjivanje jačine na zatezanje izvodi se redje, ali je takodje značajno svojstvo. Ispitivanje je izvedeno na uzorcima istog oblika i dimenzija i pod istim uslovima kao ispitivanje jačine na pritisak s tom razlikom što su ispitivani samo suvi uzorci. Srednja vrednost jačine na zatezanje ispitivanih uzoraka krečnjaka

je Rm= 6.00 MPa, a na osnovu rezultata velikog broja ispitivanja krečnjaka, jačina na zatezanje je oko 1.5 MPa za porozne krečnjake, a kod jedrih ova vrednost je oko 6.4 MPa. Na isti način izvršeno je ispitivanje jačine na zatezanje ostalih vrsta stena, a rezultati ispitivanja dati su u tablici 7. Jačina na savijanje. Ispitivanje jačine na savijanje izvedeno je samo na po jenom uzorku za svaku vrstu ispitivanih stena, na suvim uzorcima i za pravac koji je upravan na ravan prostiranja slojevitosti škriljavosti, kako bi se dobili najbolji rezultati (najveće vrednosti) (tab. 8).

Jačina na smicanje. Odredjivanje jačine na smicanje izvedeno je samo na uzorcima krečnjaka iz ležišta Vučjak metodom direktnog smicanja. Najčešće je u primeni metoda direktnog smicanja pomoću Kasagrandeovog uredjaja prikazanog na slici 7. Ovaj uredjaj ima mogućnost da se ispitivanje na smicanje uzorka

Tablica 7. Jačina na zatezanje nekih vrsta stena Jačina na zatezanje, Rm, MPa

Vrsta i poreklo stena Pravac I-I Pravac II-II Pravac III-III

Srednje vrednosti

Krečnjak - Vučjak 5.97 6.14 5.89 6.00 Dolomitski mermer - Samar 5.26 5.42 3.72 4.80 Kalcitsko-dolomitski mermer-Gradac 5.64 5.36 4.03 5.00 Andezit - Šavnik 9.48 9.82 8.90 9.40

Slika 6: Oprema za ispitivanje jačina stena: a) univerzalna hidraulična kidalica, b) sušara, c) vaga

Tablica 6. Jačina na pritisak nekih vrsta stena Jačina na pritisak, Rcm, MPa

Vrsta i poreklo stena Suvi uzorci

Vodom zasićeni uzorci

Uzorci posle 25 ciklusa zamrzavanja

Koeficijent omekšavanja,

Kom

Krečnjak - Vučjak 131 123 117 0.94 Dolomitski mermer - Samar 150 136 130 0.91 Kalcitsko-dolomitski mermer-Gradac 161 140 138 0.87 Andezit-Šavnik 195 186 184 0.95

Page 11: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

830

stene može izvesti pod različitim uglovima, a da bi se odredili parametri jačine na smicanje (koheziona jačina- C i ugao unutrašnjeg trenja- φ; test se najčešće izvodi pod uglovima od 45º i 60º).

Odredjivanje tangencijalnog i normalnog napona izvodi se tako što se za različite uglove smicanja (45º i 60º), pod dejstvom odredjene vertikalne sile pritiska očitavaju na komparatorima komponente pomeranja u ravni i izračunavaju naponi (sl. 8).

5.4 Odredjivanje otpornosti na habanje nekih vrsta stena

Otpornost na habanje stenskih materijala je njihova postojanost prema različitim procesima habanja, što se manifestuje manjim ili većim gubitkom mase materijala. Njihova otpornost na habanje ne zavisi samo od tvrdoće, već i od načina njihove strukture, svežine minerala,

cepljivosti i vrste prirodnog veziva (ako su prirodno vezane). Kad su u pitanju vezane stene (kamen) manju otpornost prema habanju imaju stene izgradjene od minerala manje tvrdoće (liskun, talk, krupnozrni kalcit i dr.). Može se

reći da manju otpornost na habanje imaju hloridne, sulfidne i karbonatne stene, a veću imaju silcijske i silikatne stene izgradjene od svežih minerala. Na slici 9 prikazani su izgledi kocke mermera i granita koje su bile izložene procesu habanja. Kocke mermera su ispitivane u

laboratorijskim uslovima, dok su uzorci granita bili izloženi habanju u realnim uslovima na putu [3]. Eksperimentalno ispitivanje otpornosti na habanje stena definisano je odgovarajućim metodama: metoda Bomea [9-JUS B.B8.015], Los Angeles metoda [9-JUS B.B8.045] i postupak Devala [9-JUS B.B8.043]. Metodom Bomea izvodi se provera otpornosti na habanje

Slika 7: Shema Kasagrandeovog uredjaja za izvodjenje testa direktnog smicanja

Slika 8: Grafički prikaz rezultata odredjivanja parametara smicanja (C, φ) stena – krečnjaka:

a) pravac smicanja I-I, b) pravac II-II i c) pravac III-III

Tablica 8. Jačina na smicanje nekih vrsta stena

Vrsta stena Krečnjak - Vučjak

Dolomitski mermer - Samar

Kalcitsko-dolomitski mermer-Gradac Andezit-Šavnik

Jačina na savijanje

MPahbLF

s '23

2⋅⋅⋅⋅

=σ 13.20 5.46 6.25 9.82

Page 12: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

831

stena na uzorcima u obliku kocke, dok se druge dve metode najviše primenjuju za kamene agregate. Rezultati ispitivanja otpornosti na habanje proučavanih stenskih materijala i njihovih agregata, dati su tablici 9 (po metodi Bomea) i tablici 10 (po Los Angeles metodi). Ispitivanja su obavljena na po tri suva uzorka u Laboratoriji Instituta za gradjevinske materijale u Beogradu. Prema dobijenim rezultatima ispitivanja po ovoj metodi (tab. 9) može se zaključiti da uzorci krečnjaka imaju srednju ili dobru otpornost na habanje, uzorci dolomitskog mermera imaju dobru otpornost na habanje, uzorci kalcitsko-dolomitskog mermera imaju srednju ili dobru otpornost na habanje, dok uzorci andezita imaju izuzetno dobru otpornost na habanje. To znači da su delovi gradjevinske mehanizacije pri

kontaktu sa ovim materijalima izloženi abrazivnom habanju visokog intenziteta. Na osnovu rezultata ispitivanja po Los Angeles metodi može se zaključiti da i agregati ispitivanih stenskih materijala imaju dobru otpornost na habanje.

6. Izbor materijala radnih delova gradjevinske mehanizacije iz aspekta abrazivnog habanja

Veliki broj delova gradjevinske mehanizacije (zubi kašika, riperi, lopatice mešalica, noževi za podizanje i skidanje asfalta, noževi–lopatice za iskop kanala, udarne grede drobilica i dr.) su u posrednom ili neposrednom kontaktu sa stenskim materijalima, i u zavisnosti od uloge i funkcije dela izloženi različitim

Slika 9: Habanje mermera i granita: a) habanje iste vrste mermera pri ispitivanju različitim

metodama, b) habanje iste vrste granita u realnim uslovima

Tablica 9. Rezultati ispitivanja habanja stena po metodi Bomea

Veličina habanja, cm3/50 cm2 Vrsta i poreklo stena

Uzorak 1 Uzorak 2 Uzorak 3 Srednje vrednosti Gubitak mase,

%

Krečnjak - Vučjak 23.20 22.90 21.80 22.63 6.32 Dolomitski mermer - Samar 19.50 18.30 20.60 19.47 5.44

Kalcitsko-dolomitski mermer-Gradac 23.40 24.30 23.60 23.77 6.64

Andezit - Šavnik 10.20 9.10 9.90 9.73 2.62

Tablica 10. Rezultati ispitivanja habanja stena po metodi Los Angeles

Veličina habanja, % Vrsta i poreklo stena

Uzorak 1 Uzorak 2 Uzorak 3 Srednje vrednosti,

%

Krečnjak - Vučjak 22.80 23.10 23.40 23.10 Dolomitski mermer - Samar 27.70 27.30 28.10 27.70 Kalcitsko-dolomitski mermer-Gradac 29.30 28.80 28.60 28.70 Andezit - Šavnik 11.80 12.20 12.40 12.10

Page 13: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

832

vrstama habanja. Uglavnom je reč o abrazivnom habanju ili kombinaciji više vrsta habanja. Abrazivno habanje nastaje delovanjem čestica i oštećenih radnih površina pohabanog tela, mlevenjem i urezivanjem bilo tvrdim česticama ili grubim površinama drugog tela. Tipična površinska oštećenja su ogrebotine. Abrazivno habanje može nastati i zbog drugih tipova habanja usled nastanka slobodnih čestica koje mogu postati veoma tvrde bilo zbog intenzivne plastične deformacije ili oksidacije kiseonikom iz vazduha. Osnovni činilac pri izboru materijala izloženih habanju jeste njihov hemijski sastav i struktura. To su uglavnom čelici i livena gvoždja (bela). Najotporniji su na habanje materijali velike tvrdoće. Iako ta osobina ne može biti jedini kriterijum za ocenu, ipak tvrdoća uglavnom služi za ocenu kvaliteta materijala izloženog habanju. Pri izboru dodatnih materijala otpornih na abrazivno habanje treba uzeti u obzir dva moguća načina delovanja abraziva. U prvom slučaju na mestu kontakta radnih površina i abrazivnih čestica nastaju veliki specifični pritisci, uz lokalnu plastičnu deformaciju radnih površina, pri čemu sile često imaju i udarni karakter (npr. kašike bagera, čeljusti drobilica za kamen, elementi vozila guseničara, radni elementi drobilica i sl.). U drugom slučaju abraziv ima karakter rasutih materijala i na mestu kontakta radne površine sa abrazivom, nastaju samo mali specifični pritisci (npr. mašine koje rade u zemljanim i peskovitim terenima, pri utovaru drobljenog i usitnjenog kamena i sl.). Na abrazivno habanje prvog tipa dobrim se pokazao manganski austenitni čelik, tzv. Hadfieldov čelik, koji sadrži 1.2% C i 13% Mn, ponekad i još 1% Cr (Č3160). Predmeti otporni na abraziju pod pritiskom, izradjeni od manganskog austenitnog čelika ili čeličnog liva, npr. delovi drobilica, gusenice vozila i sl. u početku rada nemaju veliku tvrdoću već ona raste u toku deformisanja, sve do postizanja maksimalne vrednosti. Potrebna deformacija na hladno ponekad se postiže u radnim uslovima, a u nekim slučajevima iskivanjem pre eksploatacije. Protiv abrazivnog habanja drugog tipa koriste se niskolegirani čelici poboljšani na

visoku jačinu, alatni ledeburitni čelici, odlivci dobijeni odbeljivanjem u školjkama i dr. U zavisnosti od stepena habanja, radni delovi mašina se mogu zameniti novim ili podvrći reparaturnom navarivanju. Pri izboru tehnologije regeneracije, teorijski i eksperimentalno se analizira mehanizam abrazivnog habanja uzimajući u obzir tvrdoću, mikrostrukturu delova i s tim u vezi otpornost na habanje u laboratorijskim i realnim uslovima. To predstavlja osnovu za izbor najpovoljnijeg postupka, tehnologije i dodatnog materijala za regeneraciju radnih površina. Naša dosadašnja ispitivanja su pokazala da vek pravilno regenerisanih delova (proizvodno ili reparaturno) višestruko nadmašuje vek novih delova. Osim toga, na ovaj način postižu se velike materijalne uštede, povećava produktivnost, smanjuje vreme zastoja mašina i asortiman i količina neophodnih rezervnih delova. Sve ovo ukazuje na složenost izbora materijala radnih delova gradjevinske mehanizacije i značaj poznavanja osobina stenskog materijala.

7. Zaključak

U ovom radu navedeni su rezultati ispitivanja fizičko-mehaničkih svojstava četiri vrste stenskih materijala koji se najčešće obradjuju i ugradjuju pri izgradnji saobraćajnica. Procenom najvažnijih fizičkih svojstava ovih materijala došlo se do zaključka da se radi o jedrim i homogenim stenama srednje do velike tvrdoće. Posle velikog broja eksperimentalnih ispitivanja mehaničkih osobina utvrdjeno je da su vrednosti pritisne čvrstine u proseku 10-40 puta veće od smicajne, savojne i zatezne jačine, dok je otpornost na habanje dobra kod većine stenskih materijala, a posebno visoka kod andezita. Dobijeni rezultati, s jedne strane omogućavaju ocenu kvaliteta pojedinih stenskih materijala, a s druge strane ukazuju na složen problem izbora materijala radnih delova gradjevinske mehanizacije. Eksperimentalni rezultati odredjenih svojstava stenskih materijala, kao i složeni uslovi rada tribološkog sistema, mogu korisno poslužiti, ali i uzeti u obzir, pri izboru osnovnih materijala i tehnologije reparature oštećenih radnih delova gradjevinske mehanizacije.

Page 14: UTICAJ RAZLIČITIH VRSTA STENSKIH MINERALA NA …tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2005/820-833.pdf · kamena iz četiri dostupna nalazišta dobijaju se korisni podaci kako za projektovanje

833

8. Literatura

[1] Janjić, M.: Osnovi geologije i inženjerske geologije-prvi deo, Gradjevinski fakultet, Beograd, 1964.

[2] Janjić, M.: Inženjerska geodinamika, Rudarsko-geološki fakultet, Beograd, 1979.

[3] Janjić, M.: Inženjerska geologija sa osnovama geologije, Naučna knjiga, 1982.

[4] Luković, M.: Inženjerska geologija, Naučna knjiga, Beograd, 1950.

[5] Panjukov, N.: Inženjerska geologija, Gradjevinska knjiga, Beograd, 1963.

[6] Mutavdžić, M.: Reparaturno navarivanje delova mašina i uredjaja gradjevinske mehanizacije, radna verzija magistarske teze u rukopisu, Mašinski fakultet u Kragujevcu, Kragujevac, 2005.

[7] Stojadinović, R.: Mehanika tla – prvi deo (III ispravljeno izdanje), Gradjevinski fakultet, Beograd, 1978.

[8] Muravljov, M.: Gradjevinski materijali, Gradjevinska knjiga, Beograd, 2002.

[9] Standardi: JUS B.B8.001 do JUS B.B8.086.