Konferencija SAVREMENI MATERIJALI I KONSTRUKCIJE SA

Konferencija

SAVREMENI MATERIJALI I KONSTRUKCIJE SA REGULATIVOM

Zbornik radova

Beograd, 17. jun 2016. godine

DRUŠTVO ZA ISPITIVANJE I ISTRAŽIVANJE MATERIJALA I KONSTRUKCIJA SRBIJE INSTITUT IMS AD, BEOGRAD UNIVERZITET U BEOGRADU GRAĐEVINSKI FAKULTET INŽENJERSKA KOMORA SRBIJE

DDIIMMKK

CIP - Каталогизација у публикацији Народна библиотека Србије, Београд 691:66.017(082) 620.1:691(082) КОНФЕРЕНЦИЈА Савремени материјали и конструкције са регулативом (2016 ; Београд) Zbornik radova / Konferencija Savremeni materijali i konstrukcije sa regulativom, Beograd 17. jun 2016. ; [organizatori] Društvo za ispitivanje i istraživanje materijala i konstrukcija Srbije ... [et al.] ; [editor Dragica Jevtić]. - Beograd : Društvo za ispitivanje i istraživanje i konstrukcija Srbije, 2016 (Đurinci : Atom štampa). - [10], 130 str. : ilustr. ; 25 cm Radovi na srp. i engl. jeziku. - Str. [9-10]: Predgovor / Dragica Jevtić. - Tiraž 150. - Bibliografija uz svaki rad. - Rezimei ; Summaries. ISBN 978-86-87615-07-6 a) Грађевински материјали - Зборници COBISS.SR-ID 224025356

Izdavač: Društvo za ispitivanje i istraživanje materijala i konstrukcija Srbije Beograd, Kneza Miloša 9/I

Editor: Prof. dr Dragica Jevtić, dipl.inž.tehn. Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Beograd

Štampa: "Atom štampa" - Karađorđeva 81, 11450 Sopot

Tiraž: 150 primeraka

Konferenciju SSAAVVRREEMMEENNII MMAATTEERRIIJJAALLII II KKOONNSSTTRRUUKKCCIIJJEE SSAA RREEGGUULLAATTIIVVOOMM, koja se održava u Beogradu 17. juna 2016. godine, organizovali su Društvo za ispitivanje i istraživanje materijala i konstrukcija Srbije i Institut IMS.

Skup je organizovan uz podršku: MINISTARSTVA PROSVETE, NAUKE I TEHNOLOŠKOG RAZVOJA i INŽENJERSKE KOMORE SRBIJE

Beograd, 17. jun 2016. godine

NAUČNI KOMITET 1. Prof. dr Radomir Folić, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad 2. Prof. dr Dragoslav Stojić, Građevinsko-arhitektonski fakultet, Niš 3. Prof. dr Mirjana Malešev, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad 4. Vanr. prof.. dr Gordana Topličić-Ćurčić, Građevinsko-arhitektonski fakultet, Niš 5. Dr Zagorka Radojević, Institut IMS, Beograd 6. Dr Nenad Šušić, Institut IMS, Beograd 7. Dr Ksenija Janković, Institut IMS, Beograd 8. Dr Milorad Smiljanić, Institut za puteve, Beograd 9. Professor Mihailo Trifunac, Civil Eng. Department University of Southern

California, Los Angeles, USA 10. Prof.dr Dubravka Bjegović, Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakulte, Zagreb,

Hrvatska 11. Predrag Popović, Wiss, Janney, Elstner Associates, Northbrook, Illinois, USA 12. Professor Asterios Lionis, Democratus University of Trace, Faculty of Civil Eng.,

Greece 13. Professor Ivan Damnjanović, Texas A&M University, College Station, TX Zachry

Department of Civil Engineering, USA 14. Prof. dr Meri Cvetkovska, Građevinski fakultet, Univ. „Sv. Kiril i Metodij“, Skoplje,

Makedonija 15. Prof. dr Miloš Knežević, Građevinski fakultet, Podgorica, Crna Gora 16. Prof. dr Damir Zenunović, Univerzitet u Tuzli, BIH ORGANIZACIONI ODBOR 1. Prof. dr Dragica Jevtić, Građevinski fakultet, Beograd 2. Dr Vencislav Grabulov, Institut IMS, Beograd 3. Prof. dr Branko Božić, Građevinski fakultet, Beograd 4. Prof. dr Mihailo Muravljov, Građevinski fakultet, Beograd 5. Prof. dr Boško Stevanović, Građevinski fakultet, Beograd 6. Prof. dr Zoran Grdić, Građevinsko-arhitektonski fakultet, Niš 7. Prof. dr Dragoslav Šumarac, Građevinski fakultet, Beograd 8. Prof. dr Vlastimir Radonjanin, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad 9. Prof. dr Karolj Kasaš, Građevinski fakultet, Subotica 10. Prof. dr Milan Dimkić, Institut "Jaroslav Černi", Beograd 11. Milutin Ignjatović, generalni direktor Saobraćajnog Instituta CIP, Beograd 12. Pal Kermeci, inž.tehn. "Potisje Kanjiža", Kanjiža 13. Vesna Zvekić, dipl.inž.tehn., „Polet“ Novi Bečej

S A D R Ž A J Mihailo Muravljov, Dimitrije Zakić, Marina Aškrabić, Dragan Gavrilović FIZIČKO-MEHANIČKA SVOJSTVA TORKRET BETONA SA DODATKOM SINTETIČKIH VLAKANA NAMENJENOG ZA TUNELSKE OBLOGE ........................................................................................ 1

Nenad Ristić, Zoran Grdić, Gordana Topličić-Ćurčić, Dušan Grdić, Iva Despotović SVOJSTVA SAMOUGRAĐUJUĆEG BETONA SPRAVLJENOG SA DODATKOM OTPADNIH MATERIJALA KAO MINERALNOG DODATKA............................................................................................................ 11

Rada Radulović, Dragica Jevtić, Julija Aleksić UTICAJ NAČINA UGRADNЈE NA SVOJSTVA SITNOZRNIH CEMENTNIH KOMPOZITA ............................................................................. 21

Jakob Šušteršič, Andrej Zajc PROCENA OTPORNOSTI BETONA NA PODVODNU ABRAZIJU UZIMAJUĆI U OBZIR NJEGOVA DRUGA SVOJSTVA.............................. 31

Tijana Vojnović Ćalić, Dragica Jevtić ČVRSTOĆA PRI PRITISKU MIKROARMIRANIH CEMENTNIH MALTERA I FUNCIONALNA ZAVISNOST U ODNOSU NA SVOJSTVA ISPITANA METODAMA BEZ RAZARANJA ................................................. 41

Anja Terzić, Nevenka Mijatović, Ljiljana Miličić, Zagorka Radojević ŠLJAKA IZ PROCESA SAGOREVANJA UGLJA KAO SEKUNDARNA SIROVINA ZA PRIMENU U GRAĐEVINSKIM KOMPOZITIMA ............. 51

Ivana Delić-Nikolić, Olivera Vušović, Lidija Kurešević PRILOG ISTRAŽIVANJU I ISPITIVANJU ISTORIJSKIH MALTERA - ISPITIVANJE MALTERA SA OBREDNOG JEVREJSKOG KUPATILA MIKVE U PIROTU .............................................................................................. 61

Aleksandar Savić, Marina Aškrabić, Aleksandar Radević ..................................... ISPITIVANJE UTICAJA VISOKIH TEMPERATURA NA FIZIČKO-MEHANIČKA SVOJSTVA TRADICIONALNIH MALTERA ..................... 69

Vedran Carević, Ivan Ignjatović ISPITIVANJE OTPORNOSTI BETONA SA PRIRODNIM I RECIKLIRANIM AGREGATOM UBRZANIM KARBONATIZACIONIM TESTOVIMA........................................................................................................ 79

Jelena Skoković, Jelena Krupež, Jelena Milić Lalović, Jelena Milić Deyab, Biljana Stepanović STANDARDIZACIJA SAVREMENIH MATERIJALA.................................. 89

Miloš Vasić, Zagorka Radojević, Anja Terzić, Zoran Bačkalić PRIKAZ TEHNIČKE REGULATIVE ZA PROIZVODE OD GLINE .......... 95

Dejana Milinković, Prof. dr Vlastimir Radonjanin, Prof. dr Mirjana Malešev REACH I NJENE POSLEDICE PO GRAĐEVINSKE PROIZVODE ........... 105

Vesna Matović, Danica Srećković-Batoćanin, Nenad Matović, Branko Munjas PETROGRAFSKE KARAKTERISTIKE DACITA I UTICAJ NA ČVRSTOĆU NA PRITISAK ............................................................................... 115

Jelena Stanković, Sandra Filipović, Jelena Đorđević DEPONOVANJE OPASNOG OTPADA IZ RUDARSTVA-AKTUELNA ZAKONSKA REGULATIVA EU I SRBIJE...................................................... 123

Predgovor Konferencija Građevinski materijali i konstrukcije sa regulativom 2016. godine obuhvata veoma širok raspon osnovnih tema, pa tako obuhvata kompozite, keramičke materijale,izolacione, konstrukcione ,eko materijale, kao i domaću i međunarodnu regulativu.Zbornik radova obuhvata 14 radova i obima je 150 strana. Publikovani su radovi autora iz Srbije i Slovenije. Ovom prilikom upućujem veliku zahvalnost svim autorima na uloženom trudu i posvećenosti razvoju građevinske nauke i struke. Veliki broj radova tretira konkretne probleme koji se javljaju u savremenoj građevinskoj praksi pri izradi na primer,torkret betona ili samougrađujućih betona,kao i mikroarmiranih betona i maltera.Načinima ugradnje cementnih kompozita takođe, posvećena je dužna pažnja. S obzirom na savremenu i aktuelnu problematiku održivog razvoja, tj. održivog graditeljstva i na količine i problem postojanja otpadnih materijala u Srbiji, u nekoliko radova se prikazuju rezultati eksperimentalnih istraživanja primenom otpadnih materijala kao na primer šljake iz procesa sagorevanja uglja,zatim otpadnih materijala kao i njihove primene u samozbijajućim betonima i u lakoagregatnim konstrukcijskim betonima. Prikazuju se i potencijalni ekonomski efekti primene otpadnih materijala. Recikliranim materijalima je takođe posvećena pažnja i prikazana je mogućnost njihove primene u betonima i malterima sa aspekta tehnologije, ekonomičnosti i trajnosti. Radi se o recikliranom agregatu od drobljenog betona,drobljenoj opeci, recikliranom staklu od katodnih cevi, letećem pepelu,flotacijskoj jalovini itd. U Zborniku Konferencije prikazan je veoma interesantan rad koji tretira podvodnu abraziju betona za konkretan slučaj izrade tunela hidroelektrana. Na Konferenciji će biti prikazani i radovi koji dotiču problematiku tradicionalnih maltera kao i njihovo ponašanje na povišenim temperaturama. Druga oblast koja je zastupljena na ovoj Konferenciji je tehnička regulativa, tj. prikazivanje serije evropskih standarda iz oblasti aktuelnih materijala i posebno proizvoda od gline, koji su u Srbiji zastupljeni u visokom stepenu.Poseban akcenat je dat sertifikaciji savremenih materijala. Isto tako, prikazana je aktuelna zakonska regulativa EU i Srbije sa područja deponovanja opasnog otpada iz rudarstva, kao i regulatorni okvir kojim se uređuje upravljanje hemikalijama u EU, sa aspekta njegovog povezivanja sa odredbama Uredbe o građevinskim proizvodima . Ispitivanju otpornosti betona sa različitim agregatima ubrzanim karbonatizacionim testovima je posvećena dužna pažnja, s obzirom na značaj , ali i ekonomske efekte destruktivnih procesa korozije u betonu. Isto tako, prikazane su petrografske karakteristike određenih stena i njihov uticaj na na čvrstoću pri pritisku. Kao što se iz pripadajućeg Zbornika radova vidi, Konferencija ima značajan vid edukacije pa je uvrštena u Program permanentnog usavršavanja članova Inženjerske komore Srbije i boduje se sa 5 bodova za prijavljene učesnike, saglasno Pravilniku o kontinuiranom profesionalnom usavršavanju članova Inženjerske komore Srbije.

Nadamo se da će predstojeća Konferencija biti dobra osnova za rad i razmenu mišljenja inženjera na aktuelnim problemima graditeljstva. Ova Konferencija ne bi mogla uspešno da se realizuje bez učešća sponzora, kojima se ovom prilikom najtoplije zahvaljujem. Beograd, jun 2016. Predsednik DIMK Srbije

Prof. dr Dragica Jevtić, dipl.inž.tehn.

1

Mihailo Muravljov 1 Dimitrije Zakić 2 Marina Aškrabić3 Dragan Gavrilović4 UDK: 691.328:624.191.8

FIZIČKO-MEHANIČKA SVOJSTVA TORKRET BETONA SA DODATKOM SINTETIČKIH VLAKANA NAMENJENOG ZA TUNELSKE OBLOGE

Rezime: U radu su prikazani rezultati komparativnih ispitivanja torkret betona spravljenih sa dodatkom sintetičkih makro vlakana, "čistog" torkret betona (bez vlakana) i "čistog" torkret betona armiranog klasičnom (mrežastom) armaturom. Ispitivani su gredni nosači opterećeni na savijanje i svojstva cilindričnih uzoraka izvađenih iz ploča od torkret betona uzetih na gradilištu (zapreminska masa, čvrstoća pri pritisku, čvrstoća pri zatezanju cepanjem, vodonepropustljivost i žilavost po metodi CK).

Ključne reči: torkret beton, mikroarmiranje, sintetička vlakna, eksperimentalno ispitivanje, tunelske obloge

PHYSICAL-MECHANICAL PROPERTIES OF SYNTHETIC FIBER REINFORCED SHOTCRETE USED FOR TUNNEL LININGS

Summary: The results of comparative testing of synthetic macro-fiber reinforced shotcrete, ordinary shotcrete (without fibers) and ordinary shotcrete with steel mash reinforcement, are presented in this paper. Shotcrete beams subjected to flexure, as well as properties of core specimens taken from construction site plates (density, compressive strength, tensile splitting strength, water permeability, toughness according to WS test) were investigated.

Key words: shotcrete, fiber reinforcement, synthetic fibers, experimental testing, tunnel linings

1 dipl.inž.graž., dr, redovni profesor u penziji, [email protected] 2 dipl.inž.građ., dr, docent, Građevinski fakultet, Bulevar kralja Aleksandra 73, 11000 Beograd,

[email protected] 3 dipl.inž.građ., asistent, Građevinski fakultet, Bul. kralja Aleksandra 73, 11000 Beograd,

[email protected] 4 generalni direktor, Sika doo, Srbija, Patrijarha Pavla 1, 22310 Šimanovci,

[email protected]

DIMK

DRUŠTVO ZA ISPITIVANJE I ISTRAŽIVANJE MATERIJALA I KONSTRUKCIJA SRBIJE

Konferencija SAVREMENI MATERIJALI I KONSTRUKCIJE SA REGULATIVOM

Beograd, 17. jun 2016.

2

1. UVOD

Pod torkretiranjem se podrazumeva postupak nabacivanja betona na jednostranu oplatu ili na neki zid, površinu ranije izbetonirane konstrukcije, površinu stene (u useku, tunelu i slično), putem komprimovanog vazduha [1]. Često se, umesto pojma “torkret”, koriste i nazivi “prskani” ili “mlazni beton”, dok su u engleskom govornom području u upotrebi termini “shotcrete” ili “sprayed concrete”. Pod ovim terminima često se istovremeno podrazumevaju konstruktivni materijal, proces i oprema za nanošenje torkreta. Mada relativno skup, postupak torkretiranja se dosta široko primenjuje, pošto se ovako ugrađen beton odlikuje visokim fizičko-mehaničkim svojstvima (zapreminskom masom, čvrstoćom, athezijom za podlogu, vodonepropustljivošću, otpornošću na dejstvo mraza), kao i zadovoljavajućom trajnošću. U cilju smanjivanja odskoka (tzv. “rebound” efekat), obezbeđenja neophodne tiksotropnosti mešavine i boljeg slepljivanja mase za površinu na koju se nabacuje, torkret-beton se često spravlja i sa određenim specifičnim hemijskim dodacima, kao i sa mikroarmaturom (najčešće čelična ili sintetička vlakna). Ubrzani priraštaj čvrstoće kod torkret-betona, njegova sposobnost da se lako nanosi na nepravilne površine bez potrebe za postavljanjem oplate, kao i sposobnost da obezbedi dodatnu fleksibilnost stenskoj masi, čine ovaj postupak idealnim za primenu u podzemnim radovima, kao i u oblasti sanacija.

Generalno, postoje dva postupka nanošenja torkreta na podlogu: suvi i mokri. Kod suvog postupka, do uređaja za nabacivanje – torkretnog topa, dovodi se suva mešavina agregata i cementa pod pritiskom, pa se tek neposredno pred nabacivanje na podlogu ova mešavina meša sa vodom. Pri tome, obično se koristi sitniji agregat (D ≤ 8 mm), a korišćeni vodocementni faktor kreće se u granicama 0,32-0,37. Optimalna debljina sloja nabačenog betona iznosi 25-30 mm. U slučaju mokrog postupka, sve komponente betonske mešavine istovremeno se mešaju, a zatim se potiskuju kroz naročite cevi do mlaznice iz koje bivaju izbačeni brzinom od oko 120 m/s. Pri ovom postupku mogu se koristiti i agregati većih prečnika (D ≤ 25 mm), uz manji utrošak cementa u odnosu na suvi postupak. Takođe, primenom ovakve tehnologije omogućeno je nabacivanje slojeva betona veće debljine, koja može da iznosi 50-70 mm [1].

U poslednje vreme, sve češće se primenjuju tzv. mikroarmirani torkret betoni (FRS – Fiber Reinforced Shotcrete). Razlika u odnosu na standardni torkret beton (armiran klasičnom – čeličnom armaturom u vidu mreže), je u tome što FRS beton sadrži armaturu u obliku čeličnih ili sintetičkih vlakana. Tokom nanošenja torkreta na podlogu velikom brzinom, vlakna se uniformno raspoređuju u masi betona, čime se dobija homogenija struktura kompozita u vidu prostorne matrice armirane trodimenzionalnom mikroarmaturom. Vlakna u značajnoj meri mogu da poboljšaju svojstva betona, a pre svega u domenu povećanja zateznih čvrstoća (pri aksijalnom zatezanju, savijanju i cepanju), zatim poboljšanja statičke i udarne žilavosti, kao i kontrole propagacije prslina usled skupljanja. Vlakna, takođe, povećavaju atheziju (prianjanje) betona za podlogu, vodonepropustljivost, otpornost na dejstvo mraza i otpornost pri požarnom opterećenju.

U ovom radu, biće reči o metodologiji ispitivanja i analizi dobijenih rezultata komparativnih ispitivanja tri vrste torkret betona: prvog, spravljenog sa dodatkom sintetičkih (poliolefinskih) makro vlakana, zatim "čistog" torkret betona (bez dodatka vlakana) i, konačno, "čistog" torkret betona armiranog klasičnom (mrežastom) armaturom.

3

2. SPROVEDENA ISPITIVANJA

2.1. Program ispitivanja

Kao što je već u uvodnom delu istaknuto, u okviru rada će biti prezentirani i analizirani rezultati komparativnih ispitivanja uzoraka tri vrste torkret betona. Pri tome, osnovni sastav predmetnog betona u sva tri slučaja bio je identičan (agregat, cement, voda, aditivi za torkret beton), a jedina razlika odnosila se na eventualno prisustvo klasične (mrežaste) armature, odnosno mikroarmature (videti tabelu 1). Svi uzorci za ispitivanje spravljeni su na gradilištu tunela Brančići kod Ljiga (Koridor 11), u jednom sloju, po mokrom postupku uobičajenom u tehnologiji torkret betona.

Komponenta Količina ( kg/m3 )

Cement CEM II/A-M(S-L) 42,5 R (Lafarge) 410 Voda - bunarska 184 W/C faktor 0,45 Superplastifikator SIKA® Viscocrete Techno 20S 2,5 (0,6 % mc) Ubrzivač SIKA® Sigunit L5601 AF 20,5 (5,0 % mc)

Rečni ("Dunavac") 0 – 4 mm 538 Drobljeni ("Jelen Do") 0 – 4 mm 807

Agregat Drobljeni ("Jelen Do") 4 – 8 mm 238 Poliolefinska vlakna Sikafiber T-60 (u mešavinama III i IV) 4,0 (6,0)

Tabela 1. Usvojena receptura mešavine torkret betona

Za potrebe predmetnog ispitivanja, napravljene su ukupno četiri različite mešavine, kod kojih je variran samo tip i količina armature, odnosno mikroarmature. Prva receptura (gore navedena), bila je definisana kao "čist" torkret beton – etalon (serija I), druga kao "čist" torkret beton sa klasičnom armaturnom mrežom MAR Q188 (serija II), a treća i četvrta kao mikroarmirani torkret beton sa dodatkom sintetičkih (poliolefinskih) vlakana "Sikafiber T-60" u količini od 4 kg/m3 (serija III), odnosno 6 kg/m3 (serija IV).

Što se tiče uzoraka za ispitivanje, od svake mešavine napravljena su po dva tipa grednih elemenata dužine 160 cm, nominalnih preseka b/d = 40/15 cm i b/d = 40/25 cm. Ovi elementi su bili namenjeni za ispitivanje putem savijanja, kao nosači sa rasponima 140 cm opterećeni koncentrisanim silama u sredinama raspona. Tokom ispitivanja, a pri rastućim silama, vršeno je i merenje deformacija predmetnih elemenata, što znači da je, osim sila loma, bilo predviđeno i registrovanje njihovih ugiba u sredinama raspona.

Takođe, na gradilištu su uzeti i uzorci oblika ploča dimenzija 60x60x15 cm i 60x60x25 cm izrađeni od "čistog" torkret betona (serija I), od torkret betona sa 4 kg/m3 vlakana (serija III) i od torkret betona sa 6 kg/m3 vlakana (serija IV). Prema Programu ispitivanja, iz predmetnih ploča su naknadno vađeni kernovi predviđeni za ispitivanja čvrstoće pri pritisku, čvrstoće pri zatezanju cepanjem, žilavosti (duktilnosti) i vodonepropustljivosti. Sva ispitivanja kernova obavljena su na Građevinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu, u Laboratoriji za materijale Instituta za materijale i konstrukcije, osim ispitivanja žilavosti koje je vršeno na institutu IRMA u Ljubljani.

4

Svojstva sintetičkih (poliolefinskih) makro vlakana [7], koja su korišćena u mešavinama III i IV, prikazana su u okviru tabele 2.

Svojstvo Vrednost

Osnovni materijal Poliolefinska vlakna 100% Način proizvodnje Ekstrudiranjem

Tip vlakana Monofilamentna, talasasta vlakna Poprečni presek Pravougaoni

Ekvivalentni prečnik 0.92 mm Dužina 60 mm

Faktor oblika (l/d) 65.2 Broj vlakana / kg 27778

Toplotna provodljivost niska Električna provodljivost niska Čvrstoća pri zatezanju ≥ 560 MPa

Izduženje pri lomu 4 % Modul elastičnosti 20.5 GPa

Tačka razmekšavanja 110ºC Tačka topljenja 280ºC

Preporučeno doziranje 3 - 10 kg/m3

Tabela 2- Tehnički podaci o poliolefinskim vlaknima "Sikafiber® T-60"

2.2. Ispitivanje grednih elemenata

Ispitivanje grednih elemenata na savijanje, uz odgovarajuća merenja deformacijskih veličina - ugiba u sredinama raspona, sprovedeno je na po tri uzorka-nosača sa dva različita poprečna preseka (visine 15, odnosno 25 cm), izrađena od torkret betona serije I - IV. Dakle, ukupno su ispitana 24 gredna elementa. Ovo ispitivanje je sprovedeno saglasno dispoziciji prikazanoj na slici 1.

Slika 1. Dispozicija ispitivanja grednih nosača

5

Na slici 2 prikazane su srednje vrednosti čvrstoće pri savijanju, a na slici 3 srednje vrednosti izmerenih ugiba u sredinama raspona grednih elemenata.

d = 15cm d = 15cm d = 15cm d = 15cmd = 25cm d = 25cm d = 25cm d = 25cm

± 5,99

± 4,39

± 7,54

± 4,78

± 6,82

± 5,70± 6,05

± 5,04

Slika 2. Čvrstoće pri savijanju dobijene ispitivanjem (u MPa)

Slika 3. Ugibi nosača u sredinama raspona (u mm) pri delovanju sila P (u kN)

Kao što se može videti na slici 3, prikazani su ugibi ispitivanih grednih elemenata pri delovanju koncentrisanih sila P. S obzirom da su sva ispitivanja o kojima je reč sprovedena na po tri uzorka-nosača sa dva različita poprečna preseka, a na gredama

6

spravljenim od torkret betona serije I-IV, u svim slučajevima je po jedan od tri uzorka-nosača prvo ispitan do loma bez merenja deformacija. Tom prilikom je konstatovano da sve gredice (bez obzira na torkret beton primenjen u okviru njih), karakteriše izrazito krto ponašanje koje se manifestuje naglim "otkazom" pri dostizanju određene sile Pgr, odnosno naglim "otkazom" praćenim pojavom jedne magistralne pukotine u srednjem preseku gredice. To je ukazivalo da je kod svih gredica pri ispitivanju, praktično do samog loma, prisutna linearna zavisnost: opterećenje (sila P) - deformacija (ugib u sredini raspona), pa je stoga odlučeno da se merenja ugiba vrše samo pri silama P koje će biti približno jednake poznatim silama Pgr/2. S obzirom na to, tokom ispitivanja su mereni ugibi pri veličinama sile P koje su se kretale od 15-40 kN (kako je prikazano na slici 3).

2.3. Ispitivanje kernova izvađenih iz ploča

Na kernovima izvađenim iz ploča dimenzija 60x60x15 cm i 60x60x25 cm, sprovedena su ispitivanja sledećih svojstava torkret betona - serija I, III i IV:

- čvrstoće pri pritisku (na kernovima nominalnih prečnika 100 mm), - čvrstoće pri zatezanju "cepanjem" (na kernovima nominalnih prečnika 100 mm),

i - vodonepropustljivosti (na kernovima nominalnih prečnika 150 mm). Na slici 4 prikazane su srednje vrednosti čvrstoće pri pritisku (fk,k) ispitane po

standardu SRPS ISO 4012:2000 i čvrstoće pri zatezanju cepanjem (fzc) po standardu SRPS EN 12390-6:2012, dobijene ispitivanjem kernova.

Slika 4. Čvrstoće fk,k i fzc (u MPa) dobijene ispitivanjem kernova

7

Ispitivanje vodonepropustljivosti torkret betona preko uzoraka-kernova izvađenih iz ploča dimenzija 60x60x15cm i 60x60x25cm sprovedeno je na bazi standarda SRPS U.M1.015:1998. Dobijeni rezultati (srednje vrednosti), prikazani su u tabeli 3.

Dubine prodora vode Oznaka serije i debljina ploče Srednja

vrednost (mm) Maksimalna

vrednost (mm)

Klasa VDP prema standardu

SRPS U.M1.206:2013

Serija I-15cm 23 25 V-II Serija I -25cm 28 36 V-I Serija III -15cm 22 26 V-II Serija III -25cm 18 23 V-II Serija IV-15cm 24 27 V-II Serija IV-25cm 25 30 V-II

Tabela 3. Rezultati ispitivanja vodonepropustljivosti ( dubine prodora vode i klase VDP)

Kao što je već ranije rečeno, specifična ispitivanja žilavosti (duktilnosti) torkret betona vršena su na institutu IRMA u Ljubljani. U tu svrhu korišćeni su uzorci-kernovi nominalnog prečnika 150 mm, izvađeni iz ploča dimenzija 60x60x15cm i 60x60x25cm, izrađenih od torkret betona serija I, III i IV. Ispitana su po 2 uzorka od svake serije i debljine ploče (ukupno 12 cilindara).

Jedan od najefikasnijih i najčešće korišćenih postupaka koji spadaju u grupu ispitivanja žilavosti (duktilnosti) betona je tzv. test cepanja pomoću klina ("Wedge splitting test"). Oblast koju pokriva predmetna metoda (CK) odnosi se na određivanje performansi mikroarmiranih betona, koristeći parametre definisane na osnovu radnog dijagrama sila – lokalno razdvajanje ŠOP (promena širine otvora prsline na mestu zareza), a koji se dobija pri statičkom ispitivanju betona cepanjem pomoću klina. Ispitivanja o kojima je reč obavezno se vrše na servo-kontrolisanim presama sa konstantnom brzinom priraštaja deformacije.

Starost uzoraka u vreme ispitivanja iznosila je cca 90 dana. U skladu sa preporukama autora metode [2], kao i na osnovu ranijih istraživanja iz ove oblasti, odlučeno je da brzina priraštaja deformacije tokom eksperimenta bude konstantna i da iznosi 0,05 mm/s. Za analizu performansi mikroarmiranog betona korišćeni su dijagrami P-ŠOP (sila-lokalno razdvajanje), prikazani na slikama 5 i 6, koji su dobijeni tako što je tokom cepanja probnog tela pomoću klina, paralelno sa veličinom opterećenja, registrovana i promena širine otvora prsline (ŠOP), na mestu zareza dubine 50 mm. U konkretnom slučaju, ova promena merena je pomoću elektronskih deformetara tipa LVDT (merača ugiba, odnosno razdvajanja). Tokom celokupnog postupka, pomoću odgovarajućeg softvera vršena je kontrola i registrovanje sledećih veličina: vremena, sile i deformacije (ugib 1, ugib 2 i srednja vrednost ugiba).

Na osnovu prikazanih dijagrama, mogu se odrediti različiti parametri žilavosti (duktilnosti) mikroarmiranog betona. Među njima, najznačajniji su: ekvivalentna čvrstoća fšp (merena do unapred definisane karakteristične vrednosti širine otvora prsline ŠOPšp = 0.4 mm) i ukupna količina apsorbovane energije (W) – koja predstavlja površinu ispod dijagrama sila-deformacija (lokalno razdvajanje). U tabeli 4, prikazani su rezultati ispitivanja duktilnosti torkret betona po metodi cepanja klinom (CK).

8

Slika 5. Dijagrami sila-lokalno razdvajanje dobijeni ispitivanjem kernova

izvađenih iz ploča debljine 15 cm

Slika 6. Dijagrami sila-lokalno razdvajanje dobijeni ispitivanjem kernova

izvađenih iz ploča debljine 25 cm

Napomena: CMOD (Crack mouth opening displacement) = ŠOP (Širina otvora prsline)

9

Tabela 4. Rezultati ispitivanja žilavosti (duktilnosti) torkret betona na osnovu metode CK

3. ZAKLJUČNA RAZMATRANJA

Na osnovu obimnih komparativnih ispitivanja torkret betona spravljenih sa dodatkom poliolefinskih vlakana pod nazivom "Sikafiber T-60" (u količini od 4 kg/m3, odnosno 6 kg/m3), kao i uzoraka od "čistog" torkret betona bez vlakana i uzoraka od "čistog" torkret betona armiranog klasičnom (mrežastom) armaturom, a čiji su eksperimentalni rezultati prikazani u okviru ovog rada, može se zaključiti sledeće:

- sva ispitivanja koja su obavljena na grednim elementima (opterećenim na savijanje koncentrisanim silama u sredinama raspona), kao i na kernovima izvađenim iz pločastih elemenata (čvrstoća pri pritisku, čvrstoća pri zatezanju cepanjem, vodonepropustljivost, žilavost po metodi CK), pokazala su neujednačenost rezultata ispitivanja – što je posledica, pre svega, nehomogenog sastava i strukture betona koji se ugrađuje postupkom torkretiranja;

- sve ispitivane gredne elemente karakterisale su relativno visoke čvrstoće pri savijanju koje su se kretale u intervalu ± 4,39 do ± 7,54 MPa; u slučaju grednih elemenata sa armaturnom mrežom MAR Q188, zaključeno je da je ista postavljena tako da nema većeg uticaja na nosivost preseka; pregledom preseka gredica utvrđeno je pomeranje armaturne mreže koja se od siline udara torkret betona krivila i time smanjivala debljinu zaštitnog sloja;

- s druge strane, u grednim elementima spravljenim sa mikroarmaturom, u presecima su jasno uočljiva vlakna koja su uniformno raspoređena po celom preseku;

- poređenjem rezultata koji se odnose na gredne elemente od "čistog" torkret betona i na elemente sa vlaknima, proizilazi da uticaj vlakna na čvrstoće pri savijanju postoji, ali da je on relativno mali; ovaj uticaj je nešto jače izražen kod uzoraka spravljenih sa većom količinom vlakana;

- na osnovu analize rezultata ispitivanja čvrstoće pri pritisku, proizilazi da su sve dobijene čvrstoće fk,k prilično velike - veće od 50 MPa; takođe, može se zaključiti da ovo

Oznaka serije, debljina ploče i broja uzorka

Maksi-malna

sila Fmax (kN)

Čvrstoća pri maksimalnoj

sili fmax (MPa)

Ukupna apsorbovana

energija W (Nm) (do 2 mm)

Ekvivalentna čvrstoća

fšp (MPa) (do 0,4 mm)

Serija I-15 (1) 3,35 5,63 572.0 3.33 Serija I-15 (2) 5,11 4,66 1604.7 4.01 Serija II-15 (1) 4,09 3,94 3034.3 4.47 Serija II-15 (2) 3,41 3,11 1292.4 2.39 Serija III-15 (1) 2,79 2,44 1230.7 2.23 Serija III-15 (2) 3,47 3,27 2403.8 3.10 Serija I-25 (1) 4,37 4,08 1989.1 2.87 Serija I-25 (2) 3,77 3,68 1699.1 2.65 Serija II-25 (1) 4,65 4,75 3236.3 4.62 Serija II-25 (2) 4,89 4,77 4369.5 5.94 Serija III-25 (1) 4,29 4,27 2130.9 3.48 Serija III-25 (2) 3,91 3,81 3892.3 3.69

10

svojstvo ne zavisi u značajnoj meri od količine upotrebljenih vlakana, i da su, šta više, te čvrstoće pri količini vlakana od 4 kg/m3 veće nego u slučaju torkreta sa 6 kg/m3 vlakana;

- slični zaključci važe i u slučaju ispitivanja čvrstoće pri zatezanju cepanjem (fzc), čiji rezultati pokazuju da vlakna imaju određenog uticaja na tu čvrstoću, naročito u slučaju veće količine vlakana (6 kg/m3), gde se u odnosu na "čist" torkret beton dobija povećanje čvrstoće od oko 15%;

- što se tiče ispitvanja vodonepropustljivosti, svi torkret betoni pokazali su zadovoljavajuće rezultate (u većini slučajeva registrovana dubina prodora vode kretala se između 20 i 30 mm, što odgovara klasi vodonepropustljivosti V-II prema standardu SRPS U.M1.206:2013); takođe, analizom rezultata prikazanih u tabeli 3, može se zaključiti da najujednačeniji kvalitet po ovom pitanju ima beton serija III (sa dodatkom 4 kg/m3 vlakana);

- na osnovu dobijenih rezultata ispitivanja žilavosti (duktilnosti) mikroarmiranog torkret betona metodom CK, može se izvući generalni zaključak da se najbolji efekat postiže primenom betona serija III (sa dodatkom 4 kg/m3 vlakana), kod koga su dobijene najviše vrednosti ukupne apsorbovane energije i ekvivalentne čvrstoće;

- osim po pitanju pojedinih fizičko-mehaničkih svojstava i parametara žilavosti (duktilnosti), mikroarmirani torkret betoni pokazali su bolje performanse (u odnosu na etalon) i u domenu ponašanja nakon loma; naime, prisustvo vlakana koja premošćavaju nastale pukotine, doprinosi očuvanju integriteta (celovitosti) ispitivanih uzoraka i nakon dostizanja maksimalnog opterećenja;

- konačno, na bazi svih napred navedenih rezultata, autori stoje na stanovištu da sintetička (poliolefinska) vlakna pod nazivom "Sikafiber T-60" mogu da se upotrebe kao zamena za klasičnu (mrežnu) armaturu kod tunelskih obloga; pri tome, kao optimalan kompozit ovog tipa, u tehničko-tehnološkom smislu, može da se usvoji mikroarmirani torkret beton serije III - sa dodatkom 4 kg/m3 predmetnih vlakana.

4. LITERATURA

[1] M. Muravljov, Osnovi teorije i tehnologije betona, Građ. knjiga, Beograd, 1991. [2] Tschegg, E.K, New Equipment for Fracture Tests on Concrete, Materialprüfung 33, No. 11

- 12, München, 1991, str. 338 - 342. [3] Zakić D., Eksperimentalno istraživanje parametara duktilnosti kod betona mikroarmiranih

sintetičkim vlaknima, Savremeno graditeljstvo, godina III, br. 07-2011, str. 24-37, UDK: 624.012.45.04, ISNN 1986-5759.

[4] Balaguru P.N., Shah S.P, Fiber Reinforced Cement Composites, Mc Graw-Hill, New York, 1992.

[5] Jevtić, D., Zakić, D., Savić, A., Relevantne statičke i dinamičke metode za ocenu žilavosti mikroarmiranih betona, Građevinski materijali i konstrukcije br.1/2011, str. 3-27, ISSN 0543-0798, UDK: 624.012.45; 666.982.2; 620.178.2=861.

[6] European specification for sprayed concrete, EFNARC, Surray, UK, 1996. [7] Product data sheet "Sikafiber T-60", Sika, 2009.

11

Nenad Ristić1, Zoran Grdić2, Gordana Topličić-Ćurčić3, Dušan Grdić4, Iva Despotović5 UDK: 691.328.5

66.972.16

SVOJSTVA SAMOUGRAĐUJUĆEG BETONA SPRAVLJENOG SA DODATKOM OTPADNIH MATERIJALA KAO MINERALNOG DODATKA

Rezime: Veliki problem održavanja zdrave životne sredine predstavlja otpad nastao industrijskom proizvodnjom ili odlaganjem dotrajalih proizvoda koji su izgubili upotrebnu vrednost. Beton kao kompozitni materijal je pogodan za primenu otpadnih materijala kao jedna od komponenti u njegovom sastavu. Otpadni materijali se u betonu mogu koristiti kao delimična zamena cementa, delimična zamena agregata ili kao ojačanje betonskog kompozita. U ovom radu je prikazano istraživanje uticaja usitnjenog recikliranog stakla od katodnih cevi, flotacijske jalovine iz rudnika bakra, elektrofilterskog pepela, crvenog mulja i krečnjačkog filera kao mineralnog dodatka na svojstva svežeg i očvrslog samougrađujućeg betona.

Ključne reči: samougrađujući beton, otpadni materijali, reciklirano staklo od katodnih cevi, flotacijska jalovina, elektrofilterski pepeo, crveni mulj, krečnjački filer

PROPERTIES OF SELF COMPACTING CONCRETE MADE WITH ADDITION OF WASTE MATERIALS AS MINERAL ADMIXTURE

Abstract: Waste materials generated by industrial production and disposal of no longer working products are large problem when maintenance of healthy environment is concerned. Since concrete is a composite material, waste materials can suitably be used in its composition. Waste materials in concrete can be used as partial substitution of cement, partial substitution of aggregate or as reinforcement of concrete composite. In this paper, the research of effects of milled recycled glass from cathode tubes, flotation tailings from a copper mine, fly ash, red mud and limestone filler as mineral admixtures on properties of fresh and hardened self compacting concrete.

Key words: self compacting concrete, waste materials, recycled cathode ray tube glass, flotation tailings, fly ash, red mud, limestone filler 1 Docent, dr, Univerzitet u Nišu, Građevinsko arhitektonski fakultet, Aleksandra Medvedeva br.

14, Niš, Srbija, e-mail: [email protected] 2 Profesor, dr, Univerzitet u Nišu, Građevinsko arhitektonski fakultet, Aleksandra Medvedeva br.

14, Niš, Srbija, e-mail: [email protected] 3 Vanredni profesor, dr, Univerzitet u Nišu, Građevinsko arhitektonski fakultet, Aleksandra

Medvedeva br. 14, Niš, Srbija, e-mail: [email protected] 4 Asistent, master, Univerzitet u Nišu, Građevinsko arhitektonski fakultet, Aleksandra Medvedeva

br. 14, Niš, Srbija, e-mail: [email protected] 5 Dr, Visoka građevinsko-geodetska škola, Hajduk Stankova br. 2, Beograd, e-mail: [email protected]

DIMK




12

1. UVOD

Osnovni postulat održive gradnja jeste upotreba građevinskih materijala koji neće negativno uticati na životnu sredinu, kao i pravilno upravljanje otpadom nastalim prilikom građenja ili rušenja objekata. U poslednjih nekoliko decenija se sve više pažnje obraća na ekološke probleme koji prate brz tehnološki i industrijski razvoj, a jedan od najvažnijih problema je svakako deponovanje i reciklaža otpadnih materijala i nusprodukata industrijske proizvodnje. Sa druge strane, beton kao kompozitni i vrlo često korišćeni građevinski materijal je pogodan za primenu otpadnih materijala kao jedna od komponenti u njegovom sastavu. Otpadni materijali se u betonu mogu koristiti kao delimična zamena cementa, delimična zamena agregata ili kao ojačanje betonskog kompozita. Upravo integrisanje ovih materijala u sam beton može u znatnoj meri doprineti rešavanju problema njihovog odlaganja. Međutim, za postizanje ovog cilja je važno utvrditi kako ovi materijali utiču na svojstva betona i u kojoj meri se oni mogu dodavati, a da se pritom ne ugrozi njegova nosivost i postojanost koja ga čini tako zahvalnim građevinskim materijalom.

U ovom radu je prikazano istraživanje uticaja usitnjenog recikliranog stakla od katodnih cevi, flotacijske jalovine iz rudnika bakra, elektrofilterskog pepela, crvenog mulja iz rudnika aluminijuma i krečnjačkog filera kao mineralnog dodatka na svojstva svežeg i očvrslog samougrađujućeg betona. Sastav samougrađujućeg betona moguće je projektovati na više načina, ali se pritom mora voditi računa da se postignu odgovarajuća reološka svojstva svežeg betona, kao što su fluidnost, viskoznost, otpornost na segregaciju [1]. Svaki od pomenutih materijala ima karakterističan uticaj na beton, te je pre spravljanja betona potrebno svaki zasebno proučiti.

Elektrofilterski pepeo se veoma često koristi kao dodatak pri spravljanju samougrađujućeg betona. Istraživanjima je utvrđeno da se njegovim dodavanjem smanjuje vreme rasprostiranja T500 [2], poroznost [3] kao i skupljanje i tečenje [4]. Sferični oblik čestica pepela povećava pokretljivost i obradljivost betona. Prisustvo letećeg pepela usporava reakciju alita, pa su rane čvrstoće betona niže u odnosu na uobičajene vrednosti za SCC bez mineralnih dodataka. Međutim, vremenom se prirast čvrstoća povećava i na 90 dana se izjednačava sa odgovarajućim etalon-betonom. Zbog smanjene poroznosti, betoni sa dodatkom elektrofilterskog pepela postižu, opšte uzev, veće konačne čvrstoće [5], ali ovaj uticaj u mnogome zavisi od količine dodatog pepela. Prevelika količina elektrofilterskog pepela u betonu može dovesti do smanjenja njegove čvrstoće [6-8].

U procesu proizvodnje bakra nastaju velike količine otpadnog materijala koje se deponuju i njihovo skladištenje predstavlja veliki ekološki problem. Flotacijska jalovina, kao jedan od nusprodukta proizvodnje bakra, je bogata oksidima gvožđa i silikatima pa je samim tim pogodna za proizvodnju betona i maltera. Prema njenom hemijskom sastavu, može se koristiti ili kao dodatak običnom portland cementu ili kao zamena sitnijih čestica agregata. Na ovaj način moguće je rešavanje velikog metalurškog ekološkog problema uz veliku ekonomsku korist, a ujedno vrši se i smanjenje emisije gasova i energije potrebne za proizvodnju iste količine materijala uz očuvanje prirodnih resursa [9]. Onuaguluchi i Eren su u svojim istraživanjima pokazali da betoni sa dodatkom flotacijske jalovine, poseduju poboljšane mehaničke karakteristike u odnosu na vibrirani beton. SCC betoni sa mineralnim dodatkom flotacijske jalovine imaju povećanu čvrstoću na pritisak, zatezanje smicanjem i savijanjem. Takođe je uočena povećana otpornost na abraziju i manja dubina penetracije hlorida. Ovakve poboljšane karakteristike su izraženije kod korišćenja 5%

13

flotacijske jalovine i većeg vodocementnog faktora (povećava se apsorpcija vode upotrebom flotacijske jalovine) [10]. Oni su takođe ispitivali i hemijska dejstva na betone sa flotacijskom jalovinom, pa su na osnovu tih ispitivanja odredilili da se sa povećanjem prisustva flotacijske jalovine u betonu povećava otpornost na dejstva kiselina, ali se istovremeno smanjuje otpornost na razornu ekspanziju sulfata [11].

U Bajerovom procesu proizvodnje glinice, crveni mulj nastaje kao jalovina i sastoji se uglavnom od hematita, getita, kvarca, bemita, kalcita, trikalcijumaluminata, cinkovog i magnezijumovog oksida, natrijum hidroksida itd. Ono što čini mulj opasnim zagađivačem zemljišta, podzemnih i površinskih voda je alkalna tečna faza koja kao deponijski filter dospeva u podzemne vode noseći sa sobom i dalje visok sadržaj sode [12-13]. Veliki broj studija rađenih u svetu se odnose na primenu crvenog mulja u sastavu maltera i betona sa različitih aspekata: kao delimične zamene cementa, delimične zamene sitnog agregata u malterima, kao sastavni deo geopolimera i drugo. Na osnovu ispitivanja sprovedenim na samougrađujućim betonima utvrđeno je da dodatak crvenog mulja povećava viskozitet, dok smanjuje fluidnost i znatno smanjuje segregaciju i krvarenje betona, odnosno izdvajanje vode. Sa druge strane, poroznost samougrađujućeg betona se povećava, ali se skupljanje smanjuje [14]. Zapreminska masa očvrslog betona se takođe smanjuje sa dodatkom crvenog mulja. Čvrstoća pri pritisku daje veće vrednosti u odnosu na etalon samougrađujući beton nakon 90 dana. Čvrstoća pri savijanju i čvrstoća pri zatezanju cepanjem je znatno veća u odnosu na etalon samougrađujući beton spravljenog bez crvenog mulja [14-15].

Krečnjački filer u samougrađujućem betonu doprinosi poboljšanju fluidnosti i viskoziteta, kao i smanjenju poroznosti betona[16-17]. Fluidnost samougrađujućeg betona sa mlevenim krečnjakom se povećava sa finoćom mliva ovog dodatka. U poređenju sa samougrađujućim betonom sa elektrofilterskim pepelom, beton sa mlevenim krečnjakom ima veću vodopropustljivost i nižu otpornost na mraz [18]. Krečnjak doprinosi stvaranju krupnih pora u betonu koje se formiraju oko većih čestica i deluje kao inhibitor hidratacije u ranoj fazi očvršćavanja [17].

Rađena su brojna istraživanja primene recikliranog staklo za spravljanje samougrađujućeg betona kao delimične zamene sitnog agregata [19-20]. Rezultati ispitivanja su pokazali da se sa povećanjem sadržaja recikliranog stakla u betonu povećava fluidnost i sadržaj vazduha, ali se mehaničke čvrsotoće i statički modul elastičnosti smanjuju. Povećanje čvrstoće pri pritisku i brzine ultrazvuka sa povećanjem sadržaja recikliranog katodnog stakla je konstatovano prilikom ispitivanja samougrađujućeg betona sa krečnjačkim filerom [21].

2. EKSPERIMENTALNO ISTRAŽIVANJE

2.1. Korišćeni materijali

Za spravljanje betonskih mešavina korišćen je cement proizvođača „CRH“ CEM I 42,5 R, koji ispunjava sve uslove kvaliteta propisane standardom SRPS EN 197-1 [22]. Korišćene su tri frakcije rečnog agregata (0/4 mm, 4/8 mm i 8/16 mm) poreklom iz reke „Južna Morava“ sa separacije „Šilo-prom“ d.o.o. Belotinac koji ispunjava sve uslove kvaliteta propisane standardom SRPS EN 206-1 [23] i EN 12620 [24]. Krečnjački filer je dobijen mlevenjem kamena iz kamenoloma „Babin Kal“ kod Bele Palanke, elektrofilterski pepeo je poreklom iz termoelektrane Kostolac B, flotacijska jalovina je iz

14

Rudarsko-topioničarskog basena Bor, crveni mulj je iz Kombinata aluminijuma u Podgorici nastao u Bayerovom procesu dobijanja aluminijuma. Reciklirano katodno staklo je preuzeto iz preduzeća „E-reciklaža“ Niš i usitnjeno laboratorijskim mlinom. Od hemijskih dodataka u mešavinama korišćen je superplastifikatori Sika Viscocrete 5380.

2.2. Sastav betonskih mešavina

Za potrebe eksperimentalnog istraživanja napravljeno je ukupno pet različitih mešavina samougrađujućeg betona i to: mešavina sa dodatkom krečnjačkog filera kao mineralnog dodatka (mešavina sa oznakom KF), mešavina sa dodatkom usitnjenog recikliranog stakla od katodnih cevi (RS), mešavina sa dodatkom elektrofilterskog pepela (EP), mešavina sa dodatkom flotacijske jalovine (FJ) i mešavina sa dodatkom crvenog mulja (CM). Betonske mešavine se razlikuju samo po vrsti primenjenog mineralnog praškastog dodatka. Svi ovi dodaci su finiji od 0,125 mm, jer su prosejani na odgovarajućem situ. Procentualni udeo zapremine komponenti u 1 m3 betona je isti kod svih betonskih mešavina. Sve betonske mešavine su spravljene tako da imaju približno isto rasprosiranje (oko 650 mm) prilikom ispitivanja fluidnosti betona. Ovaj uslov je ispunjen variranjem količine superplastifikatora. Sastavi betonskih mešavina za 1 m3 betona dati su u tabeli 1.

Vrsta materijala Procenat

zapremine u 1m3

[%]

Zapremina u 1m3 [m3]

Specifična masa

[kg/m3]

Masa u 1m3

[kg]

Cement 12,7 0,127 3150 400

Voda 18,15 0,1815 1000 181,5

Sitan agregat 0/4 mm 29,62 0,2962 2620 776

4/8 mm 11,58 0,1158 2650 307 Krupan agregat

8/16 mm 31,69

20,11 0,2011 2650 533

Pretpost. sadržaj vazduha 2,0 0,02 – –

Krečnjački filer 5,5 0,055 2720 150 KF

Superplastifikator 0,45 0,0045 1100 4,95

Reciklirano staklo 5,5 0,055 2840 156 RS


Elektrofilter. pepeo 5,5 0,055 2130 117 EP


Flotacijska jalovina 5,5 0,055 3150 173 FJ


Crveni mulj 5,5 0,055 2710 149

Ozn

aka

meš

avin

e

CM Superplastifikator 0,80 0,008 1100 8,80

Tabela 1. Sastav betonskih mešavina korišćenih u eksperimentu za 1m3

15

2.3. Vrste ispitivanja sprovedenih na svežem i očvrslom betonu

Na svežem betonu sprovedena su sledeća ispitivanja: zapreminska masa prema standardu SRPS EN 12350-6:2010 [25], sadržaj vazduha u betonu prema SRPS EN 12350-7:2010 [26], Ispitivanje rasprostiranja sleganjem i ispitivanje rasprostiranja T500 prema standardu SRPS EN 12350-8:2012 [27], ispitivanje sposobnosti zaobilažanja prepreka pomoću L – kutije prema standardu SRPS EN 12350-10:2012 [28] i ispitivanje segregacije pomoću sita prema standardu SRPS EN 12350-11:2012 [29].

Na očvrslom betonu od fizičkih karakteristika ispitana je zapremiska masa betona u vodozasićenom stanju prema standardu SRPS EN 12390-7:2010 [30] na kockama ivice 15cm pri starosti betona od 2, 7 i 28 dana. Takođe, merena je i brzina prolaska ultrazvučnog impulsa prema standardu SRPS EN 12504-4:2008 [31] na kockama ivice 15cm pri starosti od 28 dana.

Ispitivana su i mehanička svojstva betona od kojih je najznačajnija čvrstoća pri pritisku. Ova karakteristika je ispitana u skladu sa standardom SRPS EN 12390-3:2010 [32] na epruvetama oblika kocke ivice 15cm pri starosti od 2, 7 i 28 dana. Vršeno je ispitivanje čvrstoće pri savijanju na epruvetama oblika prizme dimenzija 10×10×40 cm pri starosti od 28 dana prema standardu SRPS EN 12390-5:2010 [33]. Takođe je urađeno ispitivanje čvrstoće pri zatezanju cepanjem (Brazilski opit) na cilindričnim uzorcima prečnika Ø15 cm i dužine 30 cm pri starosti od 28 dana prema standardu SRPS EN 12390-6:2012 [34]. Određena je veličina odskoka sklerometrom prema standardu SRPS EN 12504-2:2008 [35] na kockama ivice 15 cm pri starosti od 28 dana. Ispitivanje čvrstoće pri zatezanju čupanjem „Pull-off“ metodom urađeno je na kockama ivice 15 cm pri starosti od 28 dana prema standardu SRPS EN 1542:2010 [36].

Osnovni cilj ovog istraživanja jeste ispitivanje mogućnosti primene otpadnih materijala kao mineralnog dodatka za spravljanje samougrađujućeg betona. Stoga se betonska mešavina sa krečnjačkim filerom (KF) može smatrati etalonom sa kojim se upoređuju mešavine sa dodatkom sprašenog recikliranog stakla od katodnih cevi, elektrofilterskog pepela, flotacijske jalovine i crvenog mulja.

3. REZULTATI ISPITIVANJA

Rezultati ispitivanja karakteristika betona u svežem i očvrslom stanju dati su u tabelama 2 i 3. U tabelama su date srednje vrednosti dobijenih rezultata ispitivanja.

Rezultat ispitivanja Karakteristika Jedinica

mere KF ST EP FJ CM

Zapreminska masa kg/m3 2375 2390 2340 2385 2365

Sadržaj vazduha % 2,0 0,8 2,9 2,8 2,6

Rasprostiranje T500 s 3,5 4,5 7,0 6,0 6,5

Ispitivanje rasprosiranja sleganjem mm 650 660 640 660 640

Ispitivanje pomoću L – kutije H2/H1 (mm/mm) 0,94 0,95 0,91 0,92 0,87

Ispitivanje segregacije pomoću sita % 14,0 12,8 5,6 6,8 6,0

Tabela 2. Rezultati ispitivanja karakteristika betona u svežem stanju

16

Rezultat ispitivanja Karakteristika Jedinica

mere KF ST EP FJ CM

2 dana 2375 2390 2340 2385 2365

7 dana 2372 2388 2338 2382 2363 Zapreminska masa u vodozasićenom stanju

28 dana

kg/m3

2370 2385 2336 2380 2359

2 dana 39,6 38,7 44,6 36,6 41,2

7 dana 49,1 47,7 51,0 46,2 45,0 Čvrstoća pri pritisku

28 dana

MPa

56,3 59,0 59,6 59,7 54,0

Čvrstoća pri savijanju MPa 6,3 6,4 5,6 5,3 7,3

Čvrstoća pri zatezanju cepanjem MPa 4,4 4,2 4,8 4,0 4,0

Čvrstoća pri zatezanju čupanjem - Pull-off MPa 3,4 4,2 4,4 4,0 3,8

Brzina ultarzvučnog impulsa m/s 4529 4691 4726 4608 4560

Odskok sklerometra – 49,3 51,3 53,0 48,0 47,6

Tabela 3. Rezultati ispitivanja karakteristika betona u očvrslom stanju

4. DISKUSIJA REZULTATA ISPITIVANJA I ZAKLJUČAK

Na osnovu rezultata ispitivanja zapreminske mase svežeg betona, tabela 2, može se zaključiti da ona pre svega zavisi od specifične mase korišćenog mineralnog dodatka, ali i od sadržaja vazduha u betonu što je primetno u slučaju betonske mešavine sa recikliranim staklom od katodnih cevi (mešavina sa oznakom RS). Najveću zapreminsku masu upravo ima mešavina sa oznakom RS koja je za 15 kg/m3 veća u odnosu na etalon beton sa krečnjačkim filerom, a najmanju betonska mešavina sa elektrofilterskim pepelom EP koja je za 35 kg/m3 manja u odnosu na etalon.

U pogledu sadržaja vazduha u svežem betonu mešavina sa oznakom RS imala je najmanju vrednost, odnosno 0,8%, a najveću vrednost mešavina sa oznakom EP (2,9%). Skoro sve betonske mešavine sa izuzetkom RS imaju približno isti sadržaj vazduha i bliske su vrednosti kao etalon KF, tabela 2.

Kao što je već napomenuto, sve betonske mešavine su spravljene tako da imaju približno isto rasprosiranje (oko 650 mm) prilikom ispitivanja fluidnosti betona, tabela 2, što je postignuto primenom superplastifikatora. Ispitivanje T500 pokazuje viskoznost betonske mešavine i predstavlja vreme za koje beton dostigne 500 mm rasprostiranja prilikom ispitivanja fluidnosti. Na osnovu rezultata ispitivanja iz tabele 2, može se zaključiti da sve betonske mešavine sa dodatkom otpadnih materijala imaju veće vrednosti T500 u odnosu na etalon beton. Najveće vreme za rasprostiranje od 500 mm bilo je potrebno mešavini EP, slične vrednosti imale su mešavine CM i FJ, dok je mešavina RS imala blisku vrednost kao etalon beton KF.

Sposobnost zaobilažanja prepreka određena je pomoću L – kutije, a mogu se primeniti i druge metode: U – kutija, J – prsten i Kajimaina kutija. Na osnovu rezultata ispitivanja iz tabele 2, može se zaključiti da mešavina RS ima najbolju sposobnost

17

zaobilažanje prepreka, dok mešavina CM ima najmanju sposobnost u odnosu na ostale mešavine. Mešavine EP i FJ su imale međusobno bliske vrednosti, ali manje od etalona, odnosno mešavine KF.

Otpornost segregaciji izražava se kao procent količine betona koja je prošla kroz sito otvora 5 mm u odnosu na ukupnu masu. Na osnovu rezultata ispitivanja iz tabele 2, može se zaključiti da sve mešavine sa otpadnim materijalima imaju veću otpornost u odnosu na etalon beton KF, pri čemu je najbolju otpornost pokazala mešavina EP, a zatim mešavine CM, FJ i ST, respektivno.

Što se tiče svojstava očvrslog betona, zapreminske mase betona u vodozasićenom stanju pri starosti od 2, 7 i 28 dana prate zapreminsku masu svežeg betona, tabela 3. Kao i u slučaju svežeg betona, razlike se javljaju usled različitih specifičnih masa mineralnih praškastih dodataka i sadržaja vazduha u betonu.

Čvrstoće pri pritisku betona, kao jedna od najbitnijih karakteristika betona, su međusobno slične pri odgovarajućoj starosti betona, tabela 3. Pri starosti betona od 2 dana najveću čvrstoću pokazala je mešavina EP koja je za 12,6% veća od etalona KF, a najmanju mešavina FJ koja je za 7,6% manja od KF. Pri starosti betona od 7 dana najveću čvrstoću takođe pokazala je mešavina EP koja je za 3,9% veća od etalona KF, a najmanju mešavina CM koja je za 8,4% manja od KF. Pri starosti od 28 dana najveći priraštaj čvrstoće pri pritisku imala je mešavina FJ. Ona je ujednom imala i najveću vrednost čvrstoće pri pritisku koja je za 6,0% veća u odnosu na KF, dok je najmanju vrednost pokazala mešavina CM koja je za 4,1% manja od KF.

Najveću vrednost čvrstoće pri savijanu pokazala je mešavina sa dodatkom crvenog mulja CM, koja je za 15,9% veća od etalona KF, a najmanju mešavina sa dodatkom flotacijske jalovine FJ koja je za 15,9% manja od EF. Mešavina sa dodatkom recikliranog stakla od katodnih cevi je imala blisku vrednost čvrstoće pri savijanju kao i mešavina KF, dok je mešavina sa dodatkom elektrofilterskog pepela imala za 11,1% manju vrednost od etalona KF.

U pogledu čvrstoće pri zatezanju cepanjem, sve betonske mešavine su imale slične vrednosti čvrstoća. Sve betonske mešavine izrađene sa otpadnim materijalima izuzev mešavine sa elektrofilterskim pepelom EP imale su manje vrednosti čvrstoće pri zatezanju cepanjem od etalona KF. Najveću vrednost imala je mešavina EP koja je za 9,1% veća od KF, a najmanju mešavine FJ i CM koja je za 9,1% manja od KF.

I u slučaju čvrstoće pri zatezanju čupanjem metodom Pull-off, sve betonske mešavine su imale slične vrednosti čvrstoća. Sve betonske mešavine izrađene sa otpadnim materijalima imale su veće vrednosti čvrstoće pri zatezanju čupanjem metodom Pull-off u poređenju sa etalonom KF. Najveću vrednost imala je mešavina EP koja je za 29,4% veća od etalona KF, a najmanju od mešavina sa otpadnim materijalom imala je CM koja je za 11,8% veća od KF.

Brzina ultrazvučnog impulsa kroz beton u najvećoj meri zavisi od zapreminske mase očvrslog betona, poroznosti, ali i stepena hidratacije cementa, odnosno vezivnih materijala. Sve betonske mešavine izrađene sa otpadnim materijalima imale su veću brzinu prolaska ultrazvučnog impulsa kroz beton u poređenju sa etalonom KF. Najveću vrednost imala je mešavina sa dodatkom elektrofilterskog pepela EP koja je za 4,3% veća od etalona KF, a najmanju od mešavina sa otpadnim materijalom imala je CM koja je za 0,7% veća od KF. Mešavina sa dodatkom recikliranog stakla od katodnih cevi je imala blisku vrednost brzine ultrazvučnog impulsa kroz beton kao i mešavina sa dodatkom elektrofilterskog pepela, dok je mešavina sa dodatkom flotacijske jalovine imala za 1,7% veću vrednost od KF.

18

Metoda određivanja odskočnog broja upotrebom sklerometra se zasniva na merenju površinske tvrdoće betona na osnovu koje se na vrlo jednostavan način može odrediti orijentaciona vrednost čvrstoće pri pritisku.Veličina odskoka sklerometra zavisi i od rasporeda i udaljenosti krupnih zrna agregata od površine betona. Na osnovu rezultata ispitivanja iz tabele 3, najveću vrednost odskoka sklerometra pokazala je mešavina EP koja je za 7,6% veća od etalona KF, dok je najmanju vrednost imala mešavina CM koja je za 3,4% manja od KF. Mešavina RS imala je za 4,1% veću vrednost odskoka sklerometra u odnosu na KF, a mešavina FJ za 2,6% manju od KF.

Na osnovu rezultata ispitivanja samougrađujećih betona sa dodatkom otpadnih materijala može se zaključiti da dodatak ovih materijala bitno ne utiče na smanjenje kvaliteta performansi betona u svežem i očvrslom staju. Može se reći da čak i doprinose poboljšanju pojedinih svojstava betona koji su prikazani u ovom radu. Otpadni materijali poput elektrofilterskog pepela, recikliranog stakla i flotacijske jalovine pokazuju pucolansku aktivnost, te se može očekivati da performanse betona sa ovim dodacima u kasnijem periodu starosti budu još bolje. Posebnu pažnju treba obratiti na trajnost betonskih mešavina sa dodatkom otpadnih materijala poput recikliranog stakla od katodnih cevi, elektrofilterskog pepela, flotacijske jalovine i crvenog mulja. Dalja istraživanja treba usmeriti na tu stranu, budući da se dokazivanjem neugrožavanja trajnosti zaokružuje celina o mogućnosti primene ovih materijala u izradi betona.

ZAHVALNOST

Ovaj rad predstavlja deo istraživanja obavljenog u okviru projekta TR 36017 – „Istraživanje mogućnosti primene otpadnih i recikliranih materijala u betonskim kompozitima, sa ocenom uticaja na životnu sredinu, u cilju promocije održivog građevinarstva u Srbiji”, koji je podržalo Ministarstvo za nauku i tehnologiju Republike Srbije. Duboko smo zahvalni zbog te podrške.

5. REFERENCE

[1] Nina Štirmer N., Banjad Pečur I.: Mix design for self compacting concrete, Gradjevinar 4 (2009) 321-329

[2] Ahari R.S., Erdem T.K., Ramyar K.: Effect of various supplementary cementitious materials on rheological properties of self-consolidating concrete, Construction and Building Materials 75 (2015) 89–98

[3] Mnahoncakova E., Pavlıkova M, Grzeszczyk S., Rovnanıkova P., Cerny R.: Hydric, thermal and mechanical properties of self-compacting concrete containing different fillers, Construction and Building Materials 22 (2008) 1594–1600

[4] Despotović I.: Uticaj različitih mineralnih dodataka na osobine samougrađujucih betona, Doktorska diertacija, Građevinsko-arhitektonski fakultet u Nišu (2014)

[5] Hannesson G., Kuder K., Shogren R., Lehman D.: The influence of high volume of fly ash and slag on the compressive strength of self-consolidating concrete, Construction and Building Materials 30 (2012) 161–168

[6] Siddique R.: Properties of self-compacting concrete containing class F fly ash, Materials and Design 32 (2011) 1501–1507

[7] Khatib J.M.: Performance of self-compacting concrete containing fly ash, Construction and Building Materials 22 (2008) 1963–1971

19

[8] Sukumar B., Nagamani K., Srinivasa Raghavan R.: Evaluation of strength at early ages of self-compacting concrete with high volume of fly ash, Construction and Building Materials 22 (2008) 1394–1401

[9] Shi C., Mayer C., Behnood A.: Utilization of copper slag in cement and concrete, Resources, Conservation and Recycling 52 (2008) 1115–1120

[10] Onuaguluchi O., Eren O.: Copper tailings as a potential additive in concrete: Consistency, strenght, and toxic metal imobilizator, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences 19 (2012) 79-86

[11] Onuaguluchi O., Eren O.. Cement mixtures containing copper tailings as an additive: durability properties, Materials Research 15 (2012) 1029-1036

[12] Zlatičanin B., Vukčević M., Krgović M., Bošković I., Ivanović M., Zejak R.: Karakteristike geopolimera na bazi crvenog mulja kao komponente sirovinske mješavine, Zaštita Materijala 53 (2012) broj 4, p.p. 292-298, UDC:669.712.1.068-03.6.8.

[13] Kadović M.V., Klašnja M. T., Blagojević N.Z., Rajko Vasiljević R, Jaćimović Ž.K., Tretman tečne faze sa deponije crvenog mulja u kombinatu alumunijuma Podgorica, Hemijska industrija, 58(4) 2004, p.p. 186-190

[14] Liu R.X., PoonC.S.: Utilization of red mud derived from bauxite in self-compacting concrete, Journal of Cleaner Production 112 (2016) p.p. 384-391.

[15] Shetty K.K., Nayak G., Vijayan V.: Effect of red mud and iron ore tailing on the strength of self compacting concrete, European Scientific Journal July 2014 edition vol.10, No.21 ISSN: 1857 – 7881 (Print) e - ISSN 1857- 7431.

[16] Gomez-Soberon J.: Porosity of recycled concrete with substitution of recycled concrete aggregate: An experimental study, Cement and Concrete Research 32 (2002), pp. 1301-1311

[17] Persson B.: Internal frost resistance and salt frost scaling of self-compacting concrete, Cement and Concrete Research 33 (2002), pp. 373-379

[18] Levy S.M., Helene P.: Durability of recycled aggregates concrete: a safe way to sustainable development, Cement and Concrete Research 34 (2003), pp. 1975-1980

[19] Ali E.E., Al-Tersawy S.H.: Recycled glass as a partial replacement for fine aggregate in self compacting concrete, Construction and Building Materials 35 (2012) 785–791

[20] Kou S.C., Poon C.S.: Properties of self-compacting concrete with recycled glass aggregate, Construction and Building Materials 31 (2009) 107–113

[21] Sua-Iam G., Makul N.: Use of limestone powder to improve the properties of self compacting concrete produced using cathode ray tube waste as fine aggregate, Applied Mechanics and Materials Vols. 193-194 (2012), pp. 472-476

[22] SRPS EN 197-1:2013 Cement – Deo 1: Sastav, specifikacije i kriterijumi usaglašenosti za obične cemente, Institut za standardizaciju Srbije, 2013

[23] SPPS EN 206-1:2011 Beton – Deo 1: Specifikacije, performance i usaglašenost, Institut za standardizaciju Srbije, 2011

[24] SRPS EN 12620:2010 Agregati za beton, Institut za standardizaciju Srbije, 2010 [25] SRPS EN 12350-6:2010 Ispitivanje svežeg betona - Deo 6: Zapreminska masa, Institut za

standardizaciju Srbije, 2010 [26] SRPS EN 12350-7:2010 Ispitivanje svežeg betona - Deo 7: Sadržaj vazduha - Metode

pritiska, Institut za standardizaciju Srbije, 2010 [27] SRPS EN 12350-8:2012 Ispitivanje svežeg betona – Deo 8: Samougrađujući beton –

Ispitivanje raspostiranja sleganjem, Institut za standardizaciju Srbije, 2012 [28] SRPS EN 12350-10:2012 Ispitivanje svežeg betona – Deo 10: Samougrađujući beton -

Ispitivanje pompću L-kutije, Institut za standardizaciju Srbije, 2012 [29] SRPS EN 12350-11:2012 Ispitivanje svežeg betona – Deo 11: Samougrađujući beton –

Ispitivanje segregacije pomoću sita, Institut za standardizaciju Srbije, 2012 [30] SRPS EN 12390-7:2010 Ispitivanje očvrslog betona – Deo 7: Zapreminska masa očvrslog

betona, Institut za standardizaciju Srbije, 2010

20

[31] SRPS EN 12504-4:2008 Ispitivanje betonskih konstrukcija – Deo 4: Određivanje brzine ultrazvučnog impulsa, Institut za standardizaciju Srbije, 2008

[32] SRPS EN 12390-3:2010 Ispitivanje očvrslog betona – Deo 3: Čvrstoća pri pritisku uzoraka za ispitivanje, Institut za standardizaciju Srbije, 2010

[33] SRPS EN 12390-5:2010 Ispitivanje očvrslog betona – Deo 5: Čvrstoća pri savijanju uzoraka za ispitivanje, Institut za standardizaciju Srbije, 2010

[34] SRPS EN 12390-6:2012 Ispitivanje očvrslog betona – Deo 6: Čvrstoća pri cepanju zatezanjem uzoraka za ispitivanje, Institut za standardizaciju Srbije, 2012

[35] SRPS EN 12504-2:2008 Ispitivanje betonskih konstrukcija – Deo 2: Ispitivanje bez razaranja — Određivanje veličine odskoka, Institut za standardizaciju Srbije, 2008

[36] SRPS EN 1542:2010 Proizvodi i sistemi za zaštitu i sanaciju betonskih konstrukcija – Metode ispitivanja – Merenje prionljivosti "pull-off" metodom, Institut za standardizaciju Srbije, 2010

21

Rada Radulović1 Dragica Jevtić2 UDK: 691.535 Julija Aleksić3 666.971

UTICAJ NAČINA UGRADNЈE NA SVOJSTVA SITNOZRNIH CEMENTNIH KOMPOZITA

Rezime: Fizičko-mehaničke karakteristike sitnozrnih cementnih kompozita, a samim tim i njihov kvalitet, mogu značajno da variraju u zavisnosti od razmere mešanja komponenata, upotrebljene količine vode, prisustva dodataka, ali pre svega od ostvarene zbijenosti očvrslog materijala. Iskustva pokazuju da se, idući po dubini, strukturna homogenost i kompaktnost cementnih kompozita značajno menjaju u negativnom smislu, tako da donje zone maltera, posebno onih koji su izloženi značajnim opterećenjima, često karakterišu izraziti strukturni defekti. Da se na formiranje strukture sitnozrnog cementnog kompozita može uticati izborom odgovarajućeg postupka i opreme za kompaktiranje, pokazano je kroz eksperimentalno istraživanje i teorijsku analizu ponašanja cementnih maltera ugrađenih ručnom metodom i cementnih maltera ugrađenih metodom vibriranja. U radu se razmatraju i mogućnosti primene elektrofilterskog pepela kao komponente cementnog kompozita i definišu fizičko-mehaničke karakteristike cementnih maltera uz primenu mikroarmature i hemijskog dodataka za kompenzaciju efekata skupljanja. Ključne reči: cementni malter, struktura, kompaktnost, vibriranje, elektrofilterski pepeo, mikroarmatura, aditiv protiv skupljanja

EFFECT OF EMBEDDING ON PROPERTIES FINE GRAINED CEMENT COMPOSITES

Summary: The physical-mechanical characteristics of fine grained cement composites, and therefore their quality, can vary considerably depending on the proportions of mixing the components, the amount of water used, the presence of additives, but primarily from realized compactness of hardened material. Experience shows that, going in depth, structural homogeneity and compactness of cement composites have changed significantly in a negative way, so that the lower zones of mortar, especially those who are exposed to significant loads, are often characterized by severe structural defects. That the formation of fine-grained structure of the composite cement is influenced by the selection of a process and equipment for compaction, is shown through experimental research and theoretical analysis of the behavior of cement mortars embedded by manual method and cement mortar embedded by method of vibration. In the paper are discussed the possibilities of application of fly ash as a cement composite component and define the physical and mechanical properties of cement mortar with the use of microfibre reinforcement and chemical supplements to compensate for the effects of shrinkage. Keywords: cement mortar, structure, compactness, vibration, fly ash, microfibre reinforcement, shrinkage-reducing admixture 1 mr, asistent, Fakultet tehničkih nauka u Kosovskoj Mitrovici, Univerzitet u Prištini, Knjaza

Miloša 7, 38220 Kos. Mitrovica, [email protected] 2 dr, redovni profesor, Građevinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar Kralja

Aleksandra73, 11000 Beograd, [email protected] 3 dr, docent, Fakultet tehničkih nauka u Kosovskoj Mitrovici, Univerzitet u Prištini, Knjaza Miloša

7, 38220 Kos. Mitrovica, [email protected]

DIMK




22

1. UVOD

Na svojstva cementnih kompozita utiče veliki broj faktora: karakteristike primenjenih komponentnih materijala, kvantitativni odnos ovih materijala u masi svežeg betona, postupak izrade, uslovi eksploatacije, tehnološki faktori itd. Međutim, bez obzira na kompleksnost pitanja o kojima je reč, danas je nepobitno utvrđeno da najveći broj svojstava betona (maltera), i to ne samo u očvrslom već i u svežem stanju, zavisi od ostvarene strukture [1]. Dosadašnja istraživanja na ovom polju ukazuju da struktura svežeg i očvrslog kompozita zavisi i od uslova pod kojima se to formiranje odvija, tj. da na formiranje strukture bitno utiču parametri vreme, temperatura i vlažnost sredine [2]. Zavisnost "sastav-struktura-svojstva betona", koja predstavlja i osnovu tzv. strukturalističkog koncepta teorije i tehnologije betona, može se šematski prikazati na način dat na slici 1, [3].

Slika 1. Funkcionalna zavisnost svojstva betona-sastav-struktura

Najveći deo u ukupnoj poroznosti betona, ako se pretpostavi da je zadovoljen uslov apsolutne kompaktnosti agregata i ako je ugrađivanje izvršeno korektno i efikasno, imaju pore u cementnom kamenu. Za razliku od gelske poroznosti na koju se praktično ne može uticati, kapilarna poroznost se može podesiti prema željenim svojstvima, pošto je u najvećoj meri u funkciji vodocementnog faktora. Na poroznost cementnih kompozita takođe veliki uticaj ima i stepen zbijenosti (kompaktnosti) pod kojim se podrazumeva efikasnost odstranjivanja mehurića vazduha iz mase svežeg betona [4].

Iako, danas, postoji raznovrsna oprema za mašinsko spravljanje i ugrađivanje maltera, kod nas se najčešće mešanje konstituenata vrši ručno i ugrađivanje izvodi na tradicionalan način, ručno. U radu su prikazani rezultati eksperimentalnog istraživanja cementnih maltera spravljenih sa niskim vodocementnim faktorom, različitog sastava, ugrađenih ručnom metodom i metodom vibriranja, radi sagledavanja uticaja načina ugrađivanja na ostvarenu strukturu cementnog kamena. Istraživanja pokazuju da način ugradnje i u slučajevima delimične supstitucije cementa elektrofilterskim pepelom, u predmetnim serijama malterskih mešavina, daje kompozite boljih svojstava.

23

2. EKSPERIMENTALNO ISTRAŽIVANJE

Eksperimentalna ispitivanja materijala kompozitnog tipa su od velikog značaja za određivanje njihovih fizičko-mehaničkih, reoloških, tehnoloških, eksploatacionih i drugih svojstava potrebnih za sagledavanje različitih mogućnosti njihove primene. Radi utvrđivanja uticaja načina ugradnje i potvrde pretpostavke da je optimalni sastav cementnih maltera moguće definisati na osnovu izbora odgovarajućeg postupka ugradnje, sprovedene je eksperimentalno istraživanje 6 različitih vrsta malterskih mešavina ugrađenih ručno i vibriranjem.

2.1. Komponentni materijali

U svrhu eksperimentalnih ispitivanja korišćeni su: čist portland cement CEM I 42,5 R (Lafarge i Beočinska fabrika cementa, γsс=3100kg/m3), rečni agregat „Moravac“ (frakcije 0/4mm), elektrofilterski pepeo (TE „Kolubara“ Veliki Crnjani, γs,el=2190kg/m3), polipropilenska vlakna (Sika Fibers, proizvođača Sika Švajcarska, γs,vl=910kg/m3, dužine 12mm), aditiv protiv skupljanja Sika Control 40, γs,ad=1000kg/m3), plastifikator (Sika Estriplast, γs=1130kg/m3), voda iz vodovoda. Svojstva svih komponentnih materijala proverena su laboratorijskim ispitivanjima u skladu sa odgovarajućim standardima.

2.2. Projektovanje sastava malterske mešavine

Za realizaciju planiranog istraživanja predviđeno je da se izradi šest vrsta malterskih mešavina, podeljenih u dve osnovne grupe: malterska mešavina A, koja kao vezivo ima cement CEM I 42.5 R, malterska mešavina B, koja sadrži elektrofilterski pepeo u cilju supstitucije dela cementa u količini od 20% od mase cementa.

U okviru ove dve grupe pojedini tipovi malterskih kompozicija su označeni rimskim brojevima I, II i III, od kojih svaki broj predstavlja oznaku serije maltera: I-etalon II-mešavina sa dodatkom mikroarmature (1,0 kg/m3) III-mešavina sa dodatkom mikroarmature i aditiva protiv skupljanja (2% mc)

Svaka serija je ugrađena na dva načina: ručno i vibriranjem na vibro stolu, na osnovu čega su usvojene oznake 1 (ugrađena ručno) i 2 (ugrađena vibriranjem). U tabeli 1. date su oznake malterskih mešavina, usvojene radi lakše uporedne analize.

24

Tabela 1. Skraćene oznake malterskih mešavina

Sastav malterskih mešavina projektovan je na osnovu sledećih polaznih uslova: pretpostavljenog vodovezivnog faktora 0,38-0,40, u cilju dobijanja maltera krute konzistencije (klasa V2); pretpostavljene zapreminske mase maltera od 2100 do 2200kg/m3; odnos mase veziva prema masi peska 1:3; količine mikroarmature i aditiva protiv skupljanja u preporučenim kolčinama; granulometrijski sastav agregata u obliku kontinualne krive.

U tabeli 2. prikazane su količine potrebnog materijala za spravljanje 1m3 malterske mešavine svih serija.

Tabela 2. Količine materijala za 1m3malterske mešavine svih serija

Pripremanje i ispitivanje uzoraka urađeno je u akreditovanoj Laboratoriji za materijale i konstrukcije Građevinskog fakulteta u Beogradu.

Kalupi dimenzija 40x40x4,5cm napunjeni masom i izravnjani isključivo putem ravnjače i perdašenja obeleženi su brojem 1 (slika 2a), dok su kalupi napunjeni

Oznaka malterske mešavine

Cement %

Elektro- filterski pepeo %

Mikro armatura

Aditiv protiv skupljanja

Način postizanja konzistencije

Način ugradnje

A-I-1 100 - - - voda ručno A-I-2 100 - - - voda vibriranjem A-II-1 100 - + - voda ručno A-II-2 100 - + - voda vibriranjem A-III-1 100 - + + voda ručno A-III-2 100 - + + voda vibriranjem B-I-1 80 20 - - voda+superpl. ručno B-I-2 80 20 - - voda+superpl. vibriranjem B-II-1 80 20 + - voda+superpl. ručno B-II-2 80 20 + - voda+superpl. vibriranjem B-III-1 80 20 + + voda+superpl. ručno B-III-2 80 20 + + voda+superpl. vibriranjem

Oznaka mešavine

cement mc (kg)

agregat mp (kg)

voda mv (kg)

el.pepeo mef (kg)

plastifi-kator

mpl (kg)

vlakna mvl (kg)

aditiv

mad (kg)

Zapreminska masa γm sv

(kg/m3)

A-I 479,5 1438,5 182,0 / / / / 2100

A-II 502,0 1506,0 191,0 / / 1,0 / 2200

A-III 500,0 1500,0 180,0 / / 1,0 10,0 2191

B-I 382,69 1435,1 181,1 95,67 5,0 / / 2104

B -II 401,6 1506,0 190,0 100,4 5,02 1,0 / 2204

B -III 400,0 1500,0 180,0 100,0 5,0 1,0 10,0 2196

25

malterskom mešavinom koja je vibrirana na vibro stolu i zaglađena mistrijom obeleženi brojem 2 (slika 2b).

Slika 2. Ugradnja uzoraka a) ručno-1; b) vibriranjem-2

Iz svakog kalupa-sanduka, u kojima su izrađeni uzorci cementnih maltera različitog sastava i različitog načina ugrađivanja, izvađeno je po 9 cilindra-kerna, saglasno sa procedurom opisanom u standardu SRPS U.M1.049:2000, nominalnog prečnika Ø50mm, drugog, sedmog i dvadesetosmog dana. Električna bušeća garnitura (slika 3.) korišćena je za vađenje cilindričnih uzoraka-kernova (slika 4.), na kojima su vršena ispitivanja.

Slika 3. Vađenje kernova Slika 4. Izgled kernova

2.3. Rezultati ispitivanja i diskusija

U okviru tabele 3. prikazani su rezultati ispitivanja očvrslog maltera svih 6 serija predmetnih kompozita, pri starosti od 2, 7 i 28 dana. Zapreminske mase i čvrstoće pri pritisku dobijene su kao srednje vrednosti sračunate na osnovu tri rezultata ispitivanja, na izvađenim kernovima prečnika Ø50mm. Koeficijent konstrukcijske povoljnosti Kkp, dobijen je računski na osnovu izmerenih čvrstoća pri pritisku i zapreminskih masa uzoraka.

26

Узорак γ2 (kg/m³)

fk2 (МPа)

Kkp2 (MPam³/t)

γ 7 (kg/m³)

fk,7 (МPа)

Kkp,7 (MPam³/t)

γ28 (kg/m³)

fk,28 (МPа)

Kkp,28 (MPam³/t)

A-I-1 1474.89 2.58 1.752 1536.15 3.90 2.54 1455.76 7.33 5.03 A-I-2 2091.11 21.73 10.390 2080.55 33.27 15.99 2075.63 39.30 18.93 A-II-1 1716.46 3.91 2.284 1684.33 6.44 3.83 1667.69 9.02 5.41 A-II-2 2178.18 28.07 12.885 2125.81 36.17 17.01 2088.71 43.15 20.66 A-III-1 1571.34 4.05 2.576 1527.69 5.70 3.73 1503.27 8.10 5.39 A-III-2 2148.84 27.59 12.839 2118.62 33.45 15.79 2070.51 42.62 20.59 Б-I-1 1396.88 2.25 1.611 1383.77 4.25 3.07 1365.90 5.23 3.82 Б-I-2 2033.15 20.65 10.158 2014.31 30.31 15.04 2011.89 33.71 16.76 Б-II-1 1335.12 2.76 2.070 1449.12 4.61 3.18 1435.70 7.04 4.90 Б-II-2 2089.25 25.43 12.168 2096.61 31.03 14.80 2073.96 36.13 17.39 Б-III-1 1559.02 2.19 1.405 1539.60 4.64 2.99 1514.51 6.62 4.37 Б-III-2 2157.31 21.38 9.910 2093.98 30.57 14.59 2071.40 35.48 17.13

Tabela 3. Zapreminske mase, čvrstoće na pritisak i koeficijenati konstrukcijske povoljnosti Kkp uzoraka, pri starosti od 2, 7 i 28 dana

2.3.1. Zapreminska masa očvrslog maltera

Zapreminska masa očvrslog maltera je, u principu, nešto niža od vrednosti zapreminske mase kompozita u svežem stanju i to za količnu vode koja predstavlja „višak“ u okviru fizičko-hemijskog procesa hidratacije cementa, i vremenom njena vrednost opada.

Iz tabele 3. se vidi da su zapreminske mase očvrslih uzoraka ugrađenih ručno (oznaka-1) znatno niže, i kreću se od oko 1400 kg/m3 do 1700 kg/m3, od zapreminskih masa uzoraka ugrađenih vibriranjem (oznaka-2), koje se kreću od 2000 kg/m3do 2150 kg/m3.

Prisustvo elektofilterskog pepela utiče na pad vrednosti zapreminskih masa u mešavinama serije B, koje u svom sastavu imaju elektrofilterski pepeo, u odnosu na vrednosti serija A, u proseku do 10% i kod uzoraka ugrađenih ručno i kod vibriranih uzoraka.

Dodatak mikroarmature i aditiva protiv skupljanja u mešavinama beleži rast, ali ne utiče bitno na promenu vrednosti zapreminskih masa, što je i očekivano s obzirom na malu količinu dodataka u odnosu na ukupnu zapreminu maltera. Iako su razlike u zapreminskim masama male, primećujemo da je kod vibriranih uzoraka razlika u zapreminskim masama najviše 3%, a kod uzoraka ugrađenih ručno ide do 10%.

Na osnovu zapreminskih masa može se zaključiti da se u slučajevima malterskih mešavina ugrađivanih ručno, gde nije postignuta zadovoljavajuća kompaktnost koja direktno utiče na poroznost kompozita, logično može očekivati niži nominalni kvalitet. Kako su sve predmetne mešavine spravljene sa niskim vodocementnim faktorom, krute i slaboplastične konzistencije, uticaj načina ugrađivanja je od presudnog značaja na ostvarenu strukturu cementnog kamena.

27

2.3.2. Čvrstoća pri pritisku

Čvrstoće pri pritisku ispitivanih malterskih mešavina u svim slučajevima rastu u toku vremena, što važi kako za uzorke koji su ugrađivani ručno tako i za uzorke koji su ugrađivani na vibro stolu.

Uzorci svih serija ugrađenih ručno (oznaka-1), bez obzira na sastav, imaju znatno niže čvrstoće pri pritisku u odnosu na uzorke kod kojih je pri ugrađivanju primenjen postupak vibriranja (oznaka-2), odnosno zbijanja sveže mase, što je logična posledica manje kompaktnosti, a samim tim i manjih zapreminskih masa.

Čvrstoće pri pritisku u funkcionalnoj su vezi sa zapreminskim masama (slika 5.) i one su veće kod uzoraka većih zapreminskih masa (vibrirani uzorci), što dokazuju i ispitivanja drugih autora [5]. Međutim, zapreminsku masu treba posmatrati i kao funkciju stepena zbijenosti mešavina pri ugrađivanju, jer pri istom intezitetu i trajanju vibracija pri ugrađivanju, pojedine mešavine ostvaruju bolju zbijenost od drugih.

y = 0.1033e0.0029x

R² = 0.9801

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200Zapreminska masa (kg/m3)

Čvr

stoć

a pr

i pri

tisku

(MPa

)

Slika 5. Funkcionalna zavisnost između čvrstoće pri pritisku i zapreminske mase, uzoraka, pri starosti od 28 dana

Čvrstoće pri pritisku serija koje u svom sastavu sadrže elektrofilterski pepeo kao delimičnu zamenu za cement (serije B) su niže za oko 15% od serija u kojima se kao vezivo koristi samo cement (serija A). Ugrađivanjem metodom vibriranja se postižu zadovoljavajuće čvrstoće za maltere (preko 30 MPa).

Malterske mešavine koje sadrže mikroarmaturu (serija A-II i B- II), imaju veće čvrstoće u odnosu na etalon (A-I i B- I) za oko 10% što je saglasno sa ispitivanjima drugih autora [6] [7] [8], pri čemu je prirast čvrstoće cementne matrice izraženiji kod mladih kompozita, u početnim fazama očvršćavanja. Dodatak mikroarmature kod nevibriranih uzoraka daje veće vrednosti čvrstoća pri pritisku za preko 30% u prvim danima i oko 20% 28-og dana ispitivanja, u odnosu na ručno ugrađene malterske mešavine bez dodatka vlakana, ali i tada maksimalne čvrstoće ispitivanih uzoraka ne prelaze vrednost od 10 MPa.

28

Dodatak aditiva protiv skupljanja u serijama koje sadrže mikroarmaturu neznatno je uticao na pad čvrstoće pri pritisku (manje od 2%), što ne umanjuje značaj primene ovog aditiva koji ogleda se u redukciji vremenskih deformacija skupljanja i do 40 %.

2.3.3. Koeficijent konstrukcijske povoljnosti Kkp

Koeficijent konstrukcijske povoljnosti Kkp, koji predstavlja odnos čvrstoće materijala (u MPa) prema njegovoj zapreminskoj masi γ (u t/m3), povoljniji je kod ručno ugrađenih kompozita u odnosu na mešavine ugrađene vibriranjem i ne menja se značajno dodavanjem vlakana i aditiva.

Kod mešavina serije B, koje sadrže elektrofilterski pepeo, ovaj koeficijent je niži (dakle povoljniji) u odnosu mešavine serije A za oko 20%, što je logično s obzirom na manju zapreminsku masu pepela u odnosu na cement (900kg/m3 u odnosu na 3100 kg/m3) [9].

3. ZАKLJUČCI

Cilj ovog istraživanja je bio utvrđivanje uticaja koji način ugrađivanja ima na formiranje kvalitetnih sitnozrnih kompozita. Radi definisanja svojstava ovih kompozita upoređivani su uzorci malterskih kompozicija koje su napravljene na tradicionalan način, bez dodataka, sa uzorcima koji su napravljeni sa dodacima mikroarmature i aditiva za smanjivanje skupljanja, ugrađeni ručno i vibriranjem.

Rezultati eksperimentalnih ispitivanja prikazanih malterskih mešavina su pokazali da su zapreminske mase uzoraka ugrađenih ručno znatno niže od zapreminskih masa uzoraka ugrađenih vibriranjem, na osnovu čega zaključujemo da se kod cementnih maltera kod kojih nije postignuta zadovoljavajuća kompaktnost može očekivati niži nominalni kvalitet. Dodavanje mikroarmature i aditiva protiv skupljanja nije značajno uticalo na promenu zapreminske mase.

Zapreminsku masu, koja je u funkcionalnoj vezi sa čvrstoćom pri pritisku, treba posmatrati i kao funkciju stepena zbijenosti mešavina pri ugrađivanju, jer pri istom intezitetu i trajanju vibracija pri ugrađivanju, pojedine mešavine ostvaruju bolju zbijenost od drugih.

Čvrstoće pri pritisku uzoraka koji su ugrađeni ručno, bez obzira na sastav, su znatno niže od čvrstoća uzoraka kod kojih je pri ugrađivanju primenjen postupak vibriranja, odnosno zbijanja sveže mase, što je logična posledica manje kompaktnosti.

Ispitivanja čvrstoće pri pritisku cementnih kompozita pokazuju da se supstitucijom dela cementa elektrofilterskim pepelom postižu čvrstoće pri pritisku niže za oko 15% od čvrstoća maltera spravljenih samo sa cementom, s tim da se ugradnjom pomoću vibriranja postižu zadovoljavajuće čvrstoće za maltere (preko 30 MPa).

Dodatkom PP vlakana serijama malterskih mešavina sa i bez elektrofilterskog pepela, postižu se veće čvrstoće pri pritisku za oko 10%, s tim da je prirast čvrstoće izraženiji kod mladih kompozita, u početnim fazama očvršćavanja. Dodatak aditiva protiv skupljanja serijama koje sadrže mikroarmaturu neznatno je uticao na pad čvrstoće pri pritisku, manje od 2%, što ne umanjuje značaj primene ovog aditiva koji se ogleda u redukciji vremenskih deformacija skupljanja i do 40 %.

Koeficijent konstrukcijske povoljnosti Kkp, značajan zbog toga što direktno utiče na težinu konstrukcija, povoljniji je kod ručno ugrađenih kompozita u odnosu na

29

mešavine ugrađene vibriranjem i ne menja se značajno dodavanjem vlakana i aditiva. Takođe, s obzirom na manju zapreminsku masu, ovaj koeficijent je povoljniji kod serija sa elektrofilterskim pepelom, što predstavlja prednost upotrebe cementnih kompozita napravljenih od ovih materijala.

Mašinskom ugradnjom, korišćenjem odgovarajućih vibratora i savremene opreme u fazi ugrađivanja maltera, naročito onih koji su izloženi značajnim opterećenjima i koje često karakterišu izraziti strukturni defekti, može se postići visoka homogenost i kompaktnost, a samim tim i veći kvalitet, trajnost i ekonomičnost sitnozrnih cementnih kompozita.

4. REFERENCE

[1] Muravljov, M. (1991). Osnovi teorije i tehnologije betona. Beograd: Građevinska knjiga. [2] D. Jevtić: Svojstva svežeg i očvrslog betona u funkciji termohigrometrijskih parametara

sredine, monografija, 1996. Beograd, Građevinski fakultet Beograd. [3] D. Jevtić: Mogućnost modeliranja svojstava betona u funkciji povećanja trajnosti,

Materijali i konstrukcije, 2008, 51(1), 18-49. [4] M. Muravljov: Čvrstoće i posebne osobine očvrslog betona, Beton-svojstva i tehnologija,

Aranđelovac, 1984, 32-51 [5] Jevtić, D., Zakić, D., Savić, A., Radević, A. (2014). Statistička analiza rezultata ispitivanja

kvaliteta betona. Građevinski materijali i konstrukcije , 45-52. [6] Zakić, D. (2001). Uticaj dodatka polipropilenskih vlakana na atheziju maltera za podlogu.

Materijali i konstrukcije, 39-46. [7] Jevtić, D., Zakić, D. (2006). Mikroarmirani malteri i betoni-mogućnost poboljšanja fizičko-

mehaničkih svojstava. Materijali i konstrukcije, 35-44. [8] Muravljov, M., Uljarević, M. (1999). Specijalni betoni i malteri-svojstva, tehnologija,

primena. Mikroarmirani betoni, Monografija (pp. 97-117). Beograd: Građevinski fakultet u Beogradu.

[9] [9] Newman, J. (2003). Advanced Concrete Technology - Constituent Materials. Elsevier Butterworth-Heinemann.

[10] J. Despotović, D. Jevtić, G. Mladenović, M. Vukićević i saradnici, 2014.;Studija "Upotreba letećeg pepela termoelektrana za stabilizaciju tla, samozbijajući i valjani beton (RCC) sa osvrtom na trajnost cementnih maltera i sitnozrnih betona", Gradjevinski fakultet Univerziteta , Beograd.

[11] Jevtić D., Zakić D., Savić A.: Cementitious Composites Made With Fly Ash – A Contribution To The Sustainable Civil Engineering, 14th International Conference "Research and Development in Mechanical Industry" RaDMI 2014, Topola, Serbia, 18-21. September 2014., Editor: Predrag V. Dašić, Publisher: SaTCIP (Scientific and Technical Center for Intellectual Property) Ltd., pp. 83-92, ISBN 978-86-6075-047-3; Invitation paper

30

31

Jakob Šušteršič1 Andrej Zajc2 UDK: 620.193:669.972

EVALUATION OF UNDERWATER ABRASION RESISTANCE OF CONCRETE WITH RESPECT TO ITS OTHER PROPERTIES

Summary: Head-race tunnels of new power plants on the river Soče (Plave II and Doblar II) and tailrace tunnel Drtijščica near the new highway are being constructed in Slovenia. The head-race tunnels are lined with reinforced concrete panels, while the tailrace tunnel is lined with fibre reinforced concrete panels. Concrete of these panels has to be resistive against abrasion of solid particles bared by water. Therefore, underwater abrasion resistance of the concrete was estimated with results obtained by test method given by ASTM C 1138. Results of control tests are given and discussed in this paper. Influence of some concrete properties on the underwater resistance is discussed also. The results, obtained up to now, show that concrete has higher underwater abrasion resistance, if it has higher energy absorption capacity measured by Wedge Splitting Test (WST) method.

Key words: Underwater abrasion resistance, concrete, WST method

PROCENA OTPORNOSTI BETONA NA PODVODNU ABRAZIJU UZIMAJUĆI U OBZIR NJEGOVA DRUGA SVOJSTVA

Rezime: Dovodni tuneli novih hidroelektrana na reci Soči (Plave II i Doblar II) i odvodni tunel Drtijščica pored novog auto-puta se grade u Sloveniji. Dovodni tuneli su obloženi klasično armiranim betonskim panelima, dok je odvodni tunel obložen panelima od mikroarmiranog betona. Beton u okviru ovih panela mora da bude otporan na abraziju koju vrše čvrste čestice nošene vodom. Stoga, otpornost betona na podvodnu abraziju je procenjena na bazi rezultata ispitivanja prema standardu ASTM C 1138. Rezultati kontrolnih ispitivanja su prikazani i analizirani u ovom radu.Takođe, razmatran je i uticaj nekih svojstava betona na otpornost na podvodnu abraziju. Dosadašnji rezultati pokazuju da beton ima veću otpornost, ukoliko poseduje veću sposobnost apsorbovanja energije, merenu putem metode cepanja klinom (Wedge Splitting Test).

Ključne reči: Otpornost na podvodnu abraziju, beton, metoda cepanja klinom

1 Dr, Inštitut za raziskavo materialov in aplikacije, Ljubljana 2 Dr, Inštitut za raziskavo materialov in aplikacije, Ljubljana

DIMK




32

1. INTRODUCTION

The project of building two new hydroelectric plants on the river Soca (Plave II and Doblar II) requires construction of two head-race tunnels. Total length of the first tunnel is 6 km and the approximate length of the second one is 4 km. Excavation was completed with TBM (Tunnel Boring Machine). The entire length of the tunnels is lined with single layer hexagonal precast reinforced panels. Voids behind the panels were filled with injection mass. The inside diameter of the tunnels is 6,4 m, and thickens of the panels is 20 cm.

Tailrace tunnel Drtijscica is being build in proximity to the new highway between Celje and Ljubljana.. Through it, the flood waters from the nearby flood plain will be diverted into neighboring valley which is about 1 km away from the inlet of the tunnel. The panel developed for the lining, represents quarter diameter of the circle with 12 cm thick walls and the width of 75 cm. The edges are formed to ensure simple conjunction. Panels are fabricated from steel and polypropylene fibre reinforced concrete (SPFRC) as well as reinforced with steel bars. Final substructure will be completed with primary and secondary substructure. Primary faze is being completed immediately after excavation with placement of reinforced meshes, shotcreting and placement of anchors. Secondary faze is represented with placement of panel lining, with shotcreting empty space behind the lining, with the voids being injected afterwards.

Over time the panels for head-race and tailrace tunnels will be exposed to abrasion loads from solid water borne particles. It is estimated that the load on the panels of head-race tunnels for hydropower plants will be lower through use of gravel traps. These will divert majority of solid particles at the intakes of the tunnels.

Underwater abrasion resistance is the ability of concrete to withstand abrasion loads which are caused by water flow containing solid water borne particles. Structures are exposed to these elements even after the removal of surface layer thus making abrasion resistance equally important internally concrete (1).

Main parameters which effect abrasion resistance of the concrete are (2, 3): compressive strength of concrete or compressive strength of cement paste, thus v/c ratio; type and quality of aggregate; method of surface treatment; curing of the concrete.

Stele fibers have an important abrasion resistance effect on of concrete (7, 8). With the use of fiber reinforced concrete the following parameters must be taken into account: composition of concrete; bonding ability between fibers and hardened cement paste; hardness of steel fibers.

When fiber reinforced concrete is initially exposed to abrasion forces, only a thin top layer of surface mortar resists these effects. After this top layer is depleted, the fibers become exposed. If these fibers are made of hard steel, water flow and movement of solid water borne particles causes vibration of the exposed fibers (Figure 1).

33

Figure 1. Surface of fiber reinforced concrete with hard steel fibers (approximately 550 HB) in

vicinity of fibers after exposure to abrasion forces.

When the fiber vibrates, it creates intense stresses, resulting in concentration of stresses. These stresses furthermore cause deterioration of concrete which in turn results in extrication of fibers from the concrete.

Fibers made from softer type of steel are flattened out while exposed to water flow containing abrasive particles. At the same time, they are not extracted when an acceptable bonding quality is achieved between fibers and mortar (Figure 2). Hardness of steel fibers was approximately 250 HB.

Figure 2. Surface of fiber reinforced concrete with soft steel fibers (approximately 250 HB) in vicinity of fibers after exposure to abrasion forces.

34

From the picture in Figure 2 it is evident that the steel fibers were flattened out to the extent, where the distance between them is approximately 5 times wider than their diameter prior to abrasion load. In this manner a good safeguard is achieved which prevents further deterioration of the concrete.

The effects of water borne abrasion is well demonstrated with the experimental method which is similar to standard ASTM C 1138. This method was developed in Structures Laboratory, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station (4 - 6).

Device for measuring abrasive resistance consists of steel cylindrical container into which a sample of concrete measuring 29,5 cm in diameter and 10 cm in height is placed. Agitation paddle circulates water containing small steel grind stone balls over the submerged portion of the sample, thus creating desired abrasion effect. Movement and vibration of water is not powerful enough to lift up the balls, thus causing impact effect on the entire sample.

The standard for this experiment calls for 72 hours of exposure. Every 12 hours the loss of mass and/or volume is calculated out of which an average depth of abrasion (ADAt) is calculated.

2. EXPERIMENTAL DISPOSITION

Concrete used for head-race tunnel panels (concrete without fibres) is mixed with 15% blast-furnace slag, crushed lime stone aggregate of maximum size 31,5 mm and superplasticizer. In preparation of fiber reinforced concrete (SPFRC) panels used in tailrace tunnel, the cement in use is of the same type, with addition of crushed dolomite aggregate of maximum size 16mm, superplasticizer, hooked steel fibers 32 mm in length as well as polypropylene fibers 10 mm long.

Quality control of samples plays an important part while the panels are being manufactured in concrete plants. Samples in the shape of a cylinder with the diameter of 29,5 cm and 10 cm thick are prepared for underwater abrasion test. The samples are cured in water for at least 90 days. After the underwater abrasion test we further tested some of the samples with wedge splitting test (WST) method (9 – 12) as it is evident in Figure 3.

Figure 3. After underwater abrasion test the sample is prepared for testing using wedge splitting

test method.

35

Concentration of stress and deformation was initiated with a notch 81,5 mm deep which is 0,36 height of the crosscut. During the test we measured load and crack mouth opening displacement (CMOD). The samples were fed with constant speed of piston draw which was totaling 0.05 mm/s. CMOD was measured with placement of transducers at the point of splitting load on both sides of the sample.

We removed cubes, with a surface plane of 50 cm2 from cylindrical specimens, for further testing of abrasive resistance using Böhmes test method. This method is adopted in German National Standard DIN 52108.

In production of concrete panels, quality control requires regular random removal of cubes from samples, with an edge of 15 cm for testing of compressive strength after 28 day of curing. Combining with the results from underwater abrasion we assumed results from compressive strength of cubes which were taken as samples the same day for underwater abrasion test.

3. RESULTS AND DISCUSION

The results from underwater abrasion measurement are shown in Figure 4 where it shows dependence of average depth of abrasion (ADAt) from the time of the experiment which last up to 72 hours. Measurements are performed in 12 hour intervals.

The smallest ADAt were ascertained at SPFRC. In concrete without fibers (concrete for panels of head-race tunnels) wide scattered results are evident. Some of the results from these concrete were similar to SPFRC results. But, if we compare results from concrete without fibers, which was exposed to underwater abrasion for 72 hours (Figure 5a) with the SPFRC surface after the underwater abrasion (Figure 5b) it is determined, that on certain surface sections of concrete without fibers, larger abrasion gaps are evident with complaisance to surface with SPFRC which show more uniform abrasion over the entire exposed surface.

0

1

2

3

4

0 12 24 36 48 60 72time of test (h)

ADA

t (m

m)

SPFRC

concrete without fibres

Figure 4. Interdependence of average depth of abrasion (ADAt) in concrete without fibers and in

SPFRC and the time (length) of the experiment.

36

(a) (b)

Figure 5. Cylindrical specimens after the test of underwater abrasion with 72 hour exposure: (a) concrete without fibers and (b) SPFRC.

From this it is evident, that the damaging effects of abrasive water borne particles which are carried by rotating water is more proportionate over the entire surface, thus proving the effect of fibers.

With intent to determine which properties of concrete could influence the results of underwater abrasion (shown in Figure 4) we initially compared them to the results from compressive strength test. Data obtained from all concrete specimens in compressive strength test places all of them in approximate range of 50 to 70MPa. Comparison of results from average depth of abrasion after 72 hour exposure, and accompanying results of compressive strength (Figure 6) it is evident that there is no correlation between these two parameters. Almost identical ADAt were formed, with no regards to the amount of compressive strength of concrete. We can attribute the cause for this bad correlation to relatively small spread of results from both parameters.

0

20

40

60

80

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

ADAt (mm)

com

pres

sive

stre

ngth

(MP

a)

Figure 6. Comparison of results from all concrete specimens between average depth of abrasion

(ADAt) after 72 hour and compressive strength.

37

Bad correlation and cause for this is found, when we compare results and cause of underwater abrasion after the test with results from Böhmes concrete abrasion resistance method (Figure 7).

0

4

8

12

16

20

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0ADAt (mm)

loos

of m

ass

(Boh

me)

(cm

3 /50c

m2 )

Figure 7. Comparison of results between average depth of abrasion (ADAt) after 72 hours and loss

of mass using Böhmes method.

Making the assumption that the concrete will offer greater abrasion resistance against water borne particles when its ability to absorb energy will be greater, we tried to determine the amount of absorbed energy in subject concrete. For this test, we used the cylindrical specimens which were already tested using underwater abrasion (Figure 3). We used the WST method. In this experiment we obtain the load – CMOD curve from which absorbed energy of concrete specimen under external load is calculated. In Figure 8 we present the load – CMOD curves for individual concrete specimens.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0CMOD (mm)

load

(kN

)

concrete without fibres

SPFRC

Figure 8. Load – CMOD curves of concrete without fibers and SPFRC determined using WST

method on cylindrical specimens after the test of underwater abrasion.

38

Load – CMOD curves presented in Figure 8 show obvious difference between concrete without fibers and SPFRC. Absorbed energy, presented with the area beneath the curve, is greater in SPFRC in comparison to concrete without fibers. After the maximum load has been obtained it declines quickly in further testing of concrete without fibers. In contrast, SPFRC’s decline is more moderate and it extends to a greater width of the crack. If we calculate absorbed energy of these concrete up to crack width of 0,4 mm and compare it to results of ADAt after 72 hours, we achieve relatively good correlation (Figure 9).

0,00,20,40,60,81,01,21,41,6

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

ADAt (mm)

W0,

4 (N

m)

Figure 9. Comparison of results between average depth of abrasion (ADAt) of all concrete after 72 hours, and results of absorbed energy up to crack width of 0,4 mm from the load – CMOD curves

using the WST method.

It is evident, that the underwater abrasion resistance decreases, if there is a reduction in absorbed energy of concrete. This correlation also exists in results between concrete without fibers when we dismiss the results from SPFRC. Diversity of results in ADAt of concrete without fibers, can be attributed to reduction of energy absorption, which is likely to occur in concrete with same mix proportion because of variation in structure of concrete, especially because of diversified distribution of grain aggregate. We need to emphasize that the distinction is minimal and in practice easily ignored. For more conclusive judgement of this occurrence it would be necessary to expand the specter of concrete, which are more diverse in regards to their ingredients and properties.

4. CONCLUSION

With the data compiled from tests of quality control of concrete without fibers and PFRC, which are used in preparation of panels for head-race and tailrace tunnels proves, that their underwater abrasion resistance is greater when their ability to absorb external load energy is greater. This statement is based on the results from concrete which do not greatly differ in regards to compressive strength which represents one of the major parameters on abrasion resistance of concrete. With this in mind, it would be prudent to continue the investigation of this phenomenon in concrete, which are more diverse in their ingredients and properties.

39

5. REFERENCES

[1] Alexander, M.G. Towards standard tests for abrasion resistance of concrete. Report on limited number of tests studied, with a critical evaluation (Prepared for submission to RILEM CPC-14 Concrete Permanant Committee, Juny 1984), Materiaux et Constructions, Vol. 1¸ - No 106, str.29· - 30.

[2] ACI Manual of Concrete Practic, Part 3, Recommended practice for concrete floor and slab construction. ACI 302-69. American Concrete Institute. 1980.

[3] CEB Information Bulletin No. 148. Durability of concrete structures. State - of - the -Art Report. 1982.

[4] Liu, T.C. Maintenance and Preservation of Concrete Structures: Report 3, Abrasion - Erosion Reseistance of Concrete. Technical Report No. C-78-4. U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station. Vicksburg. julij 1980. 129 str.

[5] Liu, T.C. Abrasion Resistance of Concrete. ACI Journal, sept. - okt. 1981. str. 341 - 350. [6] Liu,T.C, in McDonald, J.E. Abrasion-Erosion Resiotance of Fiber-Reinforced Concrete.

Cem. Con. and Aggr., 2 (3), 1981. str. 93 – 100. [7] Šušteršič J. Resistance of over 1-year-old SFRC exposed to long-term erosion-abrasion

loading. Fiber Reinforced Cement and Concrete, Proceedings of the fourth RILEM International Symposium. Sheffield, 1992. Ed. R.N. Swammy. E&FN SPON. London. str 860 – 871.

[8] Šušteršič J., Mali E., Urbančič S. Erosion-abrasion resistance of steel fiber reinforced concrete. Durability of concrete: second international conference. Montreal, 1991. Ed. V.M. Malhotra. ACI SP-126. str 729 – 743.

[9] Tschegg, E.K. ‘AT-390328: Prüfeinrichtung zur Ermittlung von bruchmechanischen Kenwerten sowie hiefür geeignete Prüfkörper’ (1986).

[10] Linsbauer H., Tschegg, E.K. ‘Die Bestimmung der Bruchenegie an Würfelproben’; Zement und Beton, 31 (1986) 1, pp. 38 - 40.

[11] Tschegg, E.K. ‘Patent application No. 48/1990. Lasteinleitungsvorrichtung’ (1990). [12] Tschegg, E.K. ‘New Equipments for Fracture Tests on Concrete’; Materialprüfung 33

(1991) 11 - 12, München, 1991, pp. 338 - 342.

40

41

Tijana Vojnović Ćalić1 Dragica Jevtić2 UDK: 666.971.4-135

ČVRSTOĆA PRI PRITISKU MIKROARMIRANIH CEMENTNIH MALTERA I FUNCIONALNA ZAVISNOST U ODNOSU NA SVOJSTVA ISPITANA

METODAMA BEZ RAZARANJA

Rezime: Predmetno istraživanje razmatra funkcionalne zavisnosti čvrstoća pri pritisku mikro-armiranih cementnih maltera u odnosu na svojstva ispitana različitim nedestruktivnim metodama. Malteri su ojačani sintetičkim vlaknima i spravljeni sa konstantnom količinom polimernog lateksa i superplastifikatora. Istraživanje je uključilo primenu lakih agregata, kao delimične ili potpune zamene prirodnog agregata - rečnog peska. U vidu lakog agregata korišćene su reciklirana drob-ljena opeka i ekspandirana glina. U radu su prikazani rezultati sopstvenih eksperimentalnih istra-živanja čvrstoća pri pritisku, kojima su prethodila ispitivanja očvrslih uzoraka maltera metodom ultrazvuka i metodom rezonantne frekvencije. Na osnovu rezultata dobijenih nakon 28 dana, sprovedena je analiza funkcionalnih zavisnosti čvrstoće pri pritisku u odnosu na brzinu ultrazvuka i dinamički modul elastičnosti, kao i u odnosu na zapreminsku masu tretiranih serija uzoraka. Kao rezultat istraživanja utvrđene su zadovoljavajuće korelacije između pomenutih svojstava.

Ključne reči: mikroarmirani cementni malter, funkcionalna zavisnost, čvrstoća pri pritisku, brzina ultrazvuka, dinamički modul elastičnosti

COMPRESSIVE STRENGTH OF FIBER REINFORCED MORTARS AND ITS FUNCTIONAL DEPENDENCE ON PROPERTIES EXAMINED USING

NONDESTRUCTIVE METHODS

Summary: The research considers functional dependence of compressive strength of fiber reinforced cement mortars on properties examined using different nondestructive methods. The mortars were reinforced using synthetic fibers and improved with a constant dosage of polymer latex and superplasticizer. The study also included the use of lightweight aggregates as partial or complete replacement of natural aggregate - river sand. Recycled crushed brick and expanded clay were used. The paper presents the results of experimental research of compressive strength, which was preceded by ultrasound and resonant frequency examination of hardened mortar samples. Based on the results obtained after 28 days, the analysis of the functional dependence of compressive strength on ultrasound velocity and dynamic modulus of elasticity, as well as on the density of the treated series of samples were carried out. The results show satisfactory correlations between the aforementioned properties.

Keywords: fiber reinforced cement mortar, functional dependence, compressive strength, ultrasound velocity, dynamic modulus of elasticity

1 Dr, Arhitektonski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73, 11000

Beograd, [email protected] 2 Prof.dr, Građevinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73, 11000

Beograd, [email protected]

DIMK




42

1. UVOD

Predmet ovog istraživanja su mikroarmirani cementni malteri sa klasičnim agregatom od rečnog peska ili lakim agregatom u vidu drobljene opeke i ekspandirane gline. Kao najznačajnije mehaničko svojstvo, utvrđene su čvrstoće pri pritisku ovih kompozita. Zatim su ispitane i funkcionalne zavisnosti čvrstoća u odnosu na svojstva prethodno ispitana različitim nedestruktivnim metodama – brzinu ultrazvuka i dinamički modul elastičnosti, kao i u odnosu na zapreminsku masu tretiranih maltera.

Mikroarmirani cementni kompoziti se odlikuju matricom koja je ojačana ravnomerno i nasumično raspoređenim vlaknima. Uvođenje sintetičkih vlakana u relativno malim količinama od oko 0,1% od ukupne zapremine, kao u slučaju ovog istraživanja, prvenstveno daje doprinos u oblasti smanjenja štetnih efekata skupljanja i kontrole propagacija prslina. Uticaj male količine (0,1-0,5% ukupne zapremine) polipropilenskih mikro vlakana na zapreminske mase kompozita u svežem i očvrslom stanju je praktično zanemarljiv [11,24]. Promene vrednosti čvrstoća pri pritisku i modula elastičnosti mikroarmiranih kompozita mogu biti slabo izražene. S druge strane, rezultati eksperimentalnih ispitivanja ukazuju da se uvođenjem monofilamentnih polipropilenskih vlakana u količini od oko 0,1% ukupne zapremine može u značajnoj meri uticati na mehanička svojstva maltera. Nakon 90 dana, učešće vlakana dužine 6 i 12 mm od 0,6-0,9 kg/m3 je uticalo na porast čvrstoće pri pritisku od oko 8% u odnosu na etalon bez vlakana [10].

Najveća prednost lakoagregatnih cementnih kompozita se ogleda u nižim vrednostima zapreminske mase. Zapreminska masa kompozita sa agregatom od drobljene opeke je niža od onih sa prirodnim agregatom i iznosi od 1780 kg/m3 do 2100 kg/m3, u zavisnosti od zapreminske mase i učešća lakog agregata [6,16]. U opštem slučaju, primećeno je da čvrstoća pri pritisku betona s drobljenom opekom opada sa uvećanjem procenta udela drobljene opeke. Uočeno je da učešće drobljene opeke do 20% od ukupne mase agregata, kao i zapreminska zamena krupnog agregata od 15%, ne utiče na pad čvrstoća pri pritisku [2,4]. S druge strane, dokazan je pad vrednosti ovog svojstva od 35%, 30% i 40%, pri potpunoj zameni krupnog, sitnog, odnosno krupnog i sitnog agregata drobljenom opekom, respektivno [6]. Na osnovu podataka iz literature, modul elastičnosti betona sa drobljenom opekom iznosi između polovine i dve trećine modula elastičnosti klasičnog betona iste čvrstoće [8]. Istraživanja pokazuju da modul elastičnosti prati pad čvrstoća pri pritisku sa uvećanjem procenta zamene prirodnog agregata. Primećen je pad vrednosti modula elastičnosti od 30%, 40% и 50% sa zamenom krupnog, sitnog i obe frakcije agregata, respektivno [6].

Zapreminska masa betona sa agregatom od ekspandirane gline je niža od klasičnih zahvaljujući zapreminskoj masi zrna koja se kreće u rasponu od 500-1500 kg/m3 [22]. Čvrstoća pri pritisku ovih betona je takođe niža od klasičnih, prvenstveno zahvaljujući nižoj zapreminskoj masi kompozita [5]. Istraživanja su potvrdila da vrednosti čvrstoća pri pritisku opadaju sa povećanjem učešća agregata od ekspandirane gline za 22-54%. Modul elastičnosti ovih kompozita u opštem slučaju raste sa porastom vrednosti čvrstoća i zapreminske mase, odnosno opada sa učešćem lakog agregata [1,12,15].

Predmetne mešavine su takođe modifikovane polimernim lateksom i spravljene uz dodatak superplastifikatora. Ovi aditivi omogućavaju da se pri nižim vrednostima vodocementnog faktora dobiju konzistencije zadovoljavajuće tehnologičnosti – unapređuju fluidnost cementne paste, odnosno ugradljivost i obradljivost smeša.

43

Omogućavaju smanjenje učešća vode i time unapređenje fizičko-mehaničkih svojstava očvrslog kompozita.

2. MATERIJALI I METODE

2.1. Komponentni materijali

U svrhu eksperimentalnih ispitivanja mikroarmiranih maltera korišćen je portland-kompozitni cement na bazi cementnog klinkera sa dodatkom granulisane zgure i krečnjaka oznake PC 20M (S-L) 42.5R (CEM II/A-M (S-L) 42.5R) proizvođača Lafarge iz Beočina, koji se odlikuje visokim ranim i krajnjim čvrstoćama. Kao agregat je upotrebljen rečni pesak frakcije 0/2 i 0/4 mm, drobljena opeka frakcije 2/4 mm kojom je u vreme izvođenja eksperimentalnih istraživanja raspolagala laboratorija Instituta za materijale i konstrukcije Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu [23], kao i ekspandirana glina HD 1-4 RK frakcije 1/4 mm i pesak od drobljenog zrna ekspandirane gline NW 0-2 KK frakcije 0/2 mm proizvođača Liapor iz Feringa, Austrija (Slika 1).

Za potrebe mikroarmiranja korišćena su dva tipa mikro vlakana dužine 6 mm: polipropilenska vlakna niskog modula elastičnosti – Sika Fibers proizvođača Sika, i polivinil-alkoholna vlakna višeg modula elastičnosti – Kuralon RMS702 japanskog proizvođača Kuraray (Tabela 1, Slika1).

Svojstva vlakana Sika Fibers Kuralon RMS702

Materijal polipropilen polivinil-alkohol

Tip vlakna monofilamentna monofilamentna

Oblik poprečnog preseka kružni bubrežasti

Prečnik d (mm) 0,040 0,026

Dužina l (mm) 6 6

Faktor oblika l/d 150 230

Specifična masa γs (g/cm³) 0,91 1,30

Čvrstoća pri zatezanju fz (MPa) 360 1600

Modul elastičnosti E (GPa) 2,5 37,0

Izduženje pri lomu δ (%) 22 6

Preporučeno doziranje (kg/m³) 0,6-0,9 1,3-19,5

Otpornost u alkalnoj sredini otporna otporna

Tabela 1. Tehnički podaci korišćenih polipropilenskih i polivinil-alkoholnih vlakana [13,17]

U svrhu redukcije količine vode i bolje ugradljivosti svežeg maltera, primenjen je superplastifikator na bazi polikarboksilatnih polimera Sika Viscocrete Techno 20 proizvođača Sika. Predmetni malteri su takođe modifikovani tečnim polimernim lateksom Sika Latex istog proizvođača. Ovaj dodatak u istom smislu (u funkciji

44

plastifikatora) utiče na konzistenciju (plastičnost) i ugradljivost malterskih smeša. Vodeni rastvor lateksa je pripremljen sa zapreminskim udelom lateksa od 5%. Za spravljanje svih malterskih mešavina u okviru ovog eksperimentalnog istraživanja, korišćena je voda iz gradskog vodovoda.

Slika 1. Komponentni materijali: a) polipropilenska vlakna; b) polivinil-alkoholna vlakna; c)

drobljena opeka 2/4 mm; d) ekspandirana glina 1/4 mm

2.2. Primenjene metode

Celokupni eksperimentalni rad u okviru ovog istraživanja je obavljen u okviru Laboratorije za materijale Instituta za materijale i konstrukcije Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu. Malterske mešavine su spravljene mašinskim putem prema standardnom postupku, s produženim vremenom mešanja do ravnomernog dispergovanja vlakana. Ugrađene su u kalupe dimenzija 4x4x16 cm uz postupak vibriranja. Prizmatične epruvete su 7 dana negovane pod vlažnom sargijom, a potom 21 dan na vazduhu na sobnoj temperaturi.

Ispitivanje brzine prostiranja ultrazvuka je vršeno nakon 28 dana u svemu prema SRPS U.M1.042 [21] uz pomoć ultrazvučnog uređaja. Dinamički modul elastičnosti je ispitivan na istim uzorcima u saglasnosti sa standardom SRPS U.M1.026 [20] uz pomoć uređaja za određivanje rezonantne frekvencije. Ispitivanje čvrstoća pri pritisku je vršeno uz pomoć standardne laboratorijske prese, na delovima prizmi – polutkama, dobijenim prilikom ispitivanja čvrstoća pri savijanju prema SRPS EN 1015-11 [18]. Konačne vrednosti prikazane u radu predstavljaju srednje vrednosti (aritmetičku sredinu) merenja na tri opitna tela.

45

3. SPROVEDENA EKSPERIMENTALNA ISPITIVANJA

3.1. Sastav malterskih mešavina

U okviru eksperimentalnih ispitivanja spravljeno je sedam serija maltera, čiji se sastav razlikuje po vrsti i količini izabranih agregata i vlakana (Tabela 2).

Komponenta (g) E E1 E2 M1 M2 M3 M4

CEM II 42,5R(S-L) 450 450 450 450 450 450 450

Rečni pesak 0/2 810 810

Rečni pesak 0/4 1350 1350 1350

Drobljena opeka 2/4 270 270

Ekspandirana glina 0/2 405 405

Ekspandirana glina 1/4 270 270

PP vlakna 0,9 0,9 0,9

PVA vlakna 1,5 1,5 1,5

Superplastifikator 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6

Lateks 9 9 9 9 9 9

Voda 225 180 180 193 203 235 245

Tabela 2. Sastav projektovanih malterskih smeša za spravljanje jedne serije uzoraka

Etalonska mešavina E predstavlja klasičnu maltersku mešavinu u masenoj razmeri cementa, agregata i vode mc:ma:mv=1:3:0,5. Etalonske mešavine E1 i E2 su unapređene preporučenom količinom polipropilenskih (0,9 kg/m³; ~0,1% ukupne zapremine) i polivinil-alkoholnih (1,5 kg/m³; ~0,1% ukupne zapremine) vlakana, respektivno, uz dodatak superplastifikatora i lateksa. U odnosu na prethodnu recepturu, kod mešavina M1 i M2, frakcija 2/4 rečnog peska je zamenjena lakim agregatom od drobljene opeke. Mešavine M3 i M4 su spravljene od lakog agregata u dve frakcije – ekspandirane gline frakcije 1/4 mm i lakog peska frakcije 0/2 mm. Količine cementa (450 kg/m³), lateksa (9 kg/m³) i superplastifikatora (3,6 kg/m³) su konstantne. Količina vode je dozirana zasebno za svaku seriju u svrhu postizanja krute konzistencije sveže malterske mešavine (rasprostiranje manje od 140 mm prema SRPS EN 1015-6 [19]).

3.2. Zapreminska masa očvrslog maltera

U okviru istraživanja ispitivana je zapreminska masa sedam serija očvrslog maltera nakon 28 dana (Tabela 3). Na osnovu rezultata ispitivanja može se primetiti da se po nižim vrednostima izdvajaju serije M3 i M4 sa agregatom od ekspandirane gline [9].

46

Svojstvo E E1 E2 M1 M2 M3 M4

Zapreminska masa γm (kg/m³)

2138 2067 2156 2059 2065 1555 1606

Tabela 3. Rezultati ispitivanja zapreminske mase očvrslog maltera nakon 28 dana

3.3. Čvrstoća pri pritisku

U okviru istraživanja takođe su ispitane čvrstoće pri pritisku sedam tretiranih serija maltera nakon 28 dana (Slika 2, Tabela 4). Na osnovu rezultata ispitivanja može se zaključiti da su postignute visoke čvrstoće kompozita i primetiti u određenij meri niže vrednosti kod serija M3 i M4 sa agregatom od ekspandirane gline [9].

a b

Slika 2. Površina loma uzorka: a) serije М1 sa rečnim peskom i drobljenom opekom; b) serije М3 sa ekspandiranom glinom


Čvrstoća pri pritisku fp (MPa)

61 63,8 73 67,4 66,5 53,4 59,2

Tabela 4. Rezultati ispitivanja čvrstoće pri pritisku nakon 28 dana

3.4. Brzina prostiranja ultrazvuka

Ispitivanja brzine ultrazvuka su vršena na sedam serija uzoraka nakon 28 dana (Tabela 5). Na osnovu rezultata ispitivanja može se primetiti da serije maltera M3 i M4,sa agregatom od ekspandirane gline beleže značajnji pad vrednosti u odnosu na ostale serije. Brzina prolaska ultrazvuka od 3,5-4,5 km/s karakteriše kvalitet koji se označava kao „dobar“ [3].


Brzina prostiranja ultrazvuka V (km/s)

4,20 4,21 4,37 4,12 4,15 3,71 3,70

Tabela 5. Rezultati ispitivanja brzine prostiranja ultrazvuka nakon 28 dana

47

3.5. Dinamički modul elastičnosti

Ispitivanja dinamičkog modula elastičnosti su sprovedena na sedam serija maltera nakon 28 dana. Izračunavanje dinamičkog modula elastičnosti za longitudinalne titraje prizmatičnih epruveta je vršeno uz pomoć sledećeg izraza:

622 104 −⋅⋅⋅⋅= γlfED

gde je: ED – dinamički modul elastičnosti (MPa), f – rezonantna frekvencija longitudinalnog titraja epruvete (Hz), l – dužina epruvete (m) γ – zapreminska masa epruvete (kg/m³).

Na osnovu rezultata ispitivanja (Tabela 6) može se uočiti da serije M3 i M4 sa

agregatom od ekspandirane gline beleže značajniji pad vrednosti u odnosu na ostale serije. Zahvaljujući nižim vrednostima modula elastičnosti agregata, lakoagregatni kompoziti imaju značajno manji modul elastičnosti u odnosu na kompozite sa prirodnim agregatom [14].


Dinamički modul elastičnosti ED (GPa)

33,8 32,7 36,2 30,2 28,3 17,8 18,7

Tabela 6. Rezultati ispitivanja dinamičkog modula elastičnosti nakon 28 dana

4. ZAVISNOST ČVRSTOĆE PRI PRITISKU U ODNOSU NA DRUGA ISPITIVANA SVOJSTVA

Funkcionalne zavisnosti posmatranih svojstava je moguće proceniti na osnovu koeficijenta determinacije R2. Koeficijent determinacije R2 (ili r2) određuje koeficijent korelacije r linearne zavisnosti prema Pirsonu (Pearson) koji se tumači na sledeći način: veoma slaba korelacija (0,00-0,19), slaba korelacija (0,20-0,39), umerena korelacija (0,40-0,59), jaka korelacija (0,60-0,79) i veoma jaka korelacija (0,80-1,00) [7].

Na slici 3 prikazana je funkcionalna zavisnost vrednosti čvrstoće pri pritisku i zapreminske mase šest mikroarmiranih serija maltera (bez etalona E) nakon 28 dana. Može se primetiti veoma jaka korelacija ispitivanih svojstava (R2=0,842; r= 0,918).

48

Slika 3. Zavisnost čvrstoće pri pritisku i zapreminske mase nakon 28 dana

Na slici 4 je prikazana funkcionalna zavisnost vrednosti čvrstoće pri pritisku i brzine ultrazvuka šest mikroarmiranih serija maltera nakon 28 dana. Takođe se može opaziti veoma jaka korelacija ispitivanih svojstava (R2=0,832; r= 0,912).

Slika 4. Zavisnost čvrstoće pri pritisku i brzine ultrazvuka nakon 28 dana

Na slici 5 je prikazana funkcionalna zavisnost vrednosti čvrstoće pri pritisku i dinamičkog modula elastičnosti šest mikroarmiranih serija maltera nakon 28 dana. I u ovom slučaju se može se primetiti veoma jaka korelacija ispitivanih svojstva (R2=0,824; r= 0,908).

49

Slika 5. Zavisnost čvrstoće pri pritisku i dinamičkog modula elastičnosti nakon 28 dana

5. ZAKLJUČAK

U okviru ovog istraživanja su vršena ispitivanja na sedam serija maltera, od kojih je šest serija spravljeno sa dodatkom mikroarmature u vidu polipropilenskih ili polivinil-alkoholnih vlakana. Na osnovu prikazanih rezultata istraživanja prvenstveno se može zaključiti da se, u skladu sa zapažanjima iz literature, serije M3 i M4, kod kojih je izvršena potpuna zamena prirodnog agregata u vidu rečnog peska agregatom od ekspandirane gline, izdvajaju po nižim vrednostima svih ispitivanih svojstava: zapreminskoj masi u očvrslom stanju, čvrstoći pri pritisku, brzini ultrazvuka i dinamičkom modulu elastičnosti.

Daljom analizom funkcionalnih zavisnosti čvrstoća pri pritisku u odnosu na svojstva ispitivana metodama bez razaranja se može uočiti veoma jaka korelacija. Takođe se može primetiti da vrednosti brzine ultrazvuka u neznatnoj meri vernije prate kretanja čvrstoća pri pritisku od vrednosti dinamičkog modula elastičnosti.

ZAHVALNOST

U radu je prikazan deo istraživanja koje je pomoglo Ministarstvo prosvete, nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije u okviru tehnološkog projekta TR 36017.

6. LITERATURA

[1] Bastos А. М., Sousa Н., Melo A. F.: Methodology for the design of lightweight concrete with expanded clay aggregates, TMS Journal, 2005, December, pp. 73-84.

[2] Bektas F., Wang K., Ceylan H.: Effects of crushed brick aggregate on mortar durability, Construction and Building Materials, 2009, Vol. 23, pp.1909-1914.

[3] Bjegović D., Serdar I. M., Kožoman E.: Utjecaj oplata kontrolirane propusnosti na mehanička i trajnosna svojstva zaštitnog sloja betona, e-GFOS, 2012, Vol. 3(4), pp. 62-73.

50

[4] Cachim P. B.: Mechanical properties of brick aggregate concrete, Construction and Building Materials, 2009, Vol. 23, pp. 1292-1297.

[5] Chandra S., Berntsson L.: Lightweight aggregate concrete: Science, technology, and applications, New York: Noyes Publications, 2002.

[6] Debieb F., Kenai S.: The use of coarse and fine crushed bricks as aggregate in concrete, Construction and Building Materials, 2008, Vol. 22, pp. 886–893.

[7] Evans, J. D.: Straitforward statistics for the behavioral sciences, Pacific Grove, CA: Brooks/Cole Publishing, 1996.

[8] Hansen T. C.: Recycling of Demolished Concrete and Masonry, RILEM Rep. 6, London: E&FN Spon, 1992.

[9] Jevtić D., Vojnović Ćalić T.: Fizičko-mehanička svojstva mikroarmiranih maltera sa agregatom u vidu drobljene opeke i ekspandirane gline, Z. Grdić (Ed.), Građevinski materijali u savremenom građevinarstvu, Beograd: Društvo za ispitivanje i istraživanje materijala i konstrukcija Srbije, 2014, str. 237-246.

[10] Jevtić D., Zakić D.: Uticaj vrste i količine polipropilenskih vlakana na mehanička svojstva kompozita tipa maltera i betona, Metalurgija, 2002, br. 8/1, str. 39-50.

[11] Jevtić D., Zakić D.: Mikroarmirani malteri i betoni – mogućnost poboljšanja fizičko-mehaničkih svojstava, Materijali i konstrukcije, 2006, br. 49/3-4, str. 35-44.

[12] Ke Y., Beaucour A. L., Ortola S., Dumontet H., Cabrillac R.: Influence of volume fraction and characteristics of lightweight aggregates on the mechanical properties of concrete, Construction and Building Materials, 2009, Vol. 23, pp. 2821–2828.

[13] Kuraray: Kuralon, tehnički list. [14] Lukić I., Radonjanin V., Malešev M.: Osnovna svojstva konstrukcijskih lakoagregatnih

betona na bazi otpadnih i recikliranih materijala, D. Jevtić (Ed.), Građevinski materijali u savremenom graditeljstvu, Beograd: Društvo za ispitivanje i istraživanje materijala i konstrukcija Srbije, 2015, str. 171-182.

[15] Morаviа W. G., Gumiеri A. G., Vasconcelos W. L.: Efficiency factor and modulus of elasticity of lightweight concrete with expanded clay aggregate, IBRACON Structures and Materials Journal, 2010, Vol. 3(2), pp. 195-204.

[16] Pakvor A., Kasaš K., Kekanović M.: Betoni na bazi keramičkog loma i reciklirane opeke, Specijalni betoni i malteri, Beograd: Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Institut za materijale i konstrukcije, 1999, pp. 65-78.

[17] Sika: Sika Fibers, tehnički list. [18] SRPS EN 1015-11 Metode ispitivanja maltera za zidanje - Deo 11: Određivanje čvrstoće

pri savijanju i čvrstoće pri pritisku očvrslog maltera, 2008. [19] SRPS EN 1015-6 Metode ispitivanja maltera za zidanje – Deo 6: Određivanje zapreminske

mase svežeg maltera, 2008. [20] SRPS U.M1.026 Beton. Određivanje dinamičkog modula elastičnoti i Poasonovog

koeficijenta. Institut za standardizaciju Srbije, 1993. [21] SRPS U.M1.042 Beton. Određivanje brzine ultrazvuka i izrada kalibracione krive. Institut

za standardizaciju Srbije, 1998. [22] Stojiljković I., i Denisenko I.: Keramzit betoni, M. Muravljov (Ed.), Specijalni betoni i

malteri: Svojstva, tehnologija, primena, Beograd: Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, 1999, str. 47-64.

[23] Vojnović Ćalić T., Jevtić D., Krstić-Furundžić A.: An example of using recycled crushed clay brick aggregate: A prefabricated composite façade panel with the face of stone, E. Vaništa Lazarević, M. Vukmirović, A. Krstić-Furundžić, A. Đukić (Ed.), 3th international academic conference on places and technologies, Belgrade: University of Belgrade, Faculty of Architecture, 2016, pp. 149-156.

[24] Zakić D.: Istraživanje parametara duktilnosti i udarne otpornosti sitnozrnih betona mikroarmiranih sintetičkim vlaknima, Doktorska disertacija, Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, 2010.

51

Anja Terzić1 Nevenka Mijatović2

Ljiljana Miličić3 Zagorka Radojević4 UDK: 691.322:662.613.13

ŠLJAKA IZ PROCESA SAGOREVANJA UGLJA KAO SEKUNDARNA SIROVINA ZA PRIMENU U GRAĐEVINSKIM KOMPOZITIMA

Rezime: Šljaka je nusproizvod koji predstavlja 10% ukupne količine materijala nastalog u procesu sagorevanja uglja u postrojenjima za proizvodnju električne energije. Veoma mali deo količine šljake je našao svoju primenu, ostatak se odlaže na deponije. Istraživanja u okviru ovog rada predstavljaju ulazak u novu oblast ispitivanja mogućnosti primene i plasmana šljake. U tom smislu je sprovedeno sagledavanje karakteristika i kvaliteta dva tipa šljake (hemijska analiza, sadržaj teških metala i mikro elemenata u eluatu; mineraloška i fizičko-mehanička ispitivanja), kao i ispitivanje mogućnosti primene šljake u različitim građevinskim kompozitnim materijalima. Cilj istraživanja je stvaranje programskih uslova za upravljanje šljakom i svođenje njenog uticaja na životnu sredinu i zdravlje ljudi u granice prihvatljivosti.

Ključne reči: ugalj, pepeo, građevinski materijali, revalorizacija, eko materijali.

THE BOTTOM ASH FROM COAL COMBUSTION APPLICATION AS A SECONDARY RAW MATERIAL FOR CONSTRUCTION COMPOSITES

Abstract: The bottom ash is a byproduct which represents 10% of total ash production in coal combustion process in thermal plants. Relatively small percentage of bottom ash is utilized, while the majority of produced material is being land-filled. This research represents a step forward regarding assessment of the possibilities of bottom ash application and market launching. Two types of bottom ashes were investigated regarding their chemical composition, micro elements and toxic metals content in the ash and in the leachate, mineralogical composition and physic-mechanical characteristics. Also, a possibility of the bottom ash application in various construction composites was investigated. The goal of the investigation was to create systematic methods for bottom ash management in order to reduce its negative effect on the environment.

Key words: coal, ash, building materials, revalorisation, eco-friendly materials.

1 PhD, dipl. inž. građevine, [email protected] 2 MsSc, dipl.hemičar, [email protected] 3 MsSc, dipl.hemičar, [email protected] 4 PhD, dipl. inž. tehnologije, [email protected] Institut za ispitivanje materijala, Bulevar Vojvode Mišića 43, Begrad, Srbija

DIMK




52

1. UVOD

Šljaka iz termoenergetskih postrojenja predstavlja industrijski nusproizvod koji nastaje pri sagorevanju uglja. Ugalj je mineralna sirovina koju je moguće podeliti na sagorljivi i nesagoljivi deo. Sagorljivi deo čini čvrsta organska supstanca i volativi, a nesagorljivi deo čine vlaga i pepeo. Pored letećeg pepela koji je zastupljen sa oko 85 - 95% od ukupne količine pepela iz termoelektranama, šljaka je zastupljena sa oko 10% [1]. Godišnja proizvodnja letećeg pepela u Srbiji iznosi oko 6 miliona tona, a šljake 500 - 600 hiljada tona. Sa stanovišta hemije, pepeo je definisan kao čvrsti nesagorivi ostatak koji ostaje nakon žarenja uglja. U industrijskoj praksi pod pojmom pepeo podrazumeva se čvrsti nesagorivi ostatak koji se izdvaja pri sagorevanju uglja u kotlovima [2]. Razlikuje se više vrsta pepela:

1. šljaka (bottom ash), najkrupniji nesagorivi ostatak sagorevanja koji se izdvaja na dnu kotla,

2. kotlovski pepeo (boiler ash), krupnije klase koje se iz kotla izdvajaju zajedno sa dimnim gasovima, ali se na putu do elektrofiltera gravitacijski talože i izdvajaju ispod kanala dimnog gasa i ispod zagrejača vazduha, i

3. elektrofilterski ili leteći pepeo (fly ash), najsitnije klase koje se iz kotla izdvajaju sa dimnim gasovima, a izdvajanje iz struje dimnih gasova se vrši elektrostatičkom separacijom u elektrofilterima, ili u vrećastim filterima.

Jedan od problema koji prati proizvodnju električne energije iz uglja jeste problem tzv. „energetskog otpada“. Pod izrazom energetski otpad podrazumevaju se pepeo i šljaka koji nastaju kao nesagorivi i nesagoreli ostaci pri sagorevanju uglja i otpad (najčešće gips) koji se dobija odsumporavanjem dimnih gasova [3]. Količine energetskog otpada koje se, u svetu, godišnje izdvajaju prelaze količinu od milijardu tona. Pri tome, pepeo i šljaka se karakterišu kao inertni, opasni i neopasni otpad, dok se gips svrstava u neopasni otpad. Do sada je u Srbiji samo manji deo letećeg pepela (do 10%) kao i veoma mali deo količine šljake nalazio svoju primenu, dok se ostatak odlaže na deponije u blizini termoelektrana, a koje pokrivaju značajne površine obradivog zemljišta, što predstavlja veoma veliki tehnički, ekonomski i ekološki problem. Šljaka je u manjem obimu korišćena do sada u opekarskoj industriji i rekonstrukciji i izgradnji puteva nižeg reda, kao i u proizvodnji tzv. šljako-blokova. Međutim, u zemljama članicama EU se šljaka intenzivno i sve više koristi za kapsuliranje deponija. Ovaj pravac primene i plasmana je veoma interesantan obzirom da je razvejavanje sitnih čestica pepela sa deponija veoma izraženo i stvara značajne probleme po životnu sredinu i zdravlje ljudi [4, 5].

U ovom radu su izloženi rezultati ispitivanja dva tipa šljake (hemijska analiza, sadržaj teških metala i mikro elemenata u eluatu; mineraloška i fizičko-mehanička ispitivanja), kao i ispitivanje mogućnosti primene šljake u različitim građevinskim kompozitnim materijalima.

2. EKSPERIMENTALNE METODE

U radu su ispitivane dve vrste šljake – šljaka iz TE Nikola Tesla B (TENT B) i šljaka iz TE Kostolac B (TEKO B). Hemijska analiza je urađena pomoću X-ray fluorescentne spektrometrije na uređaju XRF spectrophotometer ED 2000 – Oxford. Mineraloška analiza je urađena pomoću X-ray difraktometra Philips PW 1050.

53

Standardima SRPS EN 450-1:2014 i SRPS.B.C1.018, propisani su kriterijumi kvaliteta pepela koji se upotrebljava u betonima i kao mineralni dodatak cementu. Standardi za šljaku ne postoje, pa su zato u ispitivanju upotrebljenji važeći standardi za suvi leteći pepeo. U skladu sa ovim standardima su urađena kompletna ispitivanja hemijskih, fizičkih i mehaničkih karakteristika šljake poreklom iz termoelektarna TE Nikola Tesla B (TENT B) i TE Kostolac B (TEKO B). Uzorci šljake su uzeti direktno iz silosa ispuštanjem veće količine šljake. Pored standarnih ispitivanja na svim uzorcima je urađen sadržaj teških metala.

3. REZULTATI I DISKUSIJA

U tabeli 1 uporedno su prikazane hemijske analize uzoraka šljake iz TENT B i TEKO B.

Ispitivani parameter, % TENT B TEKO B

SiO2 63,42 50,28 Al2O3 15,16 22,34 Fe2O3 12,34 12,10 CaO 3,33 8,94 MgO 1,32 1,94 SO3 0,36 0,29

S 0,00 0,00 Na2O 0,30 0,33 K2O 0,96 0,66

GŽ na 1000°C 2,90 3,13

Tabela 1. Hemijski sastav šljake iz silosa TENT B i TEKO B.

Sadržaj teških metala u uzorcima šljake iz TENT B i TEKO B rađen XRF metodom, prikazan je u tabeli 2 .

Ispitivani parameter, mg/kg TENT B TEKO B Pb 6,2 10,6 Cd 0,0 0,0 Zn 10,5 13,4 Cu 0,0 40,9 Ni 20,9 79,5 Cr 453,2 802,5 Hg 0,02 0,0 As 77,6 62,8 Ba 32,5 69,0 Sb 0,0 0,6 Se 0,4 0,2

Tabela 2. Sadržaj teških metala u šljaci iz silosa TENT B i TEKO B.

54

Sadržaj standardnih hemijskih sastojaka, datih u tabeli 1, ukazuju da su obe šljake

poreklom od liginta pa samim tim imaju i veću količinu aluminatnih jedinjenja u odnosu na pepeo/šljaku dobijen od npr. bitumeniziranog uglja. Prema uslovima propisanim standardom SRPS EN 450-1 za leteći pepeo, hemijski sastav ispitane šljake iz TENT B, kao i TEKO B zadovoljava propisane kriterijume: gubitak žarenjem je ispod 5% (što je kriterijum za kategoriju A pepela); sadržaj ukupnih oksida SiO2+Al2O3+Fe2O3 je preko 70%; sadržaj MgO je niži od 4%; sadržaj SO3 je niži od 3%; i ukupni sadržaj alkalija je niži od 5%. Sadržaj reaktivnog CaO takođe zadovoljava propisani kriterijum za pepeo, dok sadržaj reaktivnog SiO2 kod uzorka šljake iz TENT B ne zadovoljava, a kod uzorka iz TEKO B zadovoljava kriterijum propisan za pepeo.

U cilju ispitivanja eluata iz šljake uzorci su osušeni i bez dodatnog usitnjavanja podvrgnuti luženju. U skladu sa standardom SRPS EN 12457-2 pripremljeni su eluati svih uzoraka šljake: odnos tečnost/suva supstanca je bila 10l/kg, vreme mešanja je 24h, destilovana voda je korišćena kao eluent. Na kraju procesa luženja uzorci su filtrirani i izvršeno ispitivanje eluata na prisustvo teških metala. Ispitivanja su rađena metodom atomske apsorpcije plamenom tehnikom prema standardu navedenom u tabeli 3, gde su prikazane i vrednosti dobijenih rezulatata sadržaja teških metala u eluatu. Referentne vrednosti su date prema Pravilniku o kategorijama, ispitivanju i klasifikaciji otpada (Sl. glasnik RS 56/2010).

Parameter, mg/kg TENT B TEKO B Ref. vrednost

Olovo (Pb) <0,03 <0,03 100**(50°)(10n•)(0,5i)

Kadmijum (Cd) <0,003 <0,003 5**(5°)(1n)(0,04i)

Cink (Zn) <0,16 <0,16 1000**(200°)(50n)(4i)

Bakar (Cu) <0,60 <0,60 100**(100°)(50n)(2i)

Hrom,

ukupni (Cr) <0,03 <0,03 300**(70°)(10n)(0,5i)

Nikl (Ni) <0,03 <0,03 500**(40°)(10n)(0,4i)

Živa (Hg) <0,007 <0,007 0,5**(2°)(0,2n)(0,01i)

Arsen (As) 0,15 0,087 50**(25°)(2n)(0,5i)

Antimon (Sb) <0,09 <0,09 50**(5°)(0,7n)(0,06i)

Barijum (Ba) <3,00 <3,00 500**(300°)(100n)(20i)

Molibden (Mo) <0,03 <0,03 (30°)(10n)(0,5i)

Selen (Se) <0,06 <0,06 50**(7°)(0,5n)(0,1i)

Tabela 3. Vrednosti teških metala nađenih u eluatu šljake iz TENT B i TEKO B.

• n vrednosti koncentracija se odnose na odlaganje neopasnog i opasnog otpada na deponije neopasnog otpada; i vrednosti koncentracija se odnose na odlaganje otpada na deponije inertnog otpada; o vrednosti koncentracija se odnose na odlaganje otpada na deponije opasnog otpada; ** vrednosti koncentracija se odnose na H15 opasnu karakteristiku.

55

Rezultati ispitivanja sadržaja teških metala (tabele 2 i 3) ukazuju da su koncentracije u šljaci „u opsegu“ ili ispod zadatih granica u poređenju sa vrednostima EFA (European fly ash). Iako su teški metali prisutni kao relativno mala frakcija šljake, oni su često predmet istraživanja zbog tendencije akumulacije, dugog vremena života, kao i vrlo visoke toksičnosti na životnu sredinu. Takođe su vrlo često migrativni i mogu „procureti“ i zagaditi zemljište, površinske i podzemne vode.

Gama-spektrometrijsko ispitivanje je rađeno u skladu sa Prаvilnikom o kontroli roba pri uvozu, izvozu i tranzitu (Službeni glasnik R.Srbije. br. 44/11.) prema metodi IAEA TRS 295: 1989 Technical Report Series No.295, IAEA, Vienna. Korišćena je merna oprema gama-spektrometar model GC 2018-7500, Canberra i gama-spektrometar model 7229N-7500-1818, Canberra. U tabeli 4 uporedno su prikazani rezultati ispitivanja radioaktivnosti šljake iz TENT B i TEKO B.

Radionuklid % TENT B TEKO B 226Ra (Bq/kg) 100 ± 10 56 ± 9 232Th (Bq/kg) 60 ± 10 25 ± 10

40K (Bq/kg) 270 ± 50 150 ± 40 137Cs (Bq/kg) < 1 < 2

Enterijer 0,72 0,36 Eksterijer 0,5 0,25

Niskogradnja 0,3 0,15

Tabela 4. Rezultati ispitivanja radioaktivnosti šljake iz TENT B i TEKO B

Dobijeni rezultati za obe šljake se nalaze daleko ispod granica kontaminacije: (226Ra < 4000Bq/kg, 232Th < 3000Bq/kg, 40K < 50000Bq/kg) što znači da je šljaka bezbedna za upotrebu u niskogradnje i visokogradnje (enterijeru i eksterijeru).

Granulometrijski sastav uzoraka šljake je određen metodom suvog prosejavanja prema standardu SRPS B.C1.018. do veličine 90µm. Rezultati su predstavljeni kao procenat mase šljake koja prolazi kroz sito definisane veličine otvora. Rezultati granulometrijske analize uzoraka šljake TENT B i TEKO B prikazani su i grafički na slici 1.

0.1 1 10

0

20

40

60

80

100

Pro

laz

kroz

otv

or s

ita (%

)

Otvor na situ (mm)

TENT B

0.1 1 10

0

20

40

60

80

100 TEKO B

Pro

laz

kroz

otv

or s

ita (%

)

Otvor na situ (mm) Dijagram 1. Granulometrijska analiza uzorka šljake

56

Na osnovu granulometrijske analize utvrđeno je da su uzorci šljake znatno krupniji od elektrofilterskog pepela iz istih termoelektrana, što je bilo i očekivano. Veličina čestica u uzorcima šljake kretala se u opsegu od 0,09mm do 8,0mm. Većinski udeo frakcija zrna šljake TENT B je veličine do 1,0mm (80% svih zrna), a u slučaju šljake TEKO B raspodela je ravnomernija (40% zrna je ispod 1mm, a 60% iznad 1mm).

Mineraloškom analizom, u uzorku šljake iz TENT B detektovane su sledeće kristalne faze: SiO2 (kvarc) u količini 86,4 %; Fe2O3 (hematit) u količini 11,8%; i SiC (silicijum karbid/ moisanit-3C) u količini 1,8%. U uzorku šljake iz TEKO B detektovane su kristalne faze: NaAlSi3O8 (albit) u količini 71,6%; SiO2 (kvarc) u količini 13,5%; CaO (kreč) u količini 6,8%; SiO2 (kristobalit) u količini 6,7%; i MnO2 (manganit) u količini 1,3%. Procentualni sadržaj pojedinačnih kristalnih faza je izražen u odnosu na ukupnu kristalnu fazu prisutnu u analiziranom uzorku šljake. Kod uzorka šljake iz TEKO B, bazna linija je podignuta, što je posledica prisustva velike količine amorfne faze. Amorfna faza najverovatnije potiče iz degradirane glinovite faze što je karakteristično za silikatne pepele/šljake. Dodatna potvrda za to je i velika količina silikata (kristalne faze) prisutnih u uzorku.

Fizičko-mehanička ispitivanja šljake su rađena metodama propisanim standardom SRPS B.C1.018. U tabeli 5 uporedno su prikazani rezultati fizičko-mehaničkih ispitivanja samlevenih uzoraka šljake iz TENT B i TEKO B.

Ispitivano svojstvo TENT B TEKO B Finoća mliva (%), (*samleven uzorak) ostatak na situ 0,2mm ostatak na situ 0,09mm ostatak na situ 0,063mm ostatak na situ 0,043mm

0,0 1,0 3,0 9,0

0,0 0,0 3,2

11,5

Zapreminska masa (g/cm3) 2,24 2,42

Specifična površina (cm2/g) 4130 5110

Pucolanska aktivnost (MPa) -savijanje -pritisak

2,2 6,1

2,0 4,6

Tabela 5. Fizičko-mehanička svojstva šljake iz silosa TENT B i TEKO B

Zapreminska masa uzoraka šljake iz TENT B je 2,24g/cm3, a uzorka šljake iz TEKO B je 2,42g/cm3. Pucolanska aktivnost rađena na samlevenim uzorcima je pokazala relativno niske vrednosti 6,1MPa za šljaku iz TENT B, odnosno 4,6MPa za šljaku iz TEKO B. Pucolanska aktivnost ukazuje na mogućnost silicijum dioksida i aluminijum oksida sadržanih u šljaci da reaguju sa dostupnim kalcijumom i/ili magnezijumom iz hidratisanih proizvoda portland cementa, odnosno krečom.

4. PRIMENA ŠLJAKE

U cilju realizacije primene šljake iz silosa TENT B i TEKO B u različitim građevinskim kompozitnim materijalima (opekarski proizvodi, betonski prefabrikati, materijali sa primenom u putogradnji) obavljeno je opsežno ispitivanje karakteristika

57

konkretnih krajnjih proizvoda za realizaciju postavljenih ciljeva, kao i mogućnost optimizacije parametara (uslova) za upotrebu ovih materijala.

• Opekarski proizvodi Pripremljen je 21 kompozitni uzorak (mešavine opekarske gline i uzoraka šljake)

na kojima su obavljena ispitivanja karakteristika. Za maksimalan procenat zamene šljake usvojeno je 30%, zato što veći udeo dodatka šljake potencijalno utiče na pogoršanje svojstva opekarskih kompozita. Udeo zamene šljake bi mogao biti i iznad eksperimentalno projektovanog makisimuma od 30%, ali samo ako bi se primenile gline izuzetno visoke plastičnosti. Zaključno je sledeće:

- Šljaka uslovljava smanjenje skupljanja u sušenju, pa su sve ispitivane mešavine (sa 10, 20 i 30% šljake) pokazale manju osetljivost u sušenju od polazne opekarske gline. Na osnovu položaja kritične tačke na Bigo krivi, kompoziti u koje je dodata šljaka TENT B odnosno TEKO B se mogu razvrstati u kategoriju sirovina koje su „osetljive“ do „jako osetljive“ u sušenju zavisno od upotrebljene opekarske gline i procenta zamene šljake.

- Dodatak šljake iz TE generalno uslovljava smanjenje plastičnosti mešavina shodno Feferkornovoj metodi, ali sve mešavine spadaju u „dobro plastične“ do „visoko plastične“.

- Dodatak šljake iz TENT B i TEKO B opekarskim glinama je generalno uslovio manji pad mehaničkih karakteristika suvih i pečenih uzoraka. Pritisna čvrstoća suvih uzoraka oblika kocke od opekarske gline (tip A, B ili V) je bila u intervalu 15,1-21,0MPa. Pritisna čvrstoća suvih uzoraka od mešavina gline i šljake se kretala u intervalu 8,4 - 22,5MPa zavisno od tipa gline odnosno šljake, kao i udela šljake.

- Mehaničke karakteristike pečenih uzoraka su praćene preko pritisne čvrstoće punih uzoraka oblika kocke i uzoraka oblika bloka sa vertikalnim šupljinama. Kod svih ispitivanih uzoraka porast temperature pečenja uslovio je porast pritisne čvrstoće uzoraka.

- Pritisna čvrstoća pečenih uzoraka oblika kocke od opekarske gline (A, B ili V) je bila 42,39–81,17MPa, čvrstoća uzoraka oblika kocke od mešavina opekarske gline i šljake je bila u intervalu 19,80–71,76MPa. Pritisna čvrstoća uzoraka oblika šupljeg bloka sa vertikalnim šupljinama od opekarske gline je bila 20,66–27,62MPa, a čvrstoća uzoraka oblika šupljeg bloka sa vertikalnim šupljinama od mešavina opekarske gline i šljake je bila 9,13–24,29MPa.

- Poroznost pečenih uzoraka se povećavala za sve mešavine opekarske gline i šljake u odnosu na pečene uzorke od čiste gline. Poroznost kod svih ispitivanih uzoraka je opadala sa povećanjem temperature pečenja, što uslovljava smanjenje upijanja vode i povećanje zapreminske mase pečenih uzoraka. Upijanje vode za pečene uzorke od opekarske gline je bilo 8,24–12,41%. Upijanje vode za pečene uzorke od mešavina opekarske gline i šljake je bilo 9,38–20,51%.

- Saglasno povećanju poroznosti, neto zapreminska masa je opadala. Pečeni uzorci od opekarske gline su imali zapreminsku masu 1,86-2,02g/cm3, a pečeni uzorci od mešavina opekarske gline i šljake 1,47-1,93g/cm3.

- Nakon sprovedenih, standardima predviđenih ispitivanja, pokazano je da se šljaka iz TENT B i TEKO B može upotrebiti kao dodatak glini za proizvodnju opeke i da kompoziti dobijeni na taj način potpuno zadovoljavju kriterijume propisane za opeku.

• Betonski prefabrikati. Zbog definisanja upotrebe šljake iz TE (TENT B i TEKO B) u betonskim

prefabrikovanim proizvodima pripremljene su mešavine standardnih komponenata za proizvodnju betona i uzoraka šljake. Izrađene su prethodne probe za beton u kome je

58

izvršena supstitucija frakcije 0/4mm sa 4, 8, 12 i 16% šljake. Zadate su vrednosti količine cementa od 330kg/m3 i maksimalno zrno agregata od Dmax=16mm sa klasom konzistencije S2-S3. Ukupno je pripremljeno 8 kompozitnih uzoraka na kojima su obavljena ispitivanja karakteristika. Zaključeno je sledeće:

-Zapreminska masa u svežem stanju za sve uzorke betona je iznosila 2317kg/m3. Nakon 28 dana zapreminska masa očvrslih uzoraka betona se kretala u intervalu 2267-2313 kg/m3 zavisno od tipa šljake i udela šljake.

- Pritisna čvrstoća ispitana na uzorcima betona sa dodatkom šljake pokazala je trend priraštaja u toku 28 dana ispitivanja, sa napomenom da kompoziti pokazuju tendenciju daljeg povećanja čvrstoće i nakon ispitnog perioda. Najveće vrednosti pritisne čvrstoće su dobijene za betonski uzorak sa 4% šljake iz TENT B. Analogno, i za betone sa šljakom iz TEKO B, najveću vrednost pritisne čvrstoće pokazao je uzorak sa 4% zamene.

- Početne pritisne čvrstoće su se kretale u intervalu od 32,6MPa do 36,3MPa, a standardne pritisne čvrstoće nakon 28 dana su bile od 45,3MPa do 49,3MPa. Dobijene vrednosti se smatraju zadovoljavajućim sa stanovišta građevinskih betona.

- Dubine prodiranja vode pod pritiskom u ispitne uzorke su bile manje u slučaju betona sa dodatkom šljake iz TEKO B (hsr =1,2 - 2cm), nego betona sa šljakom iz TENT B (hsr =1,5 – 3,3cm). Za ispitivanje dubine prodiranja vode ne postoji kriterijum propisan važećim domaćim i/ili evropskim standardima, ali se na osnovu iskustva može reći da su dobijene vrednosti zadovoljavajuće za primenu ovih betonskih kompozita u građevinarstvu.

- Prilikom ispitivanja otpornosti prema dejstvu mraza postignuta je marka M-200 za obe grupe betonskih uzoraka – sa dodatkom šljake iz TENT B, kao i sa šljakom iz TEKO B. Svi ispitani uzorci zadovoljavaju kriterijum propisan u standardu SRPS U.M1.016 za uslovljenu marku mraza M-200.

- Uzorci betona sa dodatkom šljake nakon 30 ciklusa naizmeničnog zamrzavanja i odmrzavanja, nisu pokazali znake degradacije. Promene koje su se javljale na pojedinim uzorcima su bile neznatne, pa se može zaključiti da su svi ispitani uzorci otporni na dejstvo mraza i soli za odmrzavanje, prema standardu SRPS U.M1.055, koji propisuje da na uzorku ne dođe do degradacije nakon 25 ciklusa. Stepen oštećenja svih ispitani betonskih uzoraka je bio 0 (nula) – bez pojave ljuštenja.

- Nakon sprovedenih, standardima predviđenih ispitivanja, pokazano je da se šljaka iz TENT B i TEKO B može upotrebiti kao delimična zamena sitne frakcije prirodnog agregata u betonskim prefabrikatima i da kompoziti dobijeni na taj način potpuno zadovoljavju kriterijume propisane za beton koji se upotrebljava u građevinarstvu.

• Mogućnost korišćenja šljake u putogradnji - Ispitivana mogućnost korišćenja šljake iz silosa TENT B odnosno TEKO B kao osnovnog materijala za zaptivanje deopnija. Za ovu svrhu su dizajnirani kompoziti šljake (iz TENT B ili TEKO B) sa dodatkom cementa ili kreča kao veziva koje je primenjeno u različitom procentualnom odnosu: 3, 5 i 7% za cement; i 5, 7 i 9% za kreč.

- Prilikom upotrebe mešavina šljake iz TENT B i kreča mora biti dobro homogenizovana i zasićena vodom blisko optimalnoj vlažnosti po standardnom Proktorovom opitu. Zbog male suve zapreminske težine (0,8 - 0,9t/m3) šljaka iz TENT B vrši znatno manje opterećenje na materijale na koje se ugrađuje što dovodi do manjih sleganja.

59

- Šljaka iz TENT B po granulometrijskom sastavu spada u grupu sitnozrnih materijala, a šljaka iz TEKO B u grupu peskovito šljunkovitih materijala. Nijedna od ispitivanih šljaka nije plastična.

- Zapreminska masa po standardnom Proktorovu optu za šljaku iz TENT B bez dodatog veziva je bila ρdmax=0,82t/m3, a optimalna vlažnost wopt=49,1%. Analogno, za šljaku iz TEKO B su dobijene vrednosti: ρdmax=0,711t/m3 i wopt=54,5%

- Proktorovi opiti za kompozite šljake iz TENT B, kao i iz TEKO B, su pokazali da je povećanjem procenta veziva došlo do povećanja suve zapreminske težine i smanjenja optimalne vlažnosti.

- Vrednost CBR za šljaku iz TENT B bez veziva je bila14,4% za prodiranje klipa 5mm, a sa dodatkom veziva u različitim procentima došlo je do značajnog povećanja CBR (sa dodatkom cementa: 54,0-64,6%, odnosno kreča: 51,0-73,0%). Nešto veće vrednosti CBR pokazala je mešavina šljake TENT B sa krečom. Vrednosti CBR za šljaku iz TEKO B bez veziva je bila 16,9% za prodiranje klipa 5mm, a sa dodatkom veziva je takođe došlo do značajnog povećanja CBR (sa dodatkom cementa: 42,1-78,0%, a kreča: 29,1-42,2%). Nešto veće vrednosti CBR daje mešavina šljake TEKO B sa cementom.

- Dobijena vrednosti jednoaksijalne pritisne čvrstoće za kompozit sa šljakom iz TENT B bez veziva je bila 18,9kN/m2, a za kompozite sa cementom 60,8 -233,8kN/m2, odnosno krečom 252,1 - 448,4kN/m2. Analagno, vrednosti za kompozit sa šljakom iz TEKO B su bile: bez veziva 26,8kN/m2, sa cementom 51,1-205,3kN/m2 i sa krečom 53,8-213,5kN/m2. U odnosu na jednoaksijalnu čvrstoću šljake bez veziva, značajan je priraštaj čvrstoće sa različitim procentom cementa i kreča kao veziva. Priraštaj čvrstoće kompozita sa krečom je znatno veći od priraštaja čvrstoće kod kompozita sa cementom. U odnosu na slučaj primene elektrofilterskog pepela, jednoaksijalna pritisna čvrstoća šljake sa vezivom je znatno manja. Ova razlika u čvrstoći se javlja zato što šljaka ima niža pucolanska svojstva i zato što je granulacija šljake krupnija u odnosu na granulaciju elektrofilterskog pepela.

- Ispitivanje otpornosti na dejstvo mraza pokazalo je da su kompoziti sa šljakom otporni na dejstvo mraza, sa izuzetkom kompozita sa šljakom TENT B - mešavina sa 3% cementa, odnosno sa šljakom TEKO B - mešavine sa 3% i 5% cementa.

- Na osnovu sprovedenih geomehaničkih ispitivanja takođe je dokazano da se šljaka iz silosa TENT B, odnosno TEKO B može upotrebiti za zaptivanje deponija. U slučaju šljake uz TENT B posebno povoljna svojstva su pokazali kompoziti dobijeni sa krečom kao vezivom, a kod šljake iz TEKO B kompoziti sa dodatkom 7% cementa, kao i sa dodatkom 5%, odnosno 7% kreča kao veziva.

5. ZAKLJUČAK

Dobijeni rezultati su pozitivni i kao takvi predstavljaju doprinos potencijalnom rešavanju jednog od najvećih problema za pravilno funkcionisanje termoenergetskih postrojenja na lignit.

U cilju evaluacije kvaliteta šljake i prognoziranja mogućnosti njene upotrebe u kompozitnim materijalima sprovedeno je detaljno ispitivanje hemijskih, fizičkih i mehaničkih svojstava uzoraka poreklom iz silosa TENT B i TEKO B i došlo se do sledećih zaključaka:

(1) ispitane šljake (TENT B, TEKO B) po hemijskom sastavu zadovoljavaju propisane kriterijume za gubitak žarenjem ≤5%, sadržaj ukupnih oksida

60

SiO2+Al2O3+Fe2O3 ≥70%, sadržaj MgO≤4%, sadržaj SO3≤3%, ukupni sadržaj alkalija ≤5%;

(2) Rezultati ispitivanja sadržaja teških metala ukazuju da su koncentracije u uzorcima šljake iz obe TE u opsegu ili značajno ispod propisanih vrednosti za EFA (European fly ash). Sadržaj teških metala u eluatima iz obe šljake je u granicama koje su date u Pravilniku o kategorijama, ispitivanju i klasifikaciji otpada, za inertan otpad. Dobijene niske vrednosti učešća teških metala u eluatima šljake osiguravaju mogućnost njene upotrebe u kompozitima različitog tipa, pa čak i kada je šljaka primenjena u visokom procentu (npr. kompoziti za putogradnju sa udelom šljake većim od 90%).

(3) Gamaspektrometrijsko ispitivanje šljake iz TENT B i TEKO B pokazalo je da se dobijeni rezultati za obe šljake nalaze daleko ispod granica kontaminacije, kao i da je prisutan sadržaj radionuklida nizak.

(4) Nakon sprovedenih kompletnih, standardima predviđenih fizićko-mehaničkih ispitivanja, pokazalo se da šljaka iz TENT B i TEKO B ne samo da pokazuje povoljna upotrebna svojstva, već zadovoljavaju i većinu kriterijuma propisanih za leteći pepeo.

(5) Dokatak šljake u opekarskim proizvodima, betonskim prefrabrikatima i kompozitima za niskogradnju dao je povoljne zezultate i opravdao primenu šljake.

Revalorizacija šljake je opravdana sa ekološkog stanovišta jer se redukuju deponije, a samim tim smanjuje opasnost od zagađenja i kontaminacije životne okoline. Primena šljake doprinosi i smanjenju potrošnje neobnovljivih prirodnih mineralnih sirovina – prirodnih resursa što predstavlja bitan faktor kako u ekonomskom i ekološkom, tako i u smislu doprinosa održivom razvoju.

ZAHVALNOST

Ovo istraživanje je finansijski podržano od strane Ministartsva prosvete nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije i sprovedeno je u okviru projekta III 45008.

6. REFERENCE

[1] Aydın S., Baradan B., Effect of pumice and fly ash incorporation on high temperature resistance of cement based mortars, Cement and Concrete Research 37 (2007) 988–

[2] Li R., Wang L., Yang T., Raninger B., Investigation of MSWI fly ash melting characteristic by DSC–DTA, Waste Management 27 (2007) 1383–1392.

[3] Kayali O., Ahmed M., Assessment of high volume replacement fly ash concrete – Concept of performance index, Construction and Building Materials, 39 (2013) 71-76.

[4] Terzić A., Pavlović Lj., Radojević Z., Pavlović V., Mitić V., Novel Utilization of Fly Ash for High-temperature Mortars: Phase Composition, Microstructure and Performances Correlation, International Journal of Applied Ceramic Technology 12:1 (2015)133–146.

[5] Wang S., Baxter L., Fonseca F., Biomass fly ash in concrete: SEM, EDX and ESEM analysis, Fuel 87 (2008) 372–379.

61

Ivana Delić-Nikolić1 Olivera Vušović2 Lidija Kurešević3 UDK: 666.971

PRILOG ISTRAŽIVANJU I ISPITIVANJU ISTORIJSKIH MALTERA - ISPITIVANJE MALTERA SA OBREDNOG JEVREJSKOG KUPATILA MIKVE

U PIROTU

Rezime: Obredno jevrejsko kupatilo Mikve u Pirotu prema trenutnim procenama datira iz 19. veka, mada postoji mogućnost da je i starije. Nalazi se u centru grada, u nekadašnjoj jevrejskoj mahali, današnjoj Jevrejskoj ulici. Na ovom objektu, godinama zaboravljenom i zapuštenom, već izvesno vreme obavljaju se konzervatorsko-restauratorski radovi. U sklopu istraživanja koja sprovodi Zavod za zaštitu spomenika kulture iz Niša, izvršeno je ispitivanje uzoraka maltera sa spoljašnjeg i unutrašnjeg zida mikve. Cilj sprovedenih ispitivanja, koja su uključila optičku mikroskopiju i ispitivanje hemijskog sastava, bilo je definisanje sastava i recepture originalnog maltera. U radu su prikazani rezultati ispitivanja i izvedeni zaključci.

Ključne reči: istorijski malter, jevrejsko kupatilo, mikve.

CONTRIBUTION TO EXAMINATION OF HISTORICAL MORTARS - EXAMINATION OF MORTAR FROM THE RITUAL JEWISH BATH MIKVE

IN PIROT

Resume: According to the current estimates, Jewish ritual bath Mikve in Pirot is built in XIX century, although there is a possibility that it is even older. It is situated in the former Jewish quarter of Pirot, today Jewish street in the centre of the city. At this facility, previously forgotten and neglected, conservation and restoration works have begun. As part of the research conducted by the Institute for Protection of Cultural Monuments in Niš, samples of mortar from the outside wall and the inner wall were tested. The aim of conducted examinations, including optical microscopy and chemical analyses, was to define the composition of the original plaster and form the recipe. This paper shows the examinations' results and conclusions based upon them. Key words: historical mortar, Jewish bath, mikve.

1 dipl. ing., Institut IMS, Beograd, bul. vojvode Mišića 43, [email protected] 2 dipl. ing., Institut IMS, Beograd, bul. vojvode Mišića 43, [email protected] 3 doktor tehn. nauka, Institut IMS, Beograd, bul. vojvode Mišića 43, [email protected]

DIMK




62

1. UVOD

Jevrejsko obredno kupatilo Mikve (sl. 1) u Pirotu svedok je nekadašnjeg postojanja jevrejske zajednice u ovom gradu. Mikve su ritualno kupatilo sa bazenom sa vodom u kojoj se vrši ritualno potapanje, što simboliše početak sveta [11]. Obično je malo i skromno opremljeno. Uprkos tome, značaj ovakvih obrednih kupatila je veliki, o čemu govori i to da izgradnja Mikve ima prioritet nad izgradnjom Sinagoge [10, 11].

Obredno kupatilo u Pirotu je mala zgrada izgrađena od opeke. Spoljašnjost objekta je dosta narušena i u lošem stanju, dok mu je unutrašnjost gotovo netaknuta. Starost zgrade nije precizno utvrđena, pretpostavlja se da je izgrađena u 19. veku, mada postoje indicije da je i starija. Njen značaj je utoliko veći što je, prema jevrejskoj zajednici, ovo jedino Mikve ostalo iz Otomanskog perioda na čitavom Balkanu [12].

Uprkos tome što se nalazi u samom centru grada, godinama je bilo zaboravljeno, o čemu svedoči stanje ovog objekta. Trenutno su u toku radovi na sanaciji, koje prati izrada projektne dokumentacije za sprovođenje mera tehničke zaštite, čiji je krajnji cilj rekonstrukcija obrednog kupatila.

Sl. 1. Spoljni izgled Mikve.

2. LABORATORIJSKA ISPITIVANJA

Brojni radovi sa temom istraživanja istorijskih maltera pokazali su da proizvodnja ovog materijala nije bila jednostavan proces. Svaki objekat i svako gradilište karakteriše jedinstveno rešenje vezano za različite ulazne komponente dostupne na lokalnom nivou, i uključuje različite pristupe u izradi maltera u odnosu na konkretan slučaj [3].

63

Svrha laboratorijskih ispitivanja istorijskih maltera je višestruka. Sa jedne strane, rezultati ispitivanja imaju za cilj da pomognu da se otkrije ljudska prošlost, te pravilna zapažanja i tumačenja rezultata ispitivanja imaju sve veću ulogu u arheologiji [1]. Sa druge strane, utvrđivanje sastava i originalnih receptura pomaže u osvajanju izvorne metodike proizvodnje i reprodukovanju originalnih materijala, što je osnovni preduslov za proces restauracije i konzervacije [3, 6].

U laboratorijama Instituta IMS obavljena su ispitivanja dva uzorka maltera sa Mikve u Pirotu [5]. Jedan uzorak potiče sa južnog fasadnog zida, a drugi sa severnog unutrašnjeg bojenog zida. Ispitivanja su obuhvatila ispitivanja mineraloško-petrografskog i hemijskog sastava.

3. REZULTATI ISPITIVANJA MINERALOŠKO-PETROGRAFSKOG SASTAVA MALTERA METODOM OPTIČKE MIKROSKOPIJE

Poslednjih godina optička mikroskopija se kod istraživanja istorijskih maltera koristi kao prvi korak u identifikovanju korišćenih agregata, raznih mineralnih dodataka i tipa veziva, kao i za opisivanje strukture pora [4].

Mineraloško-petrografska ispitivanja izvršena su u skladu sa standardom SRPS B.B8.003 [9] i obuhvatila su makroskopska i mikroskopska ispitivanja. Makroskopski je obavljen vizuelni pregled uzoraka, izvršen binokularnom lupom – stereomikroskopom TECHNIVAL 2f, proizvođača Carl Zeiss - Jena i binokularnom lupom –stereomikroskopom STEMI 2000/C sa digitalnom mikroskopskom kamerom AxioCam ERc 5s i softverom AxioVision LE, proizvođača Carl Zeiss GmbH – Beč. Mikroskopsko ispitivanje izvršeno je metodom optičke mikroskopije na petrografskim preparatima, odnosno tankim izbruscima iz uzoraka debljine do 30 mikrona, zalepljenim između podmetnog i pokrovnog stakla uz pomoć odgovarajuće smole [4, 6, 8]. Za ispitivanje je korišćen polarizacioni mikroskop, model RP 48, proizvođača Ernst Leitz, Nemačka.

3.1. Rezultati ispitivanja maltera sa južnog fasadnog zida

Uzorak maltera sa južnog fasadnog zida je prljavo-bele boje. Prema Munsell Color Chart [7], oznaka boje je 10YR 8/2. Sastoji se od agregata i veziva, koji su izmešani u procenjenom odnosu 50%:50%. Agregatna zrna su poluzaobljenog do poluuglastog oblika, različite boje: bele, sive i mrko-žute. Veličina zrna je uglavnom do 1 mm, ali su uočena i poluzaobljena zrna dimenzija oko 5-8 mm.

Povremeno se mogu uočiti bela okruglasta nagomilanja, odnosno krečne inkluzije („lime lumps“) veličine od 0,5 do 5 mm, najčešće oko 2 mm. Poreklo ovih inkluzija nije do kraja razjašnjeno; postoji više različitih tumačenja njihovog nastanka, jedna od teorija je da su posledica loše homogenizacije veziva i agregata [2], što je verovatno ovde i slučaj. U uzorku su prisutne i brojne šupljine i pukotine, čije poreklo nije moguće utvrditi sa sigurnošću.

Mikroskopskim ispitivanjem je potvrđeno da se veličina agregatnih zrna (odlomaka) kreće od 0,5x0,3 mm do ispod 0,1 mm, najčešće oko 0,2x0,1 mm. Oblika su uglastog i poluuglastog do poluzaobljenog. U mineralnom sastavu odlomaka učestvuju zrna kvarca, retko zrna feldspata (plagioklasa) i amfibol-piroksena. Na osnovu izgleda, sastava, načina pojavljivanja i oblika, zaključeno je da pripadaju prirodnom pesku.

64

Vezivo je karbonatnog sastava. Šupljine veličine oko 0,2 x 0,1 mm su okruglog do nepravilnog oblika.

Sl. 2. Uzorak pod stereo mikroskopom

(uvećanje 10x) Sl. 3. Uzorak pod stereo mikroskopom, krečne

inkluzije (uvećanje 10x)

Sl. 4. Mikrosnimak uzorka - paralelni Nikoli Sl. 5. Mikrosnimak uzorka - paralelni Nikoli

3.2. Rezultati ispitivanja maltera sa severnog unutrašnjeg bojenog zida

Uzorak maltera sa severnog unutrašnjeg bojenog zida sastoji se od 2 sloja (sl. 6). Sloj sa oznakom 1, osnovni sloj maltera, sastoji se od agregata i veziva. Prema

Munsell Color Chart [7] oznaka odgovarajuće boje je takođe 10YR 8/2. Agregatna zrna su bele, sive i sivo-crne boje, veličine ispod 1 mm, uglasta su do poluzaobljena. Procentualno učešće je oko 30% u odnosu na vezivo. Sporadično se uočavaju i retki ostaci slame i pleve. U kontaktu sa hladnom 5% HCl, uzorak pokazuje burnu reakciju, što govori o kalcijum-karbonatnom karakteru veziva. Učešće veziva je oko 70%.

Sloj sa oznakom 2, završni sloj maltera, je prljavo-bele boje i debljine do 5 mm, a najčešće oko 3 mm. Nešto je svetliji od osnovnog sloja, oznaka boje prema Munsell Color Chart [7] je 5Y 8/1. Agregatna zrna su retka, ima ih manje od 5%, uglavnom su veoma sitna. Prisutni su i ostaci slame i pleve. Na osnovu burne reakcije sa hladnom 5% HCl, zaključuje se da je vezivo kalcijum karbonatnog sastava.

65

Okruglaste krečne inkluzije bele boje, verovatno posledica nedovoljne izmešanosti veziva, prisutne su u oba sloja, ali su zastupljenije u završnom. Veličine su do 5 mm, provlađuje veličina od 2 mm.

Preko sloja 2 vide se ostaci veoma tankog premaza. Mikroskopskim ispitivanjem je utvrđeno da je osnovni sloj izgrađen od agregatnih

zrna i veziva. Agregatna zrna su veličine od 0,5x 0,3 mm do 0,1 mm, najčešće oko 0,2x0,2 mm.

Oblika su različitog, od uglastog, preko poluuglastog do poluzaobljenog. Na osnovu mineralnog sastava, prisutna agregatna zrna su određena kao kvarc; retko su prisutni feldspati i olivin. Na osnovu oblika, sastava i načina pojavljivanja, zaključuje se da je u pitanju prirodni pesak.

Šupljine su okrugle i nepravilnog oblika, veličine uglavnom oko 0,2x0,1 mm. Vezivo je kalcijum-karbonatnog sastava.

Sl. 6. Uzorak pod stereo mikroskopom sa naznačenim slojevima (uvećanje 10x)

Sl. 7. Uzorak pod stereo mikroskopom, strelicama je označena slama u osnovnom

sloju maltera (uvećanje 10x)

Sl. 8. Uzorak pod stereo mikroskopom, bele

krečne inkluzije u osnovnom sloju (uvećanje 10x)

Sl. 9. Uzorak pod stereo mikroskopom, strelicom je označena pleva u završnom sloju

maltera (uvećanje 10x)

66

Sl. 10. Mikrosnimak uzorka, paralelni Nikoli Sl. 11. Mikrosnimak uzorka, paralelni Nikoli

4. HEMIJSKI SASTAV

Ispitivanje hemijskog sastava izvršeno je energetski-disperzivnim XRF spektrometrom (X-ray fluorescence XRF spektrometer - ED 2000). Uređaj je proizveden od stane Oxford instruments – London, u upotrebi je od 2005. god. Može da analizira sve elemente periodnog sistema u opsegu od natrijuma do urana. Uzorci mogu biti u čvrstom ili tečnom stanju. Veličina uzorka može biti od 0,2 do 250 mm. Merenje se može obavljati u vazduhu, vakuumu ili helijumu. Rezultati hemijske analize su prikazani u Tabeli 1.

Sadržaj glavnih oksida Uzorak maltera sa južnog fasadnog zida

Uzorak maltera sa severnog unutrašnjeg bojenog zida

G.Ž. na 9500C, % 21,70 28,78

SiO2, % 46,19 23,35

Al2O3, % 1,31 1,95

Fe2O3, % 1,35 1,78

CaO, % 28,34 41,12

MgO, % 0,46 0,63

Na2O, % 0,34 0,27

K2O, % 0,00 1,58

P2O5, % 0,21 806

TiO2, % 0,00 875

Tabela 1. Rezultati hemijske analize uzoraka

67

5. DISKUSIJA REZULTATA I ZAKLJUČAK

Rezultati ispitivanja mineraloško-petrografskog i hemijskog sastava kod oba ispitana uzorka su usaglašeni.

Iz rezultata ispitivanja maltera sa fasade, zaključuje se da je ispitivani uzorak sačinjen od mešavine veziva i agregata u procenjenom odnosu 50 %:50 %.

Kao agregat korišćen je prirodni pesak, veličine zrna do 1 mm, uz sporadičnu pojavu i krupnijih zrn, veličine do 8 mm. U mineraloško-petrografskom sastavu ovog maltera dominiraju zrna SiO2 sastava, odnosno: kvarc, ređe feldspat i amfibol-piroksen. Vezivo je CaCO3 sastava.

Ispitivanje uzorka maltera sa unutrašnjeg zida pokazalo je da se ispitivani uzorak sastoji iz dva, odnosno tri sloja: osnovnog, završnog i tankog premaza.

Osnovni i završni sloj se sastoje od mešavine veziva i agregata. U osnovnom sloju agregat je zastupljen sa oko 30 %, vezivo sa oko 70 %. U završnom sloju, agregat je zastupljen ispod 5 %. Oba sadrže ostatke komadića slame i pleve, s tim što je njihova zastupljenost u završnom sloju veća.

Kao agregat, korišćen je prirodni pesak, veličine zrna do 1 mm. U mineraloško-petrografskom sastavu ovog maltera dominiraju zrna SiO2 sastava, pre svega kvarc, ređe feldspat i olivin. Vezivo je CaCO3 sastava.

U oba uzorka se pojavljuju krečne inkluzije bele boje i okruglastog oblika, veličine do nekoliko mm, za koje je karakteristično da nakon reakcije sa CO2 iz vazduha i prelaska u CaCO3 preuzimaju ulogu zrna agregata.

Njihovo prisustvo u uzorku sa severnog unutrašnjeg bojenog zida je nešto izraženije u odnosu na uzorak sa južnog fasadnog zida, što je i potvrđeno hemijskom analizom u vidu povišenog sadržaja Ca.

Na žalost, veličina uzoraka je bila takva da nije bilo moguće izvršiti nijedno ispitivanje mehaničkih svojstava (ispitivanje čvrstoće na pritisak, zapreminske mase, upijanja vode, porne strukture, termičke dilatacije i dr.), čime bi se znatno bolje definisali ispitivani malteri. Ova ispitivanja zahtevaju značajno veće količine uzoraka, što kod istorijskih materijala nije uvek moguće.

6. REFERENCE [1] Artioli G., Scientific methods and cultural heritage, Oxford, University press, 2010. [2] Bakolas, A., Biscontin, G., Moropoulou, A., Zendri, E. (1995). Characterisation of the

Lumps in the Mortars of Historic Masonry. Thermochimica Acta, 269/270, 809-816 [3] Crisci G.M., Franzini M., Lezzerini M., Mannoni T. and Riccardi M.P., Ancient mortars

and their binder. Per. Mineral. 73, 2004.,259–268 [4] Elsen J., Microscopy of historic mortars - a review, Cement and Concrete Research 36,

2006, p. 1416-1424 [5] Fond stručne dokumentacije Instituta IMS [6] Moropoulou A., Bakolas A., Bisbikou K., Investigation of the technology of historic

mortars, Journal of Cultural Heritage 1, 2000, p. 45–58. [7] Munsell Color Chart, http://munsell.com/ [8] Protić M., Petrologija sedimentnih stena, Rudarsko-geološki fakultet Univerziteta u

Beogradu, Beograd, 1984. [9] SRPS B.B8.003: 1987 Prirodni kamen - Ispitivanje mineraloško-petrografskog sastava,

Institut za standardizaciju Srbije, Beograd, 1987. [10] http://www.jons.rs/index.php/upotreba-mikve [11] https://sr.wikipedia.org/sr/Mikve [12] http://www.jewish-heritage-europe.eu/2012/04/16/serbia-pirot-report/%E2%80%9D

68

69

Aleksandar Savić1 Marina Aškrabić2 Aleksandar Radević3 UDK: 620.193.94:666.971

ISPITIVANJE UTICAJA VISOKIH TEMPERATURA NA FIZIČKO-MEHANIČKA SVOJSTVA TRADICIONALNIH MALTERA

Rezime: Tokom istorije, zidane konstrukcije su često bile izložene požarnim opterećenjima, pri čemu su pokazivale visok nivo vatrootpornosti. Zbog toga je u radu pažnja posvećena ponašanju tradicionalnih maltera, kao važne komponente zidanih konstrukcija, na visokim temperaturama. Na ovo ponašanje utiču različiti faktori: sastav, vodovezivni faktor, stepen vlažnosti, brzina zagrevanja i hlađenja, položaj u konstrukciji i sl. U radu je ispitivan uticaj visokih temperatura (do 600°C) na vrednost čvrstoća pri savijanju i pritisku, kao i na promenu brzine ultrazvuka kroz standardne uzorke maltera. Izvršeno je poređenje dobijenih rezultata na krečnom, produžnom (krečno-cementnom) i cementnom malteru spravljenim sa drobljenim krečnjačkim agregatom i drobljenom opekom, kao delimičnom zamenom agregata.

Ključne reči: kreč, cement, reciklirana opeka, mehanička svojstva, ultrazvuk, temperatura.

INVESTIGATION OF INFLUENCE OF HIGH TEMPERATURES ON PHISICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF TRADITIONAL MORTARS

Abstract: Masonry structures were often exposed to fire in the past, and have shown high level of fire resistance. This is why a special attention in this paper is drawn to the behavior of historical mortars, that are important part of masonry structures, when exposed to high temperatures. This behavior is influenced by: mortar composition, water/binder ratio, humidity, warming and cooling speed, placing in the construction, etc. Experimental results concerning influence of high temperatures (600°C) on flexural and compressive strength and ultrasonic pulse velocity on standard mortar samples are presented in this paper. Comparison of the obtained results on lime, lime-cement and cement mortars made with crushed limestone aggregate and crushed brick as a partial aggregate replacement, was made.

Key words: lime, cement, crushed brick, mechanical properties, ultrasonic pulse velocity, temperature. 1 Doc. dr , Građevinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73, 11000

Beograd, [email protected] 2 Asistent – student doktorskih studija, Građevinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar

kralja Aleksandra 73, 11000 Beograd, [email protected] 3 Asistent – student doktorskih studija, Građevinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja

Aleksandra 73, 11000 Beograd, [email protected]

DIMK




70

1. UVOD

Ekstremna opterećenja kao što su požari, predstavljaju jednu od najvećih opasnosti za istorijske zgrade i spomenike kulture. Zidani delovi ovih konstrukcija pokazuju visok nivo otpornosti na dejstvo požara [9]. Najčešće je potrebno detaljnije istraživanje njihovog ponašanja pri dejstvu visokih temperatura, da bi se bolje razumelo stanje u kome se konstrukcija nalazi u ovim uslovima.

U tom smislu, najveći broj ispitivanja dejstva požara u svetu sproveden je na čitavim segmentima zidanih konstrukcija, dok je manji broj istraživanja posvećen ponašanju njihovih komponentnih delova kao što su elementi za zidanje i malteri [9]. Takođe, ni standardi koje se bave proračunom zidanih konstrukcija pri požarnim opterećenjima ne zahtevaju posebne uslove za maltere za zidanje [3],[4],[12].

Na fizičko-mehanička svojstva maltera, nakon dejstva povišenih i visokih temperatura, utiču, pored nivoa temperature, i karakteristike komponentnih materijala, sastav i struktura maltera, vodovezivni faktor, vlažnost uzorka, način hlađenja i sl. [8],[9].

Studije pokazuju da se promene karakteristika maltera na visokim temperaturama mogu opisati kroz tri temperaturna opsega. Prvi čine temperature do 300ºC, pri kojima su vrednosti mehaničkih karakteristika maltera više ili jednake odgovarajućm vrednostima na sobnoj temperaturi. U sledećoj zoni, između 300ºC i 600ºC dolazi do umerenog pada čvrstoća, dok se na temperaturama preko 600ºC mehaničke karakteristike naglo pogoršavaju [9]. Različite vrste agregata ponašaju se različito pod dejstvom visokih temperatura, npr. u agregatu krečnjačkog porekla dolazi do razlaganja komponenata tek na temperaturama višim od 600°C, dok kvarcni pesak povećava zapreminu za 5,7% na temperaturama oko 570°C [1].

Sastav maltera može biti raznovrstan. Ipak, mogu se izdvojiti vrste maltera karakteristične za različite periode u istoriji. P. Maravelaki-Kalaitzaki i saradnici [6] sproveli su fizičko-hemijsku analizu na dvadeset osam uzoraka tradicionalnih maltera, pronađenih na Kritu na nekoliko nalazišta. Uzorci su obuhvatali maltere iz različitih perioda (rimskog, helenističkog, vizantijskog, venecijanskog i turskog), koji su većinom značajni i za naše područje. Oni se mogu podeliti u četiri velike grupe: krečni malteri, malteri sa hidratisanim krečom, malteri sa hidratisanim krečom i drobljenom opekom i pucolanski malteri. Autori su fizičko-hemijskom analizom uspeli da približno odrede granulometrijske sastave upotrebljenih agregata, kao i masene odnose čvrstih komponenata za ispitivane grupe maltera. Nakon pronalaska cementa u 19. veku razvijale su se i nove vrste maltera kao što su produžni (krečno – cementni), a zatim i cementni malteri.

Prilikom istraživanja prikazanih u ovom radu korišćene su tri recepture tradicionalnih maltera. Dobijene vrednosti upoređene su sa rezultatima dobijenim na dvema savremenim recepturama (jednog produžnog i jednog cementnog maltera).

2. MATERIJALI I METODE

Za potrebe istraživanja spravljeno je pet vrsta maltera: krečni malter oznake K, krečni malter sa dodatkom opeke oznake KO, dva produžna (krečno-cementna) maltera oznake P1 i P2 i jedan cementni malter oznake C. Sva ispitivanja obavljena su u Laboratoriji za materijale Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu.

71

2.1. Materijali

Drobljeni sitan agregat, krečnjačkog porekla, sa lokaliteta ''Sitnica'' pored Herceg Novog (0/4 mm) korišćen je za spravljanje svih malterskih mešavina. Zapreminska masa ovog agregata u rastresitom stanju iznosila je 1,594 g/cm3, u zbijenom stanju 1,772 g/cm3, dok mu je specifična masa iznosila 2,715 g/cm3. Izmereno je upijanje vode agregata od 0,15%. Granulometrijski sastav agregata odgovarao je tradicionalnim malterima na osnovu rada P.M.K. i saradnika [6] i prikazan je na slici 1. U krečnom malteru sa dodatkom opeke, deo prirodnog drobljenog agregata (frakcije 1/2 mm i 2/4 mm) je zamenjen agregatom od reciklirane opeke iste granulacije. Reciklirana opeka dobijena je drobljenjem običnih opeka i prosejavanjem dobijenog materijala. Zapreminska masa agregata od opeke iznosila je 0,882 g/cm3, dok je upijanje vode materijala opeke, od koga je drobljenjem dobijen agregat, imalo vrednost od 16,2%.

Slika 1. Granulometrijski sastav krečnjačkog agregata

Kao vezivni materijali u spravljenim malterima korišćeni su hidratisani kreč i cement. Hidratisani kreč oznake CL 90-S proizvođača Ingram d.d., Srebrenik, Bosna i Hercegovina imao je specifičnu masu 2,319 g/cm3, dok je njegova zapreminska masa bila jednaka 0,593 g/cm3. Cement PC 35 M (S-L) 42,5 R, proizvođača Lafarge, Beočin korišćen je pri spravljanju produžnih i cementnog maltera. Specifična masa ovog cementa iznosila je 3,050 g/cm3. Voda iz gradskog vodovoda korišćena je pri spravljanju svih pomenutih mešavina.

2.2. Mešavine

Dve recepture iz rada P.M.K. i saradnika [6] iskorišćene su za spravljanje krečnog maltera oznake K i krečnog maltera sa dodatkom opeke oznake KO. Kao vezivo u ovim malterima korišćen je hidratisani kreč. Maseni odnosi hidratisanog kreča i agregata iznosili su 1:3 za obe vrste maltera. Sastav produžnog maltera oznake P1 i cementnog maltera oznake C usvojen je prema savremenim preporukama iz literature [5],[7]. Maseni odnosi između cementa, hidratisanog kreča i agregata za produžni malter P1 iznosili su 1:2:6, dok je odnos između mase cementa i agregata za cementni malter bio 1:3.

72

Receptura za produžni malter – P2 usvojena je na osnovu preporuka datih za maltere korišćene u 19. veku u Engleskoj [2]. Radi uniformnosti i uporedljivosti rezultata kod svih maltera je usvojen isti granulometrijski sastav kao na slici 1. Maseni odnosi između cementa, hidratisanog kreča i agregata iznosili su 1:2:9, respektivno. Količina vode je usvojena na takav način da obezbedi adekvatno mešanje i ugrađivanje maltera. Pritom su usvajane relativno niže vrednosti mase vode, pa je konzistencija maltera kod svih serija mogla da se okarakteriše kao plastična (sa rasprostiranjem ispod 140 mm, kada su u pitanju malteri za zidanje) [7]. Sastavi mešavina, vodovezivni faktori i zapreminske mase u svežem (γm,sv) i očvrslom stanju pri starosti od 28 dana (γm,28) prikazani su u tabeli 1.

Vrsta maltera K KO P1 P2 C

Hidratisani kreč (kg/m3) 421 362 382 298 -

Cement (kg/m3) - - 191 149 512

Agregat (0-4 mm) (kg/m3) 1263 1085* 1147 1341 1537

Voda (kg/m3) 327 401 331 307 267

Vodovezivni faktor (kg/m3) 0,777 1,108 0,578 0,686 0,521

γm,sv (g/cm3) 2,026 1,830 2,096 2,131 2,279

γm,28 (g/cm3) 1,711 1,449 2,102 1,926 2,231

* Agregat u mešavini KO čine 521 kg/m3 drobljenog krečnjačkog agregata (0/1 mm) i 564 kg/m3 agregata od drobljene opeke (1/4 mm).

Tabela 1. Sastav i vrednosti zapreminske mase ispitivanih serija maltera

Proces spravljanja malterskih mešavina započet je mešanjem čvrstih komponenata (veziva i agregata) u trajanju od 1 min, da bi se zatim postepeno dodavala potrebna količina vode. Ukupno trajanje mešanja iznosilo je 5 min za svaku od mešavina, pri čemu je nakon 3 min nastupila pauza u mešanju u trajanju od 30 s. Malteri su zatim ručno ugrađivani u standardne trodelne kalupe. Tokom prva 24 h uzorci su čuvani u vodenom kupatilu u uslovima relativne vlažnosti 95%. Zatim su uzorci izvađeni iz kalupa i do trenutka ispitivanja negovani u skladu sa SRPS U.M8.002 [14]. Prema navedenom standardu malteri serija K i KO su negovani na vazduhu u laboratorijskim uslovima, dok su malteri serija P1 i P2 negovani 7 dana na vazduhu, a potom u vodi. Malteri serije C negovani su u vodi od trenutka vađenja iz kalupa.

3. SPROVEDENA EKSPERIMENTALNA ISPITIVANJA

3.1. Ispitivanja maltera u svežem i očvrslom stanju

Na malterima u svežem stanju ispitana je zapreminska masa svežeg ugrađenog maltera (tabela 1). Najnižu vrednost zapreminske mase (1,830 g/cm3) imao je malter oznake KO, a najvišu (2,279 g/cm3) malter oznake C. Niska vrednost zapreminske mase maltera oznake KO može se objasniti prisustvom lakših zrna opeke u svojstvu agregata, dok je zapreminska masa maltera oznake C najviša iz razloga što su kod ovog maltera

73

upotrebljeni drobljeni agregat (oko 72% više zapreminske mase zrna u odnosu na opeku) i cement u svojstvu veziva (oko 32% više specifične mase u odnosu na kreč). Malteri oznake K, P1 i P2 posedovali su zapreminsku masu koja se kretala između dve pomenute vrednosti, u granicama 2,026–2,131 g/cm3. Ispitivanja na malterima u očvrslom stanju obuhvatila su ispitivanje sledećih fizičko-mehaničkih svojstava: zapreminska masa očvrslog maltera, čvrstoća pri savijanju i čvrstoća pri pritisku maltera i brzina ultrazvučnog impulsa kroz malter [11, 13, 14]. Sva ispitivanja obavljena su na uzorcima oblika prizme dimenzija 4×4×16 cm, pri različitim starostima. Promena vrednosti zapreminske mase maltera praćena je u periodu od 28 dana (konačne vrednosti prikazane su u tabeli 1). Kod ispitivanih maltera došlo je do zadržavanja ili pada vrednosti zapreminske mase u funkciji od vremena. Malteri negovani na vazduhu (malteri oznake K i KO) pokazali su značajniji pad vrednosti zapreminske mase, dok kod maltera negovanih u vodi (malteri oznake P1, P2 i C) ovaj efekat nije bio izražen, tj. nije došlo do značajne promene vrednosti zapreminske mase. Pad vrednosti zapreminske mase (koji je iznosio 15,5% i 20,8% za maltere oznake K i KO, respektivno) se može povezati sa promenom (gubitkom) sadržaja vode u malterima. Najizraženija vrednost pada zapreminske mase zabeležena je kod maltera oznake KO, što se može povezati sa gubitkom sadržaja vode u obe komponente maltera, kako u vezivu, tako i u zrnima drobljene opeke, koja su takođe upila značajnu količinu vode tokom spravljanja maltera (upijanje vode kod materijala opeke iznosilo je oko 16,2%, dok je kod drobljenog agregata zabeleženo upijanje vode reda veličine 0,15%).

Rezultati ispitivanja čvrstoće pri savijanju i čvrstoće pri pritisku pri starostima od 14, 21 i 28 dana prikazani su u tabeli 2. Kao što je i očekivano, krečni malteri (oznake K i KO) su dostigli najniže vrednosti čvrstoće pri savijanju i čvrstoće pri pritisku. Ove mehaničke karakteristike kod produžnih maltera (oznake P1 i P2) bile su više, dok su kod cementnog maltera (oznake C) one bile najviše.

Čvrstoća pri savijanju (MPa) Čvrstoća pri pritisku (MPa)

Serija 14 dana 21 dan 28 dana 14 dana 21 dan 28 dana

K 0,25 0,63 0,67 0,68 0,72 1,21

KO 0,25 0,50 0,67 0,72 0,83 1,27

P1 1,13 1,44 1,50 4,28 5,00 5,08

P2 1,13 1,13 1,25 2,98 3,28 4,38

C 9,63 10,50 10,75 47,81 48,13 52,60

Tabela 2. Vrednosti ispitivanih mehaničkih svojstava maltera pri različitim starostima

Pri svim starostima, čvrstoće pri savijanju cementnog maltera bile su 7,2-9,3 puta više nego kod produžnih, odnosno 16,0-38,5 puta više nego kod krečnih maltera. Slično, čvrstoće pri pritisku cementnog maltera, pri svim starostima, bile su 9,6-16,0 puta više u odnosu na čvrstoće pri pritisku produžnih, odnosno 41,4-70,3 puta više u odnosu na odgovarajuće vrednosti kod krečnih maltera. Sa povećanjem starosti, može se primetiti da je ovaj odnos opadao u izvesnoj meri, tj. da je došlo do izvesnog približavanja

74

konačnih vrednosti, kako u slučaju čvrstoće pri savijanju, tako i u slučaju čvrstoće pri pritisku maltera.

Promena vrednosti brzine prostiranja ultrazvučnog impulsa kroz uzorke maltera praćena je u periodu od 28 dana. Vrednosti brzine ultrazvučnog impulsa kroz uzorke, pri različitim starostima, prikazane su na slici 2, zajedno sa odgovarajućim regresionim krivama.

y = 3733.3x0.0531

y = 1835.914x0.128

y = 1700.8x0.134

y = 938.683x0.217

y = 663.170x0.297

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 5 10 15 20 25 30

Starost (dani)

Brz

ina

ultra

zvuč

nog

impu

lsa

kroz

mal

ter (

m/s

)

K

KO

P1

P2

C

Slika 2. Brzine prostiranja ultrazvučnog impulsa kroz ispitivane maltere

Brzina prostiranja ultrazvučnog impulsa kroz ispitivane maltere kretala se u širokom opsegu od 1500-4500 m/s, pri starosti od 28 dana. Na bazi rezultata sprovedenih ispitivanja, predmetni malteri se mogu podeliti u tri grupe: u prvu grupu spadaju malteri kod kojih je u svojstvu veziva upotrebljen kreč (oznake K i KO), u drugu grupu spadaju malteri kod kojih su u svojstvu veziva upotrebljeni cement i kreč u određenom odnosu (oznaka P1 i P2) i cementni malter (oznake C). Poredak izmerenih vrednosti brzine ultrazvučnog impulsa za ispitivane serije uzoraka u skladu je sa izmerenim vrednostima zapreminskih masa u očvrslom stanju. Pritom, veća odstupanja brzine prostiranja ultrazvučnih talasa između pomenute tri grupe maltera, pre svega, posledica su različitih uslova nege. Kao što je već pomenuto, uzorci cementnog maltera su sve vreme negovani u vodi, pa su u trenutku predmetnog ispitivanja šupljine u malteru bile ispunjene vodom, za razliku od krečnih maltera, koji su nakon 24h od trenutka spravljanja negovani na vazduhu u laboratorijskim uslovima.

3.2. Ispitivanje efekata termičkog tretmana maltera

Termiči tretman uzoraka maltera (tri prizme dimenzija 4×4×16 cm za svaku seriju maltera) obavljen je pri starosti maltera od 28 dana, a nakon sušenja uzoraka maltera na temperaturi od 105°C. Temperatura od 600°C izabrana je kao gornja granična vrednost temperature pri zagrevanju, nakon koje dolazi do većih oštećenja i pada vrednosti mehaničkih karakteristika maltera. Prirast temperature je bio takav da je u roku od 90 min postignuta zadata vrednost temperature, a zatim su uzorci, nakon održavanja postignute temperature u trajanju od 30 min, hlađeni u samom uređaju tokom narednih 20 sati.

75

Na slici 3 je prikazan izgled uzoraka izloženih termičkom tretmanu i njima odgovarajućih uzoraka (etalona), koji su negovani na vazduhu ili u vodi, nakon ispitivanja čvrstoće pri savijanju.

Slika 3. Uzorci a) izloženi i b) neizloženi tretmanu, nakon ispitivanja čvrstoće pri savijanju

Na uzorcima maltera je praćena promena sledećih fizičko-mehaničkih svojstava: dimenzija, mase i brzine prostiranja ultrazvučnog impulsa. Vršeno je i poređenje čvrstoće pri savijanju i čvrstoće pri pritisku maltera.

Promena dimenzija (povećanje dimenzija) uzoraka pre i posle izlaganja temperaturi od 600°C (pri starosti od 28 dana), kao i promena mase uzoraka, određena je na bazi merenja dimenzija, odnosno mase istih uzoraka pre i posle izlaganja pomenutoj temperaturi. Na osnovu izmerenih vrednosti, izračunate su vrednosti procentualnog povećanja dimenzija, odnosno gubitka mase, nakon izlaganja visokoj temperaturi. Na slici 4 su prikazane pomenute promene na zajedničkom dijagramu.

0.8

-3.8

0.1

-3.3

2.2

-5.2

2.9

-4.0

1.4

-3.3

-6.00

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

Promena dimenzija uzoraka Gubitak mase uzoraka

Prom

ena

u od

nosu

na

poče

tnu

vred

nost

(%)

P1 P2 C

P1 P2 C

K KO

KOK

Slika 4. Promena dimenzija i pad mase izmeren na uzorcima svih serija (u %)

76

Kod ispitivanih maltera došlo je do povećanja dimenzija uzoraka, prouzrokovanih unutrašnjim naponima pri zagrevanju i konsekventnim prslinama i mikroprslinama. Ovo povećanje dimenzija kretalo se u granicama od 0,1% (za malter oznake KO) do 2,9% (za malter oznake P2).

Što se tiče gubitka mase, kod svih maltera došlo je do gubitka mase uzoraka, usled hemijskih promena koje su se dešavale unutar uzoraka pri zagrevanju (razdvajanja i oksidacije hidratisanih faza materijala). Otpadanje materijala usled povećanja temperature bilo je zanemarljivo kod svih uzoraka. Izuzev maltera oznake P1, kod koga je gubitak mase iznosio 5,2%, kod svih ostalih vrsta maltera te vrednosti su bile prilično ujednačene i iznosile su oko 3,5%.

Čvrstoća pri savijanju i čvrstoća pri pritisku pri starosti od 28 dana ispitivane su na uzorcima izloženim temperaturi od 600°C, kao i na neizloženim uzorcima (etalonima). Rezultati ispitivanja ovih mehaničkih karakteristika ispitivanih serija maltera prikazani su u tabeli 3, zajedno sa procentualnim odstupanjem (padom) u odnosu na etalone.

Generalno posmatrano, efekat zagrevanja bio je izraženiji u slučaju čvrstoće pri savijanju, gde je najveći pad usled zagrevanja do temperature od 600°C zabeležen kod produžnih maltera oznake P1 i P2 (oko 95%), dok je najveću otpornost na termičke uticaje u tom smislu pokazao cementni malter oznake C (pad od 56,6%). Čvrstoća pri pritisku opala je usled zagrevanja u najvećoj meri (oko 83%) kod produžnih maltera (oznake P1 i P2), dok su najmanji pad čvrstoće pri pritisku imali uzorci maltera (oznake K i KO) izrađeni sa krečom (pad od oko 18%).

Čvrstoća pri savijanju (MPa) Čvrstoća pri pritisku (MPa)

Serija Neizloženi Izloženi Pad (%) Neizloženi Izloženi Pad (%)

K 0,67 0,24 63,8 1,21 1,00 17,2

KO 0,67 0,13 81,3 1,27 1,02 19,7

P1 1,50 0,07 95,6 5,08 0,81 84,0

P2 1,25 0,06 95,3 4,38 0,81 81,4

C 10,75 4,67 56,6 52,60 21,88 58,4

Tabela 3. Uporedni prikaz mehaničkih svojstava tretiranih i netretiranih uzoraka maltera

Na uzorcima koji su zagrevani do temperature od 600°C izmerena je brzina prostiranja ultrazvučnog impulsa pre i posle zagrevanja. Rezultati ovog ispitivanja, zajedno sa procentualnim padom vrednosti brzine ultrazvučnog impulsa, u odnosu na vrednost pre zagrevanja, dati su u tabeli 4.

Pre zagrevanja Posle zagrevanja Pad vrednosti (%) K 1918 852 55,6

KO 1667 899 46,1 P1 2772 475 82,8 P2 2104 334 84,1

C 4228 2532 40,1

Tabela 4. Uporedni prikaz brzine prostiranja ultrazvučnog impulsa (m/s) kod ispitivanih maltera

77

Vrednosti brzine ultrazvučnog impulsa kod ispitivanih maltera, posle izlaganja temperaturi od 600°C, pale su od 40,1% (za malter oznake C) do 84,1% (za malter oznake P2). Kao i kod uzoraka koji su negovani na sobnoj temperaturi, na osnovu pada brzine ultrazvučnog impulsa, predmetni malteri se mogu podeliti u tri grupe: prvu grupu maltera (sa prosečnim padom vrednosti brzine ultrazvučnog impulsa od oko 50%) čine malteri sa krečom (oznake K i KO), drugu grupu maltera (sa prosečnim padom vrednosti brzine ultrazvučnog impulsa od oko 83%) čine produžni malteri (oznake P1 i P2), dok je kod maltera oznake C ovaj pad najniži (40,1%). Najveće promene izmerene na uzorcima produžnog maltera najverovatnije su posledica razlaganja produkata očvršćavanja cementa i kreča, kao i izvesne termičke nekompatibilnosti komponenata, te je nakon termičkog tretmana došlo do formiranja većeg broja prslina i pukotina u materijalu, u odnosu na druge dve grupe maltera.

Napominje se da, iako uslovi hlađenja uzoraka mogu da utiču na ponašanje maltera izloženih dejstvu visokih temperatura, kao i reakcije ekspanzivnih jedinjenja (CaO, MgO) sa vlagom iz vazduha, ove pojave nisu uključene u rezultate ispitivanja prikazane u okviru ovog rada.

4. ZAKLJUČAK

Na osnovu prikazanih rezultata ispitivanja može se zaključiti da je nakon termičkog tretmana kod svih vrsta maltera došlo do povećanja dimenzija i gubitka mase uzoraka. S obzirom da nije došlo do izrazite pojave otpadanja materijala sa površine uzorka i da je kao agregat korišćen krečnjački kamen, koji je stabilan na temperaturama nižim od 600 °C, ove pojave se mogu pripisati, pre svega, gubitku vode iz uzoraka i hemijskim reakcijama razlaganja produkata očvršćavanja cementa i kreča. Cementni malteri su, kako je i očekivano, pokazali najbolja fizičko-mehanička svojstva i pre i nakon izlaganja povišenim temperaturama. Međutim, primećeno je da je kod maltera koji su u svom sastavu kao vezivo imali samo hidratisani kreč došlo do procentualno najmanjeg pada vrednosti čvrstoća pri pritisku (17,2% i 19,7%) u odnosu na ostale vrste maltera, a posebno u odnosu na produžne maltere kod kojih je pad čvrstoća pri pritisku iznosio čak 84,0% i 81,4%. Može se zaključiti, dakle, da su razlaganje produkata hidratacije cementa i termička nekompatibilnost produkata očvršćavanja cementa i kreča u najvećoj meri doprineli lošijim rezultatima produžnih maltera u odnosu na ostale vrste ispitivanih maltera. Kombinacija razlaganja produkata očvršćavanja cementa i kreča, kao i termička nekompatibilnost produkata očvršćavanja cementa i kreča (kod produžnih maltera), usled koje je na visokim temperaturama došlo do formiranja većeg broja pukotina u materijalu u odnosu na druge dve grupe maltera, najverovatnije predstavljaju glavne uzroke smanjenja brzina prostiranja ultrazvučnog impulsa koji se propagiraju kroz uzorke produžnog maltera nakon njihovog izlaganja visokim temperaturama. Pritom, brzina prostiranja ultrazvučnog impulsa kroz tretirane serije maltera ne prati čvrstoću pri pritisku, kao što bi se očekivalo. S obzirom na male promene dimenzija uzoraka krečnih maltera (K i KO), koje su iznosile 0,8% i 0,1% u odnosu na početne dimenzije, može se smatrati da ovi malteri neće unositi dodatna naprezanja u konstrukciju usled povećanja svojih dimenzija pri požaru. Iako su na ovim malterima dobijene niske vrednosti čvrstoća pri pritisku na 28 dana (marka maltera M1), oni su zadovoljili istu marku maltera i nakon dejstva visoke temperature.

78

5. REFERENCE

[1] Cree D., Green M., Noumowe A.: Residual strength of concrete containing recycled materials after exposure to fire: A review, Construction and Building Materials 45, 2013, str. 208-223

[2] Henry A., Stewart J.: English Heritage practical building conservation. Mortars, renders & plasters, Farnham ; Burlington : Ashgate, 2011.

[3] Jevtić, D.: Odredbe aktuelne regulative iz oblasti zaštite od požara zidanih konstrukcija - Evrokod 6 - Deo 1-2, V naučno-stručno savetovanje "Ocena stanja, održavanje i sanacija građevinskih objekata i naselja", Savez građevinskih inženjera i tehničara Srbije, Zlatibor, 29. maj - 1. jun 2007, str. 453-460,

[4] Jevtić, D.: Uticaj vrste agregata i prisustva mikroarmature na fizičko-mehanička svojstva tradicionalnih matera, Fasade i krovovi u zgradarstvu, savremeni i tradicionalni materijali i sistemi u funkciji energetske efikasnosti, trajnosti i estetike, zbornik radova, Beograd 25. oktobar 2013. godine, str. 69-82.,

[5] Jevtić D., Markićević J, Savić A.: The Change of Physical and Mechanical Properties of Fiber Reinforced Cement-Lime Mortars, V Internacionalni naučno-stručni skup Građevinarstvo - nauka i praksa, Žabljak, 17-21. februar 2014, Zbornik radova, Izdavač: Univerzitet Crne Gore, Građevinski fakultet, pp. 941-946,

[6] Maravelaki-Kalaitzaki P., Bakolas A., Moropoulou A.: Physico-chemical study of Cretan ancient mortars, Cement and Concrete Research 33, 2003, str. 651–661

[7] Muravljov M.: Građevinski materijali, Beograd, 2000. [8] Muravljov, M., Jevtić, D.: ENV 1996, Evrokod EC 6 - Proračun zidanih konstrukcija, Deo

1-2: Proračun konstrukcija za dejstvo požara, editor M. Muravljov, Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, 1997, str. 155-181, ISBN 86-80049-54-9

[9] Ruvalcaba Ayala, F.R.: Mechanical Properties and Structural Behaviour of Masonry at Elevated Temperatures, PhD Thesis, The University of Manchester, 2010.

[10] Terzić A.: Uticaj mikrostrukture na svojstva vatrostalnih betona, doktorska disertacija, Univerzitet u Beogradu, Tehnološko – metalurški fakultet, Beograd, 2009.

[11] SRPS EN 196-1:2008: Metode ispitivanja cementa - Deo 1: Ispitivanje čvrstoće [12] SRPS EN 1996-1-2:2012: Evrokod 6 -- Projektovanje zidanih konstrukcija -- Deo 1-2:

Opšta pravila -- Projektovanje konstrukcija na dejstvo požara [13] SRPS U.M1.042:1998: Beton - Očvrsli beton - Određivanje brzine ultrazvučnog impulsa [14] SRPS U.M8.002:1997: Malteri za zidanje i malterisanje – metode ispitivanja

79

Vedran Carević1 Ivan Ignjatović2 UDK: 620.193.2:666.972.1

620.193.2:691.322

ISPITIVANJE OTPORNOSTI BETONA SA PRIRODNIM I RECIKLIRANIM AGREGATOM UBRZANIM KARBONATIZACIONIM TESTOVIMA

Rezime: Korozija armature usled karbonatizacije je jedan od osnovnih mehanizama oštećenja armiranobetonskih konstrukcija. U aktuelnim proračunskim modelima karbonatizacije, na kojima je zasnovana metodologija projektovanja prema upotrebnom veku konstrukcije, ključni parametar je karbonatizaciona otpornost betona. Ovo svojstvo materijala ispituje se ubrzanim testovima koji podrazumevaju izloženost relativno visokim koncentracijama CO2, a zatim se dubina tako karbonatizovane zone dovodi u vezu sa projektovanom dubinom u uslovima realne izloženosti. U radu su prikazani rezultati ubrzanih karbonatizacionih testova sprovedenih u uslovima koncentracije CO2 od 1%, 2% i 4% na betonima spravljenim sa prirodnim i recikliranim agregatom. Rezultati ispitivanja ukazuju na efekte promene koncentracije CO2 na kinetiku procesa karbonatizacije.

Ključne reči: beton, reciklirani agregat, karbonatizacija, ubrzani karbonatizacioni test.

RESISTANCE OF CONCRETE WITH NATURAL AND RECYCLED AGGREGATES ON ACCELERATED CARBONATION TESTS

Abstract: Reinforcement corrosion due to carbonation is one of the main deterioration mechanisms of reinforced concrete structures. The key parameter in the model of carbonation applied in service life design methodology is the carbonation resistance of concrete. This property of the material is tested on accelerated tests, which consider exposure to relatively high concentration of CO2, measurement of the carbonation depth and it’s correlation with the designed concrete cover. The paper presents the results of accelerated carbonates tests conducted in conditions of CO2 concentration of 1%, 2% and 4%, on the concrete samples made with natural and recycled aggregates. Test results show the effect of CO2 concentration change on the kinetics of the carbonation process.

Key words: concrete, recycled aggregate, carbonation, accelerated carbonation test.

1 Mast.inž.građ, asistent, Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra

73, [email protected] 2 Docent, dr, Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73,

[email protected]

DIMK




80

1. UVOD

Beton se generalno smatra građevinskim materijalom koji poseduje dobru trajnost. Međutim, slučajevi nezadovoljavajuće trajnosti objekata, od kojih su neki izgrađeni u najrazvijenijim delovima sveta gde je očekivani nivo kvaliteta gradnje veoma visok, pojavljuju se sve češće. Vodeći problem predstavlja korozija armature u armiranobetonskim konstruktivnim elemenatima. Jedan od najvažnijih procesa koji dovode do depasivizacije armature i stvaranja uslova za koroziju, pored penetracije hlorida, je karbonatizacija. Karbonatizacija predstavlja proces neutralizacije cementne matrice usled reakcije sa ugljendioksidom (CO2) iz spoljašnje sredine. S obzirom da se nivo ugljendioksida u atmosferi konstantno povećava, pogotovo u urbanim zonama u kojima se i nalazi najveći deo fonda građevinskih objekata, raste značaj analize uticaja karbonatizacije na njihovu trajnost. Takođe, postoji trend primene zelenih betonskih kompozita u savremenim armiranobetonskim konstrukcijama, čija je otpornost na karbonatizaciju još uvek nedovoljno istražena. Konačno, za specifične konstrukcije (npr. tunele) karbonatizacija zbog povećane koncentracije CO2 iz motora sa unutrašnjim sagorevanjem predstavlja dominantni mehanizam oštećenja.

2. KARBONATIZACIJA KAO FIZIČKO-HEMIJSKI PROCES

Karbonatizacija betona je složen fizičko-hemijski proces koji se odvija u cementnoj matrici zaštitnog sloja betona do armature. Beton je porozan materijal kroz koji različite supstance mogu prodreti kroz mrežu međusobno povezanih kapilarnih pora. Transportni mehanizam ugljendioksida kroz betonski zaštitni sloj je difuzija koja se, prema pretpostavci, odvija u skladu sa 1. Fick-ovim zakonom difuzije, usvajajući da je koncentracija atmosferskog CO2 konstantna u toku vremena.

Postoji nekoliko parametara koji utiču na difuziju ugljendioksida kroz strukturu betona, kao što su poroznost, temperatura, vlažnost. Unutrašnja difuzija pomoću koje se molekuli transportuju kroz beton zavisi od veličine i povezanosti sistema pora. Sa porastom temperature difuzija gasa se povećava zbog povećane molekularne aktivnosti. Vlažnost predstavlja veoma važan parametar, s obzirom da se proces usporava ukoliko su pore zasićene vodom. U tom slučaju CO2 veoma teško reaguje zbog niskog stepena difuzije u vodi. Sa druge strane, ukoliko je beton previše suv, CO2 ne može da se rastvori u tankom sloju vode koji pokriva zidove pora čime se reakcija znatno usporava. Proces karbonatizacije najintenzivniji je pri umerenoj relativnoj vlažnosti, između 50% i 70% [7].

Karbonatizacija nastaje kada ugljen- dioksid (CO2) iz atmosfe reaguje sa vodom (H2O) u porama betona formirajući ugljenu kiselinu (H2CO3). Ona dalje reaguje sa kalcijum hidroksidom (Ca(OH)2) kao produktom hidratacije i/ili kalcijum bogatom CSH vezom u betonu, odnosno C-A-H [13], formirajući kalcijum karbonat (CaCO3):

3CO2HO2H2CO →+ (1)

( ) O2H3CaCO2OHCa2COH 22 +→+ (2)

Rezultat ove reakcije je smanjenje alkalnosti betona sa pH vrednosti od oko 13,5 do ispod 9, čime se gubi hemijska zaštita armature - pasivizacioni sloj oko armature je

81

narušen i stvoreni su uslovi za početak korozije armature. Kako se u procesu oslobađa voda, karbonatizacija je neprekidan proces, s obzirom da je ona neophodna za početak reakcije. Formiranje kalcita (CaCO3) ne prestaje kada se sav portlandit (Ca(OH)2) rastvori. Ca2+ joni dalje se izdvajaju iz CSH veze što vodi do dekalcifikacije [2]. Alkalni joni sada mogu zameniti kalcijumove jone na mestima gde su ostale praznine. Dekalcifikacija, a time i polimerizacija CSH veze su ključni procesi koji prave razliku u ponašanju betona pri različitim koncentracijama CO2. Istraživanja pokazuju da se polovina ugljendioksida u betonu troši na reakciju sa Ca(OH)2, dok druga polovina reaguje sa CSH vezom [13].

3. ISPITIVANJE DUBINE KABONATIZACIJE BETONA

Postoji nekoliko metoda detekcije karbonatizovanog fronta u betonu. Zbog redukcije pH vrednosti u karbonatizovanom betonu, karbonatizovana zona se obično identifikuje pomoću obojenih indikatora baznosti sredine, kakav je i fenolftaleinski test. Važeća tehnička regulativa [5],[6],[10],[12] koristi upravo ovaj test za određivanje dubine karbonatizovanog fronta. Karbonatizovana zona betona čija je pH vrednost manja od približno 9 ostaće neobojena, dok će beton sa većom pH vrednošću postati ljubičast kao posledica reakcije fenolftaleinskog rastvora i slobodnog portlandita (kalcijum hidroksida). Ipak, određene studije su pokazale da karbonatizovani front nije oštar kako se to ovom metodom dobija, već blago promenjiv [2],[3]. U radu [3] pomoću termogravimetrijske (TGA) i rentgenske (XRD) metode utvrđeno je da dubina potpuno karbonatizovane zone koja se može odrediti fenolftaleinskim testom, predstavlja samo polovinu dubine karbonatizovanog fronta. Na osnovu rezultata dobijenih primenom ovih metoda mogu se definisati 3 zone: potpuno karbonatizovana, delimično karbonatizovana i nekarbonatizovana [3]. Važno je istaći da seTGA i XRD metode koriste kako bi se shvatila priroda procesa koji se odvija unutar betonske strukture, a ne kao metode koje bi se mogle koristiti u praksi zbog svoje komplikovanosti. Fenolftaleinski test ostaje kao inženjerski najprihvatljiva metoda koja se sa dovoljnom tačnošću može koristiti i na terenu i u laboratorijskim uslovima.

U praksi, očekivana dubina karbonatizacije u prirodnim uslovima je najvažnija informacija koja interesuje inženjere, kada govorimo o projektovanju zaštitnog sloja armiranobetonskih konstrukcija i obezbeđivanju trajnosti, tj. upotrebnog veka istih. Vrednost koncentracije ugljendioksida u atmosferi značajno varira u zavisnosti od geografskog područja. Uobičajeno, prirodne koncentracije CO2 u atmosferi usvajaju se u granicama od 0,03% u ruralnim i 0,3% u urbanim oblastima [4]. Pri takvim uslovima izloženosti potrebne su bar dve godine kako bi se merenjima prikupili validni podaci samo za kvalitativnu (komparativnu) ocenu novoprojektovanog betona u smislu karbonatizacione otpornosti. Potreba da se simuliraju stvarni uslovi izloženosti konstrukcija tokom eksploatacionog veka i realno ostvarene dubine karbonatizacije, ali i skrati vreme testiranja materijala, iznedrili su brojne ubrzane testove karbonatizacije. Ubrzanje procesa karbonatizacije, tj. skraćivanje dužine ispitivanja, postiže se prvenstveno povećanim koncentracijama ugljendioksida kojim se izlažu uzorci.

Postoje različiti modeli kojima se opisuje karbonatizacija betona i daje predikcija dubine karbonatizovane zone zaštitnog sloja u funkciji vremena [5],[8],[11]. Generalno, usvojen je princip da kada se izjednače dubina karbonatizacije i debljina zaštitnog sloja, smatra se da dolazi do kraja perioda inicijalizacije, počinje depasivizacija armature i

82

najčešće se taj trenutak smatra krajem upotrebnog veka [9]. Praktično svi analitički izrazi za proračun dubine karbonatizacije svode se na relaciju [8]:

tCOKx 2c ⋅⋅= (3)

gde je

xc - dubina karbonatizacije [m] K - koeficijent koji zavisi od svojstava betona CO2 - koncentracija CO2 [%] t - vreme izloženosti [dani]

U literaturi se na različite načine definiše koeficijent K [5],[8],[11]. Međutim, sve relacije počivaju na nezavisnosti koeficijenta K od koncentracije CO2, što čini važnu pretpostavku koja omogućava upotrebu ubrzanih karbonatizovanih testova sa različitim koncentracijama ugljendioksida.

Postoje različite preporuke za ispitivanje ubrzane karbonatizacione otpornosti na betonskim uzorcima [5],[6],[10]. Iako nema naročite razlike u načinu definisanja dimenzija i izboru uzorka, postoje razlike u definisanju koncentracije ugljendioksida (CO2) kojima su uzorci izloženi, tabela 1.

Tehnička regulativa CO2

[%]

RH

[%]

T

[°C]

Vreme merenja

[dani]

[5] 2 65 20 28

[6] 4 55 20 28, 42, 56

[10] 3 55 22 56, 63, 70

*Belgija 1 55 20 3, 7, 14, 28, 35, 42, 56

*Nemačka 2 65 20 28

*UK 4±0,5 55±5 20±2 Različite starosti do 14 dana

*Francuska 50±5 65±5 20±2 7, 14, 28

*Italija 50 50 20 3, 6, 9, 12, 15

*Nordijske zemlje 20±3 65±10 23 Na svaka 2 dana, ukupno 8

* Podaci preuzeti iz [7]

Tabela 1. Pregled standarda za ispitivanje dubine karbonatizacije

Ipak, određivanje karbonatizacione otpornosti posmatranog betona u kvantitativnom smislu, moguće je samo upotrebom [5], gde je rezultat ispitivanja vrednost inverzne karbonatizacione otpornosti R-1

ACC. Ovo je jedan od ključnih parametara za projektovanje prema upotrebnom veku konstrukcije. Primenom svih ostalih standarda iz tabele 1 dobijaju se vrednosti koje služe dominantno za poređenje sa vrednostima dobijenim na drugim ili referentnim (standardom definisanim) betonima pri istim uslovima izloženosti.

83

4. POREĐENJE UBRZANOG I PRIRODNOG KARBONATIZACIONOG TESTA

Kao što je već navedeno, postoje različiti ubrzani testovi kojima se želi u laboratorijskim uslovima značajno skratiti vreme testa. U tu svrhu, na osnovu jednačine (3) formirana je i matematička zavisnost (4) između dubina karbonatizacije pri različitim koncentracijama i vremenima izloženosti. Da bi se ova relacija mogla prihvatiti potrebno je usvojiti pretpostavku da za isti materijal neće doći do promene procesa karbonatizacije pri različitim koncentracijama izloženosti. Takođe, izraz (4) podrazumeva uslove konstantne vlažnosti RH=65% i temperature 20°C:

[ ][ ] NCT

ACT

NCT2

ACT2

NCTc,

ACTc,

tt

COCO

xx

⋅= (4)

gde je,

xc,ACT - dubina karbonatizacije nakon ubrzanog testa [mm] xc,NCT - dubina karbonatizacije uzorka izloženog prirodnim uslovima CO2 [mm] t,ACT - vreme izloženosti kod ubrzanog testa [dani] t,NCT - vreme izloženosti prirodnim uslovima CO2 [dani] [CO2]ACT - koncentracija CO2 kod ubrzanog testa [%] [CO2]NCT - koncentracija CO2 u prirodnim uslovima [%]

Na osnovu relacije (4) sledi da će se ista dubina karbonatizacije u prirodnim uslovima ostvariti za ono vreme koje je jednako vremenu trajanja ubrzanog testa pomnoženo odnosom koncentracija CO2:

[ ][ ] ACT

NCT2

ACT2NCT t

COCO

t ⋅= (5)

Međutim, primena različitih koncentracija ugljendioksida dovodi do promene u kinetici procesa [2],[7],[8], što može da narušiti definisanu relaciju. U radu [2] ispitivan je uticaj različitih koncentracija CO2 na strukturu cementne paste u poređenju sa prirodno izloženim uzorcima. Na osnovu eksperimentalnog istraživanja došlo se do zaključka da koncentracije CO2 do 3% predstavljaju optimalne vrednosti koncentracije CO2 koja dovoljno ubrzava proces u okviru razumno kratkog vremena, a ne narušava dramatično mikrostrukturu u odnosu na prirodnu karbonatizaciju.

5. UTICAJ RECIKLIRANOG AGREGATA NA PROCES KARBONATIZACIJE

Kao rezultat upotrebe recikliranog agregata u spravljanju betona, mikrostruktura se značajno komplikuje. Kod betona na bazi recikliranog agregata (RAC) postoje 2 prelazne, tranzitne (ITZ) zone: stara zona između orginalnog prirodnog agregata i prvobitnog maltera, i nova zona između starog i novog maltera. Ovo komplikuje mikrostrukturu i otežava izučavanje pitanje trajnosti ovakvih betona. Sa povećanjem količine recikliranog agregata u mešavini povećava se zapremina ITZ zone što dovodi do negativnog uticaja na karbonatizacionu otpornost [14].

84

Kada govorimo o kinetici procesa, u radu [1] konstatovano je, u studiji ubrzane karbonatizacije, da se kinetika procesa karbonatizacije betona sa recikliranim agregatom ne razlikuje u odnosu na betone sa prirodniom agregatom. Ipak, postoje dva nova faktora kod RAC betona koji se izdvajaju u odnosu na betone na bazi prirodnog agregata (NAC). Porozan reciklirani agregat prouzrokovaće veću poroznost betona u poređenju sa betonom od prirodnog agregata i manju karbonatizacionu otpornost. Sa druge strane, RAC betoni mogu imati veću količinu veziva i samim tim veću količinu alkalija koje se moraju karbonatizovati tokom procesa. Tome doprinosi i stari malter koji se nalazi na zrnu prirodnog agregata. Dakle, reciklirani agregat se ne može smatrati inertnim jer sadrži veće količine alkalija koje mogu formirati etringit u ITZ zoni između recikliranog agregata i nove cementne paste [1]. To doprinosi smanjenju poroznosti i difuznosti CO2. Prema tome postoje dva međusobno suprostavljena faktora koja utiču na karbonatizaciono ponašanje betona sa recikliranim agregatom. Kada je procenat zamene nizak, negativan efekat povećane poroznosti nadjačava pozitivan efekat povećanja alkalnih supstanci. Dubina karbonatizacije dostiže maksimum pri 70% zamene krupnog agregata recikliranim [14]. Nakon toga dolazi do pada dubine usled nadjačavanja pozitivnog efekta povećanja cementa [14].

6. EKSPERIMENTALNO ISPITIVANJE

Za potrebe eksperimentalnog istraživanja spravljena su dva betona - beton sa 100% zamene krupnog agregata recikliranim (RAC) i beton sa prirodnim agregatom (NAC). Rezultati ispitivanja zapreminske mase u svežem (γc,sveže) i očvrslom stanju (γc), uvučenog vazduha, sleganja i čvrstoće pri pritisku pri starosti od 14 (fc,14) i 28 dana (fc,28), prikazani su u tabeli 2. Čvrstoće pri pritisku određene su na probnim telima oblika kocke dimenzija 10 cm.

Uzorak γc,sveže

[kg/m3]

γc

[kg/m3]

Uvučeni vazduh

[%]

Sleganje

[cm]

fc,14

[MPa]

fc,28

[MPa]

NAC 2342 2320 3,20 15,3 23,13 35,04

RAC 2281 2241 3,15 14,8 34,03 41,55

Tabela 2. Fizičko-mehanička svojstva ispitivanih betona

Nakon negovanja 28 dana u vodi uzorci su smešteni u komoru sa kontrolisanim uslovima vlažnosti, temperature i koncentraije CO2, slika 1. Uzorci su bili izloženi različitim koncentracijama CO2 od 1%, 2% i 4% kako bi se ispitala promena kinetike procesa pri različitim koncentracijama izloženosti. Dubina karbonatizacije određivana je fenolftaleinskim testom, u svemu prema standardu [12]. Kako bi se testirao uticaj koncentracije ugljendioksida na promenu kinetike procesa, dva uzorka (NAC-R, RAC-R) su izložena koncentraciji od 16% CO2, ali samo u trajanju od tri dana. Nakon toga, u toku preostalog vremena do 28 dana, izloženi su koncentraciji od 2% CO2. Preostalo vreme do 28 dana proračunato je na osnovu relacije (4), s obzirom da su uzorci bili izloženi različitim koncentracijama ugljendioksida.

85

Slika 1. Komora sa kontrolisanim uslovima CO2, temperature i vlage

7. REZULTATI ISPITIVANJA KARBONATIZACIJE

Sprovedeni rezultati ispitivanja karbonatizacije za dve vrste betona pri koncentraciji od 2% CO2 prikazani su na slici 2 u funkciji kvadratnog korena vremena izloženosti. Može se uočiti da veću dubinu karbonatizacije imaju NAC betoni u odnosu na RAC. Razlog pre svega leži u činjenici da NAC betoni imaju manju čvrstoću pri pritisku, a samim tim i nešto veću permeabilnost koja je važan faktor za difuziju ugljendioksida. Sa porastom čvrstoće dolazi do pada dubine karbonatizacije. To se dešava zbog povećane kompaktnosti, što smanjuje poroznost i brzinu difuzije CO2 kroz strukturu betona. Na taj način je smanjena i karbonatizovana zona.

R² = 0.998

R² = 0.9576

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Dub

ina

karb

onat

izac

ije [m

m]

t0.5 [dani]

2%-RAC

2%-NAC

Slika 2. Rezultati ispitivanja karbonatizacije pri koncentraciji od 2%

86

Na slici 3 nalaze se rezultati ispitivanja pri 4% CO2. Primetan je isti trend kao i na prethodom dijagramu. Činjenica je da pored veće čvrstoće, RAC betoni imaju i pozitivan efekat količine cementa koji je primetan pogotovo kod većih procenata zamene krupnog agregata što je ovde i slučaj (100%). Zbog toga i ne iznenađuje manja dubina karbonatizacije u poređenju sa NAC betonima. Ako se uporede rezultati sa slike 2 i slike 3, očekivano, za istu dužinu trajanja testa, veća dubina karbonatizacije ostvarena je pri većoj koncentraciji (4%), nezavisno od vrste betona – NAC ili RAC.

Takođe, rezultati merenja dubine karbonatizacije prikazani na slikama 2 i 3 pokazuju dosta visoku korelaciju sa kvadratnim korenom vremena, što potvrđuje validnodnost izraza (3), nezavisno od vrste betona – NAC ili RAC.

R² = 0.9966

R² = 0.9867

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

Dub

ina

karb

onat

izac

ije [m

m]

t0.5 [dani]

4%-RAC

4%-NAC

Slika 3. Rezultati ispitivanja karbonatizacije pri koncentraciji od 4%

Na slici 2 prikazani su rezultati ispitivanja dubine karbonatizacije na uzorcima koji su bili izloženi samo koncentraciji od 2% (NAC, RAC) i oni koji su na početku izloženi koncentraciji od 16%, a zatim preostalo računsko vreme do 28 dana koncentraciji od 2% (NAC-R, RAC-R). Ukoliko su relacije (4) i (5) tačne, onda bi vrednosti dubina karbonatizacije za jednu vrstu betona trebalo da budu približno jednake, bez obzira na način tretiranja ugljendioksidom. Međutim, na slici 4 uočava se da je dubina karbonatizacije betona koji su prethodno bili izloženi koncentraciji od 16% i do 2 puta veća u odnosu na uzorke koji su tretirani konstantno sa 2% CO2. Može se, dakle, zaključiti da se na bazi prikazanih rezultata, izraz (4) ne može koristiti kao relacija za konverziju rezultata ispitivanja karbonatizacije na uzorcima koji su bili izloženi različitim koncentracijama tokom ubrzanog testa, bez obzira na vrstu betona.

87

R² = 0.998

R² = 0.9576

R² = 0.9323

R² = 0.9556

0.0

3.0

6.0

9.0

12.0

15.0

18.0

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00D

ubin

a ka

rbon

atiz

acije

[mm

]t0.5 [dani]

2%-RAC

2%-NAC

2%-RAC-R

2%-NAC-R

Slika 4. Rezultati ispitivanja karbonatizacije uzoraka izloženih različitim koncentracija tokom

vremena

Ako se uzme u obzir pretpostavka prikazana u jednačini (3), da koeficijent K ne zavisi od koncentracije CO2 kojoj je uzorak izložen, onda se dubina karbonatizacije, u određenom vremenu izloženosti, može prikazati u funkciji korena koncentracije ugljendioksida. U tom slučaju trebala bi da postoji jedinstvena prava linija za određeni materijal pri različitim koncentracijama izloženosti CO2, a za isti interval trajanja ispitivanja. Nagib te linije predstavljaće koeficijent K. Na slici 5 prikazana je dubina karbonatizacije za NAC i RAC betone pri različitim koncentracijama, nakon 14 dana. Razlike između nagiba pravih za jedan beton nisu izrazito velike da bi se mogao izvesti zaključak o promeni kinetike samog procesa pri različitim koncentracijama ugljen dioksda. Zbog toga je potrebno sprovesti dodatno istraživanje na različitom spektru koncentracija kako bi se utvrdila granica pri kojoj dolazi do promene kinetike procesa. Na taj način bi se mogao izabrati ubrzani test na osnovu kojeg bi se mogla raditi pouzdana predikcija u realnom vremenu.

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Dub

ina

karb

onat

izac

ije [m

m]

C0.5 [%]

14 dana1% RAC

2% RAC

4% RAC

1% NAC

2% NAC

4% NAC

Slika 5. Dubina karbonatizacije nakon 14 dana u funkciji korena koncentracije CO2

88

8. ZAKLJUČAK

Na osnovu prikazanih eksperimentalnih ispitivanja i teorijskih razmatranja, izvedeni su sledeći zaključci:

1. Betoni na bazi recikliranog agregata pokazali su veću karbonatizacionu otpornost u odnosu na betone sa prirodnim agregatom, što je očekivano, s obzirom na izmerene razlike u čvrstoćama pri pritisku.

2. Izmerene dubine karbonatizacije pri koncentracijama od 2% i 4% u dobroj su korelaciji sa kvadratnim korenom vremena izloženosti, bez obzira na vrstu betona.

3. Primena odnosa korena koncentracija (4) ne može se primentiti za konverziju rezultata dubina karbonatizacije kod betona izloženih različitim koncentracijama CO2 tokom ubrzanih testova.

9. REFERENCE

[1] Bodin B.F., Zaharieva H.R.: Influence of industrially produced recycled aggregates on flow properties on concrete, Material Structures, 2002., str. 504-509.

[2] Castellote Marta, Fernandez Lorenzo, Andrade Carmen, Alonso Cruz: Chemical changes and phase analysis of OPC pastes carbonated at different CO2 concetrations, Materials and Structures, 2009., str. 515-525.

[3] Chang Cheng-Feng, Chen Jing-Wen: The experimental investigation of concrete carbonation depth, Cement and Concrete Research, 2006., str. 1760-1767.

[4] Eguez E. Hugo, De Belie Nele, De Schutter Geert: The influance of carbonation on de icer scaling resistance of blast furnace slag concrete (BFSC), XIII International Conference on Durability of Building Materials and Components, 2014., str. 138-1746.

[5] fib Bulltein 34: Model Code for Service Life Design, International Federation for Structural Concrete (fib), Lozana, Švajcarska, 2006., str. 110.

[6] FprEN 12390-12: Testing hardened concrete - Part 12: Determination of the potential carbonation resistance of concrete: Accelerated carbonation method, 2010.

[7] Harrison A. Thomas, Jones Martyn Roderick, Newlands Moray David, Kandasami Sivakumar, Khanna Gaurav: Experience of using the prTS Experience of using the prTS test to assess the relative performance of concrete, Magazine of Concrete Research, 2012., str. 737-747.

[8] Hyvert N, Sellier A., Duprat F., Rougeau P., Francisco P.: Dependency of C–S–H carbonation rate on CO2 pressure to explain transition from accelerated tests to natural carbonation, Cement and Concrete Research, 2010., str. 1582-1589.

[9] Ignjatović I., Marinković S.: Projektovanje betonskih konstrukcija prema upotrebnom veku: Deo 1 – Osnovni pojmovi trajnosti i pouzdanosti, Materijali i konstrukcije, 2007, br. 4, str. 3-15.

[10] ISO 1920-12: Testing of conrete - Part12: Deterination of the carbonation resistance of concrete - accelerated carbonation method, Ženeva, Švajcarska, 2015.

[11] Papadakis V.G, Vayenas C.G, Fardis M.N: A Reaction Problem of Engineering Approach to the Concrete Carbonation, AIChE Journal, SAD, 1989., str. 1639-1650.

[12] SRPS EN 12390-10: Ispitivanje očvrslog betona - Deo 10: Određivanje relativne otpornosti betona prema karbonatizaciji, 2008.

[13] Taludakar S., Banthia N., Grace J.R.: Carbonation in concrete infrastructure in the contex of global climate change - Part1: Experimental results and model development, Cement and Concrete Composites, 2012., str. 924-930.

[14] XIAO Jian Zhuang, LEI Bin, ZHANG Chuan Zeng: On carbonation behavior of recycled aggregate concrete, Sci China Tech Sci, 2012., str. 2609-2616.

89

Jelena Skoković1, Jelena Krupež2, Jelena Milić Lalović3 Jelena Milić Deyab4, Biljana Stepanović5 UDK: 006.44:66.017/.018

STANDARDIZACIJA SAVREMENIH MATERIJALA

Rezime: Razvoj standarda za savremene materijale i tehnologije proističe iz sve veće primene nauke u određenim sektorima (npr. transportu, energiji, medicinskim uređajima, građevinarstvu, itd). Ključna korist od primene standarda iz oblasti savremenih materijala je u olakšanoj trgovini, u smislu širenja i prihvatanja informacija kao i povećanja poverenja između industrijskog sektora i potrošača. Izazov na koji pokušava da odgovori Institut za standardizaciju Srbije (ISS) jeste podizanje svesti o dostupnosti i koristi od primene standarda iz ove oblasti, jer znanje o njihovom postojanju nije široko rasprostranjeno. Kao podrška razvoju sadašnjih i budućih savremenih materijala, neophodna je usredsređenost na donošenje harmonizovane regulative i standarda, kao i na razvoj sertifikacije savremenih materijala.

Ključne reči: standardi, standardizacija, savremeni materijali, Institut za standardizaciju Srbije, nanomaterijali.

STANDARDIZATION OF THE ADVANCED MATERIALS

Abstract: Development of standards for the andvanced materials arising from the increasing application of science in specific sectors (e.g. transportation, energy, medical devices, construction, etc). A key benefit od standards application in the field of advanced materials is to facilitate commerce, in sence of a broader acceptance of information and increased confidence between industry and consumers. The challange for Institute for standardization of Serbia (ISS) is raising awareness of availability and usefulness of standards in this field, because knowledge of their existence is not widespread. To support the development of the current and future advanced materials, focus should be made on the development of harmonized regulation and standards, and the development of certifications for advanced materials.

Key words: standards, standardization, advanced materials, Institute for standardization of Serbia, nanomaterials. 1 dipl. inž. građevinarstva 2 master hemije 3 dipl. inž. saobraćaja 4 mr metalurgije 5 dipl. inž. poljoprivrede Institut za standardizaciju Srbije, Stevana Brakusa 2, 11030 Beograd (www.iss.rs), tel: (011) 7541-421, 3409-301, e-pošta: [email protected]

DIMK




90

Standardizacija, inovacije i istraživanje (STAIR – standardization, inovation & research) ″Standardi su od ključnog značaja za inovacije i napredak na jedinstvenom tržištu,

oni povećavaju bezbednost, interoperabilnost i konkurentnost, a pomažu i u uklanjanju prepreka u slobodnoj trgovini.″

Single Market Communication 550/2015

1. UVOD / INTRODUCTION

U toku rasta i razvoja svakodnevno učimo nešto novo, za nas do sada nepoznato. Bilo da su u pitanju novi aparati ili načini komunikacije sa drugima, radoznalost i želja za novim iskustvima su prisutni u svakom trenutku. Radoznalost je definitivno vrlina, ali je treba iskoristiti na pravi način i ″ne opeći se dva puta″.

Veoma brz razvoj i napredak današnjih generacija zahteva stalno lično usavršavanje i unapređenje okruženja. Kao posledica pomeranja granica zarad unapređivanja okruženja nastali su savremeni materijali i tehnologije koji olakšavaju ispunjenje kompleksnih ciljeva današnjice.

Novi društveni, ekonomski i energetski izazovi su faktori koji danas primoravaju industriju da se menja i transformiše ukoliko želi da ostane konkurentna. Sledeći ovaj trend, građevinska industrija i njeni pripadajući sektori, kao što je na primer sektor građevinskog materijala, mora težiti inovativnim modelima, i to ne samo u pogledu boljih performansi materijala već i u rešenjima koja objedinjuju nove tehnologije izrade i ugradnje.

Kako je u sektoru građevinskih materijala udeo istraživanja, razvoja i inovacije sve značajniji, na tržištu savremenih građevinskih materijala (uključujući i ″zeleni″ ili čistiji građevinski materijal) zastupljenije su nove vrste proizvoda čija su svojstva u pogledu čvrstoće, termike i/ili lakšeg održavanja poboljšana. Očekuje se da će zahtevi za savremene građevinske materijale biti sve viši kako bi se zadovoljili kompleksni zadaci za postizanje energetske efikasnosti, bezbednosti, održivog razvoja, smanjenje otpada itd.[2]

2. ZAŠTO STANDARDI? / WHY STANDARDS?

Standard je dokument u kome se utvrđuju zahtevi za proizvode, usluge i/ili procese u pogledu njihovih karakteristika. Razvija se na bazi konsenzusa pod okriljem priznatog tela za standarde. Srpski standardi predstavljaju rezultat rada na nacionalnom, evropskom i/ili međunarodnom nivou.

Zastupnici mišljenja da je uloga standarda višestruka i katalizatorska u procesu inovacija su prvenstveno ljudi koji se bave poslovima standardizacije, ali da li je ova izjava potkrepljena merljivim podacima? Rezultati istraživačke studije koja je obuhvatila evropske organizacije za standardizaciju CEN i CENELEC, kao i 9 nacionalnih organizacija za standardizaciju pokazuju da standardi igraju značajnu ulogu u istraživačkim projektima, pri čemu 80 % istraživača koristi standarde kako bi unapredili proces istraživanja obezbeđujući zajedničku terminologiju, harmonizovanu metodologiju i uporedivost istraživačkih aktivnosti.[3]

91

Prilikom pokretanja novog projekta preporuka je da se ispoštuju smernice integrisanog pristupa standardizacije i istraživanja, razvoja i inovacije (slika 1).

Slika 1. Smernice integrisanog pristupa standardizacije i istraživanja, razvoja i inovacije2

Uvođenje standarda u procese istraživanja omogućuje: - širu dostupnost rezultata istraživanja - standard postaje referentni dokument i

omogućiće da rezultati istraživanja postanu šire dostupni i poznati; - ″umrežavanje″ - učešće u standardizaciji zajedno sa drugim zainteresovanim

stranama omogućava sticanje novih kontakata i otvara nove puteve za saradnju sa potencijalnim naučnim ili komercijalnim organizacijama;

- lakše i brže plasiranje na tržište - uzimanjem u obzir postojećih standarda prilikom istraživanja u okviru novog projekta zagarantovano je da će novi rezultati imati bolju primenu na tržištu. Štaviše, ako se rezultati istraživanja pretoče u standarde (npr. u pogledu stručne terminologije, novih metoda merenja, primene novih tehnologija, organizacije inovativnih usluga, primera dobre prakse itd.), obezbeđuje se validacija na tržištu i doprinosi se plasiranju inovacija na tržište.

Iz rezultata projekata inovacija u kojima su učestvovali eksperti koji poznaju i razumeju standardizaciju uglavnom proističe osavremenjivanje postojećih standarda ili razvoj novih.

Postoji veliki broj primera koji se mogu navesti, a vezani su za primenu inoviranih, savremenih materijala u građevinarstvu, a samo neki od njih su:

2 Izvor ftp://ftp.cencenelec.eu/EN/AboutUs/OurServices/Training/10-

10Webinars/2016/Presentations/WEBINAR-2016-004.pdf

92

– High-density modelling foam (pena za oblikovanje visoke gustine) koja je prvenstveno bila namenjena za pakovanje, a sada se koristi pri 3D štampanju tokom kojeg se mogu izraditi najraznovrsniji oblici za različite primene;

– Thermochromatic pigment (termohromatski pigment) koji se meša sa akrilnom bojom i dati predmet je na sobnoj temperaturi uobičajene boje, dok na temperaturama višim od 27 °C postaje crn;

– Polymorph (polimorf), vrsta plastičnog materijala koji može da se oblikuje pri temperaturi od 62 °C i koristi se pri izradi različitih vrsta proizvoda, a najpogodniji je ukoliko proizvod treba da ima ″krivine″ (npr. drške);

– Precious Metal Clay (PMC) (glina sa dragocenim metalima), koja se sastoji od 99 % zlata ili srebra i 1 % gline, a može lako da se oblikuje na sobnoj temperaturi i zatim žarenjem očvršćava;

– Cornstarch polymer (polimer kukuruznog skroba), koji se koristi kao zamena za termoplastične polimere na bazi ulja pri izradi ambalaže.

Prilikom razvoja ovih i drugih savremenih materijala primena standarda u velikoj meri olakšava taj proces. Daljim razvojem i sve širom primenom savremenih materijala razvijaju se i novi standardi, pri čemu se ovaj veoma značajan ciklus neprekidno održava.

3. STANDARDI IZ OBLASTI SAVREMENIH MATERIJALA / STANDARDS REGARDING ADVANCED MATERIALS

Institut za standardizaciju Srbije (u daljem tekstu: Institut), kao organizacija koja je u Republici Srbiji zadužena za poslove standardizacije, okuplja oko 1 200 eksperata iz različitih oblasti koji učestvuju u izradi i donošenju standarda i srodnih dokumenata. Pored toga, Institut putem članstva u evropskim i međunarodnim organizacijama za standardizaciju pruža mogućnost bliske saradnje sa ekspertima iz drugih zemalja.

Svoju osnovnu delatnost, donošenje, održavanje i preispitivanje standarda i srodnih dokumenata, Institut obavlja kroz rad približno 180 komisija za standarde iz različitih oblasti. Standardizacija savremenih materijala i tehnologija zastupljena je u skoro 30 % ukupnog broja komisija za standarde.

Za potrebe ovog rada dat je kratak pregled predmeta standardizacije pojedinih komisija koje donose najveći broj standarda iz oblasti savremenih materijala, dok se detaljnije informacije o ostalim komisijama mogu naći na internet stranici Instituta (www.iss.rs).

KS B184, Savremeni keramički materijali [5]

Razvoj elektronskih uređaja doveo je do povećanja zahteva za elektrokeramičkim materijalima. Ove materijale eksperti razvijaju u zavisnosti od potreba novih proizvoda, uzimajući u obzir tehničku kompleksnost i isplativost. Standardi za metode ispitivanja za određivanje svojstava savremenih keramičkih materijala razvijali su se kako bi se inženjerima olakšala primena tih materijala.

Termin fina keramika/savremeni keramički materijali dešiniše se kao precizno konstruisan, pretežno neorganski i nemetalni materijal visokih performansi, koji ima specifične fukcionalne osobine. Standardizacijom u oblasti savremenih keramičkih materijala (fine keramike) obuhvaćeni su svi oblici materijala od keramičkih prahova, preko monolitne keramike, keramičkih kompozita i keramičkih prevlaka. Ovim standardima se utvrđuju terminologija, klasifikacija, uzimanje uzoraka i metode

93

ispitivanja. Najveći broj standarda odnosi se na metode ispitivanja, što omogućava dalje inovacije u ovoj oblasti uz prethodno dobro poznavanje harmonizovane metodologije.

KS C135, Ispitivanje bez razaranja [7]

Ispitivanje bez razaranja predstavlja skup metoda utemeljen na principima fizike, sa svrhom utvrđivanja svojstava materijala ili komponenata, sastava, te otkrivanja različitih vrsta grešaka (defekata), pri čemu se ne utiče na funkcionalnost materijala koji se ispituje. Osnovna svrha ispitivanja bez razaranja je utvrđivanje kvaliteta i usklađenosti osnovnog materijala i zavarenih spojeva sa zahtevima tehničkih specifikacija i standarda.[1] Ispitivanjem bez razaranja se obezbeđuje balans između kontrole kvaliteta i kontrole troškova.

Standardi za ispitivanje bez razaranja daju uputstva za odgovarajuće metode i tehnike koje se koriste za otkrivanje i procenu nedostatka u materijalu i objektu, bez uništavanja uzoraka pri ispitivanju. Standardi koji se odnose na ispitivanje bez razaranja su iz oblasti terminologije, metoda ispitivanja bez razaranja metala i zavarenih spojeva, opreme i opštih principa za sledeće metode: ultrazvučno ispitivanje, radiografsko i radioskopsko ispitivanje, ispitivanje tečnim penetrantima, ispitivanje magnetskim česticama, ispitivanje vrtložnim strujama, vizuelno ispitivanje, ispitivanje na nepropusnost, kao i kvalifikacija i sertifikacija osoblja za ispitivanje bez razaranja.

Danas, moderna ispitivanja bez razaranja koriste se u proizvodnji i eksploataciji kako bi se osigurao integritet i pouzdanost proizvoda, za kontrolu proizvodnih procesa, niže troškove proizvodnje i da bi se održao jedinstveni nivo kvaliteta.

KS Z229, Nanotehnologije [6]

Predviđa se da će primena nanotehnologija neizbežno ući u takoreći sve životne aspekte i omogućiti značajan napredak u komunikaciji, zdravlju, proizvodnji materijala i naprednim tehnologijama.

Kontrola materije u nanotehnologiji donosi zajedničke procese i tehnike koje se koriste za istraživanje, projektovanje i proizvodnju materijala, uređaja i sistema. To omogućava upravljanje karakteristikama kao što su veličina materijala, oblik, morfologija, hemijski sastav i molekularna konfiguracija za poboljšanje ili razvoj novog procesa i svojstava proizvoda.

Standardi iz oblasti nanotehnologije obuhvataju definisanje terminologije, klasifikaciju i nomenklaturu nanomaterijala, proizvoda nanotehnologija, kao i specifikacije ovih materijala. Pored toga, ovim standardima obuhvaćena je i metrologija i karakterizacija nanomaterijala (uključujući i postupke karakterizacije), a određeni standardi propisuju i zahteve za bezbednost, zaštitu zdravlja i zaštitu životne sredine.

Današnji naučnici i inženjeri otkrivaju nove načine proizvodnje materijala prema nanoskali, a korišćenje jedinstvenih svojstava nanočestica omogućava da primena ovih materijala bude višestruka[4].

4. ZAKLJUČAK / CONCLUSION

Veliki izazov koji je pred svima nama jeste pronalaženje načina na koji se može uspostaviti najoptimalnija moguća saradnja i razumevanje između zakonodavnih institucija, naučnih institucija i standardizacije, u cilju što bržeg razvoja i napretka našeg

94

društva. Međusobna veza mora da postoji jer je u suprotnom dalji napedak značajno otežan.

Prilikom razvoja i primene standarda neophodno je posmatrati standarde kao put ka unapređenju, a ne kao alat kojim se male kompanije štite od velikih, niti kao sredstvo koje velike kompanije koriste da bi preuzele primat na tržištu.

Standardi omogućavaju lakše i brže usvajanje inovativnih rešenja i povećavaju ekonomsku vrednost istraživanja i projekata inovacije. Kada su u okviru standarda definisani jasni ciljevi, savremene tehnologije mogu nesmetano da se razvijaju, a uvođenje inovacija je znatno jednostavnije. Tržište se neprestano prilagođava nastalim inovacijama, a standardizacija i zakonska regulativa održavaju sposobnost da i dalje pokreću inovacije.

5. REFERENCE / REFERENCES

[1] Institut za standardizaciju Srbije, SRPS EN ISO 9712:2013, Ispitivanje bez razaranja – Kvalifikacija i sertifikacija osoblja za IBR, str. 40

[2] Probst L., Monfardini E., Frideres L., Moujahid S., PwC Luxembourg, Smart Living - Advanced building materials - Business Innovation Observatory, European Union, February 2014, str. 16

[3] Research Study on the Benefits of Linking Innovation and Standardization (the "BRIDGIT Rеsearch Study"), Final Report, Ref J2572/CEN, December 2014, str. 94 http://www.cencenelec.eu/research/news/publications/Publications/BRIDGIT-standinno-study.pdf

[4] Ritchie M., Nano's big future, ISO Focus, Geneva, Switzerland, May-June 2015, str. 49 [5] http://www.iss.rs/rs/tc/?national_committee_id=671 [6] http://www.iss.rs/rs/tc/?national_committee_id=818 [7] http://www.iss.rs/rs/tc/?national_committee_id=94

95

Miloš Vasić1, Zagorka Radojević2, Anja Terzić3, Zoran Bačkalić4 UDK: 691.42(094.5)

PRIKAZ TEHNIČKE REGULATIVE ZA PROIZVODE OD GLINE

Rezime:U radu je dat prikaz tehničke regulative za proizvode od gline koji se stavljaju u promet na domaćem tržištu i na tržištu EU. U Srbiji su važeća tri pravilnika o tehničkim i drugim zahtevima: za crepove od gline, betonski crep i sinterovane keramičke krovne ploče; za opekarske proizvode od gline i krečnosilikatne opeke i blokove; za fasadne pune i šuplje opeke i blokove od gline i fasadne krečnosilikatne pune i šuplje opeke i blokove. Pravilnici se pozivaju na seriju SRPS (JUS) standarda koji propisuju tehničke zahteve za proizvode kao i metode njihovog ispitivanja. U poslednjih par godina u našoj zemlji su usvojeni gotovo svi harmonizovani evropski standardi za proizvode od gline, uz istovremeno povlačenje gore pomenutih SRPS (JUS) standarda. Proizvodi od gline koji se plasiraju na tržište EU, moraju biti usaglašeni i deklarisani saglasno Uredbi br. 305/2011. Evropske harmonizovane tehničke specifikacije EN 771-1 i EN 1304 utvrđuju karakteristike i zahteve za performansama koje elemenati za zidanje i crepovi od gline treba da poseduju. Navedeni standardi se pozivaju na set EN standarda koji definišu metode njihovog ispitivanja. Evropska harmonizovana specifikacija EN 15037-3 pored toga što utvrđuje karakteristike i zahteve za performansama koje blokovi od gline za međuspratne konstrukcije treba da ispune definiše i metode njihovog ispitivanja.

Ključne reči: crepovi, opeke, blokovi, tehnička regulativa, harmonizovani standardi

REVIEW OF TECHNICAL REGULATIONS FOR CLAY UNITS

Abstract: This paper outline the actual regulations for products made of clay prior to their placements on the domestic or EU market. Three basic regulating documents are defining the policy before clay masonry units are placed on the Serbian market. Actual testing methods and quality criteria were defined within the series of SRPS (JUS) standards mentioned in basic documents. Almost all European standards for products made of clay have been adopted in our country during last couple of years. Previously mentioned SRPS standards were withdrawn in the same period. Regulation 305/2011 lays down conditions for the placing or making available on the market of construction products. Standards EN 771-1, EN 1304 and EN 15037-3 defines rules how to express the performance of construction products in relation to their essential characteristics and on the use of CE marking on those products prior to their placements on the EU market.

Key words: clay tiles, clay masonry units, quality, technical regulative

1 dr Miloš Vasić, Institut IMS a.d., Bulevar vojvode Mišića 43, 11000 Beograd 2 dr Zagorka Radojević, Institut IMS a.d., Bulevar vojvode Mišića 43, 11000 Beograd 3 dr Anja Terzić, Institut IMS a.d., Bulevar vojvode Mišića 43, 11000 Beograd 4 dr Zoran Bačkalić

DIMK




96

1. UVOD

Crepovi od gline su proizvodi za pokrivanje krova, za preklopno polaganje na kosim krovnim površinama, koji se proizvode oblikovanjem (ekstruzijom i presovanjem), sušenjem i pečenjem glinene mase sa i bez dodataka. Njihova spoljna, u ugrađenom stanju vidna površina, može biti delimično ili potpuno prekrivena engobom ili glazurom. Osnovne vrste crepova od gline su: falcovani crep; vučeni falcovani crep; ravan (biber) crep; preklopni crep; kanalica, odnosno ćeramida; fazonski komadi (crep za pokrivanje slemena, polovine crepova, specijalni crepovi i dopunski komadi). Opekarski proizvodi od gline su pune opeke, šuplje opeke, šuplji blokovi, šuplje ploče i kanalice od gline, a namenjeni su za izradu spoljašnjih i unutrašnjih zidova koji se malterišu. Fasadne pune i šuplje opeke i šuplji blokovi od gline, namenjeni su za izradu spoljašnjih i unutrašnjih zidova koji se ne malterišu i otporni su na dejstvo mraza.

Proizvodnja prethodno pomenutih proizvoda poseduje dugu tradiciju u Srbiji i jedna je od retkih grana industrije koja je ostvarila dinamični razvoj kako po fizičkom obimu tako i po uslovima rada. Ova oblast privrede u direktnoj je korelaciji sa razvojem građevinarstva a posebno oblasti stanogradnje. U zadnjih dvadesetak godina, domaći proizvođači su, shodno svojim finansijskim mogućnostima kroz postepenu modernizaciju proizvodnih pogona, uvođenjem savremenije proizvodne opreme i kontrole proizvodnje odgovarili na sve oštrije zahteve tržišta usmerene ka proizvodnji što kvalitetnijih proizvoda sa što manjim utroškom energije [1].

U poslednjih par godina, usled opšteg povećanja svesti i zahteva za izgradnjom energetski efikasnih zgrada na svetskom tržištu, a i kod nas, se javlja sve veća potreba za novim asortimanima proizvoda od gline. Tako se na tržištu pojavljuju crepovi sa promenljivom dužinom preklapanja; većeg formata, manje mase i debljine kao i “pametni“ glineni crepovi u koje su integrisani solarni kolektori ili fotoelektrični moduli [2]. U našoj zemlji pomenuti zahtevi postupno dovode do promena u asortimanu koji se najviše ogledaju u pojavi blokova većeg formata boljih termičkih karaterstika sa različitim veličinama i rasporedom šupljina, kao i pojavi brušenih blokova.Trend smanjenja proizvodnje „fasadnih“ elemenata u Srbiji je najverovatnije posledica smanjenja obima izgradnje tipskih stambenih blokova koji su za oblaganje fasadnih površina koristili opeke. Mišljenja smo da će tražnja za ovim visokokvalitetnim, estetski prihvatljivim i trajnim materijalom u bližoj budućnosti biti sve veća. Što se tiče proizvodnje pune opeke, čija je proizvodnja u evropskim zemljama praktično i zamrla, ona će se u Srbiji i nadalje održavati sa daljom tendencijom smanjenja fizičkog obima proizvodnje [3].

2. DOMAĆA TEHNIČKA REGULATIVA

Važeća tehnička regulativa u Srbiji zasniva se na primeni tri pravilnika o tehničkim i drugim zahtevima: za crepove od gline, betonski crep i sinterovane keramičke krovne ploče; za opekarske proizvode od gline i krečnosilikatne opeke i blokove; za fasadne pune i šuplje opeke i blokove od gline i fasadne krečnosilikatne pune i šuplje opeke i blokove. Pre stavljanja u promet crepova od gline, betona i keramičkih krovnih ploča mora se ispitivanjem potvrditi da njihov kvalitet ispunjava zahteve u pogledu veličine, oblika,

97

tolerancije mera, kvaliteta vidne površine i mehaničkih i fizičkih karakteristika na način utvrđen pravilnikom o tehničkim i drugim zahtevima za crepove [4] od gline.

Tip crepa od gline određen je sledećim elementima: vrstom crepa (falcovani, falcovani vučeni, ravan, preklopni, ćeramida ili dopunski crep); pokrivnom dužinom i širinom crepa u mm koju deklariše proizvođač; klasom vodonepropustljivosti (1 ili 2) u skladu sa standardom SRPS EN 539-1 i otpornošću prema mrazu u skladu sa metodom ispitivanja B definisanom standardom SRPS EN 539-2:2011, pri čemu zahtevani nivo zaštite iznosi 150 ciklusa. Crepovi od gline, kao gotovi proizvodi, moraju da zadovolje sve zahteve utvrđene standardom SRPS EN 1304. Obeležavanje i dokazivanje usaglašenosti proizvoda utvrđuje se uz pomoć sledećih standarda:

1. SRPS EN 1304:2015 koji je identičan sa EN 1304:2013 – Crepovi i fazonski komadi od gline – definicije i specifikacije proizvoda

2. SRPS EN 1024: 2014 koji je identičan sa EN 1024:2012 – Crepovi od gline za preklopno polaganje – Određivanje geometrijskih karakteristika

3. SRPS EN 538:2005 koji je identičan sa EN 538:1994 – Crepovi od gline za preklopno polaganje – Ispitivanje otpornosti prema savijanju

4. SRPS EN 539-1:2011 koji je identičan sa EN 539-1:2005 – Crepovi od gline za preklopno polaganje – Određivanje fizičkih karakteristika. Deo 1: Ispitivanje vodonepropustljivosti

5. SRPS EN 539-2:2011 – koji je identičan sa EN 539-2:2006+AC:2008 - Crepovi od gline za preklopno polaganje – Određivanje fizičkih karakteristika. Deo 2: Ispitivanje otpornosti na mraz.

Pravilnikom je predviđeno da sva ispitivanja vrši akreditovana laboratorija koja ispunjava uslove utvrđene standardom SRPS ISO/ICE 17025. Važenje sertifikata je godinu dana, a izveštaja o ispitivanju šest meseci od datuma izdavanja. Pre stavljanja u promet punih opeka od gline, šupljih opeka i blokova od gline, punih opeka od gline sa olakšanom osnovnom masom, šupljih opeka i blokova od gline sa olakšanom osnovnom masom, šupljih ploča od gline, šupljih blokova od gline za međuspratne konstrukcije, kanalica, fasadnih punih opeka od gline kao i fasadnih šupljih opeka i blokova od gline mora se ispitivanjem potvrditi da njihov kvalitet ispunjava zahteve u pogledu mera, oblika, tolerancije mera, kvaliteta vidne površine, mehaničkih i fizičkih karakteristika i načina obeležavanja uzoraka na način utvrđen pravilnicima o tehničkim i drugim zahtevima za opekarske [5] odnosno fasadne proizvode [6] od gline. Tip proizvoda određen je nazivnim vrednostima mera, markom odnosno nosivošću (u slučaju šupljih blokova od gline za međuspratne konstrukcije i kanalica) i klasom (I i II). Obeležavanje i dokazivanje usaglašenosti proizvoda utvrđuje se uz pomoć sledećih standarda:

1. SRPS B.D1.011:2002 - Pune opeke od gline – Tehnički uslovi 2. SRPS B.D1.015:2002 – Šuplje opeke i šuplji blokovi od gline – Tehnički

uslovi 3. SRPS B.D1.015/1:2003 – Šuplje opeke i šuplji blokovi od gline – Tehnički

uslovi- Izmene i dopune 1 4. SRPS B.D1.016:1987 – Pune opeke od gline sa olakšanom osnovnom

masom – Tehnički uslovi 5. SRPS B.D1.017:1987 – Šuplje opeke i blokovi od gline sa olakšanom

osnovnom masom – Tehnički uslovi 6. SRPS B.D1.022:2002 – Šuplje ploče od gline – Tehnički uslovi

98

7. SRPS B.D1.030:2002 – Proizvodi od gline za međuspratne konstrukcije – Tehnički uslovi

8. SRPS B.D1.013:1987 – Fasadne pune opeke od gline – Tehnički uslovi 9. SRPS B.D1.014:2002 – Fasadne šuplje opeke i blokovi od gline – Tehnički

uslovi. Pravilnicima je predviđeno da sva ispitivanja vrši akreditovana laboratorija koja

ispunjava uslove utvrđene standardom SRPS ISO/ICE 17025. Važnost izveštaja o ispitivanju je šest meseci.

3. EVROPSKA TEHNIČKA REGULATIVA

Uredbom br.305/2011 se propisuju harmonizovana pravila neophodna za plasman građevinskih proizvoda na tržište EU. U skladu sa Uredbom, performanse građevnskih proizvoda nisu više definisane samo u pogledu tehničkih osobina i bitnih performansi (svojstava), već su dopunjene i u pogledu zdravstvenih i bezbedonosnih aspekata, vezanih za upotrebu proizvoda tokom njihovog predviđenog veka trajanja. Uredba obezbeđuje zakonski okivir koji se odnosi: na deklaraciju o performansama (DoP) proizvoda, CE označavanje, obaveze privrednih subjekata (proizvođača, ovlašćenih predstavnika, uvoznika, distributera), način izrade i postupaka donošenja harmonizovanih tehničkih specifikacija i evropskih tehničkih procena, kriterijuma za imenovana tela kao i aktivnosti koji prate nadzor i zaštitu tržišta [7,8]. Imenovana tela predstavljaju pravne subjekte koji su ovlašćeni da obavljaju zadatke treće strane u postupku ocenjivanja i verifikaciju stalnosti performansi građevinskih proizvoda. Ukratko, cilj Uredbe nije samo da definiše bezbednost proizvoda, već i da obezbedi pouzdane informacije o proizvodu koje su u korelaciji sa njihovim perfomansama. To se postiže putem zajedničkog tehničkog jezika kojeg koristite proizvođači kada stavljaju proizvod u promet na tržištu kao i nadležni organi vlasti koji definišu tehničke zahteve za radove kojim utiču direktno ili indirektno i na perfomanse proizvoda koji će se koristiti u tim radovima. Kada je građevinski proizvod pokriven harmoniziovanim standardom, ili je u skladu sa evropskim tehničkim odobrenjem koje je izdato za to, proizvođač je dužan da sačini DoP kada takav proizvod stavlja na tržište. Informacije o bilo kojoj performansi proizvoda u odnosu na osnovne karakteristike, kao što je definisano u važećim harmonizovanim tehničkim specifikacijama, mogu se obezbediti samo ako je ona uključena i navedena u DoP-u. Važno je istaći da proizvođač izrađuje DoP i stavlja CE znak na osnovu primene jednog ili više sistema za ocenjivanje i verifikaciju stalnosti performansi građevinskog proizvoda (AVCP-a) koji su navedeni u prilogu V uredbe br.305/2011 izmenjene uredbom EU 568/2014 [9]. Na teritoriji EU u primeni su tri harmonizovana standarda koji se odnose na građevinske proizvode od gline. Prvi se odnosi na crepove i fazonske komade, drugi na elemente za zidanje od gline dok se teći odnosi na blokove od gline za međuspratne konstrukcije.

1. EN 1304:2013 - Crepovi i fazonski komadi od gline – definicije i specifikacije proizvoda

2. EN 771-1:2011+A1:2015 - Specifikacija elemenata za zidanje - Deo 1: Elementi za zidanje od gline

3. EN 15037-3:2009+A1:2011 - Prefabrikovani betonski proizvodi - Polumontažne sitnorebraste tavanice - Deo 3: Blokovi od gline.

99

3.1 Crepovi i fazonski komadi od gline

Aktuelni Evropski harmonizovani standard koji se odnosi na crepove i fazonske komade usvojen je i u Srbiji. Važeće metode ispitivanja crepova i fazonskih komada od gline u Evropskoj zajednici su identične onima koje se primenjuju u Srbiji izuzev metode za ispitivanje otpornosti na mraz. Jedinstvena evropska metoda ispitivanja otpornosti na mraz definisana u standardu EN 539-2 primenjuje se od 2013 u svim zemljama članicama CEN-a u skladu sa zahtevanim nivoom performansi svake države članice. Razlike između ispitne metode B i jedinstvene evropske metode ispitivanja otpornosti na mraz ogledaju se: u načinu kondicioniranja uzoraka pre postavljanja u uređaj za mržnjenje/odmrzavanje, načinu zaštite i obezbeđivanju donje strane crepa prilikom ispitivanja, načinu postavljanja uzorka u uređaj za mržnjenje/odmrzavanje, postupku odmrzavanja uzorka kao i trajanju pojedinih segmenata hlađenja [10].

3.2 Elementi za zidanje od gline

Aktuelni Evropski harmonizovani standard EN 771-1 koji se odnosi na elemente za zidanje od gline je u postupku prevođenja i očekuje se njegovo skoro usvajanje i u Srbiji. U nastavku teksta, dat je prikaz najvažnijih promena u novoj verziji standarda. Izmenama u predmetu i područiju primene, precizirano je da se novim standardom utvrđuju karakteristike i zahtevi za performanse elemenata za zidanje proizvedenih od gline, čija je glavna predviđena upotreba u zidovima sa ili bez izolacije. Povučene su definicije za elemente LD i HD i uvedene su nove za P i U elemente. Pod P elementima podrazumevaju se elementi za zidanje od gline koji se koriste za zidanje zidova sa izolacijom dok se pod U elementima podrazumevaju oni elementi od gline koji se koriste za zidanje zidova bez izolacije. Definisano je šta najmanje mora da sadrži opis i oznaka P odnosno U elementa za zidanje. U slučaju P elemenata ona minimalno sadrži dimenzije i tolerancije, bruto zapreminsku masu u suvom stanju sa tolerancijama i čvrstoću pri pritisku. Opis U elemenata dodatno zahteva definisanje i kategorije otpornosti prema zamrzavanju / odmrzavanju. Kada je to relevantno za upotrebu elemenata za zidanje koji se plasiraju na tržište, opis i oznaka moraju da sadrže i dodatne informacije. Način označavanja prikazan je u tabeli 1. Tip proizvoda, predviđena upotreba i vrednosti karakteristika sa numeričkom pozicijom u kodu, prikazanom u tabeli 1, uvek moraju da budu deklarisani, pri čemu se NPD (performansa nije određena) može koristi. Ostale karakteristike, koje nemaju numerički fiksnu poziciju u tabeli, mogu se identifikovati uz pomoć kolona A, B i C koje su definisane u tabeli 2 standarda EN 771-1. Kod oznaka A se odnosi na elemente koji se koriste u zidovima sa izolacijom, kod oznaka B se odnosi na visoko precizne elemente koji se koriste u zidovima sa izolacijom a kod oznaka C se odnosi na elemente koji se koriste u zidovima bez izolacije. Proizvođač mora da dokaže usaglašenost svojih proizvoda sa zahtevima ovog standarda i sa deklarisanim performansama za svojstva proizvoda određivanjem tipa proizvoda (koje može da bude: fizičko ispitivanje, proračun, pozivanje na tabelarne vrednosti ili kombinacija pomenutih metoda) odnosno rezultatima fabričke kontrole proizvodnje. U tabeli br. 2 je prikazano uputstvo za ispitivanje učestalosti za proračun sistema fabričke proizvodne kontrole sa ciljem potvrde usaglašenosti gotovih proizvoda sa zahtevima standarda i deklaracijom proizvođača. Evropske ispitne metode, na koje se

100

poziva važeći hrarmonizovani standard EN 771-1, su uglavnom usvojene i u Srbiji. Spisak usvojenih EN metoda je dat u nastavku teksta.

Tabela 1. Kod oznake zajedno sa primerom

101

Primer iz tabele 1:

CL U I 43,8 1900 (D1) 240×115×71 C N2100(2) G2 W<6 S1

Tabela 2. Učestalost provere grupe proizvoda koju vrši proizvođač

102

1. EN 772-1:2011 – koji je identičan sa SRPS EN 772-1:2012 – Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 1: Određivanje čvrstoće pri pritisku. (EN 772-1:2011+A1:2015 – je trenutno na usvajanju u Srbiji.)

2. EN 772-3:1998 – koji je identičan sa SRPS EN 772-3:2010 – Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 3: Određivanje neto zapremine i procenta šupljina u elementima za zidanje od gline metodom hidrostatičkog merenja

3. EN 772-5:2001 – koji je identičan sa SRPS EN 772-5:2010 – Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 5: Određivanje sadržaja aktivnih rastvornih soli u elementima za zidanje od gline

4. EN 772-7:1998 – koji je identičan sa SRPS EN 772-7:2010 – Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 7: Određivanje upijanja vode elemenata za zidanje od gline otpornih na vlagu u ključaloj vodi

5. EN 772-9:1998 + A1:2005– koji je identičan sa SRPS EN 772-9:2010 – Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 9: Određivanje zapremine i procenta šupljina i neto zapremine elemenata za zidanje od gline i kalcijum-silikata pomoću punjenja šupljina peskom

6. EN 772-11:2011 – koji je identičan sa SRPS EN 772-11:2012 – Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 11: Određivanje kapilarnog upijanja vode elemenata za zidanje od betona, autoklaviranog ćelijastog betona, veštačkog i prirodnog kamena i određivanje početne brzine upijanja vode elemenata za zidanje od gline

7. EN 772-13:2000 – koji je identičan sa SRPS EN 772-13:2010 - Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 13: Određivanje neto i bruto zapreminske mase elemenata za zidanje u suvom stanju (osim prirodnog kamena)

8. EN 772-16:2011 – koji je identičan sa SRPS EN 772-16:2012 – Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 16: Određivanje mera

9. EN 772-19:2000 – koji je identičan sa SRPS EN 772-19:2010 - Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 19: Određivanje širenja pod dejstvom vlage velikih blokova za zidanje od gline sa horizontalnim šupljinama

10. EN 772-20:2000+ A1:2005 – koji je identičan sa SRPS EN 772-20:2009 - Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 20: Određivanje ravnosti vidnih površina elemenata za zidanje

11. EN 772-21:2011 – koji je identičan sa SRPS EN 772-21:2012 - Metode ispitivanja elemenata za zidanje – Deo 21: Određivanje upijanja vode elemenata od gline i kalcijum-silikata potapanjem u hladnu vodu

12. EN 1745:2012 – koji je identičan sa SRPS EN 1745:2014 - Zidane konstrukcije i proizvodi za zidanje — Metode određivanja toplotnih svojstava

EU zakonodavstvo je omogućilo svakoj državi članici da putem svojih nacionalnih komisija i radnih tela odgovarajućih instituta za standardizaciju definišu i dopunska pravila za primenu odgovarajućih građevinskih elementata za zidanje koja moraju biti usklađena sa Uredbom br. 305/2011, eurokodovima i Evropskim harmonizovanim tehničkim specifikacijama. Predložena pravila imaju formu dopunskih standarda koji bliže uređuju odgovarajuće harmonizovane tehničke specifikacije. Tako u Nemačkoj već postoji standard DIN 20000-401:2016-07 koji definiše zahteve kvaliteta elemenata za zidanje prema nameni proizoda i načinu ugradnje istog.

3.3 Blokovi od gline za međuspratne konstrukcije

Tipični primeri međuspratnih i krovnih sistema dati su u Aneksu B standarda EN 15037-1. Aktuelni Evropski harmonizovani standard EN 15037-3 koji se bavi zahtevima i

103

osnovnim kriterijumima za blokove od gline, koji se koriste u sprezi sa betonskim prefabrikovanim gredicama, je usvojen i u Srbiji. Ovaj standard prepoznaje ne noseće, polu noseće i noseće blokove od gline. Kanalica od gline predstavlja otvoreni ne noseći ili polunoseći blok bez flanše/gornje površine. Opis i oznaka blokova moraju minimalno da sadrže tip bloka, nosivost, dimenzije, kategoriju tolerancije dimenzija, bruto zapreminsku masu u suvom stanju kao i podatke koji se odnose na konfiguraciju bloka, njegovu trajnost. Kada je to relevantno za upotrebu blokova od gline za međuspratne konstrukcije koji se plasiraju na tržište, opis i oznaka moraju da sadrže i dodatne informacije [11]. Metode ispitivanja blokova od gline definisane su uokviru tačke 5 pomenutog standarda. U tabeli 3 prikazana je shema koja se primenjuje prilikom kontrolisanja bitnih karakteristika gotovih proizvoda.

Tabela 3. Shema kontrole za blokove od gline

104

4. ZAKLJUČAK

U proteklih desetak godina u Republici Srbiji je u kontinuitetu ostvaren značajan pomak na polju unapređenja proizvodnje građevinskih materijala kao i približavanju, prevođenju i usvajanju evropskih harmonizovanih standarda i tehničke regulative u oblasti građevinarstva. Domaći proizvođači elemenata za zidanje od gline su tokom poslednje decenije modernizovali svoje pogone, uspostavili fabričku kontrolu čime su stvorili preduslove za obezbeđivanje ujednačenijeg kvaliteta svojih proizvoda. Istovremeno akreditovane ispitne laboratorije i odgovarajuća tela IMS-a u kontinuitetu vrše poslove ispitivanja i sertifikaciju proizvoda od gline prema Evropskim standardima. Potrebno je da domaći proizvođači nastave sa implementacijom Evropskih smernica koja se tiču uspostavljanja što efikasnije fabričke proizvodne kontrole. Kontinuiranim aktivnostima na podizanju kvaliteta domaćih proizvoda od gline olakšaće se njihov pristup i na tržištima okolnih zemalja koje su članice EU.

Napomena:

Ovaj rad je urađen u okviru Projekta III45008 koji je finasiran sredstvima ministarstva prosvete i nauke Republike Srbije.

5. REFERENCE

[1] Radojević Z, Vasić M: Proizvodi od gline – asortiman, kvalitet i tehnička regulativa, Zbornik radova, Savetovanje – Primena proizvoda od gline u izgradnji energetski efikasnih zgrada, Beograd Srbija, 2012, 25-47.

[2] Krstić-Furundžić A: Multtifunkcionalni krovni pokrivači i strukture, Izgradnja 2014, 68 (9-10) 13-19.

[3] Radojević Z, Arsenović M, Vasić M: Održivi razvoj u industriji građevinske keramike, Zbornik radova, XXIV Simpozijum o istarživanjima i primeni savremenih dostignuća u našem građevinarstvu u oblasti materijala i konstrukcija, Divčibare, Srbija, 2008, 117-124.

[4] Pravilnik o tehničkim i drugim zahtevima: za crepove od gline, betonski crep i sinterovane keramičke krovne ploče, Službeni list SCG br.53/2005.

[5] Pravilnik o tehničkim i drugim zahtevima za opekarske proizvode od gline i krečnosilikatne opeke i blokove, Službeni list SCG br.53/2005.

[6] Pravilnik o tehničkim i drugim zahtevima za fasadne pune opeke od gline, fasadne šuplje opeke i blokove od gline i fasadne krečnosilikatne pune i šuplje opeke i blokove, Službeni list SCG br.53/2005.

[7] Uredba EU br.305/2011, Službeni list EU L 88/5. [8] Sokolović J: Standardizacija, kvalitet i tehnička regulativa – Harmonizovani standardi kao

pretpostavka usaglašenosti sa uredbom 305/2011 EU, Izgradnja 2014, 68 (9-10) 5-8. [9] Delegirana uredba EU br. 568/2014, Službeni list EU L 157/76. [10] Balint J, Vasić M: Nova ispitna metoda E za ispitivanje otpornosti prema mrazu crepova od

gline – EN 539-2:2009, Izgradnja 2011, 65 (9-10) 580-583. [11] Vasić M, Radojević Z: Prikaz standarda SRPS EN 15037-3 - zahtevi i karakteristike

kvaliteta blokova od gline za medjuspratne konstrukcije, Izgradnja 68 (9-10) 9-12.

105

Dejana Milinković1 Prof. dr Vlastimir Radonjanin2 Prof. dr Mirjana Malešev3 UDK: 691(094.5)

REACH I NJENE POSLEDICE PO GRAĐEVINSKE PROIZVODE

Rezime: Cilj evropske uredbe REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) kojom se uređuje registracija, evaluacija, autorizacija i ograničenje hemikalija, je da osigura visoki nivo zaštite zdravlja ljudi i životne sredine, uključujući promociju alternativnih metoda za procenu opasnosti hemikalija, kao i slobodu kretanja hemikalija na tržištu EU, uz istovremeno povećavanje konkurentnosti i inovativnosti. Ovim radom predstavljen je regulatorni okvir kojim se uređuje upravljanje hemikalijama u zemljama EU, sa aspekta njegovog povezivanja sa odredbama Uredbe o građevinskim proizvodima (Construction Products Regulation – CPR), koje se odnose na njihov uticaj na kvalitet životne sredine i klimu, tokom izgradnje, korišćenja i rušenja.

Ključne reči: REACH; hemikalije, građevinski proizvodi; CPR

REACH AND ITS IMPACT ON CONSTRUCTION PRODUCTS

Rezime: The aim of the European regulation REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals), which regulates the registration, evaluation, authorization and restriction of chemicals is to provide a high level of protection of human health and the environment, including the promotion of alternative methods for assessing the hazards of chemicals and free movement of chemicals in the EU market, while also increasing the competitiveness and innovation. This paper presents the regulatory framework governing the management of chemicals in the EU, in terms of its connection with the provisions of the Construction Products Regulation - CPR), related to their impact on the quality of the environment and climate, during the construction, use and demolition.

Ključne reči: REACH; chemicals, construction products; CPR

1 dipl. hem., direktor PU Cementna industrija Srbije, Beograd, [email protected] 2 dipl.inž.građ., Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Departmant za

građevinarstvo i geodeziju, [email protected] 3 dipl.inž.građ., Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Departmant za

građevinarstvo i geodeziju,, [email protected]

DIMK




106

1. UVOD

Novi evropski pravni okvir za hemikalije, poznat kao REACH, doneo je velike promene za nadležne organe za oblast hemikalija država članica i za industriju koja je u obavezi da obezbedi podatke o bezbednosti hemikalija i mogućim rizicima. Nakon dugogodišnjih savetovanja na nivou Evropske unije, između Evropske komisije, Evropskoga parlamenta i Veća, kao i svih zainteresovanih strana, decembra 2006. godine donosena je Uredba (EU) br. 1907/2006 Evropskoga parlamenta i Veća EU o registraciji, evaluaciji, autorizaciji i ograničavanju hemikalija (REACH – skraćenica za Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals) koja je stupila na snagu 1. juna 2007. godine.

Uredba REACH pod “hemikalijom” podrazumeva supstancu i smešu. Supstanca, u smislu ove Uredbe, može biti hemijski element i njegova jedinjenja u prirodnom stanju ili dobijena u proizvodnom procesu uključujući aditive koji su neophodni za održavanje njene stabilnosti i nečistoće koje proizilaze iz primenjenog procesa, izuzimajući rastvarač koji se može izdvojiti tako da to ne utiče na stabilnost supstance ili promenu njenog sastava, dok je smeša mešavina ili rastvor dve ili više supstanci.

Uredbom REACH utvrđene su obaveze proizvođača, uvoznika i daljnjih korisnika hemijskih supstanci (pojedinačno, u smеšаmа i prоizvоdimа) koje se proizvode ili uvoze u EU u količini jednakoj ili većoj od jedne tone. Na industriji je da prilikom proizvodnje, uvoza i upotrebe hemikalija, odnosno njihovoga stavljanja na tržište postupa sa odgovornošću i pažnjom koja je potrebna da se u realno predvidivim uslovima osigura da ne dođe do štetnih uticaja na zdravlje ljudi i životnu sredinu. U slučaju hemikalija proizvedenih ili uvezenih u količinama većima od 10 tona godišnje podnosilac registracije mora da sprovede i procenu hemijske bezbednosti kako bi se utvrdilo da li su potrebne dodatne mere za smanjenje rizika.

REACH se odnosi na širok spektar privrednih subjekata u brojnim sektorima, čak i na ona koja možda za sebe ne smatraju da se bave hemikalijama. Stoga privredni subjekti koji proizvode ili distribuiraju građevinske proizvode moraju postupati u skladu sa zahtevima utvrđenima u REACH.

2. REGULATORNI OKVIR ZA UPRAVLJANJE HEMIKALIJAMA U EU

2.1. Nastanak, predmet i područje primene i ciljevi REACH Uredbe

Ocenjivanjem pravnog okvira za područje hemikalija tokom devedesetih godina, utvrđen je niz problema vezanih za sprovođenje zakonodavstva Evropske unije, što je dovelo do razlika u zakonima i drugim propisima država članica koje su direktno uticale na funkcionisanje unutrašnjeg tržišta pa je stoga prepoznata potreba da se preduzmu dodatni napori u svrhu:

• zaštite ljudskog zdravlja i životne sredine; • obezbeđenja svih preduslova za ostvarivanja potpune i efikasne hemijske

sigurnosti na nivou cele Evropske unije; • slobode kretanja hemijskih supstanci pojedinačno, u smešama i proizvodima, • povećavanja konkurentnosti i inovativnosti; • podsticanja razvoja alternativnih metoda ocenjivanja opasnosti hemikalija.

107

Uvođenje REACH uredbe u zakonodavstvo EU imalo je za cilj obezbeđenje harmonizovanog upravljanja hemikalijama, odnosno njihovo bezbedno stavljanje u promet i korišćenje. Uspostavljanje bolje i rane identifikacije svojstava hemijskih supstanci kao i rad na jačanju inovativnih i konkurentnih mogućnosti hemijske industrije EU, smatralo se da će dovesti do unapređenja zaštite ljudskog zdravlja i životne sredine. Takođe, implementacija odredbi REACH Uredbe imala je za cilj da se obezbedi svеоbuhvаtni prоtоk infоrmаciја о supstаncаmа, supstаncаmа u smеšаmа i prоizvоdimа, kао i о rizicimа vеzаnim zа pојеdinаčnе supstаncе, оd prоcеsа prоizvоdnjе dо pоtrоšаčа.

U osnovi REACH se primenjuje na sve supstance i to ne samo na supstance koje se koriste u industrijskim procesima već i na one koje se koriste u svakodnevnom životu. U to se ubrajaju:

• supstаncе i supstаncе kао sаstојci smеšе; • supstаncе u оdrеđеnim prоizvоdimа; • intеrmеdiјеri; • pоlimеri – pоd оdrеđеnim uslоvimа; • supstаncе kоје sе kоristе zа istrаživаnjе i rаzvој usmеrеn kа prоizvоdu i

prоcеsu. Postoje i hemikalije koje su u potpunosti ili delimično izuzete iz REACH Uredbe i

to su: • rаdiоаktivnе supstаncе; • supstаncе pojedinačno, u smešama i proizvodima koje podležu cаrinskom

nаdzоru i koje se nalaze u privremenom skladištu, u slobodnoj zoni ili slobodnom skladištu radi ponovnog izvoza ili tranzita, pod uslovom da se te supstance ne podvrgavaju obradi ili preradi;

• nе izоlоvаni intеrmеdiјеri; • trаnspоrt оpаsnih supstаnci i supstаnci u оpаsnim smеšаmа; • оtpаd; • supstаncе kоје sе kоristе u intеrеsu оdbrаnе pоkrivеnе nаciоnаlnim izuzеcimа. Na neke hemikalije, regulisane drugim propisima, REACH se odnosi samo u

manjem delu i u tu grupu se ubrajaju: • medicinski proizvodi za humanu i veterinarsku primenu; • hrana, prehrambeni aditivi i arome; • sredstva za zaštitu bilja i biocidni proizvodi; • hrana za životinje i aditivi za tu hranu; • kozmetički proizvodi. Uredba REACH je svestrana i sveobuhvatna u svojim zahtevima i implikacijama.

Ona nameće veću odgovornost industriji u upravljanju rizikom od hemikalija i obavezu da pruži informacije o bezbednosti svih supstanci. Značaj REACH Uredbe je u činjenici da sama industrija snosi odgovornost upravljanja rizikom koji nameću određene hemikalije, kao i da će industrija morati da obezbedi zadovoljavajuće informacije vezane za bezbedno korišćenje hemikalija, a Evropska Unija može preduzeti dodatne mere opreza vezano sa hemikalije koje izazivaju zabrinutost – SVHC (Substances of Very High Concern).

108

2.2. Učesnici u sprovođenju odredaba REACH

U aktivnostima sprovođenja REACH Uredbe uključena su tri osnovna učesnika: - nadležni organi EU; - industrija; - treća strana.

2.2.1. Uloga nadležnih organa EU

Nadležni organi EU uključuju Evropsku agenciju za hemikalije - ECHA (European Chemicals Agency), namenski uspostavljenu za potrebe REACH Uredbe, nadležne organe država članica Evropske Unije i Evropsku Komisiju.

Nadležni organi EU sprovode evaluaciju, autorizaciju i ograničavanje prema REACH Uredbi.

Evropska komisija, pored svojih predstavnika u Upravnom odboru ECHA agencije, ujedno je odgovorna i za izmene i dopune REACH Uredbe, za predlaganje i podsticanje mere za njeno sprovođenje, kao i za obezbeđenje neophodnih vodiča vezanih za tehničko sprovođenje REACH Uredbe.

Uloga ECHA agencije je upravljanje procesima registracije, evaluacije, autorizacije i ograničavanja prema odredbama propisanim u REACH Uredbi, a u svrhu obezbeđivanja doslednosti u svim zemljama članicama. Tokom procesa odlučivanja obaveza ECHA agencije je da uvažava najbolje naučne i tehnološke podatke i socio-ekonomske informacije, kao i da obezbeđuje informacije o hemikalijama i pruža tehničku i naučnu stručnu pomoć.

U skladu sa odredbama REACH, zemlje članice odgovorne su za sprovođenje ove Uredbe na nacionalnom nivou, u smislu organizovanja sistema institucionalnog nadzora i inspekcije, kao i za uspostavljanje efikasnog, ekonomski prilagođenog sistema kaznenih odredbi unutar nacionalne regulative prema privrednim subjektima.

2.2.2. Uloga industrije

Uloga svakog privrednog subjekta pojedinačno, u skladu sa odredbama REACH Uredbe, određena je prema delatnosti kojom se preduzeće bavi, a koja uključuje određenu supstancu. Prepoznati su sledeće tipovi učesnika:

- proizvođači supstance kojima se smatraju pravna lica i preduzetnici koji su registrovani unutar EU, a u okviru svoje delatnosti proizvode supstance u jednoj ili više zemalja članica;

- proizvođači proizvoda kojima se smatraju pravna lica i preduzetnici koji su registrovani unutar EU, a koji se bave proizvodnjom ili sastavljanjem proizvoda u jednoj ili više zemalja članica;

- uvoznici (supstanci ili proizvoda) kojima se smatraju pravna lica i preduzetnici koji su registrovani unutar EU, a koji su odgovorna za uvoz. Uvoz podrazumeva fizičko stavljanje u promet na tržište Evropske Unije;

- dalji korisnici u proizvodnom lancu kojima se smatraju pravna lica ili preduzetnici koja nisu proizvođači supstance i nisu uvoznici hemikalije, a koji koriste supstancu ili supstancu sadržanu u smeši u industrijske ili profesionalne svrhe, uključujući i lica koja proizvode smešu;

109

- distributeri kojima se smatraju pravna lica ili preduzetnici registrovani unutar EU, koja skladište i stavljaju u promet hemikalije.

Privredni subjekti koji nisu registrovani u Evropskoj Uniji, a svoje proizvode stavljaju na njeno tržište, podležu odredbama REACH Uredbe kao i preduzeća koja imaju delatnost registrovanu u EU. Značajnu razliku međutim čini način zadovoljavanja odredbi Uredbe, a koji svi privredni subjekti registrovani van EU mogu zadovoljiti samo i isključivo putem “ovlašćenog zastupnika”. Ovlašćeni zastupnik mora da bude registrovan u zemlji članici Evropske Unije, ima dovoljno praktičnog znanja i iskustva vezanog za određenu supstancu ili proizvod, kao i rukovanje supstancama, imajući u vidu da se na njega prenose sve obaveze koje ima i “proizvođač” unutar EU, a koje on obavlja za preduzeće - partnera izvan EU.

2.2.3. Uloga “treće strane”

Pod pojmom “treća strana” podrazumeva se bilo koja vladina ili ne-vladina organizacija. One prema REACH odredbama nemaju nikakvih obaveza, ali mogu pružiti korisne informacije ECHA agenciji o supstancama i mogu biti članovi Fоrum zа rаzmеnu pоdаtаkа о supstаncаmа – SIEF (Substance Information Exchange Forum).

2.3. REACH Uredba – postupak sprovođenja

Sprоvоđеnjе оdrеdаbа REACH Urеdbе оdviја sе krоz оsnоvnе REACH prоcеsе: 1. Prеd-rеgistrаciја/kаsnа prеd-rеgistrаciја/prоvеra prеd-rеgistrаciје 2. Rеgistrаciја 3. Еvаluаciја 4. Аutоrizаciја 5. Оgrаničеnjа 6. Infоrmisаnjе u lаncu snаbdеvаnjа 7. Invеntаr klаsifikаciје i оbеlеžаvаnjа

2.3.1. Prеd-rеgistrаciја/kаsnа prеd-rеgistrаciја/prоvеra prеd-rеgistrаciје

Obavezu pred-registracije supstanci imaju proizvođači i uvoznici koji su već na tržištu Evropske Unije (ovaj proces nazivamo “phase-in” supstance), čime im se omogućava da odlože obaveze registracije supstanci (prema posebno definisanim uslovima).

Prеd-rеgistrаciја je prоcеs kојi је trајао dо 1. јunа 2008. gоdinе i kојim je bilo оmоgućeno, pоtеnciјаlnim pоdnоsiоcimа rеgistrаciје supstаnci kоје sе rеgistruјu u fаzаmа, dа iskоristе prеlаznе rоkоvе (do 2018. gоdine) prеdviđеnе zа rеgistrаciјu, ukоlikо su оdrеđеnе infоrmаciје dоstаvili Evropskoj agenciji za hemikalije. Takođe, obаvеznom prоvеrom prеd-rеgistrаciје bilo je omogućeno pоtеnciјаlnim pоdnоsiоcimа rеgistrаciје supstаnci kоје sе nе rеgistruјu u fаzаmа ili supstаnci kоје sе rеgistruјu u fаzаmа аli kојi nisu оbаvili prеd rеgistrаciјu, dа prоvеrе da li je za istu supstancu već podneta registracija.

Prоizvоđаči i uvоznici kојi su pо prvi put prоizvеli ili uvеzli supstаncu kоја sе rеgistruје u fаzаmа u gоdišnjim kоličinаmа оd 1 tоnе ili višе, nаkоn 1. dеcеmbrа 2008. godine, imаli su/imaju prаvо dа kоristе prеlаznе rоkоvе zа rеgistrаciјu, pod uslovom dа

110

su ECHA agenciji dоstаvili pоtrеbne pоdаtke u rоku оd šеst mеsеci оd prvе prоizvоdnjе, uvоzа ili kоrišćеnjа supstаncе, а nајkаsniје 12 mеsеci prе istеkа vаžеćеg rоkа zа rеgistrаciјu.

Prеlаzni rоkоvi zа supstаncе kоје sе rеgistruјu u fаzаmа i kоје su prеdrеgistrоvаnе su:

- 30. nоvеmbаr 2010. gоdinе - krајnji rоk zа rеgistrаciјu supstаnci prоizvеdеnih ili uvеzеnih u kоličinаmа оd:

• 1000 tоnа i višе nа gоdišnjеm nivоu; • 1 tоnе i višе nа gоdišnjеm nivоu, а klаsifikоvаnih kао karcinоgеnе,

mutаgеnе ili tоksičnе pо rеprоdukciјu ( CMR) i • 100 tоnа i višе nа gоdišnjеm nivоu, а klаsifikоvаnih kао оpаsnе pо vоdеnе

оrgаnizmе ili živоtnu srеdinu. - 31. mај 2013. gоdinе - krајnji rоk zа rеgistrаciјu supstаnci prоizvеdеnih ili

uvеzеnih u kоličinаmа оd 100 dо1000 tоnа nа gоdišnjеm nivоu. - 31. mај 2018. gоdinе - krајnji rоk zа rеgistrаciјu supstаnci prоizvеdеnih ili

uvеzеnih u kоličinаmа оd 1 dо 100 tоnа nа gоdišnjеm nivоu.

2.3.2. Rеgistrаciја

Proces registracije prema REACH Uredbi podrazumeva obavezu proizvođača i uvoznika hemikalija u količinama većim od 1 tone godišnje, sa sedištem na teritoriji EU, da obezbede informacije o fizičko-hemijskim i zdravstvenim svojstvima, zatim informacije o uticaju navedenih hemikalija na životnu sredinu, kao i informacije kojima se obezbeđuje sigurna upotreba/korišćenje hemikalija. Zahtevane podatke proizvođač i uvoznik dostavljaju ECHA agenciji u obliku dosijea o registraciji, koji se sastoji iz dva dela:

- tеhničkоg dоsiјеа kојi sе dоstаvlја zа svе supstаncе kоје pоdlеžu оbаvеzi rеgistrаciје i

- izvеštаја о bеzbеdnоsti hеmikаliје, kојi sе dоstаvlја ukоlikо оbvеznik rеgistrаciје prоizvоdi ili uvоzi supstаncu u kоličini оd 10 tоnа i višе nа gоdišnjеm nivоu.

Zа supstаncе kоје u ЕU prоizvоdi јеdаn ili višе prоizvоđаčа ili uvоzi јеdаn ili višе uvоznikа, pоstојi mоgućnоst zајеdničkоg dоstаvlјаnja оdrеđеnih pоdаtаkа zа rеgistrаciјu, čimе sе smаnjuјu nеpоtrеbnа ispitivаnjа i trоškоvi industriје.

2.3.3. Evaluacija

Pоstupаk еvаluаciје pоdrаzumеvа prоvеru usklаđеnоsti rеgistrаciје, rаzmаtrаnjе prеdlоgа ispitivаnjа i оcеnjivаnjе supstаncе. Prоvеru usklаđеnоsti rеgistrаciје i rаzmаtrаnjе prеdlоgа ispitivаnjа vrši ECHA, dоk nаdlеžni оrgаni držаvа člаnicа vršе оcеnjivаnjе supstаnci. Nаkоn еvаluаciје dоnоsi sе оdlukа dа li је zа supstаncu kоја је prеdmеt еvаluаciје pоtrеbnо prоpisаti оdrеđеnе mеrе zа smаnjеnjе rizikа i dа li ćе supstаncа ući u prоcеs аutоrizаciје ili ćе sе pоkrеnuti prоcеs zаbrаnа i оgrаničеnjа.

2.3.4. Autorizacija

Autorizacija je nužna prvenstveno za supstance koje izazivaju zabrinutost – SVHC, a koje su uključene u Prilog XIV REACH Uredbe. Оvim prоcеsоm sе krоz izdаvаnjе оdоbrеnjа pоstеpеnо isklјučuјu iz upоtrеbе:

111

- kаrcinоgеnе, mutаgеnе, i supstance tоksičnе zа rеprоdukciјu - CMR (Carcinogenic, Mutagenic or toxic for Reproduction);

- pеrzistеntnе, biоаkmulаtivnе i tоksičnе supstance - PBT (Persistent, Bioaccumulative and Toxic);

- vеоmа pеrzistеtnе i vеоmа biоаkumаlitivne supstance - vPvB (Very Persistent and Very Bioaccumulative);

- supstаncе kоје оmеtајu еndоkrini sistеm. Licа kоја prоizvоdе, uvоzе ili kоristе supstаncu kоја izаzivа zаbrinutоst dužnа su

dа prе prоizvоdnjе, uvоzа ili zаpоčinjаnjа kоrišćеnjа pribаvе оdоbrеnjе zа kоrišćеnjе tе supstаncе.

Аutоrizаciја sе izdаје јеdnоm ili višе prоizvоđаčа, uvоznikа, оdnоsnо kоrisnikа zа supstаncu kоја izаzivајu zаbrinutоst ili grupu supstаnci оdnоsnо zа јеdаn ili višе nаčinа kоrišćеnjа.

2.3.5. Ograničenja

U slučајu kаdа supstаncе prеdstаvlјајu nеprihvаtlјiv rizik pо zdrаvlје lјudi i živоtnu srеdinu, prоizvоdnjа, stаvlјаnjе u prоmеt i upоtrеbа tih supstаnci se može zаbrаniti ili оgrаničiti zа оdrеđеnе nаčinе upоtrеbе. Listа supstаnci kоје pоdlеžu zаbrаnаmа i оgrаničеnjimа dаtа је u Prilogu XVII REACH Uredbe.

Оvim pоstupkоm zаbrаnjuје sе ili оgrаničаvа: - prоizvоdnjа; - stаvlјаnjе u prоmеt i upоtrеbа оpаsnih supstаnci i smеšа ili prоizvоdа kојi

sаdržе zаbrаnjеnu supstаncu i/ili smеšu ili prоizvоd kојi sаdržе tu supstаncu u оdrеđеnој kоncеntrаciјi i

- kоrišćеnjе supstаncе, smеšе ili prоizvоdа zа оdrеđеnе nаmеnе. Prе dоnоšеnjа оdlukе о zаbrаni ili оgrаničеnju rаdi sе i аnаlizа еfеkаtа tаkvе

оdlukе. То је kоmplеksаn prоcеs kојi uklјučuје prikuplјаnjе pоdаtаkа оd strаnе industriје, izrаdu sоciо-еkоnоmskе аnаlizе i оdrеđivаnjе trаnziciоnih pеriоdа zа primеnu оdlukе.

Niz ograničenja iz Priloga XVII REACH Uredbe primenjiv je na građevinske proizvode. Na primer, pod rednim brojem 19. utvrđena je zabrana korišćenja jedinjenja arsena, a pod rednim brojem 31. supstance ili smeše koje sadrže kreozot, u oba slučaju za zaštitu drveta, kao i stavljanje u promet drveta tretiranog ovim supstancama ili smešama. Takođe, pod rednim brojem 47. ograničava se sadržaj rastvornog u vodi hroma (VI) i njegova upotreba u cementu i smešama koje sadrže cement (ali se dozvoljava odstupanje za upotrebu u kontrolisanim zatvorenim i potpuno automatizovanim procesima).

2.3.6. Infоrmisаnjе u lаncu snаbdеvаnjа

Snаbdеvаči hеmikаliјаmа (pravno lice ili preduzetnik koji je proizvođač, uvoznik, distributer ili dalji korisnik, a koji stavlja u promet hemikalije) imајu оbаvеzu dа dаlјim kоrisnicimа prоslеdе pоdаtkе о uticајu hеmikаliја nа zdrаvlје lјudi, bеzbеdnоst i živоtnu srеdinu kао i nаčinе zа njihоvо bеzbеdnо kоrišćеnjе (prеkо bеzbеdnоsnоg listа ili tеhničkih uputstаvа). Kаdа stаvlја u prоmеt оpаsnu supstаncu ili оpаsnu smеšu, supstаncu idеntifikоvаnu kао pеrzistеntnе-biоаkumulаtivnе-tоksičnе (PBT) ili vеоmа pеrzistеntnе-vеоmа biоаkumulаtivnе (vPvB) ili supstаncu uklјučеnu u listu kаndidаtа supstаnci kоје izаzivајu zаbrinutоst, snаbdеvаč je u obavezi da dоstаvi bеzbеdnоsni list.

112

Bеzbеdnоsni list kојi sе izrаđuје u sklаdu sа Prilogom II REACH Uredbe i mоrа da sаdržаti pоdаtkе о klаsifikаciјi i оbеlеžаvаnju hеmikаliје, zајеdnо sа svim drugim pоdаcimа о bеzbеdnоsti. Dоstаvlja nа zvаničnоm јеziku zеmlје člаnicе u kојој sе hеmikаliја stаvlја u prоmеt, оsim аkо držаvа člаnicа nе оdrеdi drugаčiје.

2.3.7. Inventar klasifikacije i obeležavanja

U sklаdu sа оdrеdbаmа članova 112. do 116. REACH Uredbe, kао i u sklаdu sа člаnоm 40. Uredbe (EU) br. 1272/2008 o klasifikaciji, označavanju i pakovanju hemikalije i određenog proizvoda – CLP (Classification, Labelling and Packaging of substances and mixtures), pоstојi оbаvеzа priјаvlјivаnjа u Invеntаr klаsifikаciје i оbеlеžаvаnjа.

Invеntаr klаsifikаciје i оbеlеžаvаnjа sе uspоstаvlја nа оsnоvu priјаvа supstаnci klаsifikоvаnih kао оpаsnih, kоје dоstаvlјајu privrеdni subјеkti ECHA agenciji (uklјučuјući i supstаncе koje su proizvedene ili uvezene u kоličinаmа ispоd 1 tоnе nа gоdišnjеm nivоu) i tо nа оsnоvu infоrmаciја о klаsifikаciјi i оbеlеžаvаnju kоје оbuhvаtа dоsiје kојi sе dоstаvlја prilikоm rеgistrаciје.

3. ODREDBE UREDBE O GRAĐEVINSKIM PROIZVODIMA KOJE ZAHTEVAJU PRIMENU REACH

U skladu sa prvim stavom člana 4. Uredbe (EU) broj 305/2011 o građevinskim proizvodima – CPR (The Construction Products Regulation), proizvođač je u obavezi da prilikоm stаvlјаnjа građevinskog prоizvоdа nа tržištе, izradi dеklаrаciјu о pеrfоrmаnsаmа – DoP (Declaration of Performance) za svaki građevinski proizvod obuhvаćеn hаrmоnizоvаnim stаndаrdоm ili usаglаšеn sа еvrоpskоm tеhničkоm оcеnоm kоја је izdаtа zа njеgа. Dodatno, u skladu sa članom 6. stav 5. iste Uredbe, predviđeno je i da se infоrmаciје nаvеdеnе u člаnu 31. ili, kао štо mоžе biti slučај, u člаnu 33. REACH Urеdbе, pružајu zајеdnо sа dеklаrаciјоm о pеrfоrmаnsаmа. Praktično, proizvođač građevinskog proizvoda je ovlašćen da, preko deklaracije o performansama proizvoda, pruži informacije o zahtevanim svojstvima proizvoda, uključujući, prema potrebi, udeo opasnih supstanci. Na ovaj način obezbeđuje se raspoloživost tih podataka za sve dalje korisnike proizvoda.

Zahtevani podaci odnose na bezbednosne listove za građevinske proizvode (član 31. REACH Uredbe) koji su sami opasne supstance ili smeše ili informacije dovoljne za bezbednu upotrebu tog proizvoda, kada proizvod sadrži supstance koje izazivaju zabrinutost u koncentraciji većoj od 0,1% masenog udela (član 33. REACH Uredbe). Ovi podaci treba da prate građevinski proizvod u svim fazama lanca snabdevanja do krajnjeg korisnika (izvođač radova, radnik i potrošač).

Uzimajući u obzir činjenicu da su informacije koje je potrebno dostaviti ograničene na informacije zahtevane članovima 31. i 33. REACH Uredbe i nedostatak bilo kakvog izričitog nacionalnog zakonodavstva ili zakonodavstva EU kojim bi se zahtevalo da se deklaracijom o performansama obuhvate dodatne informacije, obaveze u okviru CPR nisu za sada instrument za dostavljanje podataka o udelu bilo kojih opasnih supstanci u svim građevinskim proizvodima korisnicima zato što se bezbednosni list dostavlja zajedno sa deklaracijom o performansama samo ako se to zahteva na osnovu REACH Uredbe.

113

Evropska komisija smatra da su za potrebe usaglašavanja unutrašnjeg tržišta građevinskih proizvoda u okviru sprovođenja Uredbe (EU) 305/2011, posebne potrebe za informacijama o udelu opasnih supstanci u građevinskim proizvodima u velikoj meri rešene trenutno važećim odredbama CPR. Međutim, potreba za dodatnim mogućnostima za informisanje krajnjih korisnika o prisutnosti hemikalija u građevinskim proizvodima, a sa ciljem obezbeđenja visokog nivoa zaštite zdravlja i bezbednosti radnika koji koriste građevinske proizvode i korisnika građevinskih objekata, uključujući i informacije u pogledu zahteva za recikliranje i/ili ponovnu upotrebu delova ili materijala, trebala bi se u budućnosti proceniti i po potrebi rešiti u okviru odgovarajućih instrumenata dostupnih u zakonodavstvu EU.

4. ZAKLJUČAK

Uzimajući u obzir pravnu prirodu uredbe kao sekundarnoga izvora prava Evropske unije, tj. činjenicu da uredbe u celosti obavezuju i neposredno se primenjuje u svim državama članicama Evropske unije, bez obaveze prenošenja u nacionalno zakonodavstvo, REACH Uredba će se u potpunosti primenjivati u Republici Srbiji tek sa postizanjem punopravnog članstva u Evropskoj uniji. Do datuma stvarnog pristupanja Republike Srbije Evropskoj uniji, na snazi će biti postojeći Zakon o hemikalijama ("Sl. glasnik RS", br. 36/2009, 88/2010, 92/2011, 93/2012 i 25/2015), u velikoj meri usklađen sa važećim propisima Evropske unije.

Kako Srbija nije članica Evropske unije, mnogi proizvođači građevinskih proizvoda su u nedoumici na koji način će i da li će REACH imati uticaja na njihovo poslovanje. Važno je naglasiti da u ovom trenutku svi koji proizvode i izvoze u Evropsku uniju, građevinske proizvode koji su sami opasne supstance ili smeše, ili koji sadrže supstance koje izazivaju zabrinutost ili koji se ispuštaju prilikom njihove upotrebe, u obavezi su da se usklade sa zahtevima REACH Uredbe ukoliko žele supstance, smeše ili proizvoda da stavljaju na tržište EU.

Obzirom da Srbija nije članica EU, industrija odnosno izvoznici ne mogu direktno da obave proces pred-registracije već to za njih može da obavi ovlašćeni zastupnik koji ima sedište u EU. Nakon što se supstanca pred-registruje, proizvođač i izvoznik mogu nastaviti sa obavljanjem proizvodnje i izvoza sve do završetka registracijskog perioda. U suprotnom, ako se preskoči pred-registracija, koja nije obavezna ali se strogo preporučuje, hemijska supstanca ne može da se stavlja na tržište sve dok se na osnovu podnesenog opsežnog tehničkog dosijea ne završi postupak registracije i supstanca registruje kod Evropske agencije za hemikalije.

Svima se preporučuje da potraže informacije na web stranicama ECHA http://echa.europa.eu na kojima su dostupne opšte informacije o REACH Uredbi, vodiči sa praktičnim informacijama i preporukama za pred-registraciju i registraciju, kao i o REACH-IT sistemu važnom za podnošenje dosijea.

114

5. LITERATURA

[1] Evropski pokret u Srbiji, u saradnji sa Istraživačkim centrom Slovačke asocijacije za spoljnu politiku i uz podršku Slovačke agencije za međunarodnu razvojnu pomoć,Vodič kroz EU politike – Životna sredina, ISBN 978-86-82391-61-6, 2011

[2] European Commission, Report from the Commission to the European Parliament and the Council as foreseen in Article 67(1) of Regulation (EU) 305/2011, Brussels, 7.8.2014, COM(2014) 511 final

[3] Regulation (EC) No 305/2011 of the European Parliament and of the Council on harmonised conditions for the marketing of construction products.

[4] Regulation (EC) No 1907/2006 of the European Parliament and of the Council concerning the Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals (REACH).

[5] Regulation (EC) No 1272/2008 of the European Parliament and of the Council on classification, labelling and packaging of substances and mixtures.

[6] Zakon o hemikalijama ("Sl. glasnik RS", br. 36/2009, 88/2010, 92/2011, 93/2012 i 25/2015).

115

Vesna Matović1, Danica Srećković-Batoćanin1, Nenad Matović2, Branko Munjas2 UDK: 679.85

PETROGRAFSKE KARAKTERISTIKE DACITA I UTICAJ NA ČVRSTOĆU NA PRITISAK

Rezime: Prirodni kamen ima multifunkcionalnu ulogu u građevinskim konstrukcijama. Selekcija kamena za određenu namenu uslovljena je petrografskim sastavom, fizičko-mehaničkim svojstvima i vremenskom trajnošću. Jednoaksijalna čvrstoća na pritisak je glavna mehanička karakteristika kvaliteta i mogućnost upotrebe kamena. Ona zavisi od mineralnog sastava stene, sklopa, poroznosti, sadržaja vlage, stepena alterisanosti, ali i od metodologije ispitivanja. U radu su prikazani rezultati petrološke analize i vrednosti jednoaksijalne čvrstoće na pritisak dacita kamenoloma „Krš“i „Ljuta stena“ kao značajnijih sirovina za proizvodnju građevinskog kamena u Srbiji. Prema srednjim vrednostima čvrstoća na pritisak, daciti kamenoloma „Krš“ imaju veću otpornost na dejstvo jednoaksijalnog pritiska u odnosu na dacite kamenoloma „Ljuta stena“. Komparacijom rezultata petrografske analize sastava dacita i statističkih parametara vrednosti jednoakcijalne čvrstoće, definisani su glavni uzročnici razlika ispitivane mehaničke karakteristike.

Ključne reč: Dacit, mineralni sastav, struktura, jednoaksijalna čvrstoća na pritisak

INFLUENCE OF PETROGRAPHIC CHARACTERISTICS ON THE UNIAXIAL COMPRESSIVE STRENGTH OF DACITE

Abstract: Natural stone has а multifunctional role in the building constructions. Тhе selection of a stone for a particular purposes is depending of the petrographic composition, engineering properties and its durability. Uniaxial compressive strength is main mechanical property of stone quality and the ability to use. It is dependent of mineral composition of stone, fabric, porosity, water content, alteration degree, but also of testing methodology. The paper presents the results of petrological analysis and the value of uniaxial compressive strength of dacite from the quarry "Krš" and "Ljuta stena" as a major raw material for the production of building stone in Serbia. According to the mean values of compressive strength, dacite from quarry "Krš" has a greater resistance to the pressure compared to dacite from quarry "Ljuta stena". The main causes of differences in uniaxial compressive strength are defined by comparison of the results of petrographic analysis and statistical parameters of investigated mechanical characteristics.

Key words: dacite, mineral composition, texture, uniaxial compressive strength

1 dr, vanredni profesor, Univerzitet u Beogradu Rudarsko-geološki fakultet, Đušina 7, 11000

Beograd, Srbija, [email protected] 2 MSc geologije, inženjer, Institut za puteve, Kumodraška 257, 11000 Beograd, Srbija, nenadipkam

@gmail.com

DIMK




116

1. UVOD

Čvrstoća kamena je jedan od glavnih inženjerskih parametara za karakterizaciju kvaliteta i definisanje mogućnosti njegove primene u konstruktivne svrhe, u uslovima izloženosti delovanju različitih napona [2,4,15]. U mehaničkom smislu, čvrstoća predstavlja otpornost kamena prema delovanju spoljašnjih sila koje teže da izazovu razarajuću deformaciju. Kamen prestaje da bude čvrst kada, prilikom opterećenja, dolazi do razaranja kohezionih veza između mineralnih konstituenata [3]. Na vrednost čvrstoće kamena utiču način ispitivanja i vrsta naprezanja koje dovodi do razaranja (pritiskajuće, zatezanje, smicanje), pa tako razlikujemo: jednoaksijalnu čvrstoću na pritisak, triaksijalnu, “point-load” čvrstoću, savojnu, čvrstoća na smicanje ili na zatezanje. Kao kriterijum kvaliteta kamena, u građevinskoj praksi najveću primenu ima jednoaksijalna čvrstoća na pritisak, odnosno za određene namene kamena, minimalne vrednosti čvrstoće su od primarnog značaja za njegovu mogućnost primene i ugradnju. Jednoaksijalna čvrstoća na pritisak se definiše kao jednoaksijalno naprezanje koje je potrebno da se zdrobi probno telo kamena određenog oblika, slobodno (neograničeno) na svojim stranama. To je sposobnost kamena da izdrži stres ili deformacije, a da ne dođe do loma [3]. Način i oblik loma opitnog tela kamena zavisi od geometrijskog rasporeda i gustine pukotina i prslina sa jedne strane, odnosno mehaničke stabilnosti minerala i mikrostrukturnih karakteristika sa druge strane [12]. Generalno, jednoaksijalna čvrstoća kamena je u najvećoj meri kontrolisana strukturnim karakteristikama i mineralnim sastavom kamena. Ispitivanje relacije petrografskih karakteristika i čvrstoće na pritisak kamena je predmet brojnih proučavanja. Rezultati istraživanja ukazuju da je čvrstoća kamena, generalno, u funkciji brojnih petrografskih karakteristika koje uključuju veličinu zrna [15,13,16], mikrostrukturne karakteristike [10], mineralni sastav [16,9], kontakt zrna [11], oblik i prostorni raspored zrna [1] i stepen alterisanosti [14]. Primaran uticaj na jednoaksijalnu čvrstoću silikatnih vrsta kamena ima individualno učešće glavnih mineralnih konstituenata, odnosno, kvarca (Q) i kalijskih feldspata (KF) (Q-pozitivan i KF-negativan linearan odnos), kao i odnos njihove zastupljenosti (Q/KF-pozitivna linearna relacija) [13]. Navedena činjenica ukazuje da minerali sličnih vrednosti tvrdine (po Mosovoj skali), imaju suprotan efekat na vrednost jednoaksijalne čvrstoće stene. Redukciju čvrstoće silikatnih stena, prvenstveno kontroliše učešće K-feldspata i veličina njegovih zrna [16]. Srednja veličina glavnih petrogenih minerala stene je takođe faktor sa inversnim odnosom prema čvrstoći na pritisak [10]. Veličina zrna kontroliše inicajalne pukotine pa krupnozrne stene posledično imaju manju otpornost prema delovanju napona tj. čvrstoća na pritisak raste sa opadanjem veličine zrna. Teksturne karakteristike stene tj. postojanje preferiranih pravaca (orijentacija minerala) takođe utiču na anizotropiju vrednosti čvrstoće na pritisak. Kod stena homogene teksture, maksimalna anizotropija čvrstoće na pritisak je manja od 10 %, dok postojanje i vrlo slabe orijentacije minerala, uslovljava variranje čvrstoće i do nekoliko desetina %. Prisustvo minerala različite tvrdine, što je čest slučaj u kiselim magmatskim stenama, ima veliki uticaj na vrednost otpornosti prema delovanju pritiska, dok na primer prisustvo biotita ima primaran uticaj na razvoj zona frakturisanja [5]. Polazeći od hipoteze da veličina mineralnih konstituenata i zastupljenost minerala različite tvrdine ima direktan uticaj na vrednost jednoaksijalne čvrstoće na pritisak kamena, osnovni cilj rada je da ukaže na uticaj strukturnih karakteristika na vrednosti jednoaksijalne čvrstoće na pritisak dva, mineraloški bliska dacita koji vode poreklo iz kamenoloma “Krš” kod Ljubovije i kamenoloma “Ljuta stena” kod Slavkovice. Stenska

117

masa kamenoloma „Krš“ se nalazi u zapadnoj Srbiji, oko 3 km od Ljubovije. Otkrivena je na površini od 20 hektara i pripada krajnjem istočnom delu dacitskog masiva Gradina. Dacitsko telo predstavlja subvulkansku intruziju, miocenske starosti, utisnutu u seriju paleozojskih škriljaca koji grade istočnu granicu kamenoloma [7]. Kamenolom „Ljuta stena” se nalazi u zapadnoj Srbiji, na udaljenosti oko 12 km od Ljiga. Subvulkanski očvrsla stenska masa, miocenske starosti, deo je lavičnih izliva nastalih tokom vulkanizma Rudničko-ljiške zone [6]. Izbor dacita navedenih lokaliteta uslovljen je njihovom velikim značajem kao sirovinama za proizvodnju građevinskih materijala, kako za potrebe niskogradnje, tako i za primenu u obliku aritektonskog kamena.

1.1. Uzorci i metode

U svrhu određivanja petrografskih karakteristika dacita izvršeno je prikupljanje uzoraka kamena iz dva odabrana kamenoloma. Određivanje mineralnog sastava i strukturnih karakteristika prikupljenih uzoraka kamena izvršeno je primenom optičkih - mikroskopskih metoda ispitivanja na Departmanu za mineralogiju, kristalografiju, petrologiju i geohemiju Rudarsko-geološkog fakulteta u Beogradu. Mikroskopska ispitivanja obuhvatala su izradu petrografskih preparata i analizu na petrografskom mikroskopu za propuštenu svetlost, tipa Leica DMLSP, podržan kamerom marke Leica DC 300 što je omogućilo izradu fotomikrografija. Ocena vrednosti jednoaksijalne čvrstoće na pritisak izvršena je prikupljanjem vrednosti višegodišnjih merenja navedenog svojstva, standardizovanim laboratorijskim postupkom u Laboratoriji za kamen Instituta za puteve. Numeričke vrednosti su statistički obrađene i analizirane primenom statističkog paketa StatSoft 8.0.

2. REZULTATI

2.1. Petrografske karakteristike dacita kamenoloma „Krš“

Dacit kamenoloma “Krš” je kompaktna stena, sive boje, holokristalasto-porfirske strukture i masivne teksture (slika 1a). Stena je izgrađena od fenokristala kvarca, plagioklasa, amfibola i biotita, kao glavnih petrogenih minerala. Akcesorni sastojci su apatit, cirkon i metalični minerali, dok su sekundarni minerali predstavljeni hloritom, kalcitom, oksidima i hidroksidima gvožđa. Kvarc se javlja u hipidiomorfnim do ksenomorfnim kristalima. Prosečna veličina fenokristala kvarca je oko 1.5-2 mm u prečniku, ređe prisutna i zrna preko 4 mm (slika 1c). Mikroliti kvarca, koji grade osnovnu masu, su varijabilne veličine, generalno, manje od 0.1 mm (slika 1g). Fenokristali kvarca su uglavnom sveži, ponekad resorbovani ili ispucali, a pukotine su zapunjene kalcitom. Kvarc čini oko 15-20% vol. stene.

118

Slika 1. a) Makroskopski izgled dacita „Krš“; b) Makroskpski izgled dacita „Ljuta stena“; c,d)

Krupni, resorbovani fenokristali kvarca u holokristalastoj osnovnoj masi; e) fenokristali amfibola, biotita i alterisanog plagioklasa f) liske biotita dacita „Ljuta stena“; g,h) variranje veličine

mikrolita osnovne mase ispitivanih dacita; NX.

119

Plagioklasi se javljaju u tabličastim, idiomorfnim do hipidiomorfnim lamelarno bližnjenim ili zonarnim fenokristalima. Veličina plagioklasa varira od 0,5x1,5 mm do 2x4 mm i veća. Plagioklasi su uglavnom sveži do alterisani (sericitisani i kalcitisani) duž tankih prslina ili obodnih delova zrna. Plagioklas često sadrži uklopke apatita i cirkona i čini oko 30% vol. stene. Biotit se javlja u listastim formama, idiomorfnog do hipidiomorfnog oblika, prosečne veličine od 2x1 mm do 0.5x1 mm. Liske su retko sveže sa polihroizmom u zeleno-smeđoj boji, najčešće hloritisane sa karakterističnim izdvajanjem gvožđevitih minerala duž ravni cepljivosti. Sadržaj fenokristala biotita je oko 15% vol. stene. Amfibol se javlja u idiomorfnim do hipidiomorfnim fenokristalima, veličine 0.4x1mm. Dominantno su prisutne prizmatične forme sa izraženim polihroizmom u zelenoj boji, ali i bazni preseci sa jasno uočljivim ravnima bližnjenja (Dijagram 1e). Zastupljenost amfibola je najčešće od 5 do 10 % vol.stene. Osnovna masa dacita je izgrađena od mikrolita kvarca, plagioklasa i bojenih sastojaka. Veličina kristala je relativno ujednačena (manja od 0.05-0.01 mm u prečniku) (slika 1g). Stena je holokristalasto-porfirske strukture.

2.2. Petrografske karakteristike dacita kamenoloma „Krš“

Dacit kamenoloma “Ljuta stena” je kompaktna stena, svetlo sive boje, porfirske struktre, masivne teksture (slika 1b). Fenokrisali kvarca su izometričnog oblika i dostižu veličini i do 1cm u prečniku. Plagioklas se javlja u pravilnim oblicima, varijabilne veličine. Na osnovu optičkih ispitivanja, plagioklas je najzastupljeniji mineral u steni (do 35 % vol.stene). Pored toga što ulazi u sastav osnovne mase, u obliku mikrolita, javlja se i u vidu fenokristala hipidiomorfnog oblika čija velčina varira od 1mm do 5mm u prečniku (slika 1f). Javlja se u lamelarno bližnjenjenim do zonarnim kristalima,. Kvarc je prisutan kao fenokristal, u vidu hipidiomorfnih do ksenomorfnih, izometričnih kristala veličine do 1cm u prečniku i ponekad resorbovani od strane osnovne mase. Kvarc se javlja i u formi mikrolita koji zajedno sa plagioklasom izgrađuje osnovnu masu stene. Količina zastupljenosti dotiže i do 35% vol.stene. Biotit se javlja u vidu liski izraženog polihroizma od svetložute do mrke boje i izražene cepljivosti. Veličina liski biotita varira od 2 do 5mm, a zastupljenost biotita je oko 15 % vol. stene. Od sekundarnih minerala karakteristično je prisustvo kalcita koji se u steni javlja u vidu lokalnih nagomilanja. Osnovna masa je u potpunosti iskristalaisala i izgrađena od mikrolita prosečne veličine oko 0.1-0.2 mm. Struktura stene je holokristalasto-porfirska.

2.3. Jednoaksijalna čvrstoća na pritisak dacita

Rezultati višegodišnjih laboratorijskih, standardizovanih, merenja vrednosti jednoaksijalne čvrstoće na pritisak u suvom, vodozasićenom stanju i posle dejstva mraza podvrgnuti su statističkoj analizi tj određivanju osnovnih statističkih parametara koji omogućavaju komparaciju vrednosti čvrstoće dacita odabranih kamenoloma. Za dacite iz kamenoloma “Krš” ukupno je analizirano 60 izmerenih vrednosti čvrstoće dok je za dacite kamenoloma “Ljuta stena” prikupljeno 15 rezultata ispitivanja. Rezultati statističke obrade prikazani su u Tabeli 1 dok je odnos osnovnih parametara grafički prikazan na slici 2.

120

Čvrstoća na pritisak (MPa)

Minimalna vrednost

Maksimalna vrednost

Srednja vrednost

Standardna devijacija Varijansa

Dacit kamenoloma „Krš“

suvo stanje 134 260 194 22.86 523.0

vodozasićeno 132 247 179 23.35 544.2

posle dejstva mraza 131 237 177 24.69 609.7

Dacit kamenoloma „Ljuta stena“

suvo stanje 111 215 170 34.45 1187.4

vodozasićeno 102 202 153 34.14 1165.9

posle dejstva mraza 76 211 156 39.52 1562.1

Tabela 1. Parametri statističke analize vrednosti jednoaksijalne čvrstoće na pritisak dacita

Krš Ljuta stenaKamenolom

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

Čvr

stoć

a na

pri

tisak

(MPa

)

Median; Box: 25%-75%; Whisker: Min-Max

Čvrstoća u suvom stanju Čvrstoća u vodozasićenom stanju Čvrstoća posle dejstva mraza

Slika 2. Box-Whisker grafikon odnosa statističkih parametara jednoaksijalne čvrstoće na pritisak

dacita kamenoloma „Krš“ i „Ljuta stena“

121

3. DISKUSIJA

Na osnovu rezultata petrografskih ispitivanja uočeno je da su daciti ispitivanih kamenoloma stene holokristalasto porfirske strukture sličnog mineralnog sastava. Makroskopski posmatrano, stene ne pokazuju vidne razlike, međutim, optička ispitivanja su omogućila precizno definisanje sledećih mineraloških i strukturnih razlika:

Prema srednjoj veličini fenokristala, daciti kamenoloma „Krš“ se karakterišu manjim dimenzijama fenokristala u odnosu na veličinu fenokristala dacita „Ljute stene“; srednja veličina najzastupljenijih fenokristala plagioklasa dacita „Krš“ je oko 1 x 2,5 mm, dok je plagioklas u dacitima „Ljute stene“ prosečne veličine oko 1.5 x 4mm; Srednja veličina fenokristala kvarca dacita „Krš“ je oko 2-4 mm u prečniku, dok je kvarc u dacitima „Ljute stene“ prosečne veličine oko 6-8 mm u prečniku;

Prema prosečnoj veličini mikrolita kvarca i plagioklasa u osnovnoj masi, mikroliti dacita „Krš“ su manjih dimenzija u odnosu na mikrolite dacita „Ljuta stena”;

Prema količinskoj zastupljenosti fenokristala kvarca, daciti kamenoloma „Ljuta stene“ imaju veću zastupljenog navedenog minerala u odnosu na dacite kamenoloma „Krš“.

U odnosu na raspon tvrdine (prema Mosovoj skali) dominantnih minerala, daciti - kamenoloma „Krš“ se odlikuju malim rasponom tj. najzastupljeniji su minerali sa relativno malim razlikama u tvrdini (kvarc - 7, plagioklas i hornblenda - 5.5) uz malo učešće biotita (3), dok u dacitu „Ljute stene“ odsustvo hornblende, a veće prisustvo biotita, kao jedinog bojenog fenokristala, uslovljava i veći raspon u tvrdini, u odnosu na prisutan kvarc i plagioklas. Navedene petrografske razlike ispitivanih dacita, uslovile su i razlike u otpornostima prema delovanju jednoaksijalnog pritiska. Prema srednjoj aritmetičkoj vrednosti / medijani, dacit „Ljute stene“ se odlikuje manjom vrednošću otpornosti na dejstvo pritiska (u sva tri ispitivana stanja) u odnosu na dacit kamenoloma „Krš“. Kada se uporede maksimalne vrednosti čvrstoće (u sva tri stanja), markantno veće vrednosti dostiže dacit “Krš” u odnosu na vrednosti dacita “Ljute stene”. Navedene razlike su posledica upravo petrografskih, a posebno strukturnih karakteristika stena. Daciti kamenoloma “Ljuta stena” usled prisustva krupnijih fenokristala, većeg učešća biotita i krupnijih mikrolita u osnovnoj masi imaju manju otpornost prema dejstvu pritiska u odnosu na dacite kamenoloma “Krš”. Veća zrna imaju i duže kontaktne ravni duž kojih dolazi do dekohezije prilikom delovanja stresa [16], a dobro razvijena cepljivost biotita predstavlja preferirane pravce u kojima se locira inicijalni stres [8] i duž kojih će kamen lakše da „puca“ pod dejstvom napona.

4. ZAKLJUČAK

Ispitivanje petrografskog sastava i mehaničkih svojstava kamena predstavljaju glavne faze u karakterizaciji kvaliteta građevinskog kamena i definisanju mogućnosti njegove primene. Petrografska analiza omogućava odredbu glavnih, sporednih i sekundarnih minerala, veličine i distribucije zrna, kao i stepena „svežine“/alteracije stene. Generalno, petrografski sastav je baza za tumačenje mehaničkih karakteristika kamena. Vrednosti jednoaksijalne čvrstoće dacita uslovljene su njegovim mineralnim sastavom i strukturnim osobenostima. Sadržaj kvarca u dacitu kontroliše vrednosti čvrstoće, ali veličina njegovih kristala je odlučujući faktor na otpornost prema pritisku. Veće prisustvo

122

sitnijih kristala kvarca, kako fenokristala tako i mikrolita, uslovljava veću otpornost dacita prema delovanju spoljašnjih sila i napona. Sadržaj biotita, kao minerala savršene cepljivosti, takođe predstavlja kontrolni faktor otpornosti na pritisak. Veći sadržaj ovog minerala inicira manje vrednosti čvrstoće, jer njegovo koncentrisanje stvara prostor pogodan za akomuliranje stresa, a duž njegovih ravni cepljivosti stena se lakše lomi pod dejstvom napona.

5. REFERENCE

[1] Akesson U., Stigh J., Lindqvist J.E., Goransson M.: The influence of foliation on the fragility of granitic rocks, image analysis and quantitative microscopy, Eng Geol, 2003., 68, 275–288.

[2] Benavente D., Martinez-Martinez J., Jauregui P., Rodriguez M.A., Garcia del Cura M.A.: Assessment of the strength of building rocks using signal processing procedures, Constr Build Mater 2006., 20, 562–8.

[3] Bilbija N., Matović V.: Primenjena petrografija, Građevinska knjiga, Beograd, 2009., 418. [4] Cardani G., Meda A.: Flexural strength and notch sensitivity in natural building stones:

Carrara and Dionysos marble, Constr Build Mater, 1999., 13, 393–403. [5] Chen S., Yue Z.Q., Tham L.G., Lee P.K.K.: Modelling of the indirect tensile test for

inhomogeneous granite using a digital image-based numerical method, Int J Rock Mech, 2004., 41(S1), 466–71.

[6] Filipović i dr.: Tumač za OGK 1:100000, List Gornji Milanovac, Beograd. [7] Ilić B., Milojević М.: Elaborat o rezervama I kvalitetu dacita kao tehničko-građevinskog

kamena u ležištu Krš kod Ljubovije, Geoeksplorer doo, 2003. [8] Li L, Lee P.K.K, Tsui Y., Tham L.G, Tang C.A.: Failure process of granite, Int J Geomech,

2003., 3, 84–98. [9] Miskovsky K., Taborda Duarte M., Kou S.Q., Lindqvist P.A.: Influence of the

mineralogical composition and textural properties on the quality of coarse aggregates, J Mater Eng Perform, 2004., 13, 144–150.

[10] Prikryl R.: Some microstructural aspects of strength variations in rocks, Int J Rock Mech Min Sci, 2001., 38, 671–682.

[11] Raisanen M.: Relationships between texture and mechanical properties of hybrid rocks from the Jaala-Iitti complex, southeastern Finland, Eng Geol, 2004., 74, 197–211.

[12] Segall P., Pollard D.D.: Mechanics of discontinuous faults, J Geophys Res, 1980., 85, 4337-4350.

[13] Tugrul A., ZarifI H.: Correlation of mineralogical and textural characteristics with engineering properties of selected granitic rocks from Turkey, Eng Geol, 1999., 51, 303–17.

[14] Tugrul A.: The effect of weathering on pore geometry and compressive strength of selected rock types from Turkey, Eng Geol, 2004., 75, 215–227.

[15] Yilmaz Gunes N., Karaca Z., Goktan R.M., Akal C.: Relative brittleness characterization of some selected granitic building stones: influence of mineral grain size, Constr Build Mater, 2009., 23, 370–5.

[16] Yilmaz Gunes N., Goktan R.М., Kibici Y.: Relations between some quantitative petrographic characteristics and mechanical strength properties of granitic building stones, Int J Rock Mech Min Sci, 2011., 48, 506–513.

123

Jelena Stanković1, Sandra Filipović2, Jelena Đorđević3 UDK: 628.472.3.045/.047

DEPONOVANJE OPASNOG OTPADA IZ RUDARSTVA-AKTUELNA ZAKONSKA REGULATIVA EU I SRBIJE

Rezime: U skladu sa smernicama dopunjenog Zakona o Upravljanju otpadom Vlada RS 2010. godine donosi Uredbu o odlaganju otpada na deponije (''Sl. glasnik RS'', br. 92/2010). Ovom uredbom Vlade definišu se po prvi put tri kategorije deponija kao i svi parametri neophodni za izbor odgovarajuće lokacije, projektovanje i monitoring buduće deponije otpada. Deponije opasnog otpada po svojim tehnološko-tehničkim karakteristikama predstavljaju složenije objekte u odnosu na sve tri klase deponija. To je i razumljivo jer deponije opasnog otpada služe za odlaganje i trajno zbrinjavanje opasnog otpada, koji ukoliko se ne odloži na adekvatan način može prouzrokovati veoma štetno dejstvo na životnu sredinu. Opšti uslovi i kriterijumi za izbor lokacije za sve klase deponija predstavljaju sastavni deo Uredbe o deponijama. Danas, u Srbiji nema izgrađenih deponija za odlaganje opasnog otpada, što je ogroman zaostatak u odnosu na EU, posebno ako imamo u vidu da se otpad koji se dobija nakon luženja flotacijske jalovine klasifikuje kao otpad koji može da se odlaže na deponije opasnog otpada.

Ključne reči: opasan otpad, deponija, lokacija deponije

STORAGE OF HAZARDOUS WASTE FROM MININIG INDUSTRY - CURRENT SERBIAN AND EU LEGISLATION

Summary: According to the guidelines from amended Law on Waste Management, the Republic of Serbia has brought Regulation on disposal of hazardous waste („Official Gazette RS“, No. 92/2010). With this regulation Government has defined, for the first time, three categoties of waste disposal and all parameters necessary for selection appropriate location, design and monitoring of future waste disposal. For its technological and technical characteristic, hazardous waste landfill are more complex objects compared to all three classes of landfills. This is understandable because the hazardous waste landfill used for storage and permanent disposal of hazardous waste,if they did not disposed in a proper manner, can cause harmful effects on the environment. General conditions and criteria for the selection of locations for all classes of landfills are an integral part of Regulation on disposal of hazardous waste. Nowadays, in Serbia there is no constructed landfills for hazardous waste, which is a huge deficit in relation to the EU, especially if we consider that the waste obtained after leaching of flotation tailings are classified as waste that can be disposed in hazardous waste landfill.

Key words: hazardous waste, waste disposal, location of disposal 1 Dipl.inž.građ., Istraživač saradnik, Institut za rudarstvo i Metalurgiju, Zeleni bulevar br.35,

19210 Bor, Srbija, [email protected], +381691213216

2 Dipl.inž.građ., Istraživač saradnik, Institut za rudarstvo i Metalurgiju, Zeleni bulevar br.35, 19210 Bor, Srbija, [email protected], +381642916545

3 Dipl.inž.građ., Istraživač pripravnik, Institut za rudarstvo i Metalurgiju, Zeleni bulevar br.35, 19210 Bor, Srbija, [email protected], +381692495682

DIMK




124

1. UVOD

Odlaganjem otpada na deponiju obezbeđuju se i osiguravaju uslovi za spečavanje i smanjenje štetnih uticaja na zdravlje ljudi i životnu sredinu u toku celog životnog ciklusa deponije, posebno zagađenja površinskih i podzemnih voda, zemlje i vazduha, uključujući i efekat staklene bašte. Kako bi se ovi štetni uticaji sprečili, teži se usaglašavanju nacionalnog zakonodavstva Republike Srbije iz oblasti kvaliteta vazduha, voda, otpada i industrijskog zagađenja sa pravnim tekovinama EU, koja je u ovoj oblasti dosta napredovala. Oblast životne sredine osim što je najobimnija u stalnom je razvoju, pa se shodno potrebi pravnog regulisanja ove oblasti, obim EU propisa konstantno povećeva, što zahteva stalno praćenje razvoja EU zakonodavstva radi usaglašavanja sa domaćim propisima.

Usvajanjem Zakona o upravljanju otpadom (''Sl. glasnik RS'', broj 36/09 i 88/2010), kao i podzakonskih akata kao što je obezbeđen je pravni okvir za uspostavljanje integralnog sistema upravljanja otpadom [1]. U narednom periodu treba očekivati završetak svih podzakonskih akata koji će u potpunosti urediti sistem upravljanja otpadom (razni pravilnici i uredbe). Jedna od tih uredbi je i Uredba o odlaganju otpada na deponije (''Sl. glasnik RS'', broj 92/2010) koja je u skladu sa Direktivom Saveta EU o deponijama otpada br. 1999/31/EC [2]. Ovom uredbom se bliže propisuju uslovi i kriterijumi za određivanje lokacije, tehnički i tehnološki uslovi za projektovanje, izgradnju i rad deponija otpada, vrste otpada čije je odlaganje na deponiji zabranjeno, količine biorazgradivog otpada koje se mogu odložiti, kriterijumi i procedure za prihvatanje ili neprihvatanje, odnosno odlaganje otpada na deponiju, način i procedure rada i zatvaranja deponije, sadržaj i način monitoringa rada deponije, kao i naknadnog održavanja posle zatvaranja deponije [3]. Ovo je posebno bitno iz razloga što se deponije u skladu sa pravilnikom iz 1992. godine projektuju kao vodonepropusne sa koeficijentom propustljivosti terena na kome se deponija izgrađuje od najmanje: k= 0,00001 m/s (k=105cm/s), odnosno u metrima koeficijenat iznosi: k= 0,0000001 m/s (k=10-7 m/s). Ovaj koeficijenat je nedovoljan jer ne sprečava na zadovoljavajući način zagađenje podzemnih i površinskih voda usled nekontrolisanog kretanja procednih voda iz deponije u okolni prostor, a donošenjem nove uredbe zahtev za vodonepropusnost je znatno pooštren.

Problem opasnog industrijskog otpada, a tu spada i otpad iz rudnika, je u njegovom nepropisnom skladištenju koji nije u skladu sa zakonom, kao i nepostojanje sistemskog rešenja za taj problem. Delimično rešenje je izvoz opasnog otpada na trajno zbrinjavanje u drugim zemljama koji je zastupljen sa svega 6%.

Izdvajanje komponenti koje se mogu reciklirati iz otpada je takođe uređeno zakonom. Razvojem reciklažne industrije u Srbiji uz podršku ministarstva stvaraju se uslovi za otvaranje novih radnih mesta u novoj industrijskoj grani.

2. ZAKONSKA REGULATIVA EU I SRBIJE O ODLAGANJU OTPADA NA DEPONIJE SA OSVRTOM NA OPASAN RUDNIČKI OTPAD

Zakon o upravljanju otpadom (''Sl. glasnik RS'', broj 36/09 i 88/2010) je obezbedio pravni okvir za uspostavljanje integralnog sistema upravljanja otpadom. U okviru integralnog sistema trajno i sigurno zbrinjavanje otpada zauzima veoma važno ako ne i najvažnije mesto.

125

2.1. Direktiva EU o deponijama 1999/31/EC

Kada je u pitanju zakonska regulativa EU koja se odnosi na odlaganje različitih vrsta otpada na deponijama ona je od 1999 godine zvanično uređena Direktivom o deponijama br. 1999/31/EC. Direktiva o deponijama je obavezujuća za sve države članice Evropske unije kao i za države koji su kandidati ili u budućnosti pretenduju na članstvo u EU. Ovom direktivom se definišu tri osnovna tipa deponija za inertan, neopasan i opasan otpad. Za svaku deponiju pojedinačno su definisani svi neophodni parametri, bitni kako za izbor adekvatne lokacije za buduću deponiju, tokom njene izgradnje, eksploatacije kao i po prestanku eksploatacije deponije, njenom zatvaranju i rekultivaciji. Tokom celog životnog veka izgradnje, eksploatacije i post-eksploatacije deponije definisani su i odgovarajući oskultacioni radovi-monitoring deponije. Kontinualno praćenje i monitoring deponije je veoma bitan jer su po pravilu sve deponije a naročito deponije opasnog otpada, veliki potencijalni zagađivači svih činilaca životne sredine (vazduh, voda i zemlja). Pravovremeno reagovanje i blagovremeno uočavanje svih nepravilnosti u radu i eksploataciji deponije, može sprečiti nastanak akcidentnih situacija koje su po pravilu širih razmera sa nesagledivim posledicama.

2.2. Uredba Vlade RS o odlaganju otpada na deponije („Sl. glasnikRS“, br. 92/2010)

Uredba o odlaganju otpada na deponije (''Sl. glasnik RS'', br. 92/2010) Vlade RS u stvari predstavlja usaglašavanje domaćeg zakonodavstva sa evropskim, odnosno usaglašavanje sa EU direktivom o deponijama br. 1999/31/EC. Ovom urednom se po prvi put definišu tri osnovna tipa deponija umesto jednog koji je ranije postojao. Osnovni tipovi deponija su:deponije za inertan otpad, deponije za neopasan otpad i deponije za opasan otpad.

Deponije opasnog otpada predstavljaju objekte na kojima se odlaže otpad koji po svojim karakteristikama (najmanje jedna ili više karakteristika) predstavljaju opasan otpad, prema Pravilniku o kategorijama, ispitivanju i klasifikaciji otpada (''Sl. glasnik RS'', br. 56/10) [4].

Projektom TR 37001 finansiranog od strane Ministarstva za nauku i tehnološki razvoj planom i programom je predviđeno recikliranje flotacijske jalovine iz starog flotacijskog jalovišta, u cilju valorizacije korisnih komponenti koju ova jalovina sadrži. Bakar kao korisna komponenta se iz flotacijske jalovine valorizuje hidrometalurškim putem. Nakon izdvajanja bakra preostaje otpadni materijal veoma kiselog karaktera koji je potrebno trajno zbrinuti na odgovarajućoj deponiji.

U cilju definisanja i karakterizacije otpada dobijenog nakon luženja, kiseli otpad je podvrgnut standardnom testu luživosti SRPS EN 12457-2. Nakon luženja izvršeno je ispitivanje eluata u skladu sa Pravilnikom o kategorijama, ispitivanju i klasifikaciji otpada (''Sl. glasnik RS'', br. 56/10). Prema navedenom pravilniku otpadni materijal nakon luženja je svrstan u kategoriju opasnog otpada i može se skladirati na deponiju opasnog otpada [5].

126

3. OSNOVNE KARAKTERISTIKE DEPONIJE OPASNOG OTPADA

Deponija se locira, po pravilu, u uvalama zaklonjenim bočnim reljefom, bivšim pozajmištima zemlje i ravnim terenima koji su bez tekućih i stagnirajućih voda. Strmi tereni sa nagibom preko 25% mogu se koristiti za deponije uz primenu adekvatnih tehničkih mera (planiranje, škarpiranje, podgrađivanje i dr.). Deponija se ne može locirati na terenu sa jako ispucalom stenovitom podlogom sa visokom vodopropustljivošću i nedefinisanim pravcima kretanja podzemnih voda i na području ugroženom klizanjem, urušavanjem, sleganjem tla ili drugim pomeranjem zemljine mase, ukoliko se takva pojava ne može sprečiti tehničkim merama (sl. 1).

OTPAD

DEPONIJSKO DNO

PREKRIVNI SLOJ

geotekstilni zaštitni sloj od probijanja

sloj za drenažu

geomembrana

bunari za evakuaciju procednih voda

geotekstilni zaštitni sloj od probijanjaili drenažni geotekstil

"A"

"B"

Slika 1. Tipičan presek kroz deponiju opasnog otpada

Na deponiji se uređuje deponijsko dno i nagibi, tj. bočne strane na način koji će osigurati stabilnost deponije, obezbediti zaptivanje, odnosno vodonepropusnost koja zajedno sa sistemom za prijem i odvođenje procedne vode sprečava njeno prodiranje u podtlo deponije. Dno i bočne strane tela deponije opasnog otpada treba da se sastoje od prirodne geološke barijere koja zadovoljava zahteve u vezi propustljivosti i debljine sa kombinovanim dejstvom u smislu zaštite tla, podzemnih i površinskih voda od K≤1,0x10-

9 m/s i sa debljinom sloja ≥ 5 m. Kada prirodna geološka barijera ne zadovoljava propisane vrednosti, ona se obezbeđuje oblaganjem deponijskog dna sintetičkim materijalima ili prirodnim mineralnim tamponom koji mora biti tako konsolidovan da se dobije ekvivalentna vrednost dna u smislu njegovih vodopropusnih svojstava. Prirodni mineralni tampon ne sme biti manji od 0,5 metara.

Na deponiji je potrebno obezbediti i dodatnu zaštitu dna deponije kako bi se sprečila migracija procedne vode u podtlo deponije i to na sledeći način (videti tabelu 1):

Zaptivanje i drenaža dna deponije Za opasan otpad

Veštačka zaptivna obloga-folija (geomembrana) zahteva se

Drenažni sloj ≥0.5 m zahteva se

Tabela 1. Zahtevani nivo zaštite dna deponije za opasni otpad

127

Za zaptivanje deponijskog dna i bočnih strana deponije mogu se koristiti i druge metode i tehnike, ako obezbeđuju uslove iz tabele 1.

>5 m

>0.5

m

Geomembrana

Sabijena glina

Sloj za drenažu

Slika 2. Detalj “A”- Struktura zaptivanja/drenaže dna i padine

Projekat drenažnog sloja, drenažnih cevi i odvodnih kanala izrađuje se na osnovu proračuna bilansa voda kako bi se omogućilo delovanje sistema za dreniranje i prečišćavanje procedne vode, kontrola rada i održavanje deponije (sl. 2). Na deponiji opasnog otpada potrebno je obezbediti poseban sistem za sakupljanje i odvođenja procedne vode kroz drenažni sloj u koji su položene drenažne cevi za njeno odvođenje u projektovani sistem za njen tretman. Prodiranje otpada u drenažni sistem sprečava se odgovarajućim tehničkim rešenjima. Za održavanje i kontrolu drenažnih cevi za prikupljanje procedne vode potrebno je da se izgradi dovoljan broj šahtova, koji moraju biti stabilni i oslonjeni na podtlo. Za privremeno zadržavanje procedne vode koja se prikupi iz tela deponije potrebno je postaviti i sabirni šaht, koji je otporan na hemijske uticaje.

Nakon završenog perioda eksploatacije, deponija se zatvara za dalje odlaganje formiranjem gornjeg prekrivnog sloja koji ispunjava sledeće tehničko-tehnološke uslove (tabela 2):

Primenjene mere u smislu formiranja

gornjeg prekrivnog sloja Klasa deponije

Za opasan otpad

Veštačka vodonepropusna obloga-folija zahteva se

Nepropusni mineralni sloj ≥0.5 m zahteva se

Tabela 2. Zahtevane mere pri formiranju gornjeg prekrivnog sloja deponije za opasan otpad

Za sloj za rekultivaciju može se koristiti i otpad dobijen drugim tehnologijama biološkog tretmana, koji po sastavu zadovoljava granične vrednosti parametara za odlaganje otpada (sl. 3).

128

>0.5

m

Otpad

>0.5

m>0

.5 m

Geomembrana sa slojemgeotekstila zazaštitu od probijanja

Sloj za rekultivaciju

Nepropusni mineralni sloj

Sabijena glina

Vegetacija

Slika 3. Detalj “B”- Projektovanje prekrivnog sloja

Nakon zatvaranja deponije sve do njenog odumiranja operater na deponiji preduzima mere koje se odnose na održavanje, nadzor, kontrolu i monitoring prostora deponije, u skladu sa ovom uredbom i Zakonom.

4. OPŠTI USLOVI I KRITERIJUMI ZA ODREĐIVANJE LOKACIJE ZA DEPONIJU

Prilikom određivanja lokacija za deponiju opasnog otpada uzimaju se u obzir isti opšti uslovi i kriterijumi za sve klase deponije. Mora se posebno voditi računa o topografiji terena, nameni prostora i korišćenju zemljišta gde se deponija locira, o hidrogeološkim i geotehničkim uslovima na posmatranom području, o klimatskim i hidrološkim karakteristikama posmatranog područja. Blizina saobraćajne infrastrukture u mnogome određuje lokaciju, jer može smanjiti troškove prevoza otpada na deponiju. Zapremina i kapacitet deponije se određuju na osnovu uporednih podataka dobijenih merenjem količine otpada koju treba odložiti, zapreminske težine otpada, količine prekrivnog materijala i gustine sabijanja. Čak i projektovani životni vek deponije zavisi od izbora lokacije koji mora biti u skladu sa urbanističkim planom.

Postoje tri osnovne opcije pri izboru lokacije za odlaganje opasnog otpada, u zavisnosti od raspoloživosti, geologije i topografije moguće lokacije, koje nude najstabilniju alternativu. Deponija se može locirati u depresijama (uvalama, jarugama, bivšim pozajmištima zemlje ili napuštenim kamenolomima) i ovakav odabir garantuje najveću stabilnost projektovane deponije. Može se locirati na ravnom terenu koji je bez tekućih i stagnirajućih voda, na lokaciji gde odgovarajuća depresija ne postoji. Međutim, u ovom slučaju postoji veći rizik pojave klizanja materijala. Treća opcija je strmi teren (kosina). Pre nego što se kosina upotrebi kao lokacija za deponiju, mora se napraviti sveobuhvatna procena očekivane stabilnosti same kosine i otpada. Drenažne vode daju najveći doprinos nastanku klizišta na deponijama, tako da postavljanjem deponije u blizini ili na samoj kosini može doći do izmene prirodne putanje kretanja površinskih voda, izlažući lokaciju još većem riziku od nastanka klizišta. Nivo padavina i kapacitet drenažnog sistema se moraju uvek uzeti u obzir pri odabiru lokacije za deponiju, ali još

129

više ako je lokacija na kosini. Deponija se treba smestiti što je dalje moguće od izvora pijaće vode. Oblasti koje su sklone poplavama ili eroziji treba takođe izbegavati pri izboru lokacije. Najpovoljnija lokacija je ona koja sadrži debeo sloj prirodne gline. Još jedan faktor koji ima uticaja na odabir lokacije deponije uključuje razdaljinu od najbližeg naseljenog područja. Izrada, održavanje i zatvaranje deponije imaju ogroman uticaj na lokalnu zajednicu, što se ogleda kroz transport, buku, prašinu kao i vizualni uticaj, koji u ovom slučaju nije zanemarljiv. Primenjene mere za smanjenje ovih štetnih uticaja treba odrediti u fazi planiranja. Sveobuhvatna bezbednost i hitan plan mora biti deo operativnih procedura, kako bi se obezbedila efikasna i brza zaštita lokalne zajednice u slučaju nesreće ili curenja. Dobar izbor lokacije i projektovanje deponije samo po sebi nije dovoljno. Čak i najbolje projektovane lokacije mogu predstavljati ekološku pretnju, ukoliko se ne posveti dovoljna pažnja i uloži dovoljno resursa za upravljanje deponijom, kao i za obučavanje ljudi koji će raditi na njoj (tabela 3).

Tabela 3. Opšti uslovi i kriterijumi za određivanje lokacije za deponiju, ocena predloženih deponija

Na osnovu gore navedenog, prateći sve kriterijume mogu se odrediti moguće lokacije deponije opasnog otpada, koji se dobija luženjem flotacijske jalovine sa starog flotacijskog jalovišta u Boru (tabela 3). Očekuje se skladištenje opasnog otpada od oko 28000000t, što znači da nova deponija mora da zadovolji ovaj primarni zahtev. Na slici 4 prikazan je položaj mogućih lokacija, a analizom svih relevantnih parametra dolazi se do zaključka da je Lokacija III najpovoljnija za položaj deponije opasnog otpada.

Slika 4. Moguće lokacije deponija opasnog otpada u okolini Bora

130

5. ZAKLJUČAK

Otpad iz rudarstva koji nastaje istraživanjem, iskopavanjem, preradom i skladištenjem mineralnih sirovina, kao i jalovina iz rudnika i kamenoloma je izuzet iz Zakona o upravljanju otpadom. To znači da je flotacijska jalovina koja je odložena na starom Borskom flotacijskom jalovištu izuzeta iz navedenog zakona, međutim ukoliko se ista flotacijska jalovina podvrgne procesima reciklaže u cilju valorizacije preostalih korisnih komponenti, zakon se može primeniti. Bakar kao korisna komponenta se iz flotacijske jalovine izdvaja hidrometalurškim putem nakon čega preostaje kiseli otpadni materijal koji treba trajno i sigurno zbrinuti na deponiji.

Prilikom određivanja lokacije za deponiju uzimaju se u obzir opšti uslovi i kriterijumi za sve klase deponije. Kako Srbija svoj opasan otpad izvozi i za to troši značajna finansijska sredstva, a u cilju sagledavanja mogućih lokacija za buduću deponiju opasnog otpada u Boru, detaljnije su objašnjeni opšti uslovi i kriterijumi za određivanje lokacije za deponiju. Izgradnja novih i savremenih deponija za trajno zbrinjavanje opasnog otpada u našoj zemlji, ima kako ekološki tako i socijalni benefit, jer bi se na taj način kreiralo više hiljada novih radnih mesta na neograničeno vreme.

ZAHVALNOST

Autori se zahvaljuju Ministarstvu prosvete, nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije za finansijsku pomoć za realizaciju Projekta TR:37001

6. REFERENCE

[1] Zakon o upravljanju otpadom otpada („Sl. glasnik RS“, br. 36/09 i 88/2010) [2] Direktiva EU o deponijama br. 1999/31EC [3] Uredba Vlade RS o odlaganju otpada na deponijama („Sl. glasnik RS“, br.92/2010) [4] Pravilnik o kategorijama, ispitivanju i klasifikaciji otpada („Sl. glasnik RS“, br. 56/10) [5] Stevanović Z., Obradović Lj., Marković R., at all: Chapter 2: "Mine Waste Water

Management in the Bor Municipality in order to Protect the Bor River Water", Book: Advances in Waste Water-Treatment Technologies and Recent Analytical Developments, Edited by Fernando Sebastian García and Luciano Carlos, Published by InTech, First published January, 2013, (ISBN 980-953-307-598-8), 41-63

Documents

Konferencija SAVREMENI MATERIJALI I KONSTRUKCIJE SA