opekarska glina

DENIS TEŽAK, dipl.ing.geot.

PROIZVODNJA, KVALITETA I ISPITIVANJE OPEKARSKE GLINE

Seminarski rad iz kolegija

Eksploatacija čvrstih mineralnih sirovina

Varaždin, lipanj 2011.

Seminarski rad iz kolegija

Eksploatacija čvrstih mineralnih sirovina

PROIZVODNJA, KVALITETA I ISPITIVANJE OPEKARSKE GLINE

Ime i prezime: Nadzorni nastavnik: Denis Težak, dipl.ing.geot. prof.dr.sc. Darko Vrkljan

Varaždin, lipanj 2011.

SADRŽAJ

1. UVOD 1

1.1. OSNOVNE ZNAČAJKE GLINE 1

1.2. PLASTIČNOST GLINA 3

1.3. PONAŠANJE GLINE PRI SUŠENJU 4

1.4. PONAŠANJE GLINE KOD PEČENJA 6

1.5. POSOBNOST UPIJANJA I ZADRŽAVANJA VODE 7

2. EKSPLOATACIJA, DOBIVANJE I KVALITETA OPEKARSKE GLINE 8

2.1. EKSPLOATACIJA OPEKARSKE GLINE 8

2.2. OTKOPAVANJE GLINE BAGERIMA 8

2.3. DOBIVANJE I KVALITETA OPEKARSKE GLINE 11

3. ISPITIVANJA OPEKARSKE GLINE 14

LITERATURA 28

POPIS SLIKA

Slika 1.1 Shematski prikaz glinenog plastičnog gela s kontinuiranim vodenim filmom 3

Slika 1.2 Mehanizam skupljanja glinenog materijala pri sušenju 5

Slika 2.1 Hidraulički bager s dubinskom ili obrnutom i visinskom lopatom 9

Slika 2.2 Čelni i rad u bloku hidrauličkih bagera u visinskom zahvatu etaže. 9

Slika 2.3 Bager vedričar u dubinskom radu. 10

Slika 2.4 Shema tehnološkog postupka dobivanja građevinske opeke 11

Slika 3.1 Granulometrijska analiza: a) Set standardnih sita; b) Set sita pričvršćen na

tresaljku; c) Čišćenje sita pomoću četke; d) Vaganje sita s ostatkom na situ; e)

Materijal za areometriranje s antikoagulansom; f) Areometriranje 15

Slika 3.2 Postupak određivanja zatečene vlage: a) Pribor; b) Sušionik; c) Vaganje suhog

uzorka 18

PROIZVODNJA, KVALITETA I ISPITIVANJE OPEKARSKE GLINE godina, 2010./2011.

1

1

Slika 3.3 Postupak određivanja gustoće: a) Pribor; b) Priprema uzorka tla; c) Utiskivanje

cilindra; d) Popunjavanje šupljina; e) Vaganje vlažnog uzorka s cilindrom; f)

Pripremanje uzorka za sušenje 20

Slika 3.4 Ispitivanje vodopropusnosti: a) Rezanje dijela uzorka koji će se ispitivati; b) i c)

Obrezivanje i poravnavanje uzorka tla smještenog u permeametarski prsten; d)

Pripremanje permeametarske ćelije; e) Ispitivanje vodopropusnosti; f) Shema

ispitivanja vodopropusnosti u kompresijskom permeametru metodom

promjenjivog hidrostatskog tlaka. 23

Slika 3.5 Shematski prikaz Standardnog Proctor-ovog pokusa 25

Slika 3.6 Materijal pripremljen za zbijanje po standardnom Proctor-u 26

Slika 3.7 Cilindar s nastavkom i odvojivom pločom za Standardni Proctor-ov pokus 27


POSLIJEDIPLOMSKI STUDIJ RUDARSTVA DENIS TEŽAK

1

1. UVOD

1.1. OSNOVNE ZNAČAJKE GLINE

Glina je nastala u prirodi tijekom složenih geoloških procesa pri formiranju Zemljine kore. To su prije svega hidratizirani silikati aluminija, odnosno minerali glina koji osiguravaju viskozno-plastične osobine sirovinskih mješavina za proizvodnju opeke i crijepa, zatim karbonati oksida, oksidi željeza koji daju boju krajnjem proizvodu i drugi minerali i njihove mješavine koje služe kao svojevrsni topitelji i kvarc kao jedna od dominantnih sirovina u keramičkim masama. Ove mineralne komponente ulaze u sastav kompleksnih polaznih sirovina za proizvodnju opeke i crijepa koje nazivamo općim imenom ciglarske ili opekarske gline. Minerali glina u prirodi nastaju raspadanjem stijena, najčešće feldspata pod djelovanjem vremenskih uvjeta. Mehaničkom dezintegracijom usitnjava se materijal, dok razni kemijski agensi dovode do nastajanja konačnog glinenog materijala. Djelovanje ovih agensa ovisi od klime, vegetacije i geografskog položaja, a dobiveni produkti mijenjaju sastav Zemljine kore. S geološkoga gledišta to su stijenski materijali sedimentnog podrijetla. Opekarske gline ili sirovine za proizvodnju grube građevinske keramike jesu gline nižeg kvaliteta. To su polidisperzne mase koje nisu previše plastične, s obzirom na to da je u njima sadržaj minerala gline nizak, ali ipak dovoljan da se upotrijebi za izradu opekarskih proizvoda željenih osobina.

Glina predstavlja osnovnu sirovinu za dobivanje pečenih glinenih kompozitnih materijala. S fizikalno kemijskog gledišta, glina je hidroalumosilikat. Ona predstavlja složeni mineralni materijal, sastavljen od glinenih minerala različitog sastava, koji je u prirodi nastao raspadanjem složenog silikatnog stijenja, kao što je glinenac. Raspadanje glinenca događa se djelovanjem vode i kiselih plinova otopljenih u vodi. Tim raspadom nastaje netopljivi hidroalumosilikat gline uz alkalijske i zemnoalkalijske okside topljive u vodi. Glina kao netopljivi hidroalumosilikat, ima jedno posebno i karakteristično svojstvo, koje se očituje njenom sposobnošću da se može miješati s vodom u određenom omjeru i da pri tome daje koherentnu masu koja se može oblikovati i koja tada posjeduje izraženo svojstvo plastičnosti i skupljanja pri sušenju. Ta koherentna masa predstavlja složeni koloidni sustav kruto-tekuće koji se ne ponaša kao suspenzija, već kao polukruta tvar. U sebi sadrži vrlo veliki udio krute tvari i ne pokazuje svojstvo fluidnosti. Ovakve plastične glinene paste ili tijesta uvijek pokazuju određenu mehaničku čvrstoću. To je plastični gel sastavljen iz čestica glinene tvari različitih veličina, tj. heksagonskih pločica okruženih filmom vode koji je kontinuiran kroz cijelu masu. Struktura takvog gela nastaje slaganjem koloidnih micela pri čemu svaka micela zadržava svoju individualnost, a film vode kao dio disperznog sredstva postaje kontinuiran kroz cijelu masu tog disperznog sustava. [3,4]



2

Prema svojim osnovnim sastojcima, glinenim mineralima, gline se dijele u više grupa ili tipova, i to

1. gline kaolinitskog tipa 2. gline montmorilonitskog tipa te 3. gline ilitskog tipa, 4. gline kaolinitskog tipa nastaju razgradnjom granitnih stijena, čiji su osnovni sastojci

glinenci (feldspati), kao što su ortoklas i anortit, te olivin i neki željezo(II)-silikati.

Raspadom granitne stijene, voda ispire tj. otapa i odnosi topljive sastojke, a zaostaje netopljivi dio, tj. glina, koja sadrži različite minerale. Stvaranje jedne od najvažnijih glina kao što je kaolin, s glinenim mineralom u njoj, kaolinitom, može se prikazati jednadžbom:

K2O · Al2O3 · 6SiO2 + 2H2O + CO2 = Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O + 4SiO2 + K2CO3

glinenac (ortoklas) glina (kaolin) otopina

S obzirom na praktične namjene glina, one se mogu podijeliti na više različitih vrsta, i to:

- kaolin (glina za dobivanje porculana, bijele boje) - lončarsku glinu, koja može biti čistija i koristi se za bolje glineno posude i vatrostalne

opeke, te lošiju glinu za običnu lončarsku robu - ilovaču, koja se koristi za običnu građevinsku opeku i crijep - glinene škriljavce - laporastu glinu, koja je slabo plastična i služi za dobivanje obične opeke - suknarsku ili uma glinu, koja ima svojstvo upijanja ulja i masti. Koristi se za

izbjeljivanje biljnih ulja i masti, a ne koristi se u keramici.

Svi glineni minerali pokazuju posebna fizikalno-kemijska svojstva, koja su posljedica njihove strukturne grade. Glineni minerali, a time i glina, spadaju u grupu filosilikata, kod kojih se razlikuje osnovne strukturne grupacije međusobno povezane i raspoređene. Ove osnovne grupacije su tetraedarske i oktaedarske grupe kisikovih atoma i OH- iona koje su raspoređene oko malih kationa silicija i aluminija. Međusobnim spajanjem tetraedarskih grupa nastaju tetraedarski ili t-slojevi, a međusobnim spajanjem oktaedarskih grupa nastaju oktaedarski ili o-slojevi.

Tetraedarski i oktaedarski slojevi su dvije strukturne jedinice koje ulaze u sastav kristalne rešetke svakog slojevitog silikata, odnosno glinenog minerala. Osnovni tipovi slojevitih glinenih minerala nastali su kondenzacijom oktaedarskih i tetraedarskih slojeva. Iz strukturne grade minerala glina proizlazi i niz specifičnih svojstava koje pokazuje glina kao osnovna sirovina za proizvodnju keramičkog materijala. Čestice glinene tvari su vrlo sitne, od mikroskopskih do koloidnih. Zbog svoje specifične strukture, glina pokazuje niz svojstava koja su upravo karakteristična i koja omogućavaju njenu osnovnu namjenu. [5,6]



3

Osnovne fizikalno-kemijske karakteristike gline su:

- bubrenje - upijanje i zadržavanje vode - nepromočivost i s njom u uskoj vezi plastičnost - adsorpcija drugih iona i mogućnost izmjene vlastitih iona s ionima iz disperznog

sredstva

Da bi se glina uspješno primijenila u svojoj osnovnoj namjeni njoj se određuju osnovne karakteristike ispitivanjem:

- plastičnosti, - ponašanja pri sušenju, - ponašanja pri pečenju, - sposobnosti upijanja i zadržavanja vode.

1.2. PLASTIČNOST GLINA

Plastičnost gline predstavlja svojstvo gline da se zamiješana s vodom pod određenim uvjetima (povišen tlak, temperatura) dade oblikovati, pri čemu stečeni oblik trajno zadrži. Plastičnost ovisi o veličini čestica gline. Površina čestica gline je hidrofilna, tj. privlači vodu. Zbog toga pojedini agregati čestica zamiješani s vodom stvaraju oko sebe apsorbiran vodeni plašt, koji kao neko mazivo, olakšava međusobno klizanje. Sve prirodne gline osim što sadrže glinene

minerale, sadrže i druge primjese koje im povećavaju ili smanjuju plastičnost. Svaka kristalizirana tvar pa i najfinije usitnjena (ako ne pokazuje izrazita hidrofilna svojstva) dodana glini smanjuje njezinu plastičnost. Na isti način djeluje i dodatak alkalija. Pri dodiru s vodom agregati čestica gline nabijaju se negativnim električnim nabojem. Dodatkom malih količina

alkalija povećava se električni naboj, a time i međusobno odbijanje pojedinih čestica u agregatu, što za posljedicu ima raspadanje samog agregata na pojedine čestice koje se

međusobno zbog djelovanja naboja jako odbijaju. Konačan rezultat takvog djelovanja je da glina gubi plastičnost i postaje žitka, pa se može i lijevati u kalupe. Ovo svojstvo se koristi u keramici za proizvodnju određenih keramičkih materijala složenih oblika i tankih stijenki.

Plastično tijesto gline je koloidni sustav plastični gel koji se sastoji iz čestica različite veličine, heksagonskih pločica okruženih slojem vode koji je kontinuiran kroz cijelu masu, kao na slici

1.1. [7,8]

Slika 1.1 Shematski prikaz glinenog plastičnog gela s kontinuiranim vodenim filmom



4

Voda u plastičnom tijestu nalazi se u stanju koje nije iste prirode kao i slobodna tekuća voda. Promjene su uvjetovane jakim adsorpcijskim silama na površinu čestica gline i strukturnom konfiguracijom bazalnih slojeva slojevitih silikata. U sustavu glina - voda razlikuju se četiri kategorije prisutne vode, i to:

- adsorbirana voda, to je voda u neposrednoj blizini površine čestice gline vezana za površinu vodikovom vezom,

- voda u kristalnoj rešetki u međuslojnom prostoru. Ova voda uvjetuje širenje kristalne rešetke u smjeru osi - c i ulazi u samu koloidnu jezgru micele. Slična je po svojoj prirodi apsorbiranoj vodi, a izlazi iz gline na nešto višoj temperaturi,

- voda u porama, to je voda koja je neophodno potrebna da popuni pore u suhoj glini, tj. pore između čestica koje se međusobno dodiruju,

- kontinuirani filmovi vode oko čestica, nastaju od viška vode iznad količine neophodne za popunjavanje pora. Ovaj višak vode se razmješta između čestica i uvjetuje njihovo odvajanje. Debljina ovih kontinuiranih filmova može doseći i do 100 molekularnih slojeva vode.

Gline koje pokazuju veliku plastičnost nazivaju se i tzv. masne gline, dok one slabe plastičnosti zovu se još i mršave gline.

1.3. PONAŠANJE GLINE PRI SUŠENJU

Sušenje kao proces koji prethodi procesu pečenja je proces uklanjanja vode iz reakcijskog sustava. To je složen proces, pri kojemu dolazi do prijenosa ili transporta vode iz unutrašnjosti materijala preko kapilarnog sustava na površinu predmeta odakle voda isparava.

Prema tome za provedbu ovoga procesa odgovorni su:

- brzina difuzije i - brzina isparavanja

Proces sušenja glinenih materijala prati pojava skupljanja, pri čemu skupljanje na zraku može iznositi od 2 - 10%. Plastičnije gline i gline veće finoće čestica pokazuju veće skupljanje. Uz skupljanje pri sušenju javljaju se i deformacije te različita naprezanja koja mogu biti i destruktivne prirode. To može na sušenom glinenom proizvodu dovesti do potpune deformacije te raspadanja samog glinenog proizvoda. Takav se sušeni proizvod ne može dalje koristiti u tehnološkom procesu dobivanja željenog keramičkog proizvoda procesom pečenja. Loše osušeni glineni materijal dovodi do nekvalitetnog pečenog proizvoda s deformacijama i naprslinama. Skupljanje pri sušenju dovodi do smanjivanja dimenzija oblikovanog proizvoda. Deformaciju i skupljanje uvjetuju sile koje djeluju u kapilarama, a koje oblikuju hidratacijski slojevi vode oko glinenih čestica kao koloida.

Sušenjem se uklanja voda iz hidratacijski slojeva - kapilara, koje postaju tanje, prekida se njihov kontinuitet, pri čemu površinska napetost zaostale vode teži da privuče čestice gline jedne drugima i tako dolazi do skupljanja.



5

Mehanizam procesa skupljanja pri sušenju može se jednostavno opisati koristeći shematski

prikaz kao na slika 1.2.

a) b) c)

Slika 1.2 Mehanizam skupljanja glinenog materijala pri sušenju

Do skupljanja pri sušenju dolazi kada se naruši ravnoteža sila u kapilarnom sustavu. Naime, voda volumena Vo djelomično ispunjava kapilaru (Slika 1.2.a) i ona se nalazi pod utjecajem djelovanja sile gravitacije Pg,0. Ovo stanje u ravnoteži drže sile kapilarnih tlakova PK,0, koje djeluju po volumenu kapilare:

gdje je:

ho - srednja visina stupca vode u kapilari γ - površinska napetost r - gustoća vode d0 - promjer kapilare

Za uvjet ravnoteže sila vrijedi:

PK,0 = Pg,0

Procesom sušenja, gdje se djelovanjem topline i transportom - prijenosom vode, voda iz mase sustava kroz kapilare izlazi na površinu i isparava, nivo vode se spušta tj. smanjuje se volumen, odnosno smanjuje se masa vode, pa se time smanjuje i gravitacijska. Za jednu te istu glinu veličina skupljanja pri sušenju ovisit će od početne vlažnosti uzorka. Samo skupljanje ovisi o:

- iznosu ili količini vode koja ispari sušenjem, - svojstvima i strukturi glinene mase, - dimenzijama i obliku elemenata koji se suše - brzini sušenja, i - načinu sušenja.



6

Poznavanje ponašanja gline pri sušenju vrlo je važno, kako bi se sa što više točnosti moglo odrediti sadržaj vode koji je potreban za pripremu glinene mase iz koje će se oblikovati i proizvesti određeni proizvod, odnosno, kako bi se definirale dimenzije i oblik uređaja za oblikovanje, a time i željene dimenzije gotovog proizvoda. Iz tih razloga i sam proces sušenja u praksi provodi se u nekoliko faza, i to:

- zagrijavanjem proizvoda do temperature sušenja, - sušenjem kod konstantne temperature, i - dosušivanjem u završnom periodu sušenja.

Na taj način provedbe sušenja moguće je izbjeći uvjete koji dovode do deformacija i pucanja sušenih proizvoda

1.4. PONAŠANJE GLINE KOD PEČENJA

Proces pečenja glinenih proizvoda predstavlja proces termičke obrade, koji se odvija zagrijavanjem iznad temperature sušenja i žarenjem sustava tijekom vremena uz određeni režim promjene temperature. Ovakva toplinska obrada, paćenje, obuhvaća temperature do oko 900 - 1100 0C i ona je nedovoljna da dovede do potpunog taljenja proizvoda, ali je dovoljna da omogući odvijanje visokotemperaturnih reakcija i reakcija u krutom stanju te reakcija sintriranja. Ovim reakcijama realizira se konačna mikrostruktura pečene gline, odnosno gotovog keramičkog proizvoda. Kao i proces sušenja tako i proces pečenja provodi se u više faza koje se kontinuirano odvijaju jedna za drugom.

U prvoj fazi, koja obuhvaća temperaturni interval od 120 - 200 oC, glina gubi zaostalu vodu, koja nije uklonjena prethodnim sušenjem. Posljedica gubitka ove vode je skupljanje glinenog materijala, i daljnje povećanje početne gustoće glinene mase.

U drugoj fazi, zagrijavanjem od 500 - 800 oC dolazi do termičkih razlaganja glinenih minerala. Pri tome se odvija proces dehidroksilacije, tj. uklanjanje konstitucijski vezane vode iz glinenih minerala uz stvaranje novih spojeva, koji će u trećoj fazi procesa dati konačne produkte procesa pečenja. Proces dehidroksilacije jednog minerala glina, kao što je kaolinit.

U ovoj fazi već kod 450 oC potpuno nestaje plastičnosti gline, gustoća materijala raste, dolazi do transformacije glinenog minerala uz izdvajanje i otpuštanje konstitucijski vezane vode. A kod ≈ 980 oC kada je sva konstitucijski vezana voda dehidroksilacijom uklonjena, dolazi do daljnje transformacije glinenog minerala. Također u ovoj fazi dolazi do povećanja poroznosti materijala zbog oksidacije prisutnih organskih tvari koje ako su prisutne u glinenom materijalu sagorijevaju kod ovih uvjeta i izlaze iz njega.

U trećoj fazi, koja se događa u temperaturnom intervalu 900 - 1250 oC, tj. u fazi stvaranja silikata i odvijanja reakcija u čvrstom ili krutom stanju s procesima sintriranja, glinena masa se transformira u mulit uz izdvajanje i tekuće faze različitih silikata.

Ovim procesom stvaranja mulita, nastala tekuća faza popunjava pore, cime dolazi do povećanja gustoće i smanjenja poroznosti materijala.

U četvrtoj završnoj fazi, fazi hlađenja, koja se događa nakon zagrijavanja na oko 900 - 1250 oC i koja traje sve dok se pečeni glineni materijal ne ohladi do temperature okoline, nastala struktura mulita hlađenjem kristalizira, a očvršćava i prethodno nastala tekuća faza. Gotovi pečeni proizvod dobiva konačna svojstva. Proces hlađenja mora se kontrolirano izvoditi uz polagani pad temperature kako bi se izbjegla naprezanja i pucanje materijala.



7

Za ispravnu provedbu procesa pečenja glinenih materijala i određivanje uvjeta, odnosno režima pečenja svake pojedine vrste keramičkog proizvoda posebno važnim postaje pitanje poznavanja i vatrostalnosti same gline.

Vatrostalnost gline predstavlja svojstvo koje glina pokazuje kroz otpornost na mehanička i kemijska djelovanja pod utjecajem visoke temperature. Ta svojstva karakterizira otpornost da sve do visokih temperatura ona ne omekšava. Da je inertna i ne reagira s agensima s kojima dolazi u dodir. Da nije osjetljiva na nagle promjene temperature, te da je pri tim uvjetima dovoljno čvrsta. Ovo svojstvo posebno je važno za vatrostalne materijale.

Prema vatrostalnosti gline se mogu podijeliti na lako taljive i teško taljive.

Lako taljive su one, koje sadrže veće iznose primjesa tipa topitelja koji snižavaju temperaturu sinteriranja. Tako obične opekarske gline s prisutnim željeznim spojevima počinju se sinterirati već kod ≈ 1100 oC, dok se teško taljive sinteriraju tek kod 1200 do 1400 0C. Stoga se kod provedbe procesa pečenja glinenih materijala strogo mora voditi računa o karakterističnim vrijednostima temperatura za provedbu procesa koje su usko vezane za njihova fizikalna i kemijska svojstva.

1.5. POSOBNOST UPIJANJA I ZADRŽAVANJA VODE

Sposobnost gline da upija i zadržava vodu je svojstvo koje je usko povezano sa svojstvom plastičnosti gline.

Sposobnost upijanja vode ili higroskopnost ovisi o specifičnoj površini glinenih čestica i što su čestice sitnije ili finije njihova je specifična površina veća i veća je mogućnost upijanja vode, a time ujedno glina je i plastičnija. S upijanjem vode usko je vezan i pojam normalne konzistencije gline koja daje glineno tijesto najveće plastičnosti i jačine na kidanje. U praktičnoj primjeni pojam normalne konzistencije glinenog tijesta podrazumijeva konzistenciju pri kojoj glina sadrži maksimalni iznos vode, a glinena masa se ne lijepi za prste.

Prema upijanju, odnosno hidrofilnosti glina, one se mogu podijeliti na:

- vrlo plastične, - plastične, i - slabo plastične gline.



8

EKSPLOATACIJA, DOBIVANJE I KVALITETA OPEKARSKE GLINE

1.6. EKSPLOATACIJA OPEKARSKE GLINE

Eksploatacija gline vrši se na površinskom kopu koji se nalazi neposredno uz tvornicu. Iskopana glina se transportira do hale za preradu gdje se usitnjava i prerađuje. Prerađena glina se dalje transportira u bazen za odležavanje na način da se slažu slojevi različitih debljina ovisno o etaži koja se eksploatira odnosno o kvaliteti i fizikalnim svojstvima gline, stvarajući tako smjesu optimalne kvalitete za daljnji proizvodni proces. [2]

1.7. OTKOPAVANJE GLINE BAGERIMA

Bageri cikličkog načina rada

Bageri cikličkog načina rada, ili bageri sa jednim radnim elementom (lopatom, grabilicom, skreperskom posudom) rabe se u rudarstvu za kopanje mekih i srednje čvrstih stijena, a poneki tipovi cikličkih bagera uspješno otkopavaju i vrlo čvrste stijene. Na kamenolomima, kop ovima šljunka, pijeska i glinokopima ciklički bageri su osnovni strojevi za dobivanje, dok su na velikim površinskim kop ovima metalnih ruda, ugljena i ostalih mineralnih sirovina oni uglavnom pomoćni strojevi. Osim toga, rabe se za utovar čvrstih mineralnih sirovina, doziranje drobilica i mlinova, skidanje otkrivke, formiranje odlagališta, kopanje odvodnih kanala, izradu nasipa i putova i ostale potrebne pomoćne radove. Ukupno vrijeme trajanja radnog ciklusa Tc, sastavljeno je od vremena kopanja, t1 okretanja bagera radi istresanja, t2, istresanja iskopanog materijala u transportno sredstvo ili na deponiju, t3 te ponovnog okretanja radi povrata na čelo radilišta, t4:

Tc=t1+t2+t3+t4

Tehnički kapacitet, Qteh bagera cikličkog načina rada na dobivanju iznosi:

gdje je:

V1 - volumen lopate [m3] kp - koeficijent punjenja lopate Tc - ukupno vrijeme trajanja radnog ciklusa [s] kr - koeficijent rastresitosti iskopanog materijala.

Eksploatacijski kapacitet cikličkih bagera računa se prema izrazu:

Qekspl. = Qteh · kv · T [m3/smjenu]

gdje je :

Qteh -tehnički kapacitet cikličkog načina rada [m3/h] kv - koeficijent vremenskog iskorištenja smjene T - vrijeme trajanja smjene [h]



9

Bageri s čvrsto priključenom lopatom

Moderni bageri koji se rabe na manjim površinskim kopovima kao što su kamenolomi šljunčare, pješčare i- glinokopi su praktički isključivo hidraulički bageri. Kod njih su svi mehanizmi prijenosa i rada alata na hidraulični pogon. Hidraulički pogon je prevladavajući pogon posebice za prijenos energije kod suvremenih rudarskih strojeva, alata, uređaja te ostale tehnološke opreme za potrebe rudarstva. Pogonski medij i prijenosnik energije jest ulje pod visokim pritiskom. Ukupna tehnička obilježja hidrauličkog pogona omogućavaju automatizaciju i djelomičnu robotizaciju rada alata i uređaja građevinskih strojeva i ostale tehnološke opreme. Hidraulička oprema obuhvaća hidrauličke crpke, crijeva, zasune, razvodnike, hidrauličke motore, regulacijske uređaje i ostalo. Neke vrste lakših hidrauličkih bagera manje snage imaju podvozje sa gumenim kotačima. Lopata hidrauličkih bagera može biti dubinska (bager kopa odozgo prema dolje) ili visinska (bager kopa odozdo prema gore). Visine etaža na manjim površinskim kopovima koje se izrađuju hidrauličkim bagerima iznose u visinskom zahvatu do 12 m, a u dubinskom oko 9 metara, slika 2.1. [1,2]

Slika 1.3 Hidraulički bager s dubinskom ili obrnutom i visinskom lopatom

Za rad na kamenolomima, tupinolomima, šljunčarama, pješčarama i glinokopima volumen lopate kreće se u rasponu od 0,5 do 3,0 m3. Eksploatacijski kapacitet dobivanja izravno ovisi o snazi stroja, volumenu lopate, vrsti i stanju materijala koji se kopa, kutu okretanja bagera od položaja zahvata do položaja istovara nakopanog materijala iz lopate, te obučenosti strojara. Nastup hidrauličkih bagera u procesu kopanja može biti čelni ili u bloku, slika 2.2.

Slika 1.4 Čelni i rad u bloku hidrauličkih bagera u visinskom zahvatu etaže.



10

Bageri vedričari

Bageri vedričari rabe se u rudarstvu na velikim površinskim kopovima poglavito za skidanje otkrivke i dobivanje ugljena manje do srednje čvrstoće, a-na manjim kop ovima za dobivanje ciglarskih glina te šljunaka i pijesaka. Rade pretežito u dubinskom zahvatu. Staza lanca zglobno je vezana na podvozje bagera, a kreču se na gusjenicama ili tračnicama. Postoji mnogo različitih tipova bagera vedričara obzirom na veličinu, snagu i učinak te konstrukciju nosača vedrica, kao i prijenosa odnosno punjenja iskopanog materijala u transportna sredstva. Na slici 2.3.,je bager vedričar ThyssenKrupp na tračnicama, na dobivanju gline u dubinskom zahvatu. Karakterističan detalj je i zglobni okvir pri dnu lanca odnosno etaže, čijim se povlačenjem po dnu etaže održava iznivelirani (ravni) osnovni plato kopa. Kapacitet ovog bagera' je 810 m' iskopane mineralne sirovine za sat vremena. Pri dobivanju bagerom vedričarom ostvaruje se potpuna homogenizacija, odnosno miješanje iskopanog materijala po cijelom zahvatu. [1,2]

Slika 1.5 Bager vedričar u dubinskom radu.



11

DOBIVANJE I KVALITETA OPEKARSKE GLINE

Tehnološki proces dobivanja građevinske opeke može se prikazati shemom kao na slika 2.4.

Slika 1.6 Shema tehnološkog postupka dobivanja građevinske opeke

Sirovina za dobivanje građevinske opeke i crijepa, je tzv. opekarska glina, koja spada u manje kvalitetne gline. Obično je ilovača, koja sadrži znatni udio primjesa kao što su SiO2, CaCO3, dolomiti, sulfati Ca i Mg, zatim željezni spojevi i alkalije te dr.

Prisutnost SiO2 u izvjesnoj mjeri je poželjna, jer SiO2 djeluje kao sredstvo koje smanjuje skupljanje. Vapnenac je nepoželjan, posebno ako se nalazi u iznosima iznad 20% , on je štetan i ako je koncentriran u obliku većih cestica, jer pečenjem prelazi u CaO, koji u gotovom proizvodu može djelovati destruktivno zbog prijelaza u Ca(OH)2.

Prisutnost željenog oksida u izvjesnoj mjeri utječe na temperaturu pečenja, tj. snižava je jer spojevi željeza djeluju kao topitelji. Prisutnost željeza daje proizvodu i karakterističnu crvenu boju. Humusne i druge organske tvari pečenjem sagorijevaju i utječu na poroznost proizvoda.

Prisutnost topljivih soli je također nepoželjna jer iste uzrokuje tzv. "iscvjetavanje", koje se manifestira izbijanjem soli na površinu proizvoda, opeke, odnosno samoga zida izrađenog od opeke (prodire cak i kroz malter - žbuku). Iscvjetavanju su posebno sklone soli u obliku alkalijskih i zemnoalkalijskih klorida i nitrata.

Glina za proizvodnju opeke i crijepa dobiva se tzv. rudarskim načinom iz otvorenih kopova, nakon pripreme gliništa po propisima za rad u gliništima i kamenolomima. Kod dobivanja gline koriste se različite vrste strojeva, bagera i buldožera te strojnih kopača i otkopnih freza. Za transport se koriste različita transportna sredstva, trake, žicare, kamioni ili željeznica.



12

Priprema gline obuhvaća usitnjavanje i miješanje, zatim homogenizaciju. Priprema glinenog tijesta ili svježe glinene mase koristi strojnu preradu, koja se provodi suhim, polusuhim ili mokrim načinom. Danas se u većini tehnologija još koristi mokri način, pri kojemu se sadržaj vode za pripremu glinenog tijesta kreće od 13 - 25%. Postupak se sastoji u doziranju gline, mljevenju te kvašenju i čišćenju od štetnih primjesa, kako bi se dobila glinena masa što homogenijeg sastava, određene vlažnosti i određene plastičnosti.

Poboljšanje kakvoće može se postići i dodatnim odležavanjem glinene mase (1 - 7 dana), nakon čega se pristupa oblikovanju.

Oblikovanje kao fizikalni proces predstavlja davanje oblika građevnom elementu, opeki ili crijepu. Izvodi se uglavnom strojno pomoću različitih uređaja, kao što su: kalupi, usnici i prese i dr. Za dobivanje opeke koriste se različiti usnici i preše. Da bi oblikovanje bilo uspješno, a time i proizvodi imali točan definirani oblik i dimenzije, kod pripreme glinenih masa, posebno kod dobivanja proizvoda s velikim brojem uzdužnih šupljina i tankih stijenki mora se posvetiti posebno pozornost. Potrebno je da je glinena masa dobro ishomogenizirana, da je prisutnost stranih primjesa što manja. Ovdje se zbog toga koriste i vakuum prese s posebnim uređajima za stvaranje uzdužnih šupljina, što omogućuje brzu i kontinuiranu proizvodnju. Za oblikovanje crijepa koriste se različite vrste kalupa koji su izrađeni od sadre ili gipsa, odnosno metala, najčešće od čelika ili pak plastičnih materijala, različitih polimera. Svaka vrsta kalupa ima svojih prednosti i nedostataka. Kalupi od sadre ili gipsa su mekani, kalupi od metala su čvrsti i dugotrajni, ali se moraju podmazivati što prlja oblikovani predmet, a sredstva za podmazivanje kalupa negativno utječu na sušenje predmeta. Danas se sve više nastoji koristiti kalupe od plastičnih masa, koji zadovoljavaju i po svojoj trajnosti i čvrstoći, a nije ih potrebno podmazivati.

Nakon oblikovanja glineni elementi se podvrgavaju procesu sušenja. Sušenjem iz glinenih elemenata uklanja se slobodna voda i elementi postižu dovoljnu čvrstoću da se mogu podvrgnuti procesu pečenja. Sušenje se izvodi u sušionicama pod kontrolom brzine sušenja i vremena sušenja kako skupljanje koje se javlja ne bi dovelo do deformacije oblika i samog oštećenja elementa pojavom naprslina.

Proces sušenja provodi se u tri faze, i to:

Prva faza je zagrijavanje do temperature sušenja od oko 40 oC, i izvodi se postupno, što traje od 10 - 20 sati. Zagrijavanje treba izvoditi tako da brzina isparavanja vode s površine elementa ne bude veća od brzine dotoka vode iz mase elementa na površinu koji se obavlja difuzijom. Da se zadovolji ovaj uvjet potrebno je da je relativna vlažnost zraka s kojim se vrši sušenje visoka.

Druga faza predstavlja sušenje kod konstantne temperature, koja obično iznosi oko 40 oC i traje sve dotle dok se sušenje na završi, tj. dok se ne završi skupljanje elementa. Vrijeme trajanja ove faze sušenja najdulje traje. Poslije ove faze sušenja sadržaj vode u elementu kreće se oko 10 - 15%.

U trećoj fazi sušenja, koja se izvodi kod 80 - 100 oC u potpunosti se uklanja sadržaj slobodne vode i opeka je dovoljno čvrsta, nema skupljanja i nema deformacije. U suvremenoj opekarskoj i ciglarskoj industriji za sušenje se koriste uglavnom tunelske sušionice. One se zagrijavaju toplinom plinova iz tunelnih peci. Proizvodi koji se suše prolaze kroz tunel peci na vagonima koji se pomiču određenom brzinom, a koja je funkcija sadržaja vlage u oblikovanim elementima, zatim funkcija temperature i vlažnosti zraka s kojim se vrši sušenje.



13

U pravilu kod sušenja glinenih elemenata koristi se protustrujni tok sušenih elemenata i toplog zraka za sušenje. Na taj način sušenje počinje pod uvjetima koji onemogućuju naglo isparavanje vode s površine glinenih elemenata i nastavlja se prolazom kroz sušionicu gdje se elementi koji se suše susreću sa sve toplijim i suhim zrakom. Na izlazu iz tunela izlaze potpuno osušeni glineni elementi. Na ovaj način ostvaruju se uvjeti sušenja sa skupljanjem ali bez deformacija. Proces sušenja obično traje 16 - 24 sata. Dimenzije tunelskih sušionica su obično preko 40 m, visina tunela oko 1.5 m, a širina oko 1.60 m. Vagoni odnosno vagoneti, koji služe za transport sušenih elemenata jednostavne su konstrukcije i izvedeni su tako da se mogu koristiti za pečenje glinenih proizvoda bez pretovara. Nakon završenog procesa sušenja, osušeni glineni elementi, opeka ili crijep uvode se u proces pečenja kojim postižu svoju konačnu kakvoću, i koji se izvodi u pecima, najčešće tunelskim.

Tijek procesa pečenja može se podijeliti u četiri faze, i to:

- fazu uklanjanja zaostale slobodne vode - fazu izlaženja i uklanjanja konstitucijske vode - fazu sinteriranja i stvaranja silikata, te - fazu hlađenja

Proces pečenja izvodi se tako da se vagoneti s osušenim glinenim elementima, koji ne sadrže više od 3 - 5% vlage uvode u pec, i to u zonu predgrijavanja gdje se predgriju do oko 600 - 650 oC, s kojom temperaturom ulaze u zonu pečenja. Brzina pomicanja vagoneta kroz peć mora biti upravo takva da se predgrijavanjem postigne ta temperatura s kojom započinje proces pečenja.

U zoni pečenja također može se razlikovati tri podzone, i to:

- podzona u kojoj se podiže temperatura - podzona s konstantnom temperaturom - podzonu u kojoj temperatura opada

Nakon pečenja, pečeni proizvodi ulaze u podzonu s padajućom temperaturom, tj. u zonu hlađenja u kojoj se ohlade do 30 - 40 oC. Hlađenje se vrši zrakom koji se na taj način predgrijava i zagrije do oko 800 oC s kojom temperaturom ulazi u zonu pečenja. Proces hlađenja mora biti pažljivo izveden jer bi nepravilnim hlađenjem moglo doći do oštećenja pečenih proizvoda, zbog naprezanja koja se javljaju pri velikom temperaturnom gradijentu. Izlaskom pečenih proizvoda iz sustava peci, i njihovog hlađenja završava se tehnološki proces dobivanja opeke.



14

2. ISPITIVANJA OPEKARSKE GLINE

Metode koje se koriste za ispitivanje opekarske gline su: 1. Granulometrijski sastav 2. Određivanje vlažnosti opekarske gline 3. Određivanje gustoće opekarske gline 4. Ispitivanje vodopropusnosti u kompresijskom permeamentu metodom promjenjivog

hidrostatskog tlaka 5. Proctorov pokus 1. Granulometrijski sastav Svrha ovog ispitivanja je određivanje postotaka zrna različitih veličina sadržanih unutar uzorka tla. Sijanje se obavlja kako bi se utvrdila raspodjela krupnijih čestica (šljunak i pijesak), a areometriranje kako bi se utvrdila raspodjela sitnih čestica (prah i glina). Ispitivanje se temelji na osnovnim principima standardnih laboratorijskih metoda za određivanje granulometrijskog sastava tla. Preporučene (sugerirane) norme za ispitivanje: ASTM D422; BS 1377-2; HRS CEN ISO/TS 17892-4. Distribucija zrna različitih veličina utječe na inženjerska svojstva tla. Granulometrijskom analizom određuju se veličine čestica, što je važno za klasifikaciju tla. Oprema koja se koristi prilikom ispitivanja je vaga, set sita, četka za čišćenje, tresaljka, mikser, areometar, cilindar za sedimentiranje, termometar, štoperica, slika 3.1.



15

a) b)

c) d)

e) f)

Slika 2.1 Granulometrijska analiza: a) Set standardnih sita; b) Set sita pričvršćen na

tresaljku; c) Čišćenje sita pomoću četke; d) Vaganje sita s ostatkom na situ; e) Materijal za

areometriranje s antikoagulansom; f) Areometriranje



16

Postupak ispitivanja:

a) Sijanje

(1) Izvagati i zapisati težinu svakog sita i posude u koju se skuplja uzorak koji prođe kroz sva sita.

(2) Izvagati suhi uzorak koji ide na granulometrijsku analizu i tako odrediti njegovu masu. (3) Sva sita moraju biti očišćena od prethodnih ispitivanja, slika 3.1.c. Sita je potrebno

složiti jedno na drugo, krenuvši od najfinijeg prema najgrubljem. Ispod najfinijeg sita još dolazi posuda u koju se skuplja uzorak koji prođe kroz sva sita. Pažljivo sipati uzorak u set sita i staviti poklopac.

(4) Smjestiti set sita na mehaničku tresaljku i nakon uključenja tresaljke ostaviti da se trese 10 minuta, slika 3.1.b.

(5) Skinuti sita s tresaljke i pažljivo vagati i zapisivati svako sito s ostatkom, slika 3.1.d. Ne zaboraviti vagnuti posudu u koju se skupio najfiniji dio uzorka.

b) Areometriranje

(1) Uzeti uzorak koji se skupio u posudi na dnu kod procesa sijanja, staviti ga u pehar i dodati destilirane vode i nekog kemijskog reagensa (antikoagulansa) koji pospješuje raspršivanje čestica (npr. natrij-heksametafosfat (NaPO3)6). Promiješati smjesu kako bi uzorak bio potpuno mokar. To traje oko 10 minuta.

(2) Prije samog postupka areometriranja potrebno je napraviti korekciju areometra i termometra u kontrolnom cilindru, kako bi se kasnije u analizi rezultati mogli korigirati.

(3) Uzorak koji je prethodno pomiješan s destiliranom vodom i antikoagulansom preliti u mikser i dodati još destilirane vode ako je potrebno, tako da posuda u kojoj se miješa bude barem do pola puna. Uključiti mikser i ostaviti da se miješa dvije minute.

(4) Odmah nakon miješanja u mikseru, uliti uzorak u cilindar za sedimentiranje. Dodati destilirane vode do oznake na cilindru.

(5) Zatvoriti otvoreni kraj cilindra čepom i sve još osigurati tako da se dlan ruke stavi na čep. Drugom rukom primiti dno cilindra i okrenuti ga naopako i opet uspraviti. Ovaj postupak ponoviti oko 30 puta u roku od jedne minute.

(6) Spustiti cilindar na stol i pokrenuti mjerenje vremena. Skinuti čep s cilindra, pažljivo u disperziju spustiti areometar (hidrometar) i pripremiti se za prvo mjerenje, slika 3.1.f. (Umetanje areometra bi trebalo trajati oko 10 sekundi, s tim da treba minimizirati svaki poremećaj. Otpuštanje areometra iz ruke bi trebalo biti približno na dubini prvog čitanja, kako bi se izbjeglo nepotrebno stvaranje mjehurića).

(7) Čitanje se vrši na vrhu meniskusa koji se stvori na kontaktu između suspenzije i areometra. Nakon posljednjeg čitanja, areometar lagano izvaditi i prebaciti u kontrolni cilindar gdje se vrtnjom očisti od čestica koje su se uhvatile za njegove stjenke.

(8) Areometarska očitanja vrše se nakon 15 s, 30 s, 1 min, 2 min, 5 min, 15 min, 45 min, 2 h, 5 h i 24 h od početka sedimentiranja.

Analiza:

a) Sijanje

(1) Masa ostatka na situ dobiva se oduzimanjem mase praznog sita od mase sita i mase uzorka koji nije prošao kroz sito i zabilježi se kao masa ostatka na situ.

(2) Izračunati postotak ostatka na svakom situ, dijeljenjem mase ostatka na situ s ukupnom masom suhog uzorka.



17

(3) Izračunati postotak prolaza kroz sito, počevši od 100% oduzimanjem postotka koji ostaje na svakom situ, kao kumulativni postupak.

(4) Izraditi logaritamski dijagram u kojem je prikazan odnos između veličine zrna i postotka prolaza kroz sito.

(5) Izračunati koeficijent jednolikosti i koeficijent zakrivljenosti za ispitivani uzorak tla.

b) Areometriranje

(1) Primijeniti korekciju meniskusa za stvarna areometarska očitanja. (2) Iz tablice koja dolazi s areometrom uzeti vrijednost efektivne areometarske dubine , za

korekciju očitanja na meniskusu. (3) Za poznatu specifičnu težinu uzorka tla, odrediti faktor K koji ovisi o izmjerenoj

temperaturi suspenzije. (4) Izračunati ekvivalent promjene čestica. Izračunati postotak prolaza kroz sito. (5) Na polulogaritamskom dijagramu izraditi granulometrijsku krivulju odnosa promjera

zrna i postotka prolaza.

2. Određivanje vlažnosti opekarske gline

Ovo ispitivanje se provodi u svrhu određivanja sadržaja vode u tlu (odnosno vlažnosti tla). Vlažnost tla se definira kao odnos mase porne vode (vode koja ispunjava pore tla) i mase čvrste faze tla (mase čvrstih čestica tla). Ispitivanje se temelji na osnovnim principima standardnih laboratorijskih metoda za određivanje vlažnosti tla, stijena i raznih mješavina agregata tala. Preporučene (sugerirane) norme za ispitivanje: ASTM D2216; BS 1377-2; HRS CEN ISO/TS 17892-1. Za mnoga tla sadržaj vode može biti vrlo važan podatak, kojim se uspostavlja odnos između ponašanja tla i njegovih karakteristika. Konzistencija sitnozrnog tla uvelike ovisi o vlažnosti tla. Sadržaj vode u tlu se također koristi u izražavanju faznih odnosa u određenom volumenu tla (zrak, voda i čvrste čestice). Oprema koja se koristi prilikom ispitivanja je sušionik, vaga, posudice, špahtla, laboratorijska žlica, slika 3.2.a.



18

a) b)

c)

Slika 2.2 Postupak određivanja zatečene vlage: a) Pribor; b) Sušionik; c) Vaganje suhog

uzorka


(1) Odrediti i zabilježiti masu prazne posudice s poklopcem i zapisati njezin laboratorijski broj. Posudica mora biti prethodno očišćena i osušena, zajedno s njenim poklopcem

. (2) Staviti uzorak tla u posudicu i istu zaklopiti poklopcem. Izvagati i zabilježiti masu

posudice, zajedno s vlažnim uzorkom tla i poklopcem . (3) Skinuti poklopac i staviti posudicu s vlažnim uzorkom tla u sušionik, u kojem je

namještena temperatura od 105 °C. Posudica zajedno s uzorkom se suši u sušioniku do stalne mase uzorka (obično do sljedećeg dana), slika 3.2.b.

(4) Izvaditi posudicu s uzorkom iz sušionika. Oprezno zaklopiti i učvrstiti poklopac posudice i pričekati da se laboratorijska posudica i suhi uzorak tla ohlade na sobnu temperaturu. Izvagati i zabilježiti masu laboratorijske posudice zajedno sa suhim

uzorkom tla i pripadajućim poklopcem , slika 3.2.c. (5) Isprazniti i očistiti posudicu i poklopac.



19

Analiza:

(1) Odrediti masu čvrstih čestica tla:

(2) Odrediti masu porne vode:

(3) Odrediti vlažnost tla:

3. Određivanje gustoće opekarske gline

Ovo ispitivanje se provodi u svrhu određivanja prirodne gustoće neporemećenog uzorka tla dobivenog utiskivanjem ili bušenjem tankostijenim cilindrom. Prirodna gustoća tla (s nekom prirodnom vlažnošću) je odnos mase vlažnog uzorka tla i volumena tog uzorka, a gustoća suhog tla je odnos mase suhog uzorka tla (masa čvrstih čestica tla) i volumena uzorka tla. Ispitivanje se temelji na osnovnim principima standardnih laboratorijskih metoda za određivanje prirodne gustoće tla pomoću cilindra za vađenje neporemećenih uzoraka tla. Preporučene (sugerirane) norme za ispitivanje: BS 1377-2; HRS CEN ISO/TS 17892-2. Ovo ispitivanje se koristi za određivanje prirodne gustoće tla, a također se može koristiti i za određivanje gustoće kompaktiranih (zbijanih) tala. Ona se koriste kod izrade konstrukcijskih ispuna, nasipa autocesta ili nasutih zemljanih brana. Ovo se ispitivanje ne preporučuje za organska tla. Oprema koja se koristi prilikom ispitivanja je laboratorijski nož, špahtla, vaga, posudice, sušionik, tankostijeni cilindar, slika 3.3.a.



20

a) b)

c) d)

e) f)

Slika 2.3 Postupak određivanja gustoće: a) Pribor; b) Priprema uzorka tla; c) Utiskivanje

cilindra; d) Popunjavanje šupljina; e) Vaganje vlažnog uzorka s cilindrom; f) Pripremanje

uzorka za sušenje



21


(1) U uzorak tla utisnuti metalni tankostijeni cilindar poznatih dimenzija i mase,slika 3.3.c). (2) Vagnuti uzorak tla s cilindrom, slika 3.3.e). (3) Izvaditi uzorak iz cilindra i pripremiti ga za sušenje i , slika 3.3.f). (4) Nakon sušenja vagnuti suhi uzorak tla. (4) Odrediti i zapisati vlažnost uzorka tla.

Analiza:

(1) Odrediti zatečenu vlažnost uzorka. (2) Izračunati obujam reprezentativnog uzorka tla na temelju poznatih dimenzija metalnog

cilindra:

gdje je: - promjer uzorka (unutarnji promjer cilindra), - duljina uzorka (cilindra).

(3) Izračunati prirodnu gustoću tla:

ili obujamsku težinu tla:

gdje je: M - masa tla u prirodnom stanju,

- gravitacija (9,80665 ).

(4) Izračunajte gustoću suhog tla:

ili obujamsku težinu suhog tla:

gdje je: - vlažnost tla, - masa suhog uzorka



22

4. Ispitivanje vodopropusnosti u kompresijskom permeamentu metodom promjenjivog hidrostatskog tlaka

Svrha ovog ispitivanja je određivanje vodopropusnosti koherentnih tala metodom promjenjivog hidrostatskog tlaka. Postoje dvije osnovne metode ispitivanja vodopropusnosti koje se rutinski obavljaju u laboratoriju: metoda s konstantnim tlakom i metoda s promjenjivim tlakom. Metoda s konstantnim tlakom se koristi za ispitivanje vodopropusnosti nekoherentnih tala kod kojih je koeficijent vodopropusnosti , a metoda s promjenjivim tlakom se koristi za ispitivanje vodopropusnosti koherentnih tala kod kojih je koeficijent vodopropusnosti . Ispitivanje se temelji na osnovnim principima laboratorijskih metoda za određivanje koeficijenta vodopropusnosti glinovitih tala (promjenjivi tlak). Preporučene (sugerirane) norme za ispitivanje: ASTM D5084; BS 1377-5; HRS CEN ISO/TS 17892-11. Vodopropusnost ili hidraulička vodljivost se odnosi na lakoću s kojom voda može teći kroz tlo. Ova vrijednost je potrebna za izračun prodiranja vode kroz nasute brane i ispod potpornih zidova, za izračun veličine procjeđivanja iz odlagališta otpada i jezera, te za izračun veličine slijeganja glinovitih tala. Oprema koja se koristi prilikom ispitivanja je vaga, permeametar, lopatica, baždareni cilindar volumena 1000 ml, sat ili štoperica, filtar papir, termometar.

a) b)

c) d)



23

e) f)

Slika 2.4 Ispitivanje vodopropusnosti: a) Rezanje dijela uzorka koji će se ispitivati; b) i c)

Obrezivanje i poravnavanje uzorka tla smještenog u permeametarski prsten; d) Pripremanje

permeametarske ćelije; e) Ispitivanje vodopropusnosti; f) Shema ispitivanja vodopropusnosti

u kompresijskom permeametru metodom promjenjivog hidrostatskog tlaka.


(1) Vagnuti prazni metalni prsten koji se koristi kod ispitivanja stišljivosti tla, zajedno s podložnim staklom.

(2) Izmjeriti visinu i unutarnji promjer prstena. (3) Uzeti uzorak tla, koji je najčešće pakiran u cijevi s tankim stjenkama. Uzorku odrediti

zatečenu vlažnost i specifičnu težinu. (4) Odrezati uzorak tla, slika 3.4.a, približno visine reznog i konsolidacijskog metalnog

prstena, staviti uzorak na prsten i obrezati ga da bude približno isti kao vanjski promjer prstena. Rezni i konsolidacijski prsten pažljivo utisnuti u uzorak tako da se svede na unutarnji promjer prstena. Važno je držati rezni alat u okomitom položaju tijekom ovog procesa.

(5) Pažljivo skinuti rezni prsten i ukloniti dijelove uzorka koji strše iznad konsolidacijskog prstena, koristeći pomagalo za rezanje, tako da površina uzorka bude izravnata s prstenom, slika 3.4.b.

(6) Na izravnanu stranu staviti podložno staklo i pažljivo sve okrenuti. Izravnati i drugu stranu na način kako je to opisano u prethodnom koraku, slika 3.4.c.

(7) Vagnuti uzorak s prstenom i podložnim staklom. (8) Ukloniti staklo s uzorka i s obje strane postaviti porozni kamen, ali između uzorka i

poroznog kamena još dolazi filtar papir, slika 3.4.d. Ćeliju za mjerenje vodopropusnosti treba sklopiti i staviti na postolje na kojem će se vršiti ispitivanje. Spojiti ćeliju s spremnikom vode, jer uzorak prije ispitivanja mora biti potpuno saturiran.

(9) Centralno s gornje strane smjestiti uređaj za prijenos opterećenja. Prilagoditi uređaj za očitavanje slijeganja i postaviti ga na nulu.

(10) Na uređaj za prijenos opterećenja postaviti uteg određene mase za stvaranje željenog vertikalnog opterećenja. Otpustiti kočnicu i ostaviti da se uzorak sliježe i saturira s vodom, uz mjerenje vrijednosti slijeganja.



24

(11) Kad je uzorak potpuno saturiran, na ćeliju s donje strane spojiti cjevčicu koja dolazi s baždarenog cilindra (pijezometarska cijev). Pijezometarska cijev nalazi se na stalku iznad ćelije za ispitivanje vodopropusnosti i nju je potrebno, do određene razine koja će biti početna razina vode (h1), napuniti s destiliranom vodom.

(12) Registrirati točno vrijeme (t) i uspostaviti tok vode između pijezometarske cijevi i ćelije za mjerenje vodopropusnosti. Važno je mjeriti temperaturu (T) tokom provođenja ispitivanja.

(13) Kada razina vode u pijezometarskoj cijevi padne na neku visinu (h2), potrebno je odrediti koliko je vremena prošlo od početka ispitivanja, vrijednost slijeganja uzorka i točnu temperaturu.

(14) Ponoviti korake od 9 do 13 za različite vrijednosti opterećenja (uobičajene vrijednosti opterećenja su: 50 kN/m2, 100 kN/m2, 200 kN/m2, 400 kN/m2, 800 kN/m2).

(15) Nakon što su završena ispitivanja vodopropusnosti za različite vrijednosti opterećenja, potrebno je rasteretiti uzorak, brzo rastaviti ćeliju, izvaditi uzorak i obrisati ga papirnatim ručnikom kako ne bi apsorbirao vodu.

(16) Vagnuti još jednom uzorak s prstenom i podložnim staklom. (17) Vagnuti posudicu i poklopac. (18) Pažljivo izvaditi uzorak iz prstena i staviti ga u prethodno izvaganu posudicu i sve

zajedno staviti na sušenje u sušionik i ostaviti da se suši 12 do 18 sati. (19) Vagnuti suhi uzorak u posudici.

Analiza:

(1) Izračunati vlažnost i gustoću čvrstih čestica tla. (2) Izračunati koeficijent vodopropusnosti (k) za svaku vrijednost opterećenja koju se

nanosila u postupku ispitivanja, koristeći slijedeću jednadžbu:

gdje je: kT - koeficijent vodopropusnosti pri određenoj temperaturi T, F0 - površina presjeka kapilare (pijezometarske cijevi), F - površina presjeka uzorka, L - visina uzorka, t - vrijeme, trajanje ispitivanja, h1 - početna visina vode u pijezometarskoj cijevi, h2 - završna visina vode u pijezometarskoj cijevi.

(3) Koeficijent vodopropusnosti zavisi od viskoziteta tekućine koja protječe kroz pore. Budući da se viskozitet tekućine mijenja s temperaturom, rezultat je ovisan o temperaturi pri kojoj se izvodi pokus. Ako rezultate treba dati za standardnu temperaturu od 20° C, a pokus se izvodi na drugoj temperaturi (T), onda se rezultat korigira po jednadžbi:

gdje je:

- koeficijent propusnosti pri određenoj temperaturi T, - relativni viskozitet tekućine na temperaturi T, pri kojoj je izvođeno

ispitivanje,

- relativni viskozitet pri temperaturi T = 20° C.



25

5. Proctorov pokus

Za određivanje odnosa između količine vode u tlu i njegove zbijenosti koristi se Proctor-ov pokus. Ovim pokusom određuje se optimalna vlaga pri kojoj, kada se tlo zbije, ono daje maksimalnu gustoću odnosno obujamsku težinu suhog tla za određenu energiju zbijanja. Razlikuju se Standardni i Modificirani Proctor-ov pokus.

Pokus se vrši u uređaju za automatsko zbijanje tla. Uzorak se zbija u cilindru volumena cca

944 cm3 sa pripadajućim nastavkom visine 5,5 cm. Zbija se u 3 sloja sa 25 udaraca po svakom

sloju. Kod zbijanja bat mase 2,5 kg pada sa visine od 30,5 cm. Na temelju tih parametara dobije se propisana energija zbijanja prema izrazu.

gdje je:

E – energija zbijanja ,

N – ukupni broj udaraca bata , h – visina pada bata , W – težina bata , V – volumen cilindra za zbijanja .

Energija zbijanja za standardni Proctor-ov pokus iznosi cca 600

Slika 2.5 Shematski prikaz Standardnog Proctor-ovog pokusa

2.5 kg 25 udarca po sloju

Uzorak tla zbijen u 3 sloja

30.5 cm



26

Postupak pokusa

Standardni Proctor-ov pokus izvodi se uobičajeno u seriji od pet ispitivanja na odabranom uzorku tla.

Postupak po koracima:

1. Uzorak tla se prvo suši na zraku ili u sušioniku na temperaturi 60 nakon čega se usitni i presije kroz sito otvora oka 4,76 mm. Iz uzorka se izdvoji pet puta prikladna količina materijala koji se stavlja u pet posuda poznate mase.

2. Obzirom na pretpostavljenu optimalnu vlažnost materijal se ravnomjerno izmiješa s određenim postotkom vode u odnosu na masu materijala. Postotak vode koji se dodaje uzorcima kreće se u rasponu od ± 2% do ± 4%, s obzirom na pretpostavljenu optimalnu vlažnost.

Slika 2.6 Materijal pripremljen za zbijanje po standardnom Proctor-u

3. Cilindar u kojem će se materijal zbijati zajedno sa odvojivom pločom pričvrsti za rotirajuće postolje.

4. Uzorak se u cilindar sipa u slojevima. Prvi sloj se nasipa do jedne trećine visine cilindra, i zbija sa 25 udaraca. Zbijanje je ravnomjerno po cijeloj površini uzorka jer bat pada duž polumjera u jednom smjeru, dok se rotirajuće postolje zakreće u drugom smjeru.

5. Drugi sloj materijala nasipa se do vrha cilindra i zbija se na isti način.

6. Prije nasipavanja trećeg sloja, na cilindar se navojem pričvrsti pripadajući nastavak i uzorak se nasipa do vrha nastavka. Nakon zbijanja sva tri sloja cilindar se zajedno sa nastavkom i odvojivom pločom makne s postolja.

7. Nakon zbijanja nastavak cilindra se skine i uzorak se poravna sa gornjim rubom cilindra. Skine se odvojiva ploča i uzorak se zajedno sa cilindrom izvaže. Od ukupne mase zbijenog materijala i cilindra oduzme se masa cilindra koja iznosi 1764 g i podijeli sa poznatim volumenom cilindra kako bi se dobila gustoća materijala pri poznatom postotku vlažnosti.



27

Slika 2.7 Cilindar s nastavkom i odvojivom pločom za Standardni Proctor-ov pokus

8. Zbijeni uzorak tla se izvadi iz cilindra i podijeli na tri jednaka dijela. Iz sredine svakog dijela uzme se određena količina uzorka, razdrobi i stavi u tri posudice poznate mase. Uzorak se izvaže i stavi na sušenje. Na temelju razlike mase vlažnog i suhog uzorka dobije se masa vode. Postotak vlage dobije se kao omjer mase vode i mase suhog uzorka.

9. Iz dobivenog postotka vlažnosti dobiva se masa zbijenog suhog uzorka koja se dijeli sa volumenom cilindra kako bi sa dobila gustoća suhog tla.

10. Iz odnosa gustoće suhog tla i dobivenih postotaka vlage određuje se optimalna vlažnost, tj. ona vlažnost kod koje je gustoća suhog tla maksimalna.



28

LITERATURA

1. Mesec J., Mineralne sirovine vrste i način dobivanja, Sveučilište u Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin, 2009.

2. Živković S., Vrkljan D., Površinska eksploatacija mineralnih sirovina, RGN, Zagreb, 2003.

3. Rabljek V., Površinska eksploatacija mineralnih sirovina, Institut za rudarska i kemijsko– tehnološka istraživanja Tuzla, 1970.

4. Braun K.R., Inženjerska geologija, Skripta, Sveučilište u Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin, 1999.

5. http://www.poslovna.hr/zakoni/%28X%281%29S%28glcli4ul0dgtpe55qvboip55%29%29/public/zakoni.aspx?zakon=Pravilnik-o-postupku-utvrdivanja-i-ovjere-rezervi-mineralnih-sirovina&id=19084&AspxAutoDetectCookieSupport=1

6. http://narodne-novine.nn.hr/clanci/sluzbeni/2009_06_75_1782.html 7. http://www.poslovni-savjetnik.com/propisi/energetika-rudarstvo/uredba-o-novcanoj-

naknadi-za-istrazivanje-mineralnih-sirovina-vazeci-te 8. http://www.propisi.hr/print.php?id=9806

opekarska glina

Documents