Opis Projekta
V sklopu projekta smo pripravili cementne kompozite z dodatkom premoga kot nadomestek agregata, katerih namen je uporaba za omete. Glavni cilj je bil estetski izgled, treba pa je bilo tudi paziti, da ima kompozit ustrezne mehanske lastnosti.
Premog, ki smo ga prejeli iz premogovnika Velenje smo zmleli ter presejali na različne velikostne frakcije. Presejan premog smo nato uporabili kot nadomestek agragata v cementnih mešanicah.
Pripravilo se je več mešanic z različnimi razmerji komponent ter različnimi velikostmi delcev premoga. Recepture posameznih mešanic smo določevali iterativno glede na rezultate prejšnjih mešanic.
Svežim mešanicam se je določilo poroznost in posedanje, ko pa so se strdile, ter je pretekel standarden čas staranja (28 dni) smo na njih izvedli mehanske teste (tlačna in upogibna trdnost).
Na koncu projekta smo pripravili tudi večje vzorce, ki se jih je nabrusilo.
Cilj Projekta
• Odgovoriti na vprašanje, ali lahko premog predstavlja nadomestek pri pripravi cementnega kompozita.
• Sestaviti recepturo katere sveža, kot strjene mešanica cementnega kompozita, ima ustrezne lastnosti
• Izdelati kompozitno cementno mešanico z dodatkom premoga kot material, ki ima moderen estetski izgled
O Premogovniku Velenje
Splošno o Premogovniku Velenje
Prvi zapisani viri o nahajališču lignita v Šaleški dolini so bili odkriti v Avstrijskem (Avstro-ogrskem) državnem arhivu in so datirani v leti 1766 in 1767. Kot začetek organiziranega izkoriščanja nahajališča štejemo leto 1875, ko so geologi pričeli s sistematskih raziskovanjem geoloških formacij z vrtanjem ter z ocenjevanjem geotermalnega potenciala vode v sosednjih karbonatnih plasteh. Istega leta je bil namreč prevrtan glavni sloj premoga, kar je pomenilo bistven premik naprej od dotedanjega neorganiziranega izkoriščanja površinskih lignitnih izdankov na vzhodnem robu sloja. Leta 1887 je bilo zabeleženih 3.500 ton izkopanega premoga.
Postopen razvoj premogovnika z izboljševanjem odkopnih metod je sledil skozi prva desetletja 20. stoletja, ko se je večina lignita porabila v lokalni termoelektrarni, manufakturah ter v domači rabi.
Po drugi svetovni vojni se je zaradi vsesplošne potrebe po energentih pričel intenziven razvoj premogovnika in obenem večanje letnega izkopa premoga. Mejnik enega milijona ton izkopanega premoga je bil presežen leta 1955, medtem, ko se je z uvedbo mehaniziranih odkopov in ostale sodobne opreme proizvodnja bistveno povečala po letu 1972.
V prvi polovici 80. let prejšnjega stoletja je letna proizvodnja presegala 5 milijonov ton, kasneje pa se je postopoma ustalila na približno 2,5 milijona ton letno pri povprečni kurilni vrednosti 10,5 MJ/kg.
Danes je edini kupec velenjskega lignita bližnja Termoelektrarna Šoštanj (TEŠ), ki s povsem domačim energetskim virom zagotavlja približno 30% slovenskih potreb po električni energiji.
Nastanek in geologija nahajališča
Nahajališče lignita leži v sinklinali, ki se razteza med Šoštanjskim in Smrekovškim prelomom. Tako lignit kot tudi krovninska glinena izolacijska plast sta nastali v pliocenu, nad kateri so bile kasneje v geološki zgodovini odložene številne mlajše plasti. To zaporedje je nastalo kot posledica posedanja območja ter sprotnega odlaganja aluvialnih nanosov peskov, mulja in laporja.
Osnovna oblika tektonske udorine je bila preoblikovana s številnimi prelomi različnih starosti in orientacij. Z posedanjem in številnimi aluvialnimi akumulacijami je udorina pridobila današnji izgled.
V zgodovini obratovanja premogovnika je bilo za potrebe raziskav izvrtanih preko 160 vrtin iz površine ter stotine vrtin iz jamskih prog. Na osnovi analiz vrtalnih podatkov je bil izdelan podroben geološki model lignitne plasti ter okoliških formacij s posebnim poudarkom na raziskavah podzemnih vodonosnikov, ki bi pomenili potencialno nevarnost pri izvajanju rudarskih del.
Lignit je kot zvrst mlajših premogov mlajše starosti ter omejenih procesom koalifikacije oblikoval nahajališče, katerega starost na osnovi najdenih ostankov rastlinskih pelodov ter okostij mamutov ocenjujemo na približno 2 milijona let.
Sloj je oblikovan kot leča z dimenzijami po glavnih oseh 8,3 x 2,5 kilometra ter debeline do 160 m. Globina sloja znaša med 200 in 500 m (plitveje na obronkih) z manj kvalitetnimi izdanki na površini na vzhodnem robu sloja.
Za izkoriščanje sloja se je ob poglobljenem razumevanju geotehničnih pogojev z leti razvila povsem prilagojena širokočelna odkopna metoda (Velenjska odkopna metoda), s katero je mogoče izvajati odkopavanje lignita v več etažah z visoko učinkovitostjo na osnovi pridobivanja nadkopnega dela odkopne plošče.
Mletje Premoga
Premog smo zmleli tako, da je bilo največje zrno približno polovice vzorca 4 mm, za drugo polovico vzorca pa smo določili največje zrno 8 mm, najmanjše pa 4. Zato smo se odločili, saj smo takšna zrna potrebovali za izdelavo kompozita.
Sestava kompozita:
• cement
• apno
• agregat (pesek)
• premog
• superplastifikator
• voda
Meritve izvedene na sveži mešanici
• Določitev poroznosti
• Test razleza
• Določitev prostorninske mase
Določitev poroznosti
V standardni aparat za merjenje poroznosti smo vgradili kompozit. V aparat smo dotočili vodo, kar iztisne zrak iz mešanice in posode. Na takšen način smo izmerili količino por v kompozitu. (slika na levi)
Test razleza
Razlez nam pove, kako obdelavna je mešanica. Preden smo jo zamešali, smo si zastavili, kakšno konsistenco si želimo. S tem testom smo preverjali, ali smo jo zadeli. Vzorec smo vgradili v dveh plasteh v konus na stresalni mizici. Konus smo potem dvignili in prižgali stresanje. Kompozit se je razlezel in nato smo zmerili povprečen premer. (sliki na desni)
Vgradnja mešanic v kalupe
Mešanico smo vgradili v standardne kalupe, v katerih je prostora za 3 kvadre velikosti 40 mm x 40 mm x 160 mm. Na takšnih prizmah potem delamo standardne preizkuse. Ta pa sta upogibni test in tlačni test.
Upogibni test
Prizmo podpremo na dveh točkah in jo obremenjujemo na sredini. Ker je cementni kompozit material, ki bolje nosi v tlaku kot nategu, nismo pričakovali visoke upogibne trdnosti, ki je tudi nismo dobili.
Tlačni test
Polovico prizme, ki smo jo dobili pri upogibnem preizkusu, nato damo v pripravo, za izvedbo tlačnega preizkusa. Spodaj in zgoraj je zaprta med dve kvadratni ploskvi, ki se približujeta druga drugi. Naprava meri silo s katero pritiska na vzorec. Ko sila preneha naraščati vemo, da je bila dosežena tlačna trdnost. Dobimo jo tako, da izračunamo razmerje med maksimalno silo in ploskvijo na katero je sila delovala. Poleg tega pa iščemo še pravilni porušitveni vzorec, ki je v obliki peščene ure.
Vzorci
SEM analiza vzorcev
Oznaka SEM je angleška okrajšava za analizno metodo Scanning Electron Microscopy, v slovenščini pa ji pravimo vrstična elektronska mikroskopija. Analizna metoda temelji na odboju elektronskih snopov od vzorca. Poleg odboja elektronov, ki jih mikroskop v curkih pošilja na vzorec, tudi nekaj elektronov uide s površine vzorca. Prav tako pa nastanejo tudi razna druga elektromagnetna valovanja. Na podlagi odbitih elektronov in nastalih elektromagnetnih valovanj, sestavi mikroskop sliko površine vzorca.
