1. komponenta

Vrsta nastave	Ukupno
Predavanja	45
Laboratorijske vježbe	30

* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)

Inženjerstvo mineralnih veziva

Nositelj
izv. prof. dr. sc. Vilko Mandić

ECTS bodovi 7.0

Sati nastave
Predavanja 45
Seminari 0
Laboratorijske vježbe 30

Opis predmeta
Cilj kolegija
Upoznavanje studenata s nužnim znanjima o procesima proizvodnje mineralnih veziva, procesnim uređajima i postupcima laboratorijskog ispitivanja kvalitete mineralnih veziva.
Povezivanje temeljnih tehničkih znanja i znanja o materijalima sa primjenskim svojstvima u ovisnosti o kemijskom i mineraloškom sastavu mineralnih veziva.

Izvedbeni program kolegija
PREDAVANJA: Nastavnik provodi izlaganja stručnih parametara i osnovnih koncepata u skladu s ciljevima kolegija.
1. Povijesni razvoj tehnike proizvodnje i primjene mineralnih veziva. Primjeri uporabe i razvoja materijala kroz povijest. Vrste građevnih materijala i veziva. Definiranje ključnih svojstava veziva za pripravu materijala uporabljivog u praksi.
2. Prednosti i ograničenja primjene određenog materijala/veziva, posebice s obzirom na topljivost u vodi i agresivno djelovanje okoliša. Utjecaj okoliša na trajnost materijala veziva, dugotrajnu postojanost i stabilnost dimenzija. Prijenos tvari kroz materijal (model nezasićenog poroznog materijala)
3. Gips, zračno vezivo. Fazna ravnoteža u sustavu CaSO4-H2O. Veza između strukture i sastava i svojstva različitih faza i polimorfnih modifikacija u sustavu CaSO4-H2O. Utjecaj aditiva na reološka svojstva i razvoj mehaničkih svojstava veziva na osnovi gipsa.
4. Svojstva pojedinih produkata nastalih preradom sadrenca i tehnološki procesi njihove priprave. Bilanca procesa proizvodnje određene vrste veziva na temelju gipsa. Svojstva vezanja gipsa na temelju temperaturne ovisnosti topljivosti pojedinih mineralnih faza
5. Vapno, zračno vezivo. Fazna ravnoteža u sustavu CaO-CO2. Odnos između uvjeta proizvodnje i svojstava živog vapna. Utjecaj primjesa u sirovini i gorivu na svojstva živog vapna. Hidraulično vapno.
6. Reaktivnost pucolanskih mineralnih dodataka vapnenom vezivu. Vrste prirodnih i sintetskih pucolanski aktivnih mineralnih tvari. Razumijevanje brojnih primjena vapna i gašenog vapna u industriji. Bilanca tvari i energije u procesu proizvodnje vapna. Odabir određene procesne opreme za pripravu vapna određenih svojstava, s obzirom na ciljanu primjenu. Svojstva vezanja vapna, te reaktivnost sa određenim mineralnim dodacima, primjeri primjene vapna u obradi vode, metalurgiji i građevnoj industriji.
7. Provjera znanja: 1. KOLOKVIJ-parcijalni ispit.
8. Portland cement, cement opće namjene. Moderni proces proizvodnje cementnog klinkera (kemijska analiza sirovina i goriva, zahtjevi hidrauličkog modula, silikatnog modula i aluminatnog modula). Fazna ravnoteža u trokomponentnom modelnom sustavu CaO-Al2O3-SiO2. Redoslijed kristalizacije mineralnih faza iz taline. Redoslijed taljenja pri zagrijavanju.
9. Količina i vrsta mineralnih dodataka klinkeru za proizvodnju cementa opće namjene prema propisima HR-EN 197. Prednosti procesa proizvodnje sa predkalcinatorom. Tijek materijala i plinova izgaranja u hladnjaku klinkera, rotacijskoj peći i predkalcinatoru. Bilanca procesa proizvodnje cementnog klinkera i cementa opće namjene (bilanca tvari sa pripadnom bilancom energije).
10. Kemijske reakcije pri dobivanju cementnog klinkera, utjecaj minor elemenata. Potencijalni fazni sastav cementnog klinkera. Reakcije vezanja cementa i fizikalno-kemijske transformacije cementne matrice tijekom reakcije s vodom. Vrste produkata hidratacije cementa, njihovi volumne odnose i utjecaj na strukturu čvrste cementne matrice. Noviji teoretski pristup Powersa i Brownjarda.
11. Aluminatni cement, proizvodnja i svojstva. Fazna ravnoteža pri proizvodnji aluminatnog cementa uporabom modelnog sustava CaO-Al2O3-SiO2. Nove vrste mineralnih veziva na temelju belita, kalcij-sulfoaluminata, brownmillerita, alkalno aktivirana veziva.
12. Geopolimeri.
13. Utjecaj proizvodnje mineralnih veziva na okoliš, posebice emisiju CO2, utrošak neobnovljivih resursa, emisiju buke, vibracija, prašine. Kemijske reakcije vezanja alternativnih mineralnih veziva. Izračunavanje potencijalnog mineraloškog faznog sastava na temelju zadanog sastava i udjela sirovina. Prednosti i ograničenja oporabe industrijskih nusprodukata s obzirom na vrstu i udio primjesa u sirovini, njihovu ugradnju u hidratno aktivne minerale i utjecaj na proces hidratacije. Proces proizvodnje mineralnog veziva uz procjenu svojstva mineralnog veziva i utjecaj uvjeta proizvodnje na ostvareni mineraloški sastav.
14. Provjera znanja: 2. KOLOKVIJ-parcijalni ispit.
VJEŽBE:
1. Određivanje svojstava svježeg stanja Vicatovim aparatom
2a. Određivanje konzistencije morta potresnim stolićem
2b. Određivanje udjela pora u mortu
2c. Određivanje mehaničkih svojstava
3. Ispitivanje strukture mineralnih veziva
4. Parrot-Killoh model hidratacije cementa

Preduvjeti za upis predmeta
Položeni ispiti: Opća i anorganska kemija, Struktura i svojstva materijala, Anorganski nemetalni materijali, Termodinamika i kinetika materijala, Mehaničke i Toplinske operacije, Kemijsko reakcijsko inženjerstvo

Preduvjeti za polaganje predmeta

Razvijanje općih i specifičnih kompetencija studenata
Poticanje studenata na samostalno učenje te razvijanje kritičkog mišljenja.
Razumijevanje veze između strukture i svojstva materijala.
Specifične kompetencije uključuju primjenu stečenih znanja i sposobnost samostalnog planiranja istraživanja vezanih uz inženjerstvo materijala.

Obveze studenata u nastavi i načini njihova izvršavanja
Obvezno pohađanje predavanja i vježbi.

Način izvođenja nastave
Auditorni za predavanja i praktični rad u praktikumu.

Način provjere znanja i polaganja ispita
Ulazni kolokviji za vježbe. Ocjenjivanje referata po završenim vježbama. Završni kolokvij za vježbe. Dva parcijalna kolokvija za gradivo predavanja i vježbi. Komunikacija na nastavi. Oslobađanje od ispita uspješnim polaganjem navedenih elemenata.
Pismeni ispit. Usmeni ispit.

Način praćenja kvalitete i uspješnosti kolegija
Studentska anketa

Ishodi učenja kolegija
1. Upoznavanje s vrstama, procesima proizvodnje i svojstvima mineralnih veziva.
2. Razumijevanje odnosa između kemijskog i mineraloškog sastava mineralnih veziva.
3. Razumijevanje odnosa između mineraloškog sastava i primjenskih svojstava mineralnih veziva.
4. Stjecanje svijesti o utjecaju procesa proizvodnje na okoliš, te o mogućnosti oporabe otpada drugih industrijskih procesa u proizvodnji mineralnih veziva.
5. Upoznavanje s novim vrstama veziva kao alternativi cementu opće namjene.

Ishodi učenja na razini programa kojima predmet pridonosi
1. Povezati temeljne elemente kemije i inženjerstva materijala: strukturu, svojstva, proizvodnju i uporabu materijala.
2. Koristiti laboratorijsku opremu i uređaje pri karakterizaciji materijala.
3. Povezati rezultate dobivene raznovrsnim metodama s literaturnim spoznajama radi njihove što potpunije interpretacije.
4. Riješiti složene probleme u području kemije i inženjerstva materijala, samostalno ili kao dio multidisciplinarnog tima.
5. Razviti procese proizvodnje i ispitivanja kvalitete materijala.
objasniti rezultate svoga rada nestručnjacima, stručnjacima drugih područja te međunarodnim partnerima.
6. Razviti radnu etiku, osobnu odgovornost i težnju za daljnjim usavršavanjem.

Obvezna literatura
OSNOVNA LITERATURA:
H.F.W. Taylor, Cement chemistry, 2nd Ed., Thomas Telford, London, 1998.
J. Skalny and S. Mindess, Material Science of Concrete IV, The American Ceramic Society, Westerville, OH, 1995.
F. M. Lea, The chemistry of cement and concrete, 3rd Ed., Chemical Publishing Company, 1971.
DOPUNSKA LITERATURA:
Robert S. Boynton, Chemistry and Technology of Lime and Limestone, 2nd Ed., John Wiley and Sons, New York, 1981.

1. , LITERATURA POTREBNA ZA POLAGANJE ISPITA (izdavač i godina izdanja, voditi računa da obavezna literatura mora biti dostupna studentima i što je moguće novijeg datuma):
   1. H.F.W. Taylor, Cement chemistry, 2nd Ed., Thomas Telford, London, 1998.
   2. J. Skalny and S. Mindess, Material Science of Concrete IV, The American Ceramic Society, Westerville, OH, 1995.
   3. F. M. Lea, The chemistry of cement and concrete, 3rd Ed., Chemical Publishing Company, 1971.
   DOPUNSKA LITERATURA:
   1. Robert S. Boynton, Chemistry and Technology of Lime and Limestone, 2nd Ed., John Wiley and Sons, New York, 1981., , , .

Obavezni predmet - Redovni studij - Kemija i inženjerstvo materijala