Gradbeni vestnik GLASILO ZVEZE DRUŠTEV GRADBENIH INŽENIRJEV IN TEHNIKOV SLOVENIJE in MATIČNE SEKCIJE GRADBENIH INŽENIRJEV INŽENIRSKE ZBORNICE SLOVENIJE UDK-UDC 05 : 625; tiskana izdaja ISSN 0017-2774; spletna izdaja ISSN 2536-4332. Ljubljana, december 2017, letnik 66, str. 293-324 Izdajatelj: Zveza društev gradbenih inženirjev in tehnikov Slovenije (ZDGITS), Karlovška cesta 3, 1000 Ljubljana, telefon 01 52 40 200; faks 01 52 40 199 v sodelovanju z Matično sekcijo gradbenih inženirjev Inženirske zbornice Slovenije (MSG IZS), ob podpori Javne agencije za raziskovalno dejavnost RS, Fakultete za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani, Fakultete za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo Univerze v Mariboru in Zavoda za gradbeništvo Slovenije Izdajateljski svet: ZDGITS: mag. Andrej Kerin, predsednik Dušan Jukic prof. dr. Matjaž Mikoš IZS MSG: Gorazd Humar mag. Mojca Ravnikar Turk dr. Branko Zadnik UL FGG: izr. prof. dr. Sebastjan Bratina UM FG: doc. dr. Milan Kuhta ZAG: doc. dr. Matija Gams Glavni in odgovorni urednik: prof. dr. Janez Duhovnik Lektor: Jan Grabnar Lektorica angleških povzetkov: Romana Hudin Tajnica: Eva Okorn Oblikovalska zasnova: Mateja Goršič Tehnično urejanje, prelom in tisk: Kočevski tisk Naklada: 500 tiskanih izvodov 3000 naročnikov elektronske verzije Podatki o objavah v reviji so navedeni v bibliografskih bazah COBISS in ICONDA (The Int. Construction Database) ter na http://www.zveza-dgits.si. Letno izide 12 številk. Letna naročnina za individualne naročnike znaša 23,16 EUR; za študente in upokojence 9,27 EUR; za družbe, ustanove in samostojne podjetnike 171,36 EUR za en izvod revije; za naročnike iz tujine 80,00 EUR. V ceni je vštet DDV. Poslovni račun ZDGITS pri NLB Ljubljana: SI56 0201 7001 5398 955 Navodila avtorjem za pripravo člankov in drugih prispevkov 1. Uredništvo sprejema v objavo znanstvene in strokovne članke s področja gradbeništva in druge prispevke, pomembne in zanimive za gradbeno stroko. 2. Znanstvene in strokovne članke pred objavo pregleda najmanj en anonimen recenzent, ki ga določi glavni in odgovorni urednik. 3. Članki (razen angleških povzetkov) in prispevki morajo biti napisani v slovenščini. 4. Besedilo mora biti zapisano z znaki velikosti 12 točk in z dvojnim presledkom med vrsticami. 5. Prispevki morajo vsebovati naslov, imena in priimke avtorjev z nazivi in naslovi ter besedilo. 6. Članki morajo obvezno vsebovati: naslov članka v slovenščini (velike črke); naslov članka v angleščini (velike črke); znanstveni naziv, imena in priimke avtorjev, strokovni naziv, navadni in elektronski naslov; oznako, ali je članek strokoven ali znanstven; naslov POVZETEK in povzetek v slovenščini; ključne besede v slovenščini; naslov SUMMARY in povzetek v angleščini; ključne besede (key words) v angleščini; naslov UVOD in besedilo uvoda; naslov naslednjega poglavja (velike črke) in besedilo poglavja; naslov razdelka in besedilo razdelka (neobvezno); ... naslov SKLEP in besedilo sklepa; naslov ZAHVALA in besedilo zahvale (neobvezno); naslov LITERATURA in seznam literature; naslov DODATEK in besedilo dodatka (neobvezno). Če je dodatkov več, so ti označeni še z A, B, C itn. 7. Poglavja in razdelki so lahko oštevilčeni. Poglavja se oštevilčijo brez končnih pik. Denimo: 1 UVOD; 2 GRADNJA AVTOCESTNEGA ODSEKA; 2.1 Avtocestni odsek ... 3 ...; 3.1 ... itd. 8. Slike (risbe in fotografije s primerno ločljivostjo) in preglednice morajo biti razporejene in omenjene po vrstnem redu v besedilu prispevka, oštevilčene in opremljene s podnapisi, ki pojasnjujejo njihovo vsebino. 9. Enačbe morajo biti na desnem robu označene z zaporedno številko v okroglem oklepaju. 10. Kot decimalno ločilo je treba uporabljati vejico. 11. Uporabljena in citirana dela morajo biti navedena med besedilom prispevka z oznako v obliki oglatih oklepajev: [priimek prvega avtorja ali kratica ustanove, leto objave]. V istem letu objavljena dela istega avtorja ali ustanove morajo biti označena še z oznakami a, b, c itn. 12. V poglavju LITERATURA so uporabljena in citirana dela razvrščena po abecednem redu priimkov prvih avtorjev ali kraticah ustanov in opisana z naslednjimi podatki: priimek ali kratica ustanove, začetnica imena prvega avtorja ali naziv ustanove, priimki in začetnice imen drugih avtorjev, naslov dela, način objave, leto objave. 13. Način objave je opisan s podatki: knjige: založba; revije: ime revije, založba, letnik, številka, strani od do; zborniki: naziv sestanka, organizator, kraj in datum sestanka, strani od do; raziskovalna poročila: vrsta poročila, naročnik, oznaka pogodbe; za druge vrste virov: kratek opis, npr. v zasebnem pogovoru. 14. Prispevke je treba poslati v elektronski obliki v formatu MS WORD glavnemu in odgovornemu uredniku na e-naslov: janez.duhovnik@fgg.uni-lj.si. V sporočilu mora avtor napisati, kakšna je po njegovem mnenju vsebina članka (pretežno znanstvena, pretežno strokovna) oziroma za katero rubriko je po njegovem mnenju prispevek primeren. Uredništvo Gradbeni vestnik • letnik 66 • november 2017 Vsebina • Contents Voščilo stran 294 doc. dr. Andrej Kryžanowski/ univ. dipl. inž. grad. VOŠČILO PREDSEDNIKA ZDGITS Nagrade članom društev ZDGITS stran 295 dr. Marjetka Levstek, univ. dipl. inž. kem. inž. PROF. DR. MILENKO ROŠ PREJEL MEDALJO DUNBAR Članki* Papers stran 296 prof. dr. Matjaž Mikoš, univ. dipl. inž. grad. REČNI SEDIMENTI IN MINERALNI AGREGATI V GRADBENIŠTVU FLUVIAL SEDIMENTS AND MINERAL CONSTRUCTION AGGREGATES stran 307 Nina Vogrič, univ. dipl. inž. grad. prof. dr. Igor Planine, univ. dipl. inž. grad. doc. dr. Gregor Trtnik, univ. dipl. inž. grad. EKSPERIMENTALNO SPREMLJANJE ZGODNJEGA OBLIKOVANJA STRUKTURE CEMENTNIH PAST EXPERIMENTAL MONITORING OF EARLY FORMATION OF CEMENT PASTE STRUCTURE stran 314 dr. Andjelka Stanič, univ. dipl. inž. grad. prof. dr. Boštjan Brank, univ. dipl. inž. grad. MODELIRANJE NASTANKA IN ŠIRJENJA RAZPOK V KRHKIH MATERIALIH MODELLING OF CRACK OUTSET AND PROPAGATION IN BRITTLE MATERIALS Poročilo s strokovnega srečanja stran 320 Boris Stergar, univ. dipl. inž. grad. NOVI VIDIKI RAZVOJA JAVNE PROMETNE INFRASTRUKTURE Obvestila ZDGITS stran 322 PRIPRAVLJALNI SEMINARJI IN IZPITNI ROKI ZA STROKOVNE IZPITE ZA GRADBENO STROKO V LETU 2018 Vsebina letnika 66/2017 stran 321 Novi diplomanti Eva Okorn Koledar prireditev Eva Okorn Slika na naslovnici: Gradnja predora Log na AC A4 Draženci - Gruškovje, foto: arhiv Dars 293 Andrej Kryžanowski •VOŠČILO PREDSEDNIKA ZDGITS VOŠČILO PREDSEDNIKA ZDGITS Letošnje leto gradbeniki po dolgem času zaključujemo z optimizmom. Po predolgem obdobju stagnacije je tudi na slovensko gradbeništvo ponovno posijalo sonce. Od vse povsod prihajajo spodbudne novice o krepitvi gradbene dejavnosti, povečuje se povpraševanje po kadrovskih potrebah v panogi, pričete so bile aktivnosti pri gradnji železnice med Koprom in Divačo, trenutno največjega infrastrukturnega projekta v državi. Gradbena dejavnost se kot Feniks dviguje iz pogorišča, ki so ga za sabo pustile posledice globoke ekonomske krize in pogosto tudi nespametne poslovne odločitve akterjev, ki so obvladovali naš prostor. Priložnost za uveljavitev v panogi je bila dana novim obrazom, za katere smo pred časom komaj vedeli ali pa so se ukvarjali s povsem drugimi dejavnostmi. Pokazali so dovolj poguma, znanja in volje za uveljavitev v panogi tako pri nas kot tudi v tujini in s tem temeljito spremenili podobo gradbeništva pri nas. Pri oživitvi gradbene panoge sta nujna razvojna naravnanost in zagotavljanje stabilnosti v panogi skozi daljše obdobje, kar bi morala biti prioriteta politike, če želimo ohraniti gradbeništvo kot pomembni del nacionalne ekonomije. Pred nami je pričakovano daljše obdobje rasti, ko bodo povečane tudi potrebe po kadrih, ki jim bo treba zagotoviti ustrezno izobrazbo ter omogočiti delovno okolje in razmere, primerljive z razvitimi državami, če želimo ohraniti primerjalno konkurenčnost. V tem procesu smo tudi v uredništvu Gradbenega vestnika prideli kamenček k izboljšanju informiranja bralstva in druge strokovne javnosti z uvedbo prostega dostopa do vseh doslej izdanih publikacij našega glasila. Spodbudno je to, da je bila ideja toplo sprejeta pri širši javnosti, ne samo v naši stroki, ker smo s tem omogočili vpogled v zgodovino slovenskega gradbeništva tudi drugim, ki so profesionalno ali ljubiteljsko povezani z našo stroko. Dovolite mi, da vam ob zaključku leta, ki se za našo stroko zaključuje bolj optimistično, zaželim veliko poslovnih uspehov, predvsem pa zdravja, veselja in osebne sreče v prihajajočem letu. doc. dr. Andrej Kryžanowski predsednik ZDGITS Vsem braicem, avtorjem in recenzentom Gradbenega vestnika žedta veseie božične praznike in srečno ter zdravo novo Četo 2018 Izdajatejski svet in uredništvo 294 PROF. DR. MILENKO ROS PREJEL MEDALJO DUNBAR» Marjetka Levstek PROF. DR. MILENKO ROŠ PREJEL MEDALJO DUNBAR Prof. dr. Milenko Roš, dolgoletni predsednik Društva za zaščito voda, ki je član Zveze društev gradbenih inženirjev in tehnikov Slovenije, je na slovesnosti, ki je bila v okviru 13. konference EWA 6. novembra 2017 v Bruslju, za svoje zasluge prejel posebno priznanje - medaljo Williama Dunbarja. Medaljo Dunbar podeljuje Evropsko združenje za vodo (European Water Association - EWA), že od leta 1973 pa jo sponzorira nemški Messe München GmbH. Podeljena je v spomin na Williama Philipsa Dunbarja, rojenega leta 1863 v Minnesoti v ZDA. W. P. Dunbar je bil septembra 1892 imenovan za direktorja Hygenic Institute v Hamburgu, da bi pomagal pri obvladovanju katastrofalne epidemije kolere, zaslužen pa je za izboljšave postopka odkrivanja kolere in drugih patogenov. Zaradi njegovih pionirskih izboljšav v mestnih sanitarijah je v tem sektorju še vedno mednarodno priznana avtoriteta. Profesor Milenko Roš, doktor kemijskih znanosti, je bil od leta 1971 zaposlen na Kemijskem inštitutu v Laboratoriju za kemijo, biologijo in tehnologijo voda. Vodil ga je več kot 25 let, vse do svoje upokojitve leta 2009. V Sloveniji je uvedel etalon za kemijo (področje voda) in organiziral medlaboratorijske primerjave za slovenske laboratorije, ki so bili vključeni v monitoring in analizo odpadnih voda. V slovenskem jeziku je objavil več knjig o čiščenju odpadnih voda in terminologijo na področju voda. Profesor Roš je v Sloveniji zelo prepoznaven po svojih akademskih delih na področju voda in odpadnih voda. Je avtor knjige Respirometry of Activated Sludge (Taylor & Francis, ZDA, 1993), drugih publikacij na področju čiščenja odpadnih voda in izrazov s področja voda v slovenskem jeziku. Profesor Roš je soustanovil in podpiral Slovensko društvo za zaščito voda (SDZV), bil je predsednik društva in član upravnega odbora International Water Association (IWA) med letoma 1995 in 2011 ter ne nazadnje pobudnik, da je Slovensko društvo za zaščito voda postalo član EWA. dr. Marjetka Levstek, univ. dipl. inž. kem. inž. predsednica Slovenskega društva za zaščito voda 295 Matjaž Mikoš •REČNI SEDIMENTI IN MINERALNI AGREGATI V GRADBENIŠTVU REČNI SEDIMENTI IN MINERALNI AGREGATI V GRADBENIŠTVU FLUVIAL SEDIMENTS AND MINERAL CONSTRUCTION AGGREGATES prof. dr. Matjaž Mikoš, univ. dipl. inž. grad. STROKOVNI ČLANEK matjaz.mikos@fgg.unMj.si UDK 556.5:69.034.7(497.4) Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova cesta 2, 1000 Ljubljana Povzetek l Gradbeništvo je pomembna gospodarska panoga, ki jo za glavno dejavnost opravlja dobrih 10 % vseh podjetij v Sloveniji. Kot eden od generatorjev trenutnega in prihodnjega družbenega in gospodarskega razvoja je gradbeništvo podvrženo cikličnim nihanjem. Skupaj z rastjo in padci gradbeništva kot panoge nihajo potrebe in proizvodnja gradbenih materialov. Pomembna mineralna surovina v svetu in v Sloveniji so mineralni agregati. Prispevek povzema proizvodnjo peska in gramoza ter lomljenega kamna v izbranih evropskih državah in v Sloveniji ter jo primerja s proizvodnjo gradbenih materialov (cement, beton, asfaltne mešanice). Prispevek posebej obravnava pomen in pogoje za odvzemanje naplavin kot posebne vrste naravnih mineralnih agregatov, ki so kot rečni sedimenti bili ali pa so še danes aktivni del naravnega rečnega sistema. Prispevek se zaključi z izzivi in vprašanji odvzemanja naplavin iz rečnega okolja. Ključne besede: mineralni agregati, betoni, mineralne surovine, rečni procesi, rečni sedimenti, degradirana območja Summary l Construction sector is an important industry, carried out as their main activity by more than 10% of all enterprises in Slovenia. As one of the generators of current and future social and economic development, it is subject to cyclical fluctuations. Together with the growth and decline of construction as a branch, the demand for and the production of building materials also fluctuate. An important mineral resource worldwide and in Slovenia is mineral aggregates. The article summarizes the production of sand and gravel and crushed stone in selected European countries and in Slovenia, and compares it with the production of construction materials (cement, concrete, asphalt). The article specifically deals with the significance and conditions for the extraction of alluvium as a special type of natural mineral aggregates that were, as river sediments, in the past or are still nowadays an active part of the natural river system. The paper concludes with the challenges and issues of extracting alluvium from the fluvial environment. Key words: mineral aggregates, concrete, mineral commodities, fluvial processes, fluvial sediment, brown fields 1*UVOD Gradbeništvo v svetu je pomembna gospodarska panoga, nič drugače ni v Sloveniji, kjer je leta 2015 skupaj 14 % vseh podjetij za glavno dejavnost opravljajo gradbeništvo, vsaka deseta zaposlena oseba v letu 2015 pa je delala v dejavnosti gradbeništva [SURS, 2016]. Gradbena podjetja so v letu 2015 ustvarila 4,6 milijarde evrov prihodkov (začasni podatki: [SURS, 2016]), od tega največ podjetja, ki se ukvarjajo s specializiranimi gradbenimi deli (2,2 milijarde evrov), manj prihodkov so ustvarila podjetja z gradnjo stavb (1,1 milijarde evrov) in gradnjo inženirskih objektov (1,2 milijarde evrov). Za tekočo dejavnost graditve stavb in inženirskih gradenj in za vso že zgrajeno infrastrukturo, ki jo je treba redno vzdrževati, si mora gradbeništvo zagotoviti ustrezen gradbeni material. Mineralne surovine, predvsem mineralni agregati, so bistvenega pomena za gradbeništvo. V prispevku bomo namenili poudarek pridobivanju mineralnih agregatov za potrebe gradbeništva v Sloveniji in še posebno pridobivanju mivke, peska in proda po Zakonu o rudarstvu ter odvzemanju naplavin po Zakonu o vodah. 296 2'MINERALNE SUROVINE IN GRADBENIŠTVO Vlada Republike Slovenije je aprila 2009 sprejela Državni program gospodarjenja z mineralnimi surovinami - splošni načrt [Program, 2009], temelječ na Zakonu o rudarstvu, ki v preambuli določa, da sledi osnovnemu cilju, ki je: »gospodarjenje, ki vodi k zagotavljanju mineralnih surovin ter ohranjanju dostopnosti naravnih virov prihodnji generaciji po načelih posebno pomemben, saj do njegovega sprejetja nadomešča državno rudarsko strategijo, ki jo predvideva Zakon o rudarstvu [Zakon, 2014] v drugem odstavku 154. člena. Obenem državni načrt v prilogi vsebuje kartografski prikaz vseh nahajališč mineralnih surovin s koncesijo v Sloveniji v merilu 1 : 500.000 (http://www.energetika-portal.si/ Mineralni proizvod Ogljik (kg COj/l) Energija (kWh/t) beton 0,95 1,76 pesek in prod (gramoz) 4,28 8,30 kamen 4,32 9,70 asfalt 34,40 98,11 Preglednica 1 • Ogljični odtis in porabljena energija na tono tipičnega gradbenega proizvoda, ki uporablja mineralne agregate (povzeto po [Mitchell, 2012) - podatki za leto 2008) trajnostnega razvoja«. Državni program v 3. odstavku točke 4.7 »Organizacija mreže lokacij pridobivanja mineralnih surovin za gradbeništvo« (str. 28) določa, »da morajo biti lokacije oziroma koncentracije lokacij mineralnih surovin za gradbeništvo znotraj transportnega radija prodaje (večinoma med 20 in 30 km), da morajo imeti dovolj zalog (vsaj za 15 let) in da morajo imeti zadostno letno proizvodnjo (najmanj 30.000 m3 raščene mineralne surovine)«. Država podeljuje za izkoriščanje mineralnih surovin skladno z Zakonom o rudarstvu posameznim nosilcem rudarske pravice, ki morajo izdelati svoj program izkoriščanja. Državni program izkoriščanja je dvodelen, saj ob splošnem načrtu predvideva še načrte gospodarjenja s posameznimi mineralnimi surovinami oziroma skupinami mineralnih surovin - splošni načrt je predvidel 6 skupin, med njimi mineralne surovine za gradbeno industrijo in mineralne surovine za gradbeništvo. Državni program gospodarjenja z mineralnimi surovinami - splošni načrt je kot dokument še fileadmin/dokumenti/publikacije/dp min sur/karta msrp.pdf). Mineralne surovine za gradbeništvo so prikazane s trikotnim znakom in so neenakomerno in razpršeno porazdeljene po Sloveniji, kar seveda takoj odpira vprašanje umeščanja novih lokacij v prostor in sanacije obstoječih lokacij po prenehanju izkoriščanja. Zasnova prostorskega razvoja območij mineralnih surovin [UIRS, 2002] predlaga delitev mineralnih surovin glede na njihovo uporabnost in tako ob energetskih surovinah (premog, nafta, plin, uranova ruda ...) pozna tri vrste mineralnih surovin: kovinske, nekovinske in druge nekovinske mineralne surovine. Med nekovinske mineralne surovine se uvrščajo surovine za industrijo gradbenega materiala (lončarska in opekarska glina, naravni kamen, fliš in lapor za cement, apnenec za apno) in surovine za gradbeništvo (prod, grušč, pesek, mivka, ilovica, tehnični kamen). V nadaljevanju razprave se bom omejil le na mineralne agregate kot bistveni gradbeni material, saj so agregati zrnat material, ki se uporablja tako pri gradnji stavb kot pri inženirskih gradnjah. Agregati predstavljajo enega osnovnih materialov v gradbeništvu. Prostorninski delež agregata v betonih je med 60 % in 80 % [Mehta, 2014], v asfaltih med 80 % in 85 % [ZAS, 2016] in v nevezanih plasteh 100 % - masni deleži so zelo povezani z vrsto kamnine v agregatu, zato navajamo prostorninske deleže. Agregati so lahko naravni, umetni ali reciklirani. Naravni agregat je mineralna surovina, pridobljena v naravnem okolju s samo mehansko (procesno) pridelavo in/ali predelavo (mletje, drobljenje ...), kar lahko zahteva veliko porabo energije za njihovo pridelavo in predvsem predelavo (preglednica 1). V svetu prevladuje uporaba naravnih agregatov. Beton je gradbeni material in predstavlja v svetovnem merilu najbolj uporabljeno vrsto gradbenega materiala, kar velja tudi za Slovenijo [Gligic, 2011]. Zaradi vse bolj izrazitih podnebnih sprememb, ki so posledica povečanih izpustov toplogrednih plinov, je treba za njihov nadzor in zmanjšanje poskrbeti tudi s pridobivanjem gradbenih materialov. Pri tem je zelo pomemben ogljični odtis, ki meri emisije (izpuste) CO2 in drugih toplogrednih plinov pri njihovi proizvodnji (enota tona CO2 na enoto proizvoda). Za proizvodnjo betona ob mineralnem agregatu potrebujemo tudi cement in proizvodnja cementa prispeva 5 % globalnih letnih emisij CO2 [CEMBU-REAU, 2013]. Za beton velja, da je delna ali popolna zamenjava enega od njegovih sestavnih delov, tj. cementa Portland, bistvena za zmanjšanje emisij CO2 in porabe energije, ki jo zahteva njegova proizvodnja [Monteiro, 2017]. Mitchell [Mitchell, 2012] navaja tipične vrednosti ogljičnega odtisa in porabljene energije na tono gradbenega proizvoda (preglednica 1). Negativni prizvok zaradi vplivov na okolje je mogoče pri betonu in betonskih konstrukcijah bistveno zmanjšati zaradi dolge življenjske dobe tega materiala in konstrukcij ter možnosti ponovne uporabe (recikliranja materiala v smislu krožnega gospodarjenja z naravnimi viri). 3*PROIZVODNJA MINERALNIH SUROVIN 3.1 Svetovna proizvodnja mineralnega agregata Mineralni agregat v obliki drobljenca, tolčenca, peska ali mivke je le ena od vrst mineralnih surovin, ki so v svetovnem merilu izredno pomembna osnova za gospodarski razvoj. Britanski geološki zavod (British Geological Survey) že od leta 1913 zbira podatke o svetovni proizvodnji mineralnih surovin in jih letno objavlja v poročilih za petletno obdobje. V najnovejšem poročilu za obdobje 2011-2015 so zbrani podatki o svetovni proizvodnji več kot 70 različnih mineralnih surovin v svetovnem merilu, med drugim tudi za premog, naravni plin in redke kovine ter druge mineralne surovine [BGS, 2017]. V tem poročilu Britanski geološki zavod posebej za Evropo navaja podatke za obdobje 2011-2015 po posameznih državah za proizvodnjo cementa in agregata. 297 Matjaž Mikoš •REČNI SEDIMENTI IN MINERALNI AGREGATI V GRADBENIŠTVU država 2011 2012 2013 2014 2015 Slovenija pesek in gramoz 1.899.770 1.707.455 2.143.013 2.799.006 2.943.870 kamen 9.626.791 7.557.431 7.067.895 8.123.587 8.108.113 Avstrija pesek in gramoz 35.507.353 31.285.739 30.123.970 30.276.160 29.487.409 kamen 26.866.150 26.348.996 25.973.740 26.946.973 25.309.156 Hrvaška pesek in gramoz 5.012.106 4.345.920 3.779.919 3.496.693 3.544.899 Švica pesek in gramoz 51.940.000 49.870.000 49.480.000 53.940.000 49.368.000 kamen 2.432.977 2.328.758 2.445.464 2.401.627 2.463.037 Evropa - vsota 2.578.000.000 2.296.000.000 2.214.000.000 2.188.000.000 2.157.000.000 delež Slovenije 4,47 %o 4,04 %o 4,16 %o 4,99 %„ 5,12 %o Preglednica 2 • Proizvodnja mineralnega agregata v tonah za izbrane evropske države (Vir: [BSG, 2017], str. 84-85) država 2011 2012 2013 2014 2015 Slovenija 760.000 745.000 614.000 706.000 706.000 Avstrija (prodaja) 4.291.449 4.162.406 3.967.440 4.048.146 4.175.987 Hrvaška 2.578.017 4.255.014 4.543.358 4.670.807 4.498.264 Švica in Liechtenstein 4.687.138 4.395.084 4.563.931 4.583.355 4.219.466 Evropa - vsota 272.000.000 252.000.000 248.000.000 249.000.000 248.000.000 delež Slovenije 2,79 %o 2,96 %o 2,48 %o 2,84 %o 2,85 %o Preglednica 3 • Proizvodnja cementa v tonah v izbranih evropskih državah (Vir: [BSG, 2017], str. 87) Zbrani podatki za Slovenijo in izbrane primerljive evropske države za proizvodnjo dveh vrst mineralnih agregatov v obdobju 2011-2015 so prikazani v preglednici 2 in enako za cement (cementni klinker) v preglednici 3. Podatki za svetovno merilo so večinoma plačljivi, ocene na spletu so različne glede na leto objave in vir, saj se svetovni trg hitro spreminja. Leta 2015 je bil največji trg za gradbeni agregat Azija in območje Pacifika (47,9 %), sledili sta Severna Amerika (21,5 %) in Evropa (18,0 %) [Research and Markets, 2016]. Napoved za leto 2019 govori o svetovnih potrebah po gradbenih agregatih v višini 51,7 milijarde ton ob ocenjeni 5,2-% letni rasti [World Cement, 2016] - upoštevane so vse vrste agregatov, tudi reciklirani agregati, npr. reciklirani betoni, elektrofiltrski pepel ali jalovine. 3.2 Izkoriščanje nekovinskih (mineralnih) surovin za potrebe gradbeništva v Sloveniji Dimkovski [Dimkovski, 2012] je v monografski obliki podal prvi izčrpni prerez površinskega izkoriščanja mineralnih surovin za gradbeništvo v Sloveniji in prikazal zatečeno stanje izkoriščanja mineralnih surovin za gradbeništvo kot tudi površinsko rudarjenje v polpreteklosti. V monografiji je predstavljenih in podrobno opisanih 160 aktivnih površinskih kopov kot tudi nekateri opuščeni kamnolomi in posamezna perspektivna nahajališča. V knjigi so podrobneje prikazane naslednje mineralne surovine in njihova nahajališča za tehnični kamen - apnenec, tehnični kamen - dolomit, tehnični kamen - silikatne kamnine ter prod in pesek; te surovine pa so tudi predmet obravnave v tem prispevku. Zaradi njihove razpršenosti po Sloveniji se odpira vprašanje njihovih okoljskih vplivov tako med obratovanjem (hrup, onesnaženje zraka in vode ...) kot po opustitvi dejavnosti. 3.3 Okoljski vplivi pridobivanja mineralnih agregatov V okviru ciljnega raziskovalnega projekta »Sonaravna sanacija okoljskih bremen kot trajnostna razvojna priložnost Slovenije - degradirana območja« so njegovi izdelovalci prvič sistematično evidentirali 194 degradiranih območij v Sloveniji v skupni površini 979 ha [Špes, 2012]. V javno evidenco so vključili območja, kjer so degradacijo povzročili industrija, vojaška dejavnost, transport ter infrastrukturne dejavnosti in rudarstvo. Evidentirana območja so prikazana v atlasu Kazalci okolja v Sloveniji pod rubriko TP02 Degradirana območja zaradi opuščene dejavnosti [TP02, 2017]. V monografiji o biotski raznovrstnosti in krajinski pestrosti Slovenije [MOP, 2001] je ugotovljeno, da so med vzroki sprememb in ogroženosti medkrajinske in znotrajkrajinske pestrosti različni posegi: »(...) številni kamnolomi, gramoznice, glinokopi in peskokopi razvrednotijo krajino, zlasti če gre za velike posege dominantnega videza; površinski kopi so redko sanirani, in tudi pri saniranih je bilo vsaj v preteklosti premalo upoštevano, da je treba v opuščenih kopih ohranjati novonastale življenjske prostore redkih in ogroženih vrst«. Posegi v prostor, namenjeni pridobivanju mineralnih agregatov, lahko imajo po koncu namenske rabe tudi drugačne vplive na okolje - z ustrezno sanacijo lahko postanejo okoljsko in habitatno nova mokrišča. Mokrišča so lahko namreč naravnega ali tudi antropo-genega izvora in so del narave, ki so redno zadostno preplavljena s površinsko ali podzemsko vodo, da lahko omogočajo razširjenost rastlin in živali, ki za rast in razmnoževanje potrebujejo mokro ali občasno mokro okolje. Tako med mokrišča uvrščamo kot samostojne tipe tudi z vodo zalite gramoznice, peskokope in glinokope. Obseg mokrišč se v Sloveniji v zadnjih desetletjih zmanjšuje [Barborič, 2017] kljub večanju obsega območij Nature 2000 v Sloveniji [Uredba, 2004a], ki skladno z uredbo o posebnih varstvenih območjih danes obsega 355 območij na podlagi evropske direktive o habitatih in evropske direktive o pticah ter pokriva 37,16 % površine Slovenije [Natura, 2017]. Primerna mesta za odvzem mineralnih agregatov so zagotovo pomemben element načrtovanja 298 stroškov gradbenih podjetij in navsezadnje tudi njihove konkurenčnosti na trgu, če imajo zagotovljena mesta za proizvodnjo (pridobivanje) gradbenega materiala. Za primer navedimo drobirski tok v Logu pod Mangartom novembra 2000. Za načrtovane gradbene ukrepe za odpravo posledic in sanacijo razmer je posebni zakon [Zakon, 2000] med interventnimi ukrepi v drugem členu navedel tudi: »(...) odvzem kamenja za vgradnjo v varovalne in sanacijske objekte na prizadetem območju na lokacijah, ki jih s posebnim predpisom določi minister, pristojen za okolje in prostor, po predhodno pridobljenem soglasju lokalne skupnosti«. Vzrok takega ravnanja je bilo dejstvo, da širše na območju celotnega Zgornjega Posočja ni bilo kamnoloma, v katerem bi lahko izvajalci varovalnih in sanacijskih del pridobili gradbeni kamen za vgradnjo v načrtovane objekte. Prevelike transportne razdalje niso gospodarne in podražijo gradbena dela. 4*PROIZVODNJA ASFALTNIH ZMESI IN BETONA Kot je predhodno navedeno, je v asfaltnih zmeseh visok delež mineralnih agregatov. Vsako nihanje v proizvodnji in porabi asfaltnih zmesi se neposredno prenese na potrebe po mineralnih agregatih. Standarde za agregate, ki so primerni za asfaltne zmesi, povzema strokovna monografija ASFALT 3 [ZAS, 2016] v poglavju 13.1 in jih v tem prispevku ne bomo obravnavali. Svetovna proizvodnja asfaltnih zmesi je med 650 in 700 milijoni ton na leto. V preglednici 4 prikazujemo letno proizvodnjo hladnih in vročih asfaltnih zmesi v izbranih državah Evrope (Avstrija, Hrvaška, Švica) in v Sloveniji. Opazimo lahko velika nihanja v proizvedenih količinah v Sloveniji, s presežkom proizvodnje v letu 2008, ko je bilo v Sloveniji proizvedenih 2,637 milijona ton asfaltnih zmesi, kar je v evropskem merilu pomenilo 7,80 %o celotne evropske proizvodnje. Sledil je strm padec na manj kot 4 %0 v letih 2011-2013, ko se je začela letna proizvodnja počasi povečevati proti 1,5 milijona ton letno, kar znaša okoli 5 %o evropske proizvodnje. Tudi v Evropi je proizvodnja po letu 2008 upadla (indeks 0,825 leta 2015). V letu 2015 je bilo za proizvedene asfaltne zmesi v Sloveniji (1,578 mio. ton) porabljenih 1,25 mio. ton karbonatnih in 0,27 mio. ton silikatnih zmesi kamnitih zrn - agregati so predstavljali več kot 96 % mase proizvedenih asfaltnih zmesi; veliko agregatov je bilo uvoženih v ta namen. Iz prikazanega pregleda proizvodnje dokončanega betona v izbranih evropskih državah (preglednica 5) lahko vidimo, da v zadnjih letih proizvodnja v Evropi nazaduje in se je ustalila pri količini 0,5 m3 betona na prebivalca. Avstrija in Švica imata zelo stabilno letno proizvodnjo in nadpovprečno proizvodnjo v evropski primerjavi (Avstrija 1,2 m3 in Švica celo 1,5 m3 na prebivalca). Oce-njena količina za Slovenijo kaže na upad proizvodnje po letu 2011 ob še vedno nadpovprečni proizvodnji 1,2 m3 na prebivalca. Pri tem velja navesti dejstvo, da je v Sloveniji večina betona narejena iz drobljenega agregata in le manjši del iz rečnega proda. država 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Slovenija 2,1 2,6 2,3 1,8 1,3 1,1 1,1 1,4 1,6 Avstrija - 9,5 9,0 8,2 8,0 7,2 7,0 7,2 7,2 Hrvaška - 4,2 3,2 2,7 2,6 2,5 2,8 2,3 2,2 Švica - 5,3 4,4 4,3 5,4 4,8 4,8 6,5 6,5 Evropa -vsota - 338,0 326,9 309,3 324,3 276,4 277,3 263,7 278,8 delež Slovenije - 7,80 %o 7,04 %o 5,82 %o 3,93 %o 4,00 %o 3,80 %o 5,33 %o 5,66 %o Preglednica 4 • Proizvodnja hladnih in vročih asfaltnih zmesi v milijonih ton v izbranih državah Evrope ([EAPA, 2017), str. 3) in v Sloveniji (Vir: podatki članov Združenja asfalterjev Slovenije - [ZAS, 2017)) Država (m3 per capita) 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Slovenija - - - 2,7 (1,3) 2,6 (1,3) 2,2 (1,1) 2,5 (1,2) 2,5 (1,2) Avstrija 11,5 (1,4) 10,3 (1,2) 10,2 (1,2) 10,6 (1,3) 10,6 (1,3) 10,5 (1,2) 10,0 (1,2) 10,5 (1,2) Češka 9,6 (0,9) 7,3 (0,7) 6,4 (0,6) 7,5 (0,7) 6,9 (0,7) 6,5 (0,6) 6,5 (0,6) 6,5 (0,6) Slovaška 3,7 (0,7) 2,6 (0,5) 2,4 (0,4) 2,3 (0,4) 1,9 (0,3) 1,7 (0,3) 1,6 (0,3) 1,9 (0,4) Švica 12,1 (1,6) 12,1 (1,6) 12,1 (1,6) 12,5 (1,6) 13,0 (1,6) 12,0 (1,5) 12,0 (1,5) 12,0 (1,5) Evropa - vsota 368,1 (0,8) 291,7 (0,7) 274,5 (0,6) 273,2 (0,6) 236,8 (0,5) 217,7 (0,5) 216,0 (0,5) 214,8 (0,5) delež Slovenije - - - 9,9 %o 11,0 %o 10,1 %o 11,6 %o 11,6 %o Opomba: Proizvodnja v Sloveniji je preračunana iz podatkov proizvodnje cementa in ob predpostavki o povprečni porabi 285 kg cementa na m3 betona (podatek velja za povprečje Evropske unije). Preglednica 5 • Proizvodnja betona v izbranih državah Evrope ([ERMCO, 2011), [ERMCO, 2014), [ERMCO, 2016)) in v Sloveniji (Vir: podatki članov Združenja asfalterjev Slovenije - [ZAS, 2017)) - enota prikaza je milijon m3 betona (m3 na prebivalca) 299 Matjaž Mikoš •REČNI SEDIMENTI IN MINERALNI AGREGATI V GRADBENIŠTVU 5*NAPLAVINE KOT GRADBENI MATERIAL 5.1 Izračun višine rudarskih koncesij za odvzemanje peska in proda Zakon o rudarstvu [Zakon, 2014] določa, da je osnova za izračun rudarske koncesnine velikost pridobivalnega prostora in povprečna cena enote določene vrste mineralne surovine v Republiki Sloveniji, kjer je izračun povprečne cene mineralne surovine v trdem stanju predpisana enota kubični meter mineralne surovine v raščenem stanju. Leta 2011 je Vlada Republike Slovenije sprejela prenovljeno Uredbo o rudarski koncesnini in sredstvih za sanacijo [Uredba, 2011] in jo dopolnila leta 2013 [Uredba, 2013]. V uredbi je zapisan točkovalni sistem izračuna koncesnine, in sicer tako, da je pri površinskem izkoriščanju trdnih mineralnih surovin, kjer je pridobivalni prostor površinski kop, predvidenih 15.000 točk na hektar zemljišča (Priloga I: Tabela plačil za pridobivane prostore). K temu je treba dodati še plačilo za mineralne surovine, kjer je recimo za mineralne surovine za gradbeništvo predvideno plačilo v višini 30 % za mivko, pesek in prod ter 20 % za grušč in drobljenec, kar znese v točkah na 1 m3 surovine za mivko 324 točk, za pesek 63 točk, za prod 50 točk ter za grušč in drobljenec 30 točk (Priloga 2: Tabela plačil za mineralne surovine). Primer plačila koncesnine za odvzem 100.000 m3 proda, in sicer kot 1 m debele raščene plasti na površini 10 ha (100.000 m2): 10 ha x 15.000 točk/ha + 100.000 m3 x 50 točk/m3 = 5.150.000 točk. Vrednost točke je trenutno s predpisom postavljena na 0,009 EUR, kar bi v hipotetičnem primeru dalo letno koncesnino v višini 46.350 EUR. Preračunana vrednost rudarske koncesnine je 0,4635 EUR/ m3 odvzetega proda. Ker je vrednost točk za pesek nekoliko višja na m3 (63 namesto 50) kot pri produ, bi v hipotetičnem primeru odvzema 100.000 m3 peska bila potem rudarska kon-cesnina izračunana v višini 0,584 EUR/m3. Če bi na enako velikem pridobivalnem prostoru odvzeli 10-krat manj surovin, torej le 10.000 m3 proda ali peska, bi se višina rudarske koncesije na enoto povišala na 0,585 EUR/m3 za prod in na 0,7371 EUR/m3 za pesek - v obeh primerih gre za povišanje za približno 26 %. Ob pripravi uredbe o plačevanju rudarskih koncesnin [Uredba, 2011] je v gradivu Vlade RS z dne 24. 11. 2011 navedenih 238 koncesionarjev v rudarstvu, ki so vsi skupaj v proračun RS za leto 2009 plačali 1,25 milijona EUR, prav toliko tudi v proračune lokalnih skupnosti (delitev koncesnine v razmerju 50 : 50). Zakon o rudarstvu [Zakon, 2014] v 1. členu določa, da določila tega zakona ne veljajo za: »[...] raziskovanje in izkoriščanje mivke, peska in proda iz vodnih in priobalnih zemljišč«. V 2. členu je zapisana definicija: »3.2.4. Površinski kop je rudnik s površinskim izkoriščanjem mineralne surovine«, iz česar sledi, da kamnolomi, peskokopi in gramoznice predstavljajo površinsko pridobivanje mineralnih surovin po Zakonu o rudarstvu. Pridobivanje mineralnih surovin, kot so mivka, pesek in prod (gramoz) iz vodnih in priobalnih zemljišč ureja Zakon o vodah [Zakon, 2002], ki s predpisanimi pogoji dopušča splošno uporabo vode, ki je brezplačna. Med posebnimi uporabami voda ima prednost posebna uporaba vode za oskrbo s pitno vodo. Za posebno uporabo, med katero se uvršča tudi odvzem naplavin, je treba pridobiti vodno pravico na podlagi vodnega dovoljenja ali koncesije. Vodna pravica se vpiše v vodno knjigo. Za odvzem naplavin zakonodaja predvideva možnost pridobitve vodne pravice s podelitvijo koncesije. 5.2 Načrti upravljanja voda in odvzemanje naplavin Vpogled v Načrt upravljanja voda na vodnem območju Donave za obdobje 2016-2021 [Načrt, 2016a] in v Načrt upravljanja voda na vodnem območju Jadranskega morja za obdobje 2016-2021 [Načrt, 2016b] v povezavi z odvzemi naplavin pove: •Evidentirana sta 2 odvzema naplavin na vodnem območju Donave: Zgornja Sava -prodni zadrževalnik Majdičev Log (v mestu Kranj), Srednja Sava - Sava 2 (Hotič). • Evidentiranih je 7 odvzemov naplavin na vodnem območju Jadranskega morja: Soča - občina Tolmin, Soča pod Idrskim, Soča - Kamno, Soča pod Volarji, Soča pri Žvikarju, Bača - občina Tolmin, Tolminka -občina Tolmin. • Ugotovljeno je, da so vsi odvzemi locirani na rekah s prispevno površino, večjo od 10 km2, zato so v skladu z lastnimi merili analizirali vse aktivne lokacije odvzemov. •Za vsako vodno telo površinske vode (VTPV) so izračunali dolžinski delež struge s tovrstno obremenitvijo in rezultat analiz prikazali na publikacijski karti 4.7 Hidrološke obremenitve površinskih voda - mesta izvajanja vodnih pravic za odvzem naplavin. • S primerjavo ocenjenih podatkov o vrstah in jakostih obremenitev z oceno stanja vodnih teles površinskih voda so sklenili, da ni mogoče zanesljivo opredeliti pomembnih obremenitev zaradi odvzemanja naplavin (op.: ker delež struge z odvzemom naplavin ni večji od 10 % dolžine vodotoka). Resorno ministrstvo za področje voda, Ministrstvo za okolje in prostor RS (MOP), se je še pred pripravo načrtov upravljanja voda (NUV II) za obdobje 2015-2021 zavedelo, da ureditev načina odvzemanja naplavin v načrtih upravljanja voda (NUV I) za obdobje 2011-2015 ni rešena optimalno. V študiji Pregled pomembnih zadev upravljanja voda na vodnih območjih Donave in Jadranskega morja [MOP, 2014] izdelovalci ugotavljajo, da so bili v programu ukrepov za NUV I zapisani tudi ukrepi, kot so: 1. Odvzem naplavin zgolj na osnovi študije prodne bilance in na mestih, kjer odvzem ne ogroža stanja vrst in habitatnih tipov. 2. Dopolnilni ukrepi za preprečitev poslabšanja stanja (t. i. DUPPS) in drugi dopolnilni ukrepi (DDU) so: •Priprava predpisa o načinu in pogojih odvzema naplavin (DUPPS9.3) - ukrep zajema izdelavo predpisa o načinu in pogojih odvzema naplavin pri neposrednem koncesijskem odvzemu naplavin in pri odvzemu naplavin ter izhaja kot dodatna obveznost iz koncesijskega razmerja za proizvodnjo električne energije oz. za vzdrževanje vodotokov. Gre za nadomestitev Strokovnega navodila o načinu odvzemanja mivke, peska, proda in kamna [Navodilo, 1984]. •Vzpostavitev in izvajanje monitoringa pro-donosnosti (DDU16) - ukrep na podlagi preteklih meritev in analiz prodonosnosti ter kontinuiranega spremljanja nalaga ugotovitev, ali so struge vodotokov v dinamičnem ravnovesju oziroma ali se zaplavljajo ali poglabljajo. Na podlagi ugotovitev bo možna opredelitev nadaljnjih ukrepov. Rezultati bodo pomemben podatek tudi pri presoji vlog za pridobitev vodne pravice za odvzeme naplavin. Lahko samo počakamo, da se zgoraj navedene strokovne ugotovitve uresničijo v času izvajanja NUV II (2016-2021), saj se v času izvajanja NUV I (2011-2015) žal niso uresničile. 5.3 Podeljevanje koncesij za odvzemanje naplavin Odvzemanje naplavin iz slovenskih rek se je izvajalo kot gospodarska dejavnost že v preteklosti v skladu z vsakokratno veljavno 300 REČNI SEDIMENTI IN MINERALNI AGREGATI V GRADBENIŠTVU» Matjaž Mikoš vodnogospodarsko zakonodajo - npr. na reki Soči [Uredba, 2001]. Danes veljavni Zakon o vodah [Zakon, 2002] je v 72. členu (odvzemanje naplavin) določil: (1) Odvzemanje naplavin je dovoljeno le v obsegu in na način, ki bistveno ne spreminja naravnih procesov, ne ruši naravnega ravnovesja vodnih in obvodnih ekosiste-mov ali ne pospešuje škodljivega delovanja voda, na podlagi podrobnejšega načrta iz 60. člena tega zakona. (2) Naplavine se lahko odvzemajo v okviru izvajanja javne službe vzdrževanja vodnih in priobalnih zemljišč ali v okviru posebne rabe vodnega ali morskega dobrega iz vodnih objektov in naprav, namenjenih zadrževanju naplavin, ali z območij, namenjenih odvzemu naplavin. (3) Izvajalec javne službe iz prejšnjega odstavka ne plačuje vodnega povračila za odvzete naplavine, če se te uporabljajo za gradnjo in vzdrževanje vodne infrastrukture. (4) Če izvajalec javne službe naplavin, ki jih je odvzel sam ali pridobil skladno s 50. členom tega zakona, ne uporabi za opravljanje javne službe, lahko naplavine proda, razliko med prihodki od prodaje in stroški pridobitve naplavin pa nakaže v Sklad za vode. Leta 2008 je sprememba Zakona o vodah (ZV-1) oz. ZV-1A spremenila 72. člen tako, da se je glasil [Zakon, 2008]: (!) Odvzemanje naplavin je dovoljeno le v obsegu in na način, ki bistveno ne spreminja naravnih procesov, ne ruši naravnega ravnovesja vodnih in obvodnih ekosistemov ali ne pospešuje škodljivega delovanja voda. (2) Naplavine se lahko odvzemajo zaradi urejanja voda v okviru: ' izvajanja javne službe vzdrževanja vodnih in priobalnih zemljišč, ' posebne rabe vodnega ali morskega dobrega iz vodnih objektov in naprav, namenjenih zadrževanju naplavin, ali ' z območij, namenjenih odvzemanju naplavin, v okviru posebne rabe iz 5. točke prvega odstavka 136. člena tega zakona. (3) Izvajalec javne službe iz prejšnjega odstavka pripravi letni program odvze-manja in uporabe naplavin, ki ga potrdi ministrstvo. Odstranjevanje plavja in odvzemanje naplavin je treba pre-dnostno in redno zagotoviti na prodnih zadrževalnikih. (4) Za del naplavin, ki se uporabi za vgradnjo v vodno infrastrukturo, se ne plačuje vodno povračilo. (5) Izvajalec javne službe iz tretjega odstavka tega člena mora del naplavin, ki jih odvzame na podlagi potrjenega programa iz tretjega odstavka tega člena, odstopiti izvajalcu druge državne ali lokalne javne službe na njegovo zahtevo za namen izvajanja njegove javne službe proti plačilu stroškov odvzema naplavin. Preostale naplavine lahko izvajalec javne službe iz tega odstavka uporabi za lastne potrebe, jih proda ali v skladu s predpisi in na lastne stroške poskrbi za njihovo odložitev. Za prodane naplavine mora izvajalec javne službe iz tega odstavka plačati vodno povračilo in plačilo za vodno pravico v višini in na način, ki velja za plačilo za vodno pravico za odvzem naplavin Danes veljavni Zakon o vodah kljub spremembam po letu 2002 še vedno v svojem 136. členu določa, da je treba pridobiti koncesijo za uporabo vode za odvzem naplavin, razen če gre za opravljanje javne službe po tem zakonu. Koncesijo lahko pridobi fizična ali pravna oseba, ki izpolnjuje predpisane pogoje. Koncesija se podeljuje za določen čas, vendar ne več kot za 50 let. Koncesija se lahko na vlogo imetnika podaljša, če so izpolnjeni vsi pogoji, ki so ob izteku koncesije predpisani za njeno pridobitev. Koncesijo v imenu kon-cedenta podeljuje vlada skladno z določbami Zakona o vodah. Po sprejetju Zakona o vodah [Zakon, 2002] je skladno z zakonom v dveh letih sledilo sprejemanje uredb Vlade Republike Slovenije, ki so urejale koncesije za odvzemanje naplavin na točno določenih odsekih slovenskih vodotokov, in sicer: • v strugi reke Save Dolinke na območju občine Kranjska Gora [Uredba, 2003a]; • iz lovilnih jam na rekah Soči, Tolminki in Bači [Uredba, 2003b]; • iz reke Save na območju občine Litija na odvzemnih mestih, za katere je bilo pridobljeno pravnomočno uporabno dovoljenje [Uredba, 2004b]; • iz rek Save in Završnice iz zadrževalnikov proda na vplivnem območju HE Moste, HE Završnica in HE Mavčiče [Uredba, 2004c]; • iz prodnih zadrževalnikov na reki Savi Dolinki in reki Završnici [Uredba, 2004d]. Leta 2010 so sledile uredbe o dopolnitvah osnovnih uredb o koncesiji za odvzem na- plavin za večino mest z namenom prvega podaljšanja koncesije za imetnike te vodne pravice na osnovi njihove vloge [Uredba, 2010a; b; c; d] in leta 2016 še za odvzem naplavin iz prodnih zadrževalnikov na reki Savi Dolinki in reki Završnici [Uredba, 2016]. Večletni pregled odvzetih količin naplavin v slovenskih vodotokih je prikazan v preglednici 6. Poročilo [IzVRS, 2015] ugotavlja, da so na vodnem območju Donave (Sava, Drava, Mura s pritoki) količine letno odvzetih naplavin v desetletju močno narasle: z 77.000 m3 (2002) na 345.000 m3 (2012), število zavezancev za plačilo vodnega povračila pa s 5 na 9. Na vodnem območju Jadranskega morja (Soča s pritoki) je odvzem močno naraščal do leta 2007 (več kot 350.000 m3) in potem močno upadel (na okoli 50.000 m3 letno). Vzrok za ta padec je predvsem v zmanjšani aktivnosti gradbeništva. Koncesijske pogodbe za odvzem oz. izkoriščanje naplavin iz strug vodotokov obsegajo [IzVRS, 2014], str. 46: • odvzem in skladiščenje naplavin, • pripravo frakcij peska iz naplavin za gradbene namene in dajanje v promet posameznih frakcij peska, • urejanje in vzdrževanje objektov za dostop oziroma dovoz do mesta odvzema naplavin ter urejanje in vzdrževanje vodnih objektov na celotnem območju koncesije. Količina v koledarskem letu odvzetih naplavin na posameznem delu vodnega telesa reke, kjer se izvaja odvzem naplavin, ne sme presegati količin, ki so določene v načrtu izvajanja koncesije za odvzem naplavin. Količina naplavin za odvzem in čas izvajanja koncesije se določita v aneksu h koncesijski pogodbi, ki se sklene za obdobje koledarskega leta na podlagi načrta izvajanja koncesije za odvzem naplavin, ki ga do 31. decembra tekočega leta za naslednje leto pripravi ministrstvo, pristojno za vode. Letni načrt izvajanja koncesije za odvzem naplavin za naslednje leto mora biti usklajen z naravovarstvenimi smernicami, izdanimi po zakonu, ki ureja ohranjanje narave, in mnenjem po zakonu, ki ureja sladkovodno ribištvo. Tehnični nadzor nad izvajanjem načrta in načina odvzema naplavin opravlja ministrstvo, pristojno za vode [IzVRS, 2014], str. 69. Podrobnejši pregled veljavne zakonodaje s področja okolja, kamor se pod rubriko vodne pravice uvrščajo tudi koncesije za odvzem naplavin, je mogoče dobiti na spletnih straneh Ministrstva za okolje in prostor RS [MOP, 2017]. 301 Vodna pravica 2011 (m3) 2012 (m3) 2013 (m3) 2014 (m3) 2105 (m3) Napoved odvzema (m3) in leto odvzema Koncesija ali dovoljenje Zavezanec vodotok Način porabe 35503-31/2010 Izdelovanje betonskih elementov - Mešič Slavko, s. p. Mura odvzem 600 650 650 650 0 ni napovedi VGP Drava Ptuj, d. o. o. območje koncesije odvzem 0 0 3.055 0 0 ni napovedi VGP Novo mesto, d. d. območje koncesije odvzem 650 9.200 8.500 0 7.537 ni napovedi javna služba 650 1.200 500 0 7.537 INFRA, d. o. o. območje koncesije odvzem 266.434 229.161 10.439 10.061 15.962 ni napovedi javna služba 250.981 225.050 7.034 7.981 10.000 Hidrotehnik, d. d. območje koncesije odvzem 23.546 17.555 16.833 12.611 39.148 ni napovedi javna služba 23.546 13.555 16.833 12.611 39.148 35503-31/2010 PGM Hotič, d. o. o. Sava - Hotič odvzem 23.003 23.768 29.730 25.770 0 2 x 15.000 (2017) javna služba 225 0 0 0 0 Savske elektrarne Ljubljana Završnica - lovilna jama odvzem 0 0 0 0 0 ni napovedi 35503-30/2010 Savske elektrarne Ljubljana Sava - Majdičev Log odvzem 0 30.225 38.077 0 0 40.000(2016) VGP, d. d. območje koncesije odvzem 91.037 34.704 23.255 19.517 49.003 ni napovedi javna služba 72.423 23.123 15.384 11.238 34.903 35503-32/2010 Kolektor CGP, d. d. (CPNG) Soča-Doline odvzem 37.847 24.651 41.538 46.573 0 30.000 (2017) 35503-25/2010 Vladimir Jeklin, s. p. Soča-pod Kamnim odvzem 2.150 2.200 2.500 4.000 4.000 1.000(2017) 35503-24/2010 Avtoprevozništvo Robert Žagar, s. p. Soča - pri Žvikarju odvzem 4.700 10.000 6.600 9.746 4.080 5.000 (2017) javna služba 2.500 6.000 0 0 0 01406-7/2010 35503-29/2010 Avtoprevozništvo Damjan Petrica, s. p. Soča - pod Idrskim odvzem 1.707 2.830 4.400 270 2.122 1.248 1.050 4.000 (2017) 35503-29/2010 Vladimir Petrica javna služba 496 0 0 0 0 ni napovedi 35503-28/2010 Soške elektrarne Nova Gorica Tolminka-pri ČN odvzem 15.242 8.232 20.886 20.766 17.374 25.000 (2017) 35503-26/2010 Soške elektrarne Nova Gorica Bača - Bača pri Modreju odvzem 12.133 7.048 8.547 5.471 10.306 20.000 (2017) 35503-27/2010 ZUPROM, d. o. o. Soča-Volarje odvzem 2.300 1.740 1.750 1.780 2.100 1.000 (2017) 46501-37/01 Soške elektrarne Nova Gorica Soča - energetska raba odvzem 17.392 4.627 6.761 5.452 32.448 ni napovedi Slovenija vse lokacije odvzemov skupaj odvzem 501.571 408.431 221.243 163.645 183.008 40.000 (2016) 116.000 (2017) javna služba 350.821 268.928 39.751 31.830 91.588 > Opomba: • Podčrtane in okrepljeno so prikazane odvzete količine naplavin, ki so se uporabile za opravljanje vodarskih del koncesionarjev (javna služba)-zanje vodna povračila niso bila plačana. • Napoved odvzema je povzeta po Atlasu okolja (2017) in ni na voljo za vse lokacije in vse vrste odvzema. Preglednica 6 • Letne količine odvzetih naplavin v slovenskih vodotokih po Zakonu o vodah, 2002 (Vir: Atlas okolja in MOP, 2017) REČNI SEDIMENTI IN MINERALNI AGREGATI V GRADBENIŠTVU» Matjaž Mikoš 5.4 Višina vodnega povračila državi za odvzete naplavine Način izračuna koncesnin za odvzem naplavin v izdanih koncesijskih aktih je bil, kot sledi: 10 % povprečne tržne vrednosti 1 m3 frakcije peska velikosti 0/32 milimetra x letna količina naplavin. Delitev koncesnine med državo in občino je predpisano v razmerju 50 : 50 ali 40 : 60, izbira ni jasna. Imetnik vodne pravice mora v skladu s 124. členom ZV-1 za uporabo naplavin plačevati vodno povračilo, sorazmerno obsegu vodne pravice. Način zaračunavanja in plačevanja povračila za odvzem naplavin ureja posebna Uredba o vodnih povračilih [Uredba, 2002], dopolnjena leta 2007 [Uredba, 2007]. V skladu s 5. členom te uredbe se višina vodnega povračila določi na podlagi letnega obsega uporabe naplavin, ki jo določa vodna pravica. Vodno povračilo se izračuna kot zmnožek cene za osnovo vodnega povračila in podatkov o višini osnove, ki jih posreduje zavezanec. Osnova za obračun vodnega povračila je v skladu s 6. členom Uredbe o vodnih povračilih za uporabo naplavin količina odvzetih naplavin, izražena v kubičnih metrih. Vlada RS je s posebnim Pravilnikom o klasifikaciji vrst posebne rabe vode in naplavin [Pravilnik, 2015] določila v prilogi k pravilniku klasifikacijo vrst posebne porabe 6*ZAKLJUČKI Na osnovi predstavljenih dejstev lahko zaključimo: • Pridobivanje in proizvodnja gradbenih materialov, kot so mineralni agregati (pesek, prod, gramoz, kamen), cement, beton in asfalt, sta pomembna porabnika primarne energije in imata visok ogljični odtis, zato je v gradbeništvu pomembno stremeti h krožnemu gospodarjenju, premišljeni uporabi naravnih virov in večanju deleža recikliranih materialov. • Primerjava proizvodnje v Sloveniji s proizvodnjo v Evropi pokaže, da ima Slovenija največji delež v proizvodnji betona (več kot 11 %o), sledijo mu asfaltna zmes in mineralni agregati (več kot 5 %o), najmanjši delež v Evropi ima Slovenija pri proizvodnji cementa (cementnega klinkerja) (manj kot 3 %o). • Cena vodnega povračila za m3 odvzetih naplavin, ki jo plača koncesionar državi in lokalni skupnosti, je predvsem pri produ (gramozu) in pesku prenizka (3,11 EUR/ vode in uporabe naplavin ter merske enote, s katerimi se izrazi obseg posebne porabe vode ali uporabe naplavin. Za odvzeme naplavin (točka 14. v prilogi k pravilniku) je določena merska enota kubični meter (m3) kot že v prej navedeni Uredbi o vodnih povračilih. Vlada RS z vsakoletnim Sklepom o določitvi cene za osnove vodnih povračil za rabo vode, naplavin in vodnih zemljišč določi cene vodnih povračil za uporabo naplavin, nazadnje je to storila za leto 2017 [Sklep, 2016]. V prilogi k temu sklepu so pod točko 14. Odvzem naplavin navedene naslednje cene: odvzem proda (3,1 EUR/m3), odvzem mivke (13,9 EUR/m3) in odvzem proda in mivke brez razmejitve količin (13,9 EUR/m3). Tretja kategorija se je uvedla šele leta 2016, ceni za prvi dve kategoriji sta nespremenjeni od leta 2013, leta 2011 in 2012 je bila cena 2,7 EUR/ m3 in 12,1EUR/m3, leta 2010 še 2,4562 EUR/ m3 in 11,0166 EUR/m3 ter v letih 2007-2009 (po uvedbi evrske valute v Sloveniji) samo 1,2281 EUR/m3 odvzetega proda in 5,5083 EUR/m3 odvzete mivke. Če privzamemo, da mineralni agregat predstavlja med 60% in 80 % pripravljenega betona, je cena vodnega povračila, ki ga koncesionar plača državi, še vedno relativno nizka. Seveda je plačilo vodnega povračila odvisno od koncesionirane m3), čeprav se je med letoma 2002 in 2014 povišala za trikrat (najbolj v letu 2010; [IzVRS, 2015], str. 181-186) in je precej višja, kot je rudarska koncesnina za m3 pridobljenega proda ali peska v površinskem kopu (dobrih 0,5 EUR/m3). Če ceno agregata primerjamo s ceno betona, ki običajno presega 50 EUR/m3, je delež agregata v ceni prenizek glede na prostorninski delež tega materiala v betonu. • Delež rečnih sedimentov, ki se odvzemajo v rečnem okolju kot mineralni agregati za proizvodnjo gradbenega materiala, ni zanemarljiv: v obdobju 2011-2015 je bilo odvzetih 1,5 mio. m3 rečnih naplavin ob celotni proizvodnji peska in proda 11,5 mio. m3, kar je 13 %. Najbolj produktivno leto 2011 z več kot 0,5 mio. m3 odvzetih naplavin je dalo v tistem letu več kot 26 % vseh proizvedenih mineralnih agregatov. • Odvzemanje naplavin je treba postaviti na sodobne strokovne podlage. Posodobiti je prostornine odvzema naplavin, ki se v Sloveniji značilno vrti za eno odvzemno (koncesion-irano) mesto tipično med 1.000 m3 do nekaj 10.000 m3 letno (preglednica 6). Iz poročila [IzVRS, 2015], str. 213-217, o ekonomski analizi obremenjevanja voda sledi, da se je v obdobju 2005-2012 na vodnem območju Donave plačevalo vodno povračilo za odvzem naplavin okoli 40.000 EUR letno (ali manj) v sektorju industrije in občasno okoli 30.000 EUR letno (2010, 2012) v sektorju energetike. Na vodnem območju Jadranskega morja je bila višina vodnih povračil letno za sektor industrije praktično zanemarljiva (le okoli 3.000 EUR v letu 2005), več je bilo vodnih povračil v sektorju energetike (Soške elektrarne), in sicer med okoli 25.000 EUR (2006, 2007, 2008, 2011) in 80.000 EUR (leto 2009). Cena 1 m3 betona brez prevoza in vgradnje (franco betonarna) je v razponu med ca. 50 do 100 EUR, cena 1 m3 predelane (presejane in pakirane) odvzete rečne naplavine pa je v primeru odvzema pri Hotiču na reki Savi celo dražja: hotiška mivka, pesek ali prod, pakiran v vreče po 900 kg, je velikostnega reda 50 do 100 EUR/1000kg (http://pesek.si/). Seveda se tak agregat ne uporablja za pripravo betonov, ki so v Sloveniji večinoma pripravljeni iz drobljenih agregatov. treba Strokovno navodilo o načinu odvzemanja mivke, peska, proda in kamna iz leta 1984 [Navodilo, 1984]. Ta dokument se še vedno uporablja pri strokovnih izpitih v Inženirski zbornici za odgovorno projektiranje po Zakonu o graditvi objektov. Pri novih smernicah naj se upoštevajo sodobne geodetske tehnike (terestrična fotogrametrija, terestrično lasersko skeniranje, uporaba zračnega skeniranja z droni ...). • Podeljevanje koncesij za odvzemanje naplavin iz vodotokov (na prodiščih, v lovilnih jamah) naj temelji na prodnih bilancah vodotokov in v tem smislu naj se posodobijo vsebine načrtov upravljanja voda (NUV) v Sloveniji. Ocena okoljskega vpliva odvzemanja naplavin v vodotokih, ki temelji na deležu dolžine struge, na katerem se izvaja odvzem, je strokovno neustrezen, kot je že ugotovilo resorno ministrstvo [MOP, 2014]. • V okviru prenove hidrološkega monitoringa (projekt BOBER), ki ga izvaja Agencija Republike Slovenije za okolje, naj se smiselno umesti spremljanje premeščanja rinjenih plavin - monitoring prodonosno-sti (s pomočjo analize podatkov ADCP, 303 meritvami zaprojevanja in zamuljevanja akumulacij, zbiranjem in analizo podatkov o odvzemih naplavin), kar bi skupaj s posodobljeno analizo sproščanja in odplavljanja zemljin v povirnih delih slovenskih vodotokov podalo posodobljeno oceno prodne bilance slovenskih vodotokov. Odvzemanje naplavin po količini in zrnavosti naj bo nujno povezano z oceno prodne bilance in nadzorovano od države, da bodo dovoljene količine odvzemov tudi res spoštovane in vodna povračila res realna. • Analiza odvzetih količin naplavin kaže na velika nihanja med leti, kjer je največji vpliv zagotovo povečan ali zmanjšan dotok plavin iz zaledij (povirij) v hidrološko mokrih in suhih letih. Nihanja med leti so hidrološko pogojena in očitna. Usklajenost med odvzemi naplavin in urejanjem vodotokov je nujna, a v načrtih upravljanja voda na vodnem območju reke Donave in rek Jadranskega morja tega ni zaslediti. Morda tudi zato ni znano, da bi inšpektor, pristojen za vode, v skladu s svojimi pooblastili, do danes že kdaj prepovedal odvzem naplavin iz površinskih voda, ker so se te odvzemale v nasprotju z Zakonom o vodah. 7*ZAHVALA Članek je posvečen letošnji včlanitvi Fakultete za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani (UL FGG) v strokovno združenje Zveza asfalterjev Slovenije (ZAS; http://www.zdruzen- je-zas.si/). UL FGG je že članica strokovnega Združenja za beton Slovenije (ZBS; http://www. zabeton.si/). Analiza je bila sofinancirana iz raziskovalnega programa P2-0180 »Vodarstvo in geotehnika: orodja in metode za analize in simulacije procesov ter razvoj tehnologij«, ki ga financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS). 8'LITERATURA Atlas okolja, Ljubljana: Agencija Republike Slovenije za okolje, http://gis.arso.gov.si/atlasokolja/profile.aspx?id=Atlas_Okolja_AXL@Arso, 2017. Barborič, B., Mikoš, M., Zorn, M. Prostorske značilnosti rezultatov masovnega zajema 3R-podatkov hidrografije in dejanske rabe vodnih zemljišč v Sloveniji, Geodetski vestnik (poslano v objavo), 2017. BGS, British Geological Survey, Natural Environment Research Council (NERC), World Mineral Production 2011-2015. Keyworth: Nottingham, str. 87, https://www.bgs.ac.uk/downloads/start.cfm?id=3120, 2017. CEMBUREAU - The European Cement Association, The role of CEMENT in the 2050 LOW CARBON ECONOMY, Brussels, str. 64, https://cem-bureau.eu/media/1500/cembureau_2050roadmap_lowcarboneconomy_2013-09-01.pdf, 2013. Dimkovski, T., Pirc, C., Kemperle, C., Rokavec, D., Hotzl, M., Jurečič, M., Nahajališča nekovinskih mineralnih surovin v Sloveniji - Površinski kopi, II. del, Mineralne surovine za potrebe gradbeništva, Ljubljana: Geološki zavod Slovenije. Velenje: RGP - Rudarski gradbeni program, str. 226, 2012. EAPA, European Asphalt Pavement Association, Asphalt in figures 2015. Version 23-01 -2017, Brussels: str. 9, http://www.eapa.org/userfiles/2Z Asphalt%20in%20Figures/2016/AIF_2015_v6.pdf, 2017. ERMCO - European Ready Mixed Concrete Organization, Ready-mixed concrete industry statistics 2010, Brussels, str. 17, http://www.ermco. eu/publications/statistics/, 2011. ERMCO - European Ready Mixed Concrete Organization, Ready-mixed concrete industry statistics 2013, Brussels, str. 17, http://www.ermco. eu/publications/statistics/, 2014. ERMCO - European Ready Mixed Concrete Organization, Ready-mixed concrete industry statistics 2015, Brussels, str. 17, http://www.ermco. eu/publications/statistics/, 2016. Gligic, D., Zgodovinski pregled proizvodnje cementa in uporabe betona v Sloveniji, diplomska naloga št. 429, Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani, str. 102, http://drugg.fgg.uni-lj.si/1899/1/GRV_0429_Gligic.pdf, 2011. IzVRS, Inštitut za vode Republike Slovenije, Poročilo o delu Inštituta za vode Republike Slovenije, Programski sklop: I. Skupna EU politika do voda, Priprava in zagotovitev strokovnih podlag za izvajanje vodne direktive (2000/60/ES) - Integracija vsebin, vezanih na rabo voda, Ljubljana, str. 180, http://gis.arso.gov.si/related/evode/wfd/2014_I_01_01_9.pdf, 2014. IzVRS, Inštitut za vode Republike Slovenije, Letno poročilo o delu Inštituta za vode Republike Slovenije za leto 2013, Naloga: I/1/1/4.1 Zagotovitev popolnega povračila okoljskih stroškov in stroškov vode kot naravnega vira (3ED) - 1. in 2. del, Ljubljana, 2013. Mehta, P. K., Monteiro, P. J. M., Concrete: Microstructure, Properties, and Materials, 4th Ed. New York: McGraw-Hill, str. 704, 2014. 304 REČNI SEDIMENTI IN MINERALNI AGREGATI V GRADBENIŠTVU» Matjaž Mikoš Mikoš, M., Fluvial abrasion of gravel sediments - Field investigation of the River Alpine Rhine - experimental study in the abrasion set-up and mathematical modeling of the laboratory processes. Mitteilungen der VAW ETHZ 123: str. 322, https://www.ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/baug/vaw/vaw-dam/documents/das-institut/mitteilungen/1990-1999/123.pdf, 1993a. Mikoš, M., Fluvialna abrazija prodnatih plavin, Acta hydrotechnica 11(10), str. 107, 1993b. Mikoš, M., Fluvialna abrazija v prodonosnih vodotokih - I. del: Terensko raziskovanje procesov in njihov matematični opis. Gradbeni vestnik 43(3/4/5): 68-76, 1994a. Mikoš, M., Fluvialna abrazija v prodonosnih vodotokih - II. del: Laboratorijsko raziskovanje procesov in njihov matematični opis. Gradbeni vestnik 43(6/7/8): 136-144, 1994b. Mitchell, C. J., Aggregate Carbon Demand: The hunt for low-carbon aggregate. V: Hunger, E., Walton, G. (Eds.) Proceedings of the 16th Extractive Industry Geology Conference, EIG Conferences Ltd, pp. 93-99, https://eigconferences.squarespace.com/s/Mitchell-93-99.pdf, 2012. Monteiro, P. J. M., Miller, S. A., Horvath, A., Towards sustainable concrete. Nature Materials 16(7): 698-699, https://www.nature.com/nmat/ journal/v16/n7/full/nmat4930.html, 2017. MOP, Ministrstvo za okolje in prostor, Pregled stanja biotske raznovrstnosti in krajinske pestrosti v Sloveniji, Hlad, B. (ur.), Skoberne, P. (ur.). Ljubljana, ARSO, str. 224, http://www.arso.gov.si/narava/poroo0C4o08Dilao020in0020publikacije/, 2011. MOP, Ministrstvo za okolje in prostor, Pregled pomembnih zadev upravljanja voda na vodnih območjih Donave in Jadranskega morja, Ljubljana, str. 132, http://www.mko.gov.si/fileadmin/mko.gov.si/pageuploads/podrocja/voda/nuv_II/PZUV.pdf, 2014. MOP, Ministrstvo za okolje in prostor, Okolje - veljavni predpisi, http://www.mop.gov.si/si/zakonodaja_in_dokumenti/veljavni_predpisi/okolje/ zakon_o_vodah/, 2017. Načrt upravljanja voda na vodnem območju Donave za obdobje 2016-2021, Ljubljana, Vlada Republike Slovenije, str. 287, http://www.mop. gov.si/fileadmin/mop.gov.si/pageuploads/podrocja/voda/nuv_II/NUV_VOD.pdf, 2016a. Načrt upravljanja voda na vodnem območju Jadranskega morja za obdobje 2016-2021, Ljubljana, Vlada Republike Slovenije, str. 258, http:// www.mop.gov.si/fileadmin/mop.gov.si/pageuploads/podrocja/voda/nuv_II/NUV_VOJM.pdf, 2016b. Natura 2000 v Sloveniji, http://www.natura2000.si/index.php?id=45, 2017. Navodilo, Strokovno navodila o načinu odvzemanja mivke, peska, proda in kamna. Uradni list SRS 27, 1984. Pravilnik o klasifikaciji vrst posebne rabe vode in naplavin, Uradni list RS 24: 2678, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebi-na/121266, 2015. Program, Državni program gospodarjenja z mineralnimi surovinami - splošni načrt (DPGMN-SN), Ljubljana, Vlada Republike Slovenije, http:// www.energetika-portal.si/fileadmin/dokumenti/publikacije/dp_min_sur/dp_spl_nacrt.pdf, 9. 4. 2009. Research and Markets, The Global Construction Aggregates Market - Key Trends and Opportunities to 2020, Dublin, 116 str., 2016. Sklep o določitvi cene za osnove vodnih povračil za rabo vode, naplavin in vodnih zemljišč za leto 2017, Uradni list RS 84: 12664, https:// www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/128855, 2016. SURS, Statistični urad Republike Slovenije, STATOPIS Statistični pregled Slovenije 2016, Ljubljana, str. 94, http://www.stat.si/StatWeb/File/ DocSysFile/9199/statopis-2016.pdf, 2016. Sternberg, H., Untersuchungen über Längen- und Querprofil geschiebeführender Flüsse. Zeitschrift für Bauwesen 25: 483-506, 1875. Špes, M., Krevs, M., Lampič, B., Mrak, I., Ogrin, M., Plut, D., Vintar Mally, K., Vovk Korže, A., Sonaravna sanacija okoljskih bremen kot trajnostno razvojna priložnost Slovenije, Degradirana območja: [Ciljni raziskovalni program (CRP) »Konkurenčnost Slovenije 2006-2013«] : zaključno poročilo, Ljubljana, Oddelek za geografijo Filozofske fakultete Univerze v Ljubljani, str. 66, 2012. TP02, Degradirana območja zaradi opuščene dejavnosti - Kazalci okolja v Sloveniji. Ljubljana: ARSO, MOP, http://kazalci.arso.gov. si/?data=indicator&ind_id=508, 2017. UIRS, Urbanistični inštitut Republike Slovenije, PROSTOR SI 2020, Zasnova prostorskega razvoja območij mineralnih surovin - končno recen-zirano poročilo, Ljubljana, Št. UI naloge 2113, str. 70, http://www.mop.gov.si/fileadmin/mop.gov.si/pageuploads/podrocja/prostorski_razvoj/ prostor2020/4_5_dokument.pdf, 2002. Uredba o koncesijah za gospodarsko izkoriščanje naplavin iz struge reke Soče, Uradni list RS 99, 10120, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/33649, 2001. Uredba o vodnih povračilih, Uradni list RS 103, 11607, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/2002-01 -5136?sop=2002-01 -5136, 2002. 305 Matjaž Mikoš •REČNI SEDIMENTI IN MINERALNI AGREGATI V GRADBENIŠTVU Uredba o koncesiji za odvzem naplavin v strugi reke Save Dolinke na območju občine Kranjska Gora, Uradni list RS 67, 10383, https://www. uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/44251, 2003a. Uredba o koncesiji za odvzem naplavin iz lovilnih jam na reki Soči, Tolminki in Bači, Uradni list RS 67, 10385, https://www.uradni-list.si/ glasilo-uradni-list-rs/vsebina/44252, 2003b. Uredba o posebnih varstvenih območjih (območjih Natura 2000),. Uradni list RS 48, 6409, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/ vsebina/2004-01 -2277?sop=2004-01 -2277, 2004a. Uredba o koncesiji za odvzem naplavin iz reke Save na območju Občine Litija na odvzemnih mestih, za katere je bilo pridobljeno pravnomočno uporabno dovoljenje, Uradni list RS 74, 8964,: https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/50099, 2004b. Uredba o koncesiji za odvzem naplavin iz reke Save in Završnice iz zadrževalnikov proda na vplivnem območju HE Moste, HE Završnica in HE Mavčiče, Uradni list RS 83, 10082, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/50551, 2004c. Uredba o koncesijah za odvzem naplavin iz prodnih zadrževalnikov na reki Savi Dolinki in reki Završnici, Uradni list RS 83, 10084, https:// www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/50552, 2004d. Uredba o spremembah in dopolnitvah Uredbe o vodnih povračilih, Uradni list RS 122,17858, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/ vsebina/2007-01-6173?sop=2007-01-6173, 2007. Uredba o dopolnitvah Uredbe o koncesiji za odvzem naplavin iz reke Save in Završnice iz zadrževalnikov proda na vplivnem območju HE Moste, HE Završnica in HE Mavčiče, Uradni list RS 102, 15890, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/101236, 2010a. Uredba o dopolnitvah Uredbe o koncesiji za odvzem naplavin iz reke Save na območju Občine Litija na odvzemnih mestih, za katere je bilo pridobljeno pravnomočno uporabno dovoljenje, Uradni list RS 102, 15891, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/101237, 2010b. Uredba o spremembah Uredbe o koncesiji za odvzem naplavin iz lovilnih jam na reki Soči, Tolminki in Bači, Uradni list RS 102, 15891, https:// www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/101238, 2010c. Uredba o spremembah Uredbe o koncesijah za gospodarsko izkoriščanje naplavin iz struge reke Soče, Uradni list RS 102, 15892, https:// www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/101239, 2010d. Uredba o rudarski koncesnini in sredstvih za sanacijo, Uradni list RS 91, 11854, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/2011-01 -3915?sop=2011 -01 -3915, 2011. Uredba o spremembah in dopolnitvah Uredbe o rudarski koncesnini in sredstvih za sanacijo, Uradni list RS 57, 6662, https://www.uradni-list. si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina?urlid=201357&stevilka=2242, 2013. Uredba o spremembah in dopolnitvi Uredbe o koncesijah za odvzem naplavin iz prodnih zadrževalnikov na reki Savi Dolinki in reki Završnici, Uradni list RS 68, 9452, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina/128129, 2016. Zakon o ukrepih za odpravo posledic plazu Stože v Občini Bovec in plazov večjega obsega, nastalih na območju Republike Slovenije po 15. oktobru 2000 (ZUPSB), Uradni list RS 124, 13699, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebina?urlid=2000124&stevilka=5209, 2000. Zakon o vodah, Neuradno prečiščeno besedilo 7, http://www.pisrs.si/Pis.web/pregledPredpisa?id=ZAKO1244, 2002. Zakon o spremembah in dopolnitvah Zakona o vodah (ZV-1A), Uradni list RS 57, 6199, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/vsebin a?urlid=200857&stevilka=2417, 2008. Zakon o rudarstvu (uradno prečiščeno besedilo), ZRud-1-NUPB3, Uradni list RS 14, 1373, https://www.uradni-list.si/glasilo-uradni-list-rs/ vsebina/2014-01 -0381 ?sop=2014-01 -0381, 2014. ZAS, Združenje asfalterjev Slovenije, ASFALT, 3. izdaja, Ljubljana, str. 404, 2016. ZAS, Združenje asfalterjev Slovenije, Proizvodnja asfaltnih zmesi v letu 2016, Ljubljana, http://www.zdruzenje-zas.si/index.php/si/proizvodnja, 2017. World Cement, World demand for construction aggregates to reach 51.7 billion t, 18. 3. 2016, https://www.worldcement.com/europe-cis/18032016/world-demand-construction-aggregates-billion-717/, 2016. 306 EKSPERIMENTALNO SPREMLJANJE ZGODNJEGA OBLIKOVANJA STRUKTURE CEMENTNIH PAST • Nina Vogrič, Igor Planinc, Gregor Trtnik EKSPERIMENTALNO SPREMLJANJE ZGODNJEGA OBLIKOVANJA STRUKTURE CEMENTNIH PAST EXPERIMENTAL MONITORING OF EARLY FORMATION OF CEMENT PASTE STRUCTURE 6 Mitre Passage, Greenwich Peninsula, Velika Britanija prof. dr. Igor Planinc, univ. dipl. inž. grad. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova 2, Ljubljana doc. dr. Gregor Trtnik, univ. dipl. inž. grad. Igmat, d. d., Inštitut za gradbene materiale, Polje 351 c, Ljubljana Povzetek | V prispevku so prikazani rezultati eksperimentalnih meritev dveh naprednih neporušnih metod za spremljanje zgodnjega oblikovanja strukture cementnih past. Prva neporušna metoda je zasnovana na merjenju hitrosti prehoda vzdolžnih ultrazvočnih valov vP, druga pa na merjenju električne prevodnosti C. Rezultati meritev so prikazani za šest različnih cementnih past, ki so se razlikovale v velikosti vodocementnega razmerja in uporabljenem tipu cementa. Z analizo prikazanih eksperimentalnih rezultatov je bilo ugotovljeno, da je na značilnih krivuljah vP - fin C - t nedvoumno prepoznavnih pet časovnih obdobij z značilnimi točkami. S kombinacijo rezultatov meritev obeh neporušnih metod začetkov in koncev časovnih intervalov oziroma obdobij nedvoumno lahko prepoznamo začetek in konec obdobja vezanja cementnih past, pojav perkolacije trdne faze in deperkolacije z vodo nasičenih por ter trenutek najintenzivnejšega oblikovanja strukture cementnih past v zgodnjem hidratacijskem obdobju. Ključne besede: cementni materiali, hidratacija, oblikovanje strukture, ultrazvočne meritve, meritve električne prevodnosti Summary l The paper presents the possibility of using two advanced testing techniques for monitoring solidification process of cement pastes, namely ultrasonic wave transmission and electrical conductivity techniques. The development of the velocity of US longitudinal waves vP and electrical conductivity C with time tis measured on six cement pastes, which differed in water/cement ratio and cement type. It was shown that five characteristic time periods defined by different characteristic points appear on typical vP - tand C- tcurves. Using a combination of these measurements, the beginnings and ends of these time intervals can be effectively used to define various important phenomena that appear within the formation of structuring process of cement pastes, namely initial and final setting time, percolation of solid phases, depercolaction of water saturated pores, and the time of the most intensive solidification process of cement pastes. Keywords: Cement based materials, hydration, formation of structure, ultrasonic measurements, electrical conductivity measurements. Nina Vogrič, univ. dipl. inž. grad. Barry Griffiths Consulting, Ltd, ZNANSTVENI ČLANEK UDK 624.046:691.54(047.31) 307 Nina Vogrič, Igor Planinc, Gregor Trtnik^EKSPERIMENTALNO SPREMLJANJE ZGODNJEGA OBLIKOVANJA STRUKTURE CEMENTNIH PAST 1*UVOD S stikom cementa in vode se v materialih s cementnim vezivom (MCV) začnejo številne kompleksne kemijske reakcije, ki jih s skupnim imenom imenujemo hidratacija. Kot rezultati teh reakcij se tvorijo različni hidratacij-ski produkti, ki sestavljajo trdno fazo v strukturi MCV. V začetni fazi hidratacijskega procesa so nehidratizirana cementna zrnca bolj ali manj naključno in izolirano razporejena v zamesni vodi. S časom se delež hidratacijskih produktov povečuje do trenutka fPS, ko v strukturi MCV nastopijo prve povezave med t. i. skupki hidratizirajočih se cementnih zrn. Te začetne povezave hi-dratacijskih produktov imenujemo perkola-cija trdne faze [Ye, 2003]. Povečevanje deleža trdne faze najprej povzroči spremembo agregatnega stanja MCV iz tekočega v trdno, kar imenujemo vezanje MCV, nato pa povečevanje mehanskih lastnosti materiala, kar imenujemo strjevanje MCV. S povečevanjem deleža hidratacijskih produktov v strukturi MCV se zmanjšuje delež por. Ko so pri času fDP prekinjene vse povezave med omrežjem por, nastopi v strukturi MCV stanje, ki ga imenujemo deperkolacija por Temu stanju sledi faza nepovezanosti por v strukturi MCV. Perkolacija trdne faze in deperkolacija por vplivata na številne lastnosti MCV tako v svežem kot v strjenem stanju, zato je učinkovita detekcija teh dveh pojavov bistvenega pomena pri razumevanju zgodnjega oblikovanja strukture MCV. Podobno je za natančno modeliranje oblikovanja strukture MCV in razvoja njihovih lastnosti v zgodnjem 2.1 Osnovne lastnosti materialov in testnih mešanic V sklopu eksperimentalnih meritev zgodnjega oblikovanja strukture cementnih past smo uporabili dve vrsti cementa, ki sta se razlikovali predvsem po finosti mletja (preglednica 1). Za analizo smo pripravili šest različnih cementnih past oziroma testnih mešanic, ki so se razlikovale po že omenjeni vrsti uporabljenega cementa in velikosti vodocementnega (v/c) razmerja. Vse uporabljene mešanice z oznakami so prikazane v preglednici 2. obdobju ključnega pomena natančno poznavanje časovnih parametrov TPS in tDP. Neposredno eksperimentalno določanje perkolacije trdne faze, deperkolacije por in številnih drugih pojavov v procesu zgodnjega oblikovanja strukture MCV je zapleteno in običajno zahteva uporabo kompleksne in drage eksperimentalne opreme. Tako so se za določanje različnih lastnosti MCV v zgodnjem hidratacijskem obdobju v zadnjih letih razvile številne napredne neporušne merilne tehnike ([Trtnik, 2009], [Trtnik, 2013], [Trtnik, 2014], [Voigt, 2003]). Metoda prehoda vzdolžnih ultrazvočnih (UZ) valov in metoda električne prevodnosti sta le dve izmed mnogih. Pomemben del tega razvoja predstavlja tudi primerjava eksperimentalnih rezultatov, dobljenih z različnimi metodami, saj tako določimo najprimernejšo metodo za identifikacijo izbrane lastnosti MCV v zgodnjem hidratacij-skem obdobju. Poleg tega s tem ocenimo natančnost in zanesljivost novih neporušnih metod. Končni cilj vseh teh raziskav je implementacija novih naprednih neporušnih tehnik preizkušanja MCV v standarde in druge tehnične specifikacije. S tem bosta dosežena predvsem večja natančnost določitve in boljše razumevanje razvoja posameznih lastnosti MCV ter omogočena uporaba številnih merilnih tehnik neposredno na terenu na dejanskih gradbenih konstrukcijah. Kot ugotavljajo številni raziskovalci, z neporušnimi metodami dokaj natančno lahko ocenimo pomembne mejnike v procesu oblikovanja strukture MCV. Tako je sprememba hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov vP skozi Cementne paste smo pripravili v laboratoriju pri konstantnih in kontroliranih pogojih, tj. pri temperaturi okolice 20 ± 1 °C in relativni vlažnosti 60 %. Najprej smo v mešalnik dodali cement, nato smo med mešanjem postopno dodajali potrebno količino destilirane vode. Po zadnjem dolivanju vode je efektivno mešanje trajalo skupaj 5 minut. Ko je bila mešanica pripravljena, smo cementno pasto vgradili v kalup iz ekstrudiranega polistirena dimenzij v/š/d = 10/5/15 cm. Iz vsake mešanice smo pripravili po dva vzorca, kjer smo prvega MCV tesno povezana s stopnjo hidratacije cementa, z gibanjem vode v poroznem materialu in z zaznavanjem nastajanja različnih hidratacijskih produktov (npr. [Trtnik, 2015], [Panzera, 2011], [Reinhardt, 2011], [Voigt, 2005], [Robeyst, 2009]). Sprememba električne prevodnosti Cv strukturi MCV pa je odvisna predvsem od spreminjanja količine proste vode v odprti strukturi por. Ta se zaradi nastajanja nepovezanih por, ki so posledica nastajanja hidratacijskih produktov, v strukturi MCV zmanjšuje. Ker so tudi elektromagnetne lastnosti materiala različne v tekočem in trdnem stanju, tudi te lastnosti lahko uporabimo za ugotavljanje sprememb v mikrostrukturi MCV med procesom hidratacije [Van Breek, 2000]. V tem prispevku bomo z lastnimi eksperimenti analizirali korelacijo med rezultati metode prehoda vzdolžnih UZ-valov in električne prevodnosti cementnih past v zgodnjem hidratacijskem obdobju. S standardnimi meritvami osnovnih značilnosti cementnih past in vpeljavo značilnih časovnih obdobij oziroma točk na krivuljah časovnega spreminjanja merjenih fizikalnih veličin bomo ocenili primernost obeh metod za zaznavanje pomembnih mejnikov v procesu zgodnjega oblikovanja strukture MCV. Članek ima poleg uvoda in seznama literature še tri poglavja. V drugem poglavju predstavimo vse uporabljene merilne tehnike za spremljanje zgodnjega oblikovanja strukture MCV. Tretje poglavje je osrednje poglavje članka. V tem poglavju prikažemo vse rezultate eksperimentalnih meritev ter analiziramo natančnost in primernost obeh naprednih neporušnih metod za zgodnje spremljanje oblikovanja strukture cementnih past. V četrtem poglavju predstavimo glavne zaključke in ugotovitve raziskave. uporabili za UZ-meritve, drugega pa za meritve električne prevodnosti. Poleg osnovnih meritev smo dodatno v vseh primerih merili potek vezanja cementnih past s standardno Vicatovo metodo in spremembo temperature vzorca v celotnem časovnem obdobju opravljanja meritev. Morebitno izhlapevanje vode iz testnih vzorcev smo preprečili z namestitvijo plastičnih zaščitnih sredstev na površino testnih vzorcev. 2.2 UZ-metoda Pri UZ-metodi proizvaja značilne impulze vibracij elektroakustični oddajnik (oddajna sonda), električna vezja (sprejemna sonda) pa merijo čas, ki ga pulz potrebuje za prehod 2*TESTNI MATERIALI IN EKSPERIMENTALNE METODE 308 Oznaka cementa Vrsta cementa Vsebnost klinkerja Tlačna trdnost (28 dni) Finost mletja C1 CEM I 52,5 N-SR3 CE PM CP2 NF > 95 % > 50 N/mm2 > 2800 cm2/g C2 CEM I 52,5 N CE PM-CP2 NF > 95 % > 50 N/mm2 > 4000 cm2/g Preglednica 1 • Lastnosti uporabljenih cementov za pripravo cementnih past Oznaka mešanice v/c razmerje tip cementa C1 0,30 0,30 C1 C1 0,35 0,35 C1 C1 0,40 0,40 C1 C2 0,30 0,30 C2 C2 0,35 0,35 C2 C2 0,40 0,40 C2 Preglednica 2 • Osnovne mešanice cementnih past z oznakami skozi material oziroma testni vzorec. Med preiskavo z UZ-metodo opazimo vzdolžne, prečne in površinske valove, ki se hkrati širijo skozi vzorec. Ob tem so vzdolžni valovi najhitrejši, površinski pa najpočasnejši. V sklopu raziskave smo se osredotočili na merjenje hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov, ki jo izračunamo s preprosto enačbo (1) L kjer so: vP hitrost vzdolžnega valovanja [ ] ali [ ], L dolžina poti, ki jo valovanje opravi med oddajno in sprejemno sondo, ter T čas, ki ga valovanje porabi od oddajnika do sprejemnika. Za UZ-meritve smo uporabili komercialno dostopen instrument z ustreznimi modifikacijami [Trtnik, 2015], ki ga sestavljajo osrednja enota ter oddajne in sprejemne sonde premera 25 mm in frekvence 150 kHz. Obe sondi sta bili nameščeni na obe strani najkrajše dimenzije vzorca in približno 5 mm potisnjeni od roba kalupa v vzorec. S tem smo med opravljanjem meritev zagotovili dobro povezanost med sondama in vzorcem tudi med krčenjem materiala. Razdalja L med oddajno in sprejemno sondo je znašala L = 40 mm. Instrument je bil povezan z osebnim računalnikom, v katerega se s posebnim programskim orodjem samodejno beležijo in shranjujejo podatki v vnaprej predpisanih časovnih intervalih. Za to raziskavo smo podatke zapisovali vsakih 60 s, skupni čas merjenja za vsako testno mešanico pa je znašal približno 18 ur. 2.3 Metoda električne prevodnosti Električno prevodnost cementnih past oziroma mešanic smo merili z napravo ConSensor [Van Breek, 2000]. Napravo sestavlja sis- tem senzorjev, s katerimi primarno določamo tlačno trdnost MCV. To lahko izmerimo na dva načina: z metodo merjenja temperature in uporabo zrelostne funkcije ali z metodo električne prevodnosti. Naprava izmerjene rezultate pošilja na omrežje preko GPRS-oddajnika, potek meritev pa je tako mogoče spremljati preko spletne platforme. Pri merjenju električne prevodnosti cementne paste smo s posebnim programskim orodjem rezultate samodejno zapisovali v 10-minutnih časovnih intervalih. 2.4 Vicatova metoda Hkrati z meritvami zgodnjega oblikovanja strukture cementnih past z omenjenima neporušnima merilnima metodama smo potek vezanja cementnih past merili še s standardno Vicatovo metodo. Skladno s to metodo smo na posebej pripravljenih vzorcih v ustreznih časovnih intervalih merili globino prodora standardne igle v testni vzorec. Začetek vezanja cementne paste tzV je definiran kot čas, pri katerem razdalja med spodnjo površino vzorca in jekleno iglo meri 6±3 mm, konec vezanja tkV pa je določen tako, da vzorec obrnemo in merimo globino ugreza igle. Končni čas vezanja je določen kot čas, pri katerem je ta ugrez manjši od 1 mm. 2.5 Merjenje temperatur vzorcev med hidratacijo Da smo kontrolirali enakost pogojev oziroma enakost intenzitete hidratacijskega procesa, smo merili tudi temperaturo v središču vsakega preizkušanca. Med UZ-meritvami smo temperaturo merili z vgrajenim termočlenom in instrumentom Almemo. Temperature smo odčitali in shranili vsakih 60 s. Med meritvami električne prevodnosti pa merilni senzorji v 10-minutnem intervalu istočasno merijo in beležijo električno prevodnost in temperaturo preizkušanca. 3*REZULTATI MERITEV 3.1 Značilni obliki krivulj vP - t in C - t Številni raziskovalci (npr. [Schindler, 2002], [Ye, 2003], [Trtnik, 2009]) prikažejo rezultate eksperimentalnih meritev v obliki značilne krivulje razvoja hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov vp skozi cementno pasto v odvisnosti od časa t, ki jo označimo z vP - t. To krivuljo in izpeljano krivuljo vP' - t (kjer z vp' označimo numerični odvod hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov po času) za naše meritve prikazujemo na sliki 1a. Opazimo, da je krivulja vP - fsigmoidne (S) oblike z jasno določljivimi značilnimi točkami in petimi časovnimi intervali oziroma obdobji. V prvem intervalu praktično ne opazimo prehoda vzdolžnih UZ-valov skozi vzorec, kar je posledica ujetih zračnih mehurčkov v vzorcu ter s tem močne refleksije in dušenja vzdolžnih UZ-valov v MCV [Trtnik, 2014]. Na začetku drugega časovnega intervala, ki ga označimo s t2vP, opazimo hitro naraščanje hitrosti UZ-valov skozi vzorec, kar je verjetno kombinirana posledica oblikovanja faze Afm (iglic etringita), segregacije materiala, povečanja števila stikov med delci in premikanja zračnih mehurčkov proti površju vzorca zaradi gravitacije ([Reinhardt, 2004], [Mikulic, 2011], [Aggelis, 2011], [Ye, 2004]). Pri času tPT1 oziroma f3vP, ko na krivulji vp - t opazimo prvi ekstrem (lokalni minimum), se prične tretji časovni interval. V tem intervalu opazimo najintenzivnejše naraščanje hitrosti 309 UZ-valov skozi vzorec. Poudarimo, da čas začetka tretjega časovnega intervala dobro sovpada s časom perkolacije trdne faze tPS in začetkom vezanja MCV tzV ([Ye, 2003], (Trtnik, 2009]). Velja ocena: a) b) tpT1 = tvP ~ tps ~ t (2) Konec tretjega časovnega intervala oziroma začetek četrtega določa lokalni maksimum na krivulji vP' - t To točko označimo s PT2 (na sliki tPT2 = t4vP) in predstavlja konec obdobja najintenzivnejšega naraščanja hitrosti UZ-valov v MCV s časom. V četrtem časovnem intervalu se hitrost UZ-valov vP še vedno povečuje, vendar precej počasneje kot v tretjem časovnem intervalu. V petem časovnem intervalu, ki se začne pri času t5vP, se hitrost UZ-valov praktično ustali na nivoju največjih vrednosti. Podobno kot krivuljo spreminjanja hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov vP - ttudi krivu-ljo časovnega spreminjanja električne prevodnosti materiala, ki jo označimo s C-1 lahko razdelimo na pet časovnih intervalov oziroma obdobij. S polno črto smo na sliki 1b označili krivuljo C- t, s prekinjeno črto pa krivuljo C'- t, kjer smo s C' označili časovni numerični odvod električne prevodnosti. V prvem časovnem intervalu opazimo na krivulji C- t praktično konstantno električno prevodnost, nato pa na drugem časovnem intervalu rahlo linearno upadanje. Tu krivulja C- t izrazito spremeni naklon in preide v značilno sigmoidno obliko. V tretjem časovnem intervalu opazimo intenziven padec električne prevodnosti MCV. Ta se konča pri času tPT, ki predstavlja globalni minimum krivulje C-1. To je hkrati začetek četrtega časovnega intervala (f4C), v katerem se električna prevodnost MCV sicer še vedno zmanjšuje, vendar ne tako intenzivno kot v predhodnem časovnem intervalu. V zadnjem časovnem intervalu opazimo 3uou< 2!0U MlOfi-ISOO ' l 000 iao o 'j 2 i /i ! jj \ À i ' / \ 1 / t? idf A» '-'VM-ZN ■1ÎDD loou Iti KI «o ~ 400-1" 12 10' KI * Z C 4 tT Vi 1 Ï i I k 4 5 — C ---C pt A \ L u -2 -i "s £ ■i« * 6 Jt rim) Lf> IÏ 4 6 Jt rim) i: .12 Slika 1 • Značilni obliki krivulj spreminjanja hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov vP in električne prevodnosti C s časom t z oznakami časovnih intervalov in značilnih točk; (a) krivulji vP - t in vP' - t, (b) krivulji C - t in C'- t. dodatno zmanjšanje električne prevodnosti. Ta se spreminja linearno in s precej manjšo intenziteto. S primerjavo slik 1a in 1b opazimo, da velikosti in lege časovnih intervalov obeh značilnih krivulj v splošnem ne sovpadajo. To je pričakovano, saj se metodi fizikalno razlikujeta (glej poglavje 1) in posledično zaznavata različne pojave v procesu oblikovanja strukture MCV. Kljub tem razlikam pa lahko nedvoumno ugotovimo, da ugotovljeni časovni intervali na obeh značilnih krivuljah jasno predstavljajo obdobja različne intenzitete spreminjanja merjenih fizikalnih veličin oziroma različna obdobja in mejnike v procesu oblikovanja strukture MCV. Parametrično študijo in primerjavo med obema metodama oziroma rezultati obeh metod prikazujemo v nadaljevanju. 3.2 Parametrična študija 3.2.1 Vpliv sestave cementnih past na obliko krivulj vP - fin C -1 Na slikah 2 in 3 prikazujemo časovno spreminjanje hitrosti vzdolžnih UZ-valov vP in a) b) jnoo 3000-i 2100 2Î00- 2004- J/f 2000- £ I5IK) | lioo > 1000- -cio,î«J > 1000- 31» f-c l n^A 3« -ci 2C [h) C1 0,30 3,5 3,7 3,6 C1 0,35 5,5 7,8 5,9 C1 0,40 6,4 8,6 7,4 C2 0,30 2,1 3,5 2,4 C2 0,35 2,3 3,6 2,9 C2 0,40 3,0 4,2 3,2 Oznaka mešanice t,V [h) tPT2 [h) t3C [h) C1 0,30 6,0 8,3 6,6 C1 0,35 8,1 10,5 8,1 C1 0,40 9,0 11,6 8,2 C2 0,30 4,1 5,6 4,2 C2 0,35 4,5 6,8 4,7 C2 0,40 5,5 7,2 5,6 Preglednica 3 • Začetki vezanja, ki smo jih določili z Vicatovo metodo (tz,V), časi ekstremov na krivuljah vP' - t (tPT1) ter časi začetka drugega časovnega intervala na krivuljah C-1 (t2C) za vseh šest analiziranih cementnih past Preglednica 4 • Konci vezanja, ki smo jih izmerili s standardno Vicatovo metodo (tk,V), časi nastopa drugih ekstremov na krivuljah vP' - t (tPT2) in časi začetka tretjih časovnih intervalov na krivuljah C - t (t3C) za vseh šest analiziranih cementnih past 311 Nina Vogrič, Igor Planine, Gregor Trtnik^EKSPERIMENTALNO SPREMLJANJE ZGODNJEGA OBLIKOVANJA STRUKTURE CEMENTNIH PAST sliki 4 označuje izmerjeno vrednost električne prevodnosti C in hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov vP pri istem času. Opazimo, da je korelacija za vseh šest analiziranih cementnih past zelo podobna. Izkaže se, da korelacijsko zvezo C- vP najbolje opiše nelinearna arkus tangens triparametrična regresijska funkcija C( vP) = a (ArcTan((bvP)/c + n/2))). (7) Optimalne vrednosti parametrov so: a = 3,666 (3,634 ; 3,697), b= 2184 (2170 ; 2197), c = 296,8 (284 ; 309,6), kjer vrednosti v oklepajih pomenijo 95-% interval zaupanja. Tudi korelacijsko zvezo med hitrostjo prehoda vzdolžnih UZ-valov ter električno prevodnostjo materiala lahko razdelimo na značilne in jasno določljive časovne intervale oziroma obdobja (slika 5). Za prvi časovni interval je ta zveza praktično vodoravna. To pomeni, da hitrost UZ-valov intenzivno narašča, medtem ko električna prevodnost materiala ohranja svojo začetno vrednost. To dodatno potrjuje domnevo številnih raziskovalcev, da začetno naraščanje hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov skozi MCV ni povezano z oblikovanjem strukture materiala, temveč je posledica drugih procesov oziroma pojavov (poglavje 1). V drugem časovnem intervalu se električna prevodnost cementne paste Cs povečevanjem hitrosti vP zmanjšuje, pri čemer je intenziteta zmanjševanja električne prevodnosti bistveno manjša od intenzitete naraščanja hitrosti vzdolžnih UZ-valov. Za tretji časovni 12' 10 R I * = i 4 2 ■ ----- l "^. «gretji 1 ft ItKlO IJOO Ififtl Slika 4 • Korelaeija električne prevodnosti C in hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov vP za vseh šest analiziranih cementnih past in regresijska krivulja. interval je značilno, da sta tako intenziteta zmanjševanja električne prevodnosti kot intenziteta naraščanja hitrosti prehoda UZ-valov skozi cementne paste podobni in zelo intenzivni. To potrjuje dejstvo, da je v tem obdobju proces oblikovanja strukture MCV najintenzivnejši. Tudi v četrtem oziroma zadnjem časovnem intervalu sta ti intenziteti podobni, vendar ne več tako intenzivni. V nadaljevanju prikazujemo primerjavo med časovnima odvodoma hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov vP' in električne prevodnosti cementnih past C' Za značilno cementno pasto prikazujemo to primerjavo na sliki 6. Opazimo, da značilni točki obeh krivulj, ki smo jih označili s praktično sovpadata. To velja za vseh šest analiziranih cementnih past, kar prikazujemo v preglednici 5. Iz prikazanih rezultatov meritev lahko nedvoumno ugotovimo, da velja: Slika 5 • Korelaeija električne prevodnosti C in hitrosti prehoda vzdolžnih UZ-valov vP za značilno eementno pasto z označenimi časovnimi intervali. tpT tpT2. (8) Izjemno zanimivo in pomembno je, da smo z obema metodama, ki se fizikalno razlikujeta in praviloma zaznavata različne pojave v procesu oblikovanja strukture MCV (poglavje 1), identificirali značilni točki obeh krivulj pri istem času. V primeru merjenja hitrosti časovnega naraščanja vzdolžnih UZ-valov je ta značilna točka ekstrem (maksimum) časovnega odvoda hitrosti UZ, v primeru merjenja časovnega padanja električne prevodnosti pa ekstrem (minimum) časovnega odvoda električne prevodnosti. Značilni točki obeh metod določata trenutek najintenzivnejšega spreminjanja merjenih fizikalnih veličin in s tem trenutek najintenzivnejšega oblikovanja strukture cementnih past v hidratacijskem obdobju. Oznaka mešanice tpT [h] tpT2 [h] C1 0,30 8,3 8,1 C1 0,35 10,5 10,6 C1 0,40 11,6 11,9 C2 0,30 5,6 5,6 C2 0,35 6,8 6,6 C2 0,40 7,2 7,7 Preglednica 5 • Primerjava značilnih točk tp, in fa na krivuljah vP' t in C' - t za vseh šest cementnih past Slika 6 • Primerjava značilnih krivulj vP'-1 in C' -1. 312 EKSPERIMENTALNO SPREMLJANJE ZGODNJEGA OBLIKOVANJA STRUKTURE CEMENTNIH PAST • Nina Vogrič, Igor Planine, Gregor Trtnik 4'SKLEP V članku smo prikazali rezultate eksperimentalnih meritev zgodnjega oblikovanja strukture cementnih past. Meritve smo opravili z dvema neporušnima merilnima tehnikama. Prva je zasnovana na merjenju hitrosti prehoda vzdolžnih ultrazvočnih valov skozi preizkušanec, druga pa na merjenju električne prevodnosti materiala. Na osnovi prikazanih meritev smo ugotovili povezanost med naraščanjem deleža trdne faze in zmanjševanjem deleža povezanih z vodo nasičenih por v procesu zgodnjega oblikovanja strukture cementnih past. Pokazali smo, da s kombinacijo obeh naprednih neporušnih merilnih tehnik bolje opišemo proces oblikovanja strukture cementnih past ter da z obema metodama lahko ocenimo čas začetka in konca vezanja, čas perkolacije trdne faze, čas deperkolacije por in čas najintenzivnejšega hidratacijskega procesa oziroma oblikovanja strukture cementnih past v zgodnjem obdobju. Poleg tega smo ugotovili: (i) da sta izmerjena časa najintenzivnejšega oblikovanja hidrata-cijskih produktov obeh metod praktično enaka, kar pomeni, da sta metodi primerljivi v smislu identifikacije pomembnih mejnikov v procesu oblikovanja strukture cementnih past; (ii) da lahko krivulji in smiselno razdelimo na pet časovnih obdobij, ki določajo različne intenzitete procesa zgodnjega oblikovanja strukture cementnih past, in (iii) da je korelacija med rezultati meritev obeh metod neodvisna od sestave cementnih past. Zahvala Predstavljeni rezultati so pridobljeni v sklopu dela programske skupine Mehanika konstrukcij (P2-0260), ki ga financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS). Uporabljeni materiali so bili financirani pri mednarodnem evropskem projektu COST TU1404. V okviru tega projekta je bil omogočen tudi nakup nekatere merilne opreme po ugodnejši ceni. Za omenjeno pomoč se ARRS in EU, ki financira projekt COST TU1404, iskreno zahvaljujemo. 5*LITERATURA Aggelis, D. G., Grammenou, D., Characterization of fresh mortar with chemical admixtures based on stress wave dispersion, O. Buyukozturk, M. A. Tasdemir, O. Gunes, Y. Akkaya (Eds.), Proceedings of NDTMS-2011, Turkey, 459-464, 2011. Mikulic, D., Milovanovic, B., Gabrijel, I., Analysis of thermal properties of cement paste during setting and hardening, O. Buyukozturk, M. A. Tasdemir, O. Gunes, Y. Akkaya (Eds.), Proceedings of NDTMS-2011, Turkey, Istanbul, 465-472, 2011. Panzera, T. H., Christoforo, A. L., Cota F. P., Borges, P. H. R., Bowen C. R., Ultrasonic Pulse Velocity Evaluation of Cementitious Materials, CC BY-NCSA, 410-436, 2011. Reinhardt, H. W. and RILEM Technical Committee, Recommendation of RILEM TC 218-SFC: Sonic methods for quality control of fresh cementitious materials, Materials and Structures, Vol. 44, 1047-1062, 2011. Reinhardt, H. W., Grosse, C. U., Continuous monitoring of setting and hardening of mortar and concrete, Construction and Building Materials, Vol. 18 (3), 145-154, 2004. Robeyst, N., Grosse, C. U., De Belie, N., Monitoring fresh concrete by ultrasonic transmission measurements: exploratory multi-way analysis of the spectral information, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, Vol. 95 (1), 64-73, 2009. Schindler, A. K., Dossey, T., McCullough, B. F., Temperature control during construction to improve the long term performance of portland cement concrete pavements, Texas Department of Transportation, Research project No. 0-1700-2, Austin, The University of Texas at Austin, 2002. Trtnik, G., Uporaba ultrazvočne metode za analizo vezanja in strjevanja betona, doktorska disertacija, Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Konstrukcijska smer, 178 str., 2009. Trtnik, G., Gams, M., The use of frequency spectrum of ultrasonic P-waves to monitor the setting process of cement pastes, Cement and Concrete Research, Vol. 43, 1-11, 2013. Trtnik, G., Gams, M., Recent advances of ultrasonic testing of cement based materials at early ages, Ultrasonics, Vol. 54 (1), 66-75, 2014. Trtnik, G., Gams M. Ultrasonic assessment of initial compressive strength gain of cement based materials, Cement and Concrete Research, Vol. 67, 148-155, 2015. Van Breek, A., Dielectric propertis of young concrete, Non-destructive dielectric sensor for monitoring the strength development of young concret, doktorska disertacija: str. 176, 2000. Voigt, T., Grosse, Ch. U., Sun, Z., Shah, S. P., Reinhardt, H. W., Comparison of ultrasonic wave transmission and reflection measurements with P- and S- waves on early age mortar and concrete, Materials and Structures, Vol. 38 (8), 729-738, 2005. Voigt, T., Shah, S. P., Nondestructive Monitoring of Setting and Hardening of Portlanc Cement Mortar with Sonic Methods, https://www.researchgate. net/publication/237629092_Nondestructive_Monitoring_of_Setting_and_Hardening_of_Portland_Cement_Mortar_with_Sonic_Methods, pridobljeno 3. 5. 2016, 2003. Ye, G., Experimental Stuy and Numerical Simulation od the Development od the Microstructure and Permeability of Cementitiouss Materials, doktorska disertacija, https://www.researchgate.net/publication/27348719_Experimental_Study_and_Numerical_Simulation_of_the_ Development_of_the_Microstructure_and_Permeability_of_Cementitious_Materials, pridobljeno 30. 5. 2016, 2003. Ye, G., Lura, P., Van Breugel, K., Fraaij, A.L.A. Study on the development of the microstructure in cement-based materials by means of numerical simulation and ultrasonic pulse velocity measurement, Cement and Concrete Compozites, Vol. 26 (5), 491-497, 2004. 313 Andjelka Stanič, Boštjan Brank^MODELIRANJE NASTANKA IN ŠIRJENJA RAZPOK V KRHKIH MATERIALIH MODELIRANJE NASTANKA IN ŠIRJENJA RAZPOK V KRHKIH MATERIALIH MODELLING OF CRACK OUTSET AND PROPAGATION IN BRITTLE MATERIALS dr. Andjelka Stanič, univ. dipl. inž. grad. ZNANSTVENI ČLANEK prof. dr. Boštjan Brank, univ. dipl. inž. grad. UDK 624.048:691-047.58 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova c. 2, 1000 Ljubljana POVZetek | V delu na kratko opišemo modeliranje nastanka in širjenja razpok v trdnih 2D-telesih iz krhkih materialov. Gre za trdna telesa v ravninskem napetostnem ali ravninskem deformacijskem stanju, ki so npr. iz betona, opeke ali kamnin. Opisano modeliranje ilustriramo z rezultati dveh numeričnih primerov, ki se nanašata na lomljenje betonskih prizmatičnih nosilcev s tritočkovnim in štiritočkovnim upogibnim testom. Ključne besede: modeliranje odpovedi materiala, metoda končnih elementov z vgrajeno nezveznostjo, krhki materiali, širjenje razpoke Summary l We briefly describe the modelling of crack initiation and propagation in 2D solids made of brittle material. In particular, we deal with plane stress and plain strain solids made of materials such as concrete, masonry or rock. For an illustration, we present numerical examples related to fracturing of concrete prismatic beams using the three-point and four-point bending tests. Key words: material failure modelling, embedded-discontinuity finite element method, brittle material, crack propagation 1*UVOD Nastanek ene ali več makroskopskih razpok v konstrukcijskem elementu je resna poškodba, saj se razpoke lahko širijo in ustvarijo mehanizem, katerega možna posledica je porušitev konstrukcijskega elementa. V tehniki ima numerično modeliranje nastanka in širjenja razpok v različnih materialih velik praktični pomen, zato se izpeljuje, raziskuje in izboljšuje primerne numerične formulacije. Osnova takšnim formulacijam so teoretična dela, ki jih v grobem lahko razdelimo na dve skupini: na teorije mehanike loma in na teorije, ki spadajo v mehaniko trdnih teles in konstrukcij. Slednje so primernejša osnova za numerične formulacije, ki so zasnovane po metodi končnih elementov. Pri izpeljavi numerične formulacije po metodi končnih elementov se je treba spoprijeti s sicer dobro dokumentiranim in raziskanim problemom velike nezanesljivosti rezultatov, ki se pojavi, ko se za modeliranje (razmazane) razpoke uporabi standardni neelastični konstitutivni zakon, ki povezuje specifične deformacije z napetostmi, ki se mu doda še mehčanje. Izraz mehčanje se uporablja za tisti del konstitutivnega zakona, kjer se s povečevanjem specifičnih deformacij napetosti zmanjšujejo. Veliko postopkov je bilo predlaganih za ublažitev problema nezanesljivosti numeričnih rezultatov. Nekaj najbolj uporabljanih je opisanih v npr. [Ibrahimbegovic, 2009]. Nedavno sta bila predlagana dva, ki problem nezanesljivosti numeričnih rezultatov praktično v celoti odpravljata. Zaradi tega lahko pripomoreta, da bodo postale numerične simulacije nastanka in širjenja razpoke v različnih materialih robustnejše in enostavnejše. Gre za XFEM (Extended Finite Element Method), ki je implementiran tudi v komercialnem programu za analizo konstrukcij [Abaqus, 2017], in ED-FEM (Embedded Discontinuity Finite Element Method), npr. ([Linder, 2007], [Dujc, 2010], [Dujc, 2012], (Jukič, 2013], [Pirman-šek, 2017]), ki je soroden XFEM. Razpoka se v XFEM in ED-FEM modelira kot ploskev pri 3D-problemih, kot črta pri 2D-problemih in kot točka pri 1D-problemih. Preko razpoke so pomiki nezvezni, specifične deformacije v razpoki pa so neomejene. Imamo t. i. močno nezveznost (tj. skok) v pomikih preko razpoke, ki je vgrajena v končne elemente XFEM in ED-FEM. Pri XFEM se kine-matika končnega elementa z vgrajeno močno nezveznostjo opiše z dodatnimi globalnimi prostostnimi stopnjami na nivoju konstrukcije, pri ED-FEM pa so dodatne prostostne stopnje lokalne in se statično kondenzirajo na nivoju končnega elementa. Zaradi tega je 314 MODELIRANJE NASTANKA IN ŠIRJENJA RAZPOK V KRHKIH MATERIALIH» Andjelka Stanič, Boštjan Brank implementacija končnega elementa ED-FEM v računalniški program za analizo konstrukcij precej premočrtna. Mimogrede naj omenimo, da obstaja tudi verzija XFEM in ED-FEM s šibko nezveznostjo, kjer so pomiki zvezni preko ozkega pasu, ki predstavlja razmazano cono razpoke, specifične deformacije pa so tam nezvezne, vendar takšne formulacije v nadaljevanju ne bomo obravnavali. V članku na kratko predstavimo ED-FEM z močno nezveznostjo za 2D-probleme, tj. za konstrukcije v ravninskem napetostnem in ravninskem deformacijskem stanju. Omejimo se na krhke materiale, kot so npr. beton, opeka in kamen. Koncept modeliranja razpoke v krhkih materialih je prikazan na sliki 1. Na sliki 1 so označena tri območja: (a) območje popolnoma odprte razpoke, (b) območje, kjer je razpoka že nakazana, vendar je še prisotna kohezija med obema odpirajočima se stranema, in (c) območje z mikropoškodbami materiala (mikrorazpokami). V območju (a) je material že popolnoma odpovedal (lom). V območjih (b) in (c) odpoved materiala še poteka, pri čemer je v območju (b) razpoka že dobro nakazana, v območju (c) pa še ne. Območji (a) in (b) se modelira z močno nezveznostjo v pomikih. V območju (b) se uporabi neelastični kohezijski zakon, ki povezuje kohezijske napetosti s širino razpoke, pri čemer je kohezijski zakon kalibriran tako, da se na geometrijsko enoto novonastale razpoke v obravnavanem materialu sprosti toliko lomne energije kot pri eksperimentu. V območju (c) se pri krhkih materialih zelo pogosto uporabi elastopoškodbeni konstitutivni zakon z utrjevanjem, katerega glavna značilnost je zmanjševanje elastične togosti materiala zaradi mikropoškodb. Pri širjenju razpoke se širijo vsa tri območja, pri čemer območje (b) sipa energijo zaradi loma materiala, območje (c) pa sipa energijo zaradi mikropoškodb materiala. rana koiieiijskih napetosti ^Idtiliziranih '„dQ &/r a hi=i e eGc iddd+i \EGiC d &/T m r m (7) (6) Pri reševanju enačb (6) se uporabi statična kondenzacija za dodatne prostostne stopnje, pri čemer nastopi inverz matrike. Izkaže se, da je ta matrika slabo pogojena, ko v razpoki ni nobene kohezije in ko razpoka razpolovi element tako, da ostane na Q.e+ ali samo eno vozlišče. V [Dujc, 2013] je prikazana rešitev tega problema. Za kriterij, ki pove, kdaj se element razpolovi z razpoko, se pri krhkih materialih zelo pogosto uporablja Rankinov kriterij največje glavne napetosti, npr. [Ibrahimbegovic, 2009]. Z njegovo pomočjo se določita tudi smer razpoke in normala na razpoko n. Najbolj premočrten pristop k računanju distribucije razpok po 2D-mreži končnih elementov je, da se vsakemu elementu, ki izpolni Rankinov kriterij, vstavi razpoko. Vendar se izkaže, da je takšen (direkten) pristop uspešen le pri zelo enostavnih primerih. V splošnem je treba uporabiti algoritem sledenja eni sami razpoki, ki je opisan npr. v [Wu, 2015]. 3*NUMERIČNA PRIMERA 3.1 Tritočkovno lomljenje betonskega nosilca Obravnavamo prostoležeči betonski nosilec dolžine L = 200 cm, višine h_20 cm in debeline d_ 5 cm (slika 3). Na sredini razpona na spodnji strani ima zarezo (ki se razteza po debelini) dimenzij a_0,4 cm in b_ 10 cm. Spodnja leva stran nosilca je podprta nepo-mično, spodnja desna pa drsno. Uporabljena mreža končnih elementov, ki je prikazana na sliki 4, je zgoščena tam, kjer pričakujemo pojav in širjenje razpoke. Na sredini razpona, na zgornjem robu, vsiljujemo vertikalni pomik Xp0, kjer je p0 _ 0,1 cm, X pa je obtežni faktor, ki se med analizo povečuje. Analizo smo naredili z Newtonovo inkrementalno-iteracijsko metodo, pri kateri se inkrementalna vrednost obtežnega faktorja AX < AXmax spreminja z algoritmom, npr. [Crisfield, 1991]. Za opis obnašanja betona uporabimo linearno elastični konstitutivni zakon z elastičnim modulom E = 3000 kN/cm2 in Poissonovim količnikom v= 0,2. Razpoko v materialu opišemo z vgrajeno nezveznostjo. Razpoka nastane v trenutku, ko največja glavna napetost v središču končnega elementa preseže natezno trdnost materiala oun _ 0,333 kN/cm2. Normala na razpoko n sovpada s smerjo glavne napetosti. Razpoka se lahko širi v smeri normale (tip I širjenja razpoke) in tudi v smeri tangente na razpoko m (tip II širjenja razpoke). Kohezijske napetosti v razpoki opišemo z dvema neodvisnima poškodbenima konstitutivnima zakonoma; eden velja za normalno smer n, drugi pa za tangentno (strižno) smer m. Bistveni del takšnega zakona sta funkcija porušitve materiala _ in funkcija mehčanja _. Uporabimo naslednje: za smer n : 4>n = tn - fan - <7n(fn)). <7n(fn) = = (8) za smer m§m = tm- (oum - 5m(Q). 5m(lm) = ("umf \ 1-e ^J (9) V (8) in (9) sta tn in_fm normalna in strižna kohezijska napetost, _ je parameter (ki ima enoto pomika), ki vodi v zmanjševanje kohezij-skih napetosti, o-un in o-um sta natezna in strižna trdnost betona (za kateri predpostavimo, da imata enako vrednost, tj. 0,333 kN/cm2), G/n in G/m pa sta lomni energiji za tip I in tip II, ki sta lastnosti materiala, za kateri prav tako predpostavimo, da je njuna vrednost enaka, in sicer 0,115 102 kN/cm. Pri analizi uporabimo 4-vozjiščni končni element ED-FEM, _ki ima matrike G,G2 in G3 iz [Dujc, 2010], - pa iz [Linder, 2007]. Za izračun 316 MODELIRANJE NASTANKA IN ŠIRJENJA RAZPOK V KRHKIH MATERIALIH» Andjelka Stanič, Boštjan Brank integralov po končnem elementu uporabimo Gaussovo numerično integracijo 2x2, za izračun integralov po razpoki pa 2-točkovno Gaussovo numerično integracijo. Uporabimo algoritem za sledenje razpoki, ki omogoča, da se v enem obtežnem inkrementu lahko aktivira več končnih elementov z razpoko. Rezultati so na slikah 5 in 6, kjer prikazujemo odvisnost reakcijske sile Ry od vsiljenega pomika uy=AXp0 (slika 3). Slika 5 kaže, da izračunani rezultati lepo sovpadajo z območjem eksperimentalnih rezultatov. Na sliki 6 je primerjava rezultatov glede na AXmax. Izračunane rešitve so praktično enake, vendar je konvergenca boljša pri manjših inkrementalnih obtežnih faktorjih, ki jih dosežemo, če za AXmax predpišemo majhno vrednost. Pri velikih inkrementalnih obtežnih faktorjih, ki jih omogoča velik AXmax, npr. AXmax =0,10, se v enem inkrementu lahko aktivirajo tudi trije novi končni elementi z razpoko, kar poslabša konvergenco. V obravnavanem primeru je tip širjenja razpoke I, torej sta aktivni le dve osnovni obliki m=1,2, glej sliko 2, kar je razvidno tudi s slike 7, kjer je prikazana deformirana oblika mreže končnih elementov ob koncu analize. Slika 3 • Geometrija, robni pogoji in obtežba pri 3-točkovnem testu. Slika 4 • Mreža končnih elementov za analizo 3-točkovnega testa. Slika 5 • Reakcijska sila v odvisnosti od vsiljenega pomika (AXmax= 0,01) in primerjava z rezultati eksperimentov [Petersson, 1981) Slika 6 • Reakcijska sila v odvisnosti od vsiljenega pomika za različne velikosti obtežnih inkrementov. Slika 7 • Deformirana mreža končnih elementov pri X = 3,07 (deformacije so 100-krat povečane) in izračunana razpoka. Gradbeni vestnik • letnik 66 • december 2017 Andjelka Stanič, Boštjan Brank^MODELIRANJE NASTANKA IN ŠIRJENJA RAZPOK V KRHKIH MATERIALIH 4*STIRITOCKOVNO LOMLJENJE BETONSKEGA NOSILCA 3.2 Stiritočkovno lomljenje betonskega nosilca Betonski nosilec dolžine L = 132,2 cm, višine h = 30,6 cm in debeline d = 15,6 cm ima na sredini razpona, na spodnji strani, ozko zarezo, kot je prikazano na sliki 8. Na sliki 8 sta prikazani tudi podpori in obtežba nosilca, ki sta dve vertikalni sili velikosti 0,13 Py in Py pri čemer je Py = XP0, kjer je P0 = 1 N, X pa je obtežni faktor, ki se med analizo spreminja. Nosilec je bil analiziran z nestandardno metodo ločne dolžine ((Pohl, 2014], (Stanič, 2016]), pri kateri smo vodili vertikalni pomik vozlišča na ustju zareze. Mreža končnih elementov, ki je prikazana na sliki 9, je zgoščena tam, kjer pričakujemo nastanek in širjenje razpoke. Za opis obnašanja betona uporabimo linearno elastični konstitutivni zakon z elastičnim modulom E=2880 kN/cm2 in Poissonov količnikom v= 0,18. Za kohezijske napetosti v razpoki privza-memo poškodbena konstitutivna zakona s funkcijami porušilve materiala in mehčanja iz (8). Predpostavljeno je, da sta natezna in strižna trdnost betona