Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ II DERSİ BETON TEKNOLOJİSİ ÇİMENTO

Transkript

1 Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ II DERSİ BETON TEKNOLOJİSİ ÇİMENTO DOÇ.DR. KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU LU

2 "Çimento" kelimesi, yontulmuş taş kırıntısı anlamındaki ndaki Latince "caementum" kelimesinden türemiştir. Daha sonra bu kelime bağlay layıcı anlamında nda kullanılmaya lmaya başlam lamıştır. 19. yüzyy zyılın n başlang langıcında nda kil içeren, i kireçta taşlarının yakılmas lması deneyleri çimentonun keşfine yol açmıştır.

3 Bu bağlay layıcı daha sonraki yıllarda y büyük b k gelişmeler gösterse de "Portland" ismi aynen korunmuştur. Aslında Joseph Aspdin tarafından üretilen bağlay layıcı, üretim sırass rasında yeterince yüksek y sıcakls caklıklarda klarda pişirilmedi irilmediği i için i in bugünk nkü Portland çimentosunun özelliklerine tamamen sahip olamamış ıştır. Yine de İngiltere Kirkgate İstasyonunun yanındaki ndaki halen ayakta olan "Wakefield Arms" binasının n Joseph Aspdin'in yaptığı bağlay layıcı ile yapıld ldığı belirlenmiştir.

4 Yanda 1824 yılında y Joseph Aspdin ve ortağı işadamı John Beverley tarafından Leeds kenti yakınlar nlarındaki ndaki Wakefield kasabasında kurulan ve Portland çimentosu üretimi yapılan imalathane görülmektedir. g Hammaddelerin yüksek y sıcakls caklıklara klara kadar pişirilip irilip öğütülmesi olayı daha sonra 1845 yılında y Isaac Johnson isimli bir İngiliz tarafından gerçekle ekleştirilmiştir.. tir..

5 Aşağıda Joseph Aspdin in küçük üçük k oğlu o William Aspdin in bir sermayedar ile birlikte kurduğu Aspdin, Ord. and Co. isimli şirkete bağlı olan çimento fabrikası görülmektedir yılında y kurulan bu fabrikada haftada 512 ton çimento üretilmekteydi.

6 Türkiye de ise ilk çimento fabrikaları 1910 yılında y Eskişehir ehir de kurulan Arslan ve 1911 yılında y kurulmuş olan Eskihisar çimento fabrikalarıdır. r. Ülkemiz 49 çimento fabrikası ve 19 öğütme tesisi ile Avrupa nın n birinci,dünyan nyanın n ise beşinci büyük b üreticisi konumundadır. Cumhuriyetin kuruluşuna una kadar yılly llık k toplam üretimi tonu geçmeyen Türk T çimento endüstrisi 2005 yılında 35 milyon ton, 2006 yılında y da 40 milyon üretim yapmış ıştır itibariyle 75 milyon tonun üzerine çıkılmıştır.

7

8 ÜRETİMİ KALKER (KİRE REÇTAŞI) CaCO 3 KİL Al 2 O 3, SiO 2, Fe 2 O 3 ÇİMENTO CaO ( %65)( SiO 2 ( %22) Al 2 O 3 ( %7) Fe 2 O 3 ( %3) ÇiMENTO

9 ÜRETİMİ HAMMADDE KIRMA ÖĞÜTME KARIŞTIRMA (YAŞ,, KURU, YARI KURU)) PİŞİRME ( C) KLİNKER

10 ÜRETİMİ Çimento üretimi dünyadaki CO 2 üretiminin %8 nin sorumlusudur.

11 ÜRETİMİ

12 ÜRETİMİ

13 ÜRETİMİ

14 ÜRETİMİ

15 ÜRETİMİ

16 ÜRETİMİ

17 ÜRETİMİ

18 ÜRETİMİ

19 ÜRETİMİ

20 ÜRETİMİ

21 ÜRETİMİ KLİNKER

22 ÜRETİMİ KLİNKER

23 ÜRETİMİ KLİNKER ÜRETİMİ KLİNKER

24 ÜRETİMİ KARIŞIMLARIN IMLARIN PİŞİP İŞİRİLMESİ Fırındaki maksimum sıcakls caklık k 1500 C ye kadar yükselmektedir. Bu yüksek y sıcakls caklık k altında daha önce ilkel malzemenin ayrış ışması sonucu oluşan; kireç,, silis, alumin, demiroksit aralarında birleşerek, erek, çimentonun karmaşı şık bileşimleri imleri olan silikatları ve aluminatları meydana getirir.

25 ÜRETİMİ KARIŞIMLARIN IMLARIN PİŞİP İŞİRİLMESİ Fırının n altından gri kürecikler k halinde klinker adı verilen pişmi miş elemanlar çıkar. Fırından 1000 C ye yakın n bir sıcakls caklıkta kta çıkan klinkerin genel olarak hızlh zlı bir şekilde soğutulmas utulması gereklidir. Bu amaçla hava akımı sağlayan ve kendi ekseni etrafında dönen d soğutucular kullanılır. Soğutulan klinker bir kırıcıdan k geçirilerek depolanır. Klinker Soğuyor

26 ÜRETİMİ KLİNKER NKERİN ÖĞÜTÜLMESİ Soğutucudan çıkan klinker, boyutları 1-33 cm arasında değişen, en, pürüzlp zlü,, gözenekli g bir yüzeye y sahip, sert, yuvarlak, koyu gri tanelerden oluşur. ur. Klinker su ile herhangi bir reaksiyon yapmaz ve bu maddenin bağlay layıcılık özelliği i yoktur. Klinker ancak ince bir şekilde öğütüldükten sonra bağlay layıcı özelliği i kazanır.

27 ÜRETİMİ KLİNKER NKERİN ÖĞÜTÜLMESİ Klinkere çimentonun priz süresini s düzenlemek d için i in az oranda (%3-6) alçıta taşı eklenir. Alçı taşı olmaması halinde çimento çok hızlh zlı sertleşece eceğinden betonu rahatça a yerine yerleştirme olanağı kalmaz. Katkılı Portland çimentosu üretiminde ise; puzolan olarak kullanılan lan hammadde bu aşamada a amada klinkere katılır.

28 ÜRETİMİ KLİNKER NKERİN ÖĞÜTÜLMESİ KLİNKER + ALÇI I TAŞI I (PRİZ Z SÜRESS RESİ) KLİNKER+AL NKER+ALÇI I TAŞI+PUZOLAN (%19) PÇ KÇ Eski KLİNKER+AL NKER+ALÇI I TAŞI+PUZOLAN (%40) TÇ Eski

29 ÜRETİMİ KLİNKER NKERİN ÖĞÜTÜLMESİ KLİNKER + ALÇI I TAŞI (PRİZ Z SÜRESS RESİ) CEM I KLİNKER+AL NKER+ALÇI I TAŞI+PUZOLAN CEM Il CEM Ill CEM IV CEM V

30 ÜRETİMİ KLİNKER NKERİN ÖĞÜTÜLMESİ Klinker ve diğer katkılar çelik bilyalı öğütücülerde boyutları 90 mikron ile 6.5 mikron arasında değişen en tanelere dönüştürülerek d çimento elde edilir. Öğütülen çimento silolara gönderilerek g gerekli süre s bekletilip soğumas uması ve kararlı bir durum alması sağlan lanır. Çimentonun özellikle sıcak s ve kuru havalarda işi yerine sıcak s gönderilmesi halinde, betondaki su daha çabuk buharlaşmakta ve daha hızlh zlı priz yapmaktadır. Bu nedenle kullanım m yerine giden çimento sıcakls caklığının n en fazla 75 C C olması istenir.

31 ÜRETİMİ ÇİMENTONUN SAKLANMASI Çimentoların n dört d aydan fazla bekletilmemeleri gerekir. Uygun depolama koşullar ullarında bile çimentolar ortamdan nem alıp p dayanım m kaybına uğrayabilirler. u Çimentolar kuru ambarlarda veya hava almayan, ağzıa kapalı silolarda saklanmalıdır. Torbalar halinde saklanması durumunda en çok 8 torba üst üste dizilmelidir. Ayrıca torba dizileri arasından hava akımı geçebilmelidir. ebilmelidir.

32 ÜRETİMİ ÇİMENTONUN SAKLANMASI

33 ÜRETİMİ ÇİMENTONUN SAKLANMASI Zeminden rutubet almaması için in depo zeminine plastik örtü serilip, yere ahşap ap ızgara yapılmas lması uygun olacaktır. Ayrıca bu amaçla şantiyede özel depo yaptırılıyorsa, yorsa, binanın n tavanının n içten i eğimli e yapılmas lmasında yarar vardır. r. Böylece nemin yoğuşarak çimento torbaları üzerine damlaması önlenir.

34 ÜRETİMİ ÇİMENTO KİMYASINDA K KISALTMALAR CaO C SiO 2 S H 2 O H Al 2 O 3 Fe 2 O 3 A F

35 ÜRETİMİ DÖNER FIRINDAKİ OLUŞAN DEĞİŞİ ĞİŞİMLER Döner Fırın F n En kesiti 700 C ye kadar Hammaddeler serbest hareket eden toz haldedir. 900 C ye kadar Hammaddeler hala serbest hareket eden toz haldedir. Topaklanma işlemi i Tanecikler katıdır. Tanecikler arasında reaksiyon yoktur. Tanecikler katıdır. Tanecikler arasında reaksiyon yoktur. Klinker reaksiyonları Su tamamen buharlaşmıştır. Dehidrate kil tanecikleri vardır. Kil tanecikleri Kireçtaşı tanecikleri Kalsinasyon devam ettikçe serbest kireç miktarı artar. Reaktif silis CaO ile reaksiyona girerek C 2 S oluşturur. Kalsinasyonun devam etmesi sıcaklığı 850 C de tutar.

36 ÜRETİMİ DÖNER FIRINDAKİ OLUŞAN DEĞİŞİ ĞİŞİMLER Döner Fırın F n En kesiti C Tanecikler yapışkan hale gelmeye başlar Agglomerasyon olayı başladığında malzemeler sıvı ile bir arada tutulur. Fırının dönüşü Agglomeraların bütünleşmesini tabakalanmasını başlatır. Topaklanma işlemi i Katı Tanecikler arasında reaksiyon oluşmaya başlar. Kapiler kuvvetler tanecikleri birarada tutar Klinker reaksiyonları Kalsinasyon sona erince sıcaklık hızla artmaya başlar Silikatlar ile CaO reaksiyonu sonucu oluşan küçük C 2 S kristalleri 1250 C nin üzerinde sıvı faz oluşur. Sıvı C 2 S CaO in reaksiyona girerek C 3 S oluşturmalarına olanak sağlar Serbest CaO Yuvarlak belit kristalleri köşeli alit kristalleri

37 ÜRETİMİ DÖNER FIRINDAKİ OLUŞAN DEĞİŞİ ĞİŞİMLER Döner Fırın F n En kesiti C Parçalıkların tepeden birlikte düşmeleri nedeniyle Agglomeralaşma ve parçacıkların tabakalanması devam eder. Soğuma Topaklanma işlemi i Sıvı faz yeterli ise topaklanma oluşur. Sıvı faz yetersiz ise tozlu klinker oluşur. Soğuma sırasında topaklar şekilleri aynen korur. Klinker reaksiyonları C 2 S kristalleri miktar olarak azalır, boyut olarak büyür. C 3 S kristalleri miktar ve boyut olarak artar. Soğuma ile birlikte C 3 A ve C 4 AF sıvı fazda kristalleşir. lamelli yapı belit kristallerinde görülür

38

39 HAMMADDELER KALKER (KİRE REÇTAŞI) CaCO 3 KİL Al 2 O 3, SiO 2, Fe 2 O 3 C 3 S ( 3CaO.SiO 2 ) C 2 S ( 2CaO.SiO 2 ) C 3 A ( 3CaO.Al 2 O 3 ) ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 4 AF ( 4CaO.Al 2 O3.Fe - Alite - Belite - Aluminate O3.Fe 2 O 3 ) - Ferrit

40 HAMMADDELER KALKER (KİRE REÇTAŞI) CaCO 3 KİL Al 2 O 3, SiO 2, Fe 2 O 3 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 S ( 3CaO.SiO 2 ) C 2 S ( 2CaO.SiO 2 ) C 3 A ( 3CaO.Al 2 O 3 ) - HIZLI DAYANIM - YAVAŞ VE SÜREKLS REKLİ DAYANIM - KİMYASAL ETKİLERE (SÜLFATA) DAYANIKSIZLIK C 4 AF ( 4CaO.Al 2 O3.Fe 2 O 3 ) - PRİZ Z SICAKLIĞINI INI DÜŞÜRMED

41 NUN HİDRATASYONU

42 HİDRATASYONUH Termodinamik yönden y çimentodaki karma bileşenler enler fırında f aldıklar kları yüksek ısı nedeniyle yüksek y entropiye sahiptirler. Suyla karşı şılaşınca bu gizli enerjiyi açığa ığa çıkarırlar rlar ve hidratlaşmalar maları ekzotermik türdendir. t Çimentonun karma bileşenlerinin enlerinin su ile ayrı ayrı kimyasal reaksiyona girdikleri varsayılır r ve hidratasyon sonunda her ana bileşen en tarafından değişik ik hidratasyon ürünleri oluşur. ur. çimento + su. + ısı

43 Çimentonun veya bir bağlay layıcı maddenin dayanım kazanması şu üç olayın n birbirini izlemesi sonunda meydana gelmektedir. 1. Hidratasyon olayı: Çimentoyu oluşturan maddelerin su ile yaptığı kimyasal reaksiyondur. 2. Katıla laşma olayı: Priz yapma 3. Sertleşme olayı: Dayanım m kazanma şeklinde mekanik bir olaydır.

44

45 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 S ( 3CaO.SiO 2 ) C 2 S ( 2CaO.SiO 2 ) C 3 A ( 3CaO.Al 2 O 3 ) - HIZLI DAYANIM - YAVAŞ VE SÜREKLS REKLİ DAYANIM - KİMYASAL ETKİLERE (SÜLFATA) DAYANIKSIZLIK C 4 AF ( 4CaO.Al 2 O3.Fe 2 O 3 ) - PRİZ Z SICAKLIĞINI INI DÜŞÜRMED KARMA OKSİTLER TLERİN N HİDRATASYON H REAKSİYONLARI C 3 S: 2(3CaO.SiO 2 ) + n H 2 O C 2 S: 2(2CaO.SiO 2 ) + n H 2 O 3 CaO.2SiO 2 (n-3) H 2 O + 3Ca(OH) 2 3 CaO.2SiO 2 (n-1) H 2 O + Ca(OH) 2 CaO.SiO 2.H 2 O = C S H = Tobermorit

46 Çimentoya bağlay layıcılık özelliğini ini kazandıran C-S-H C moleküler ler büyüklb klükte kte olup, çimento taneciklerinden yaklaşı şık k 1000 defa daha küçük üçüktür.

47 KARMA OKSİTLER TLERİN N HİDRATASYON H REAKSİYONLARI C 3 S: 2(3CaO.SiO 2 ) + n H 2 O C 2 S: 2(2CaO.SiO 2 ) + n H 2 O 3 CaO.2SiO 2 (n-3) H 2 O + 3Ca(OH) 2 3 CaO.2SiO 2 (n-1) H 2 O + Ca(OH) 2 CaO.SiO 2.H 2 O = C S H = Tobermorit C-S-H H jelinej tobermorit adı verilir. Tobermorit ismi, bu hidratasyon ürününün n doğada aynı isimle anılan bir minerale kimyasal bileşim im açısından a benzemesinden dolayı verilmiştir. Jel sözcüğü ise, kolloidal katı malzeme topluluğunu unu ifade etmektedir. Ca(OH) 2 ise portlandit olarak adlandırılır. r.

48

49

50 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ Bogue-Lerch (1934) tarafından bulunan değerler Beaudoin-Ramachandran (1992) tarafından bulunan değerler

51 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 S : Alite C 3 S: 2(3CaO.SiO 2 ) + n H 2 O 3 CaO.2SiO 2 (n-3) H 2 O + 3Ca(OH) 2 C 3 S silikatının n en önemli özelliği çimentonun prizini çabuklaştırması ve hızlh zlı dayanım m kazandırmas rmasıdır. r.

52 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 2 S : Belite C 2 S: 2(2CaO.SiO 2 ) + n H 2 O 3 CaO.2SiO 2 (n-1) H 2 O + Ca(OH) 2 C 2 S silikatının n en önemli özelliği i yavaş ama sürekli s dayanım m kazandırmas rmasıdır. r. C 3 S ve C 2 S in yaptığı reaksiyon sonucunda C-S-H C sembolü ile gösterilen g kalsiyum silikat hidrate ile serbest kireç (Ca(OH) 2 oluşmaktad maktadır.

53 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ Sönmüş Kireç oluşumu C 3 S: 2(3CaO.SiO 2 ) + n H 2 O C 2 S: 2(2CaO.SiO 2 ) + n H 2 O 3 CaO.2SiO 2 (n-3) H 2 O + 3Ca(OH) 2 3 CaO.2SiO 2 (n-1) H 2 O + Ca(OH) 2 Olumsuz etki Yapı devamlı su içinde i inde bulunuyorsa, beton, Ca(OH) 2 nin devamlı bir şekilde çözünmesi sonunda gittikçe e boşluklu bir hal alacak, ortam koşullar ullarına bağlı olan uzun veya kısa k süren bir süre s sonunda dayanımının n büyük b ölçüde azalmasıyla yapının n emniyeti tehlikeli bir duruma girecektir.

54 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ Sönmüş Kireç oluşumu C 3 S: 2(3CaO.SiO 2 ) + n H 2 O C 2 S: 2(2CaO.SiO 2 ) + n H 2 O Olumlu etki Serbest kirecin varlığı nedeniyle oluşan bazik ortam, çelik donatının paslanmasını engellemektedir. 3 CaO.2SiO 2 (n-3) H 2 O + 3Ca(OH) 2 3 CaO.2SiO 2 (n-1) H 2 O + Ca(OH) 2 ph 12.5 Paslanma olmaz ph< ise PASLANMA!! (ORTAMDA O 2 ve SU MEVCUTSA)

55 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ Sönmüş Kireç oluşumu C 3 S: 2(3CaO.SiO 2 ) + n H 2 O C 2 S: 2(2CaO.SiO 2 ) + n H 2 O 3 CaO.2SiO 2 (n-3) H 2 O + 3Ca(OH) 2 3 CaO.2SiO 2 (n-1) H 2 O + Ca(OH) 2 Olumlu etki Serbest kirecin varlığı nedeniyle oluşan bazik ortam, çelik donatının paslanmasını engellemektedir.

56 C 3 A ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ 3CaO.Al O3 + 6H 2O 3CaO.Al2O3.6H 2O 2 + ısı 3CaO.Al2O3.6H 2O + Ca(OH) 2 + 6H 2O 4CaO.Al2O3.13H 2O C 3 A sertleştikten tikten sonra oldukça a zayıf f dayanıml mlı bir hidrat oluşur. ur. Prize ilk başlayan öğe e olan C 3 A hızla h priz yapıp p yüksek y hidratasyon ısısı açığa çıkarır. r. C 3 A nın n hızlh zlı prizi denetim altına alınmazsa, çimento tümüyle t katıla laşır r ve silikatların n oluşmas masına olanak kalmaz. C 3 A nın n priz hızıh üretim aşamasa amasında klinkere katılan alçı taşı ile yavaşlat latır.

57 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 A C 3 A + Alçıta taşı Etrenjit %227 hacim artışı 3CaO.Al2O3.6H2O + 3(CaSO4.2H2O) + 19H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H 2O Uygun miktarda alçı taşı kullanıld ldığında, aluminatların n yüzeyinde y ince iğneler i şeklinde etrenjit (ettringite) kristalleri meydana gelir. Bu kristaller o kadar incedir ki hidratasyonun ilk zamanlarında nda bunlar rijit bir yapı meydana getirmediğinden inden dolayı priz olayı gerçekle ekleşmez.

58 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 A C 3 A + Alçıta taşı Etrenjit %227 hacim artışı 3CaO.Al2O3.6H2O + 3(CaSO4.2H2O) + 19H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H 2O C 3 A ve alçı taşı şının n birleşmesiyle oluşan Candlot tuzu veya etrenjit (ettringite) (3CaO.Al 2 O 3.3CaSO 4.31H 2 O) içerdii erdiği çok miktardaki hidrat suyu nedeniyle büyük b k bir hacim kaplar. Taze betonda ortam sıvıs halde olduğundan undan bu durum sakıncal ncalı değildir.

59 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 A C 3 A + Alçıta taşı Etrenjit %227 hacim artışı 3CaO.Al2O3.6H2O + 3(CaSO4.2H2O) + 19H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H 2O

60 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 A Ani Priz Çimentoya alçı taşı katılmad lmadığı zaman C 3 A hızlh zlı bir şekilde hidratasyon yaparak, daha ilk dakikalarda küçük k plaklar şeklinde kristalleri meydana getirmek suretiyle priz yapar. Büyük k bir ısının n açığa ığa çıkmasıyla olusan bu olaya ani (flash) priz denilir.

61 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 A Yalancı Priz Yalancı priz ise sıcak s klinker kullanılmas lması halinde katılan alçı taşı şının n bir kısmk smının n alçıya dönüşmesi d ile olur. Suyla karış ışan alçı aniden sertleşir. Ancak alçı miktarı az olduğundan undan tüm t m kütle k sertleşmez.

62 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 A Yalancı Priz Biraz bekleyip, uzun süre s betonu karış ıştırarak tekrar yumuşama sağlanabilir. yalancı priz yapma özelliğine ine sahip çimentolarla dökülen betonlar çok çabuk katıla laşma eğilimi e gösterip, beton işçilii iliğinde inde zorluklar yaratır. r. Ayrıca pompa betonlarında nda borularda tıkant kanıklıklar klar yaratır. r.

63 PRİZ Z OLAYI ÇİMENTO

64 PRİZ Z OLAYI ÇİMENTO

65 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 3 A C 3 A + Cl Klor iyonları Cl - iyonları betonarme yapılarda donatıya ulaştıklar kları taktirde klorit korozyonuna sebep olmaktadırlar. C 3 A nın çimentoya sağlad ladığı olumlu bir etki Cl- iyonlarını bağlama yeteneğine sahip olmasıdır. C 3 A Cl iyonları ile reaksiyona girerek Friedel tuzu oluşturur. 3CaO.Al O.CaCl.10H O

66 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ C 4 AF: Ferrit C 4 AF nin hidratasyonu, hızıh daha küçük üçük k olmak üzere C 3 A nın hidratasyonu gibidir. Hidratasyon reaksiyonu sonunda, alçı miktarının n belirli bir değerin erin altında olmaması halinde sülfos lfo-ferritler ferritler elde edilir. Bunlar sülfos lfo-aluminatlarda alumin yerine Fe 2 O 3 in konulmasıyla elde edilen cisimlerdir. Ayrıca alçıta taşının n az miktarda olması halinde, C 4 AF nin hidratasyonu sonunda (3CaO.Fe 2 O3.H 2 O), (CaO.Fe 2 O3.H 2 O), (3CaO.Al 2 O3.H 2 O) gibi hidrate bileşimlerin imlerin meydana gelme olasılığı ığı vardır. r.

67 ÇİMENTO KARMA OKSİTLER TLERİ Bileşen C 3 S C 2 S Hidratasyon Hızı İlk hafta hızlı, sonra yavaş İlk hafta yavaş, sonra sürekli artım Bağlayıcılık Değeri Hidratasyon Isısı Kimyasal Dayanıklılık Kuvvetli Orta Az Kuvvetli Az İyi C 3 A Ani (İlk dakika) Zayıf Çok Kötü C 4 AF Ani (İlk dakika) Zayıf Orta İyi

68 KAPİLER BOŞLUKLAR JEL BOŞLUKLARI JEL PARTİKÜLLER LLERİ (lifsi Yapı,, Amorf, Çapraz Bağlı,, 90 A ) A ) CSH + CAH, vb. HİDRATE H BİLEB LEŞENLER ENLER + Ca(OH) 2 + HİDRATE H OLMAMIŞ ÇİMENTO + SU BOŞLUKLARININ BIRAKTIĞI I GÖZENEKLER. G

69

70 Ca(OH) 2 ve CSH kristalleri (S/Ç=0.6 24ºC de 5 gün g n hidrate olmuş)

71

72 Monosulfat Aluminat ve Etrenjit in in hekzagonal kristal yapısı

73 E T R E N J İ T

74 Etrenjit

75 Monosülfat

76 PORTLAND ÇİMENTOSUNUN BİLEB LEŞİMİ Ana Oksit Ağırlıkça(%) Kireç (CaO) Silis (SiO 2 ) Alumin (Al 2 O 3 ) 5-9 Demir oksit (Fe 2 O 3 ) 2-4 Magnezi (MgO) Kükürt trioksit (SO 3 ) 1-2 Diğer maddeler 0.5-2

77 KARMA OKSİT T MİKTARI M HESABI Çimentonun basit oksit değerlerinin erlerinin bilinmesi davranışı hakkında yeterli bilgi vermez. Çimentonun davranışı ışını etkileyen karma bileşenler enler Bogue formüllerinden yararlanarak hesaplanır. Kesin sonuç vermeyen bu formül l dışıd ışında, çimento karma bileşenleri enleri X ışını kırılma, optik yöntemler y veya elektron mikroskop u u ile inceleme yoluyla da belirlenebilir.

78 BOUGE FORMÜLLER LLERİ Al 2 O 3 /Fe 2 O olması durumunda C = C C 4AF(%) 3.043Fe2O3 3A(%) = 2.650Al2O Fe2O3 3S(%) = 4.071CaO 7.600SiO Al2O3 1.43Fe2O SO3 C2S(%) = 2.687SiO C3S Al 2 O 3 /Fe 2 O 3 < 0.64 ise C 3 A oluşmaz. Daha koyu renkteki Ferrari Çimentosu oluşur. ur. Ayrıca Bogue formüllerini puzolan katkılı çimentolar için i in kullanmak doğru değildir.

79 Sayısal Örnek Aşağıda kimyasal bileşimi imi ve incelikleri verilen A ve B çimentolarının A B a) Karma oksit değerlerini erlerini BOGUE formülleri ile hesaplayınız. CaO SiO Al 2 O Fe 2 O MgO SO Diğer İncelik (cm 2 /g) b) Her iki tip çimentonun zamanla dayanım m kazanma oranlarını aynı grafik üzerinde gösteriniz. g c) Söz z konusu çimentolardan hangisinin diğerine kıyasla sülfata s karşı daha dayanıkl klı olduğunu unu nedeni ile açıklaya klayınız. d) Hangi tip çimentonun hidratasyon ısısının n daha yüksek olması beklenir?, neden?

80 a) Karma oksit değerlerini erlerini BOGUE formülleri ile hesaplayınız. C = C A(%) = 2.650Al C 4AF(%) 3.043Fe2O3 3 2O Fe2O3 Al 2 O 3 /Fe 2 O olması durumunda 3S(%) = 4.071CaO 7.600SiO Al2O3 1.43Fe2O SO3 C2S(%) = 2.687SiO C3S A B CaO SiO Al 2 O Fe 2 O MgO SO Diğer İncelik (cm 2 /g)

81 a) Karma oksit değerlerini erlerini BOGUE formülleri ile hesaplayınız. C = C A(%) = 2.650Al C 4AF(%) 3.043Fe2O3 3 2O Fe2O3 Al 2 O 3 /Fe 2 O olması durumunda 3S(%) = 4.071CaO 7.600SiO Al2O3 1.43Fe2O SO3 C2S(%) = 2.687SiO C3S A B C 3 A 9,1 18,8 C 3 S 24,7 37,4 C 2 S 43,2 28,2 C 4 AF 12,2 9,1 İncelik (cm 2 /g)

82 b) Her iki tip çimentonun zamanla dayanım m kazanma oranlarını aynı grafik üzerinde gösteriniz. g Basınç Dayanımı B Katkısız A Katkılı 7 gün 28 gün Zaman B çimentosunda C 3 S ve incelik fazla erken dayanımı yüksek

83 c) Söz z konusu çimentolardan hangisinin diğerine kıyasla k sülfata s karşı daha dayanıkl klı olduğunu unu nedeni ile açıklaya klayınız. A çimentosu daha dayanıkl klı C 3 A daha düşük d (C 2 S te daha düşük d k Ca(OH) 2 çıkışıışı var; kimyasal dayanıkl klılık k artar) d) Hangi tip çimentonun hidratasyon ısısının n daha yüksek y olması beklenir?,neden? B Çimentosunda Hidratasyon ısısı yüksek (C 3 A, C 3 S ve incelik fazla)

84 Kütle betonu üretiminde hangi çimentoyu tercih edersiniz? Neden? Soğuk havada betonu üretiminde hangi çimentoyu tercih edersiniz? Neden? Deniz ortamında hangi çimentoyu tercih edersiniz? Neden? Erken Kalıp p almak gerektiğinde inde hangi çimento tercih edilir? Neden?

85 Kimyasal raporlarda kireç standardı,, silis modülü,, hidrolik modül, alumin modülü gibi bazı modüller de verilir. Kireç Standardı = Silis modülü = Hidrolik modül l = Alumin modülü = Ca0 - (Serbest CaO SO 3 ) 2.8 Si0 2 + l.l Al Fe 2 O 3 Si0 2 Al Fe 2 O 3 Si0 2 Si0 2 + Al Fe 2 O 3 Al Fe 2 O Kireç standardının n % arasında nda, Silis modülünün n arasında nda, Hidrolik modülün n l , Alümin modülünün n l arasında değerler erler alması istenir.

86 ÇİMENTODA İZİN N VERİLEN DEĞERLER ERLER TS EN 197-1'e göre Klorür r muhtevası % 0.1'den, S0 3 miktarı % 3.5 veya %4 den, çözünmeyen kalınt ntı miktarı % 5'den, kızdırma kaybı % 5'den, MgO muhtevası kütlece %5 den fazla olmamalıdır.

87 ÇİMENTODA İZİN N VERİLEN DEĞERLER ERLER Kızdırma kaybı Çimentolarda kızdk zdırma kaybı, çimentonun yüksek y sıcaklıkta kta (975±25 25 C) kızdk zdırılması sonucu çimentoyu terkeden nem ve karbondioksitten ileri gelir. Çok az miktardaki su, çimento üretiminde kullanılan lan alçı taşı şının n (CaSO 4.2H 2 O) bünyesinden b ve havadan bir miktar nem alınmas nmasından ndan kaynaklanır. Karbondioksit ise, çimentonun havadan karbondioksit alarak karbonatlaşma yapmasından kaynaklanır.

88 ÇİMENTODA İZİN N VERİLEN DEĞERLER ERLER Çözünmeyen Kalıntı Çözünmeyen kalınt ntı, çimento bileşenlerinin enlerinin oluşumunda umunda görev almayan silis miktarını ifade eder. Normal olarak çimento bileşenleri enleri hidroklorik asit içerisinde çözünmesine rağmen, sadece silis bu asit içerisinde çözünmez. Çözünmeyen kalınt ntı yüzdesi, çimento üretiminde kimyasal reaksiyonların n tam olarak gelişip ip gelişmedi mediğini ini göstermesi g bakımından önemlidir.

89 Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ II DERSİ BETON TEKNOLOJİSİ Bağlay layıcı maddeler; çimento DOÇ.DR. KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU LU