Bu teori ile taneli bir malzeme olan çimentonun, taşıyıcı ve katı bir cisim haline gelmesi incelenecektir. Bu olay üç safhada gerçekleşir:

Transkript

1 1 2. BAĞLAYICI MADDELER Bağlayıcı maddeler agrega adı verilen taneli malzemeyi birbirine bağlayarak, bir anlamda yapıştırarak, yapay taş oluşumuna imkan sağlayan malzemelerdir. Bağlayıcı maddeler genel olarak toz halindedir. Asfalt yapımında kullanılan hidrokarbonlu sıvı bağlayıcılar bu bölümün konusu dışındadır. Suyla karıştırılan bağlayıcı maddeler önce viskoz bir sıvı, sonra hamur haline dönüşürler, daha sonra katılaşır ve zaman içerisinde sertleşerek dayanım kazanırlar. Bağlayıcı maddelerin sıvı halden katı hale geçmesine PRİZ adı verilir. Priz olayı suyla karıştırma başladığında meydana gelir, ancak belirgin değildir. Pratik yönden katılaşmanın belirli bir düzeye varması durumuna Priz başlangıcı denir. Bu düzey standart bir deneyle tanımlanır. Priz olayını sadece havada yapabilen bağlayıcılara hava bağlayıcıları, hem havada hem su içinde katılaşabilen bağlayıcılara ise hidrolik bağlayıcılar adı verilir. Kireç bir hava bağlayıcısı, çimento ise hidrolik bağlayıcıdır Bağlayıcı Maddeler Teorisi Bu teori ile taneli bir malzeme olan çimentonun, taşıyıcı ve katı bir cisim haline gelmesi incelenecektir. Bu olay üç safhada gerçekleşir: 1- Hidratasyon olayı (Kimyasal): Çimentoyu teşkil eden tanelerin su ile yaptığı kimyasal reaksiyondur. Bu olayın iki önemli özelliği vardır. Bunlardan birincisi, çimento klinker halinde iken yani öğütülmemiş iken su karşısında bir reaksiyon yapmaz. Çimentonun hidratasyon olayını yapabilmesi için gayet ince bir şekilde öğütülmesi (tane çapının 20 mikron civarında olması) lazımdır. Bu durumda bile ilk zamanlarda hidratasyon işine katılan çimento miktarı toplam malzemenin yarısından az bulunmaktadır. Hidratasyonun ikinci özelliği, bu olayın zamanın bir fonksiyonu olmasıdır. Bu özellik sayesinde hidratasyon yapan çimento miktarı çimentonun su ile temasa geçtiği andan itibaren geçen zamanla beraber artar. Hidratasyonun gelişmesi birçok faktörlere bağlı bulunmakla beraber genel olarak senelerce devam eder. Hidratasyon hızının artması mukavemet artışının hızlanmasına yol açar. Hidratasyon bazı sebeplerden dolayı yavaşlarsa mukavemet artışında da aynı yavaşlama meydana gelir. Sonuç olarak bağlayıcı maddelerin mukavemet kazanması ile hidratasyon olayının seyri arasında gayet yakın bağıntılar mevcuttur. 2- Katılaşma olayı veya priz olayı (Fiziksel): Hidrotasyon olayının gelişmesi ve belirli bir merhaleye ulaşması sonunda bağlayıcı madde hamurunun plastiklik özelliğinde önemli bir azalma veya viskozitesinde önemli bir artış meydana gelir ki buna prizin başlaması diyoruz. Olayın gelişmesi sonunda hamurun tamamen plastikliğini kaybetmesi ile çimento hamuru katılaşmış veya prizini yapmıştır. 3- Setleşme olayı (Mekanik): Hidratasyon olayının devamından dolayı sertleşme, mukavemet kazanma olayı devam eder. Hidratasyon olayı zamanla değişir. Çimentonun su ile temas geçtiği andan itibaren geçen zamanla birlikte artmaktadır. Bu durumun bir sonucu olarak çimentoların veya çimento kullanılarak üretilen betonların mukavemeti zamanın artan bir fonksiyonudur. Betonların mukavemetinde artış ilk günlerde fazla olmakla beraber zaman ilerledikçe mukavemet, artış hızı azalarak artmaya devam eder. Pratik bakımdan yapılarda betonların 28 günlük mukavemetleri esas alınarak mukavemet ve statik hesapları yapılır. Mukavemet artışı basınç halinde 15 sene, çekme halinde 3 sene devam edebilir.

2 Çimentolar Çimento kelimesi, yontulmuş taş kırıntısı anlamındaki Latince Caementum kelimesinden türemiştir. Daha sonra bu kelime bağlayıcı anlamında kullanılmaya başlanmıştır. 19. yüzyılın başlangıcında kil içeren kireçtaşlarının yakılması deneyleri çimentonun keşfine yol açmıştır lü yılların başında Fransız Lois Vicat su kireci (hidrolik kireç) kullanımıyla ilgili çok önemli çalışmalar yapmıştır. Ancak Portland Çimentosu olarak adlandırılan ve diğer hidrolik bağlayıcılardan daha üstün özelliklere sahip olan bağlayıcı, 1824 yılında İngiltere nin Leeds kentinde, Joseph Aspdin isimli bir duvarcı ustası tarafından ince taneli kil ve kalker karışımının pişirilmesi ve daha sonra öğütülmesi ile elde edilmiştir. Bu ürüne su ve kum katıldığında ve zamanla sertleşme olduğunda, ortaya çıkan malzeme İngiltere nin Portland adasından elde edilen yapı taşlarına benzer. Bunu gören Joseph Aspdin elde ettiği bu bağlayıcı için tarihinde Portland Çimentosu adı altında patent almıştır. Portland adası İngiltere nin bir adadır. Bu ada açık gri renkte olan sağlam ve dayanıklı kalker taşları ile meşhurdur. Bu bağlayıcı daha sonraki yıllarda büyük gelişmeler gösterse de Portland ismi aynen korunmuştur. Aslında Joseph Aspdin tarafından üretilen bağlayıcı, üretim sırasında yeterince yüksek sıcaklıklarda pişirilmediği için bugünkü Portland çimentosunun özelliklerine tamamen sahip olamamıştır. Hammaddelerin yüksek sıcaklıklara kadar pişirilip öğütülmesi olayı daha sonra 1845 yılında Isaac Johnson isimli bir İngiliz tarafından gerçekleştirilmiştir. Türkiye de ilk çimento fabrikaları 1910 yılında Eskişehir de kurulan Arslan ve 1911 yılında kurulmuş olan Eskihisar çimento fabrikalarıdır. Ülkemiz 39 çimento fabrikası ve 18 öğütme tesisi ile Avrupa nın ikinci, dünyanın ise yedinci büyük üreticisi konumundadır. Cumhuriyetin kuruluşuna kadar yıllık toplam üretimi tonu geçmeyen Türk çimento endüstrisinin üretimi 2005 yılında 35 milyon ton, 2006 yılında 40 milyon tona ulaşmıştır Portland Çimentosunun Üretimi Çimentonun ana maddesi kalker (kireçtaşı) ve kildir. Kalkerli malzemeler olarak; kireçtaşı ve marn, killi malzemeler olarak bol silisli kil, şeyi, şist gibi hammaddeler kullanılır. Üretimin esası, bu maddeleri ince bir şekilde öğüterek uygun oranlarda karıştırmak suretiyle döner fırınlarda yüksek sıcaklıkta ( C civarında) pişirmektir. Fırından gri renkte ve mm mertebesinde boyutlara sahip ufak taneler halinde çıkan klinker, su karşısında hiçbir etki göstermez. Bu taneler öğütüldükten ve bu suretle boyutları 90 mikronun altına indirildikten sonra bağlayıcı madde özelliğini kazanır. Bu şekilde elde edilen çimentonun priz süresini ayarlamak için klinkere, öğütülmeden önce ağırlığının %2-4 ü arasında alçıtaşı veya jips ilave edilir. Jipsle beraber öğütülen klinker artık bir çimentodur ve yapı işlerinde kullanmaya elverişli bir malzemedir. Çimentonun üretim aşamaları: Hammadde temini Kırma Öğütme Karıştırma(ıslak, kuru) Yakma ( oc) Klinker

3 3 İlkel maddelerin analizi: hammaddelerin analizi sonunda birbirine karıştırılacak kalker ve kil miktarları belirlenir. Bir ton portland çimentosu üretebilmek için yaklaşık 1600 kg hammadde kullanılır. Bunun yaklaşık %80 i kalker kökenlidir. Kalkerli maddeler fırında ağırlıklarının %44 ünü oluşturan CO2 i kaybeder. Bu nedenle kullanılan hammadde miktarı üretimden fazladır. Kireç (CaO) genellikle kalkerli hammaddelerden, silis (SiO2) ve alümin {Al2O3) ise killi hammaddelerden sağlanır. Demir oksit ise (Fe2O3) killi veya kalkerli hammaddelerin yapısında bulunmaktadır. Al2O3 ve Fe2O3 miktarları yeterli değilse boksit ve demir cevheri ilave edilir. CaCO3+ısı o C CaO+CO2 Homojen karışım sağlanması: kil ve kalkerin belirli oranlarda homojen bir karışımını elde etmek amacıyla, yaş ve kuru olmak üzere iki yöntem kullanılır. Bazen malzeme karışımının çok az miktarda su ile birleştirilmesi ile yarı-kuru sistemde uygulanmaktadır. Yaş yöntemde önce kil büyük havuzlara gönderilerek burada malzemenin su içinde dağılması sağlanır. Sonra kırmataş halinde bulunan kalkerle birlikte ıslak olarak değirmende öğütülür ve buradan tekrar havuzlara gönderilir. Bu havuzlarda büyük kanatların döndürülmesi ile karışım homojen hale sokulur. Yapılan analizlerle istenilen bileşim bulununca, karışım fırına gönderilmek üzere sulu bir kıvamda depolanır. Kuru yöntemde kalker ve kil önce ayrı ayrı kaba bir şekilde öğütülerek belirlenen miktarlarda karıştırılır. Öğütme işlemi hammaddelerin uygun oranlarda karışımını daha hassas yapabilmek ve bunların fırında daha iyi ve üniform pişirilmelerini sağlamak için yapılır. Karıştırma işleminde basınçlı hava kullanılarak homojen bir karışım elde edilir. Ancak bu yöntemde de karışımın içinde %10-12 su bulunur. İlkel malzemenin yumuşak olması halinde yaş yöntem, sert olması halinde kuru yöntem önerilir. Yaş yöntemde bileşim kontrolü daha kolay bir şekilde sağlanır Yaş sistemde karışım önemli oranda su (yaklaşık %35) içerdiğinden, fırındaki pişirme işlemi için daha fazla enerji gerekir ve kuru yönteme kıyasla iki kat yakıt harcanır. Yakıt maliyetleri işletme masraflarının %30-40 ını oluşturduğundan kuru yöntem daha çok kullanılır. Yaş sistemin önemli bir avantajı toz kontrolünün daha kolay olmasıdır. Karışımların Pişirilmesi: Çimento üretiminde hammaddelerin döner fırına girmeden önceki öğütülmüş ince haline Fransızcada un anlamına gelen farine (farin) denilmektedir. Gerek yaş, gerekse kuru yöntemle hazırlanan farin adı verilen bu karışımlar döner fırınlara gönderilerek pişirilir. Kuru yönteme göre hazırlanan karışımlar için m uzunluğunda, yaş yöntemde ise m uzunlukta fırınlar kullanılır. %3-7 arasında eğime sahip bu fırınların iç çapları, 2-4 m arasında değişir ve içi ateş tuğlası kaplıdır. Genellikle yaş sistemdeki döner fırınlarda boy/çap oranı yaklaşık 30 civarında iken, kuru sistemde bu oran yaklaşık 15'tir. Homojen hale getirilmiş ilkel malzeme eğim dolayısıyla kendi ekseni etrafında dönen ( devir/saat) fırında aşağı doğru hareket ederek gittikçe daha yüksek sıcaklığın etkisinde kalır. Fırındaki yüksek sıcaklık fuel oil, doğal gaz ve toz kömürün veya günümüzde çok çeşitli atık yakıt türlerinin (parçalanmış lastikler, kağıt, plastik vb.) yanması île elde edilmektedir. Fırındaki maksimum sıcaklık 1500 C'ye kadar yükselmektedir. Bu yüksek sıcaklık altında daha önce ilkel malzemenin ayrışması sonucu oluşan; kireç, silis, alümin, demiroksit aralarında birleşerek, çimentonun karmaşık bileşimleri olan silikatları ve alüminatları meydana getirir.

4 4 Fırının altından gri kürecikler halinde "klinker" adı verilen pişmiş elemanlar çıkar. Fırından 1000 C'ye yakın bir sıcaklıkta çıkan klinkerin genel olarak hızlı bir şekilde soğutulması gereklidir. Bu amaçla hava akımı sağlayan ve kendi ekseni etrafında dönen soğutucular kullanılır. Soğutulan klinker bir kırıcıdan geçirilerek depolanır. Klinkerin Öğütülmesi: Soğutucudan çıkan klinker, boyutları 1-3 cm arasında değişen, pürüzlü, gözenekli bir yüzeye sahip, sert, yuvarlak, koyu gri tanelerden oluşur. Klinker su ile herhangi bir reaksiyon yapmaz ve bu maddenin bağlayıcılık özelliği yoktur. Klinker ancak ince bir şekilde öğütüldükten sonra bağlayıcı özellik kazanır. Klinkere çimentonun priz süresini düzenlemek için az oranda (%3-6) alçıtaşı eklenir. Alçı taşı olmaması halinde çimento çok hızlı sertleşeceğinden betonu rahatça yerine yerleştirme olanağı kalmaz. Katkılı Portland çimentosu üretiminde ise; katkı maddesi olarak kullanılan hammadde bu aşamada klinkere katılır. Klinker ve diğer katkılar çelik bilyeli öğütücülerde boyutları 90 ile 6.5 mikron arasında değişen tanelere dönüştürülerek çimento elde edilir. Öğütülen çimento silolara gönderilerek gerekli süre bekletilip soğuması ve kararlı bir durum alması sağlanır. Çimentonun özellikle sıcak ve kuru havalarda iş yerine sıcak gönderilmesi halinde, betondaki su daha çabuk buharlaşmakta ve daha hızlı priz yapmaktadır. Bu durum betonda önemli sorunlar yaratmaktadır. Bu nedenle kullanım yerine giden çimento sıcaklığının en fazla 75 C olması istenir. Kararlı duruma gelen çimento piyasaya silolarda açık olarak veya 50 kilogramlık kraft kağıt torbalar halinde sevk edilir. Üretiminde kalker ve kilin kullanılması sonucunda çimentolarda genel olarak 4 ana madde (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3) daima bulunur. Yüksek sıcaklıkta kalkerin ayrışması sonunda CaO, kilin ayrışması sonunda silis (SiO2), alümin {Al2O3) ve demir oksit (Fe2O3) oluşur. Daha sonra oluşan bu oksitler, yüksek sıcaklıkta aralarında birleşerek çimentonun esas bileşenleri olan ve çimentoya bağlayıcılık özelliğini kazandıran silikatları ve alüminatları oluştururlar Portlan Çimentosunun Karmaşık Bileşenleri Çimento kimyasında, çimentolar ile ilgili formülleri daha kısa ifade etmek için çimentoyu oluşturan her bir oksit tek harf olarak belirtilmektedir. Buna göre oksitler, aşağıdaki şekilde sembolize edilmişlerdir. Adı Oksit Sembolü Kireç CaO C Silis SiO2 S Alümin Al2O3 A Demir Fe2O3 F Kükürt trioksit SO3 S Çimentoyu oluşturan oksitler, fınnda birbirleriyle birleşmek suretiyle kimyasal olaylar sonucu karmaşık bileşimleri meydana getirirler. X ışınları kırınımı analizleri ve elektron tarama mikroskobu gibi içyapıyı inceleyen yöntemler, Portland tipi çimentolarda aşağıda belirtilen beş fazın kesinlikle bulunduğunu göstermiştir : a) Alite: C3S b) Belite: C2S (β türü) c) Felite: C2S ( türü) d) C3A e) Celit: C4AF

5 5 Portland çimentoları, hidratasyon olayı sebebiyle priz yapar. Hidratasyon sırasında çimentonun içinde bulunan maddelerin reaksiyonu sonucunda serbest kireç denilen Ca(OH)2 meydana gelir. Bu kirecin varlığı bağlayıcı maddenin her türlü suya karşı mukavemetini azaltır. Çünkü Ca(OH)2 suda oldukça kolay bir şekilde erir. Böylelikle su içinde bulunan yapılarda kireç eriyerek zamanla betonun porozitesi artar. Bu durum suların beton kütlesinin içine daha kolay girmesine sebep olarak zararlı etkinin hızlanmasına yol açar. Ayrıca boşluğun artması betonun mekanik mukavemetini azaltır. Çimentonun prizi esnasında önemli bir ısı açığa çıkar. Meydana gelen ısı özellikle barajlar gibi büyük kütle betonlarının üretiminde önemlidir. Büyük kütle betonlarında iç sıcaklık yükselir, hava ile temasta olan dış kısım soğur ve büzülür. Beton çatlar ve su geçirimli bir malzeme üretilmiş olur. Barajlarda su geçirimsizliğinin önemi açıktır Genel Çimento Tipleri, Bileşim ve İşaretleme Şu anda yürürlükte olan standartlara göre, çimentolar TS EN de CEM Çimentosu olarak adlandırılır. Ayrıca bir klinker standardı olmadığı için klinkerde aranan özellikler de çimento standardının içine alınmıştır. İlgili tanımlamalar şöyle özetlenebilir: CEM Çimentosu: Hidrolik sertleşmesi öncelikle kalsiyum silikatların hidratasyonu sonucu meydana gelen ve içindeki reaktif CaO ve reaktif SiO2 toplamının kütlece en az %50 olması gereken çimentodur. Bileşimi portland çimentosu klinkeri, kalsiyum sülfat (alçı) ve çeşitli mineral katkılardır. Portland Çimentosu Klinkeri: Kalker ve kil gibi hammaddelerin CaO, SiO2, Fe2O3, Al2O3 gibi oksitlerini içeren, hassas bir orantı ile birleştirilip ince öğütülmüş karışımının (farinin) döner fırında C sıcaklıkta pişirilmesi sonucu elde edilen yaklaşık 1 cm çapında topakcıklardır. Kütlece en az 2/3 oranında kalsiyum silikat içermeli, CaO/SiO2 orantısı 2,0 den az olmamalıdır. Ayrıca, MgO içeriği en fazla % 5 olarak sınırlanmaktadır. TS EN standardı genel amaçlı çimentoları (CEM çimentoları) 27 alt çeşidi kapsayan 5 ana tip içerisinde toplamaktadır (Tablo 2). Çimentoların tablodaki bileşimleri ana bileşenler ile minör ilave bileşenlerden oluşmaktadır. CEM I: Portland çimentosu: Bu grupta klinkerin sadece kalsiyum sülfat ve minör bileşen olarak ağırlıkça en fazla % 0-5 arası mineral katkı ile öğütülmesi sonucunda Portland Çimentosu elde edilir. CEM II: Portland-kompoze çimento: Bu grupta mineral katkı miktarı % 6-35 arasındadır. Katkı türüne bağlı olarak bu gruptaki çimentolar Portland Cüruflu, Portland Puzolanlı gibi isimler de almaktadır. CEM III: Yüksek fırın cüruflu çimento: Bu grupta Yüksek Fırın Cüruflu Çimentolar bulunur. Katkı miktarı % arasındadır. CEM IV: Puzolanlı çimento: Bu grupta Puzolanik Çimentolar yer alır. Bunlarda cüruf veya kalkar katkı maddesi olarak kullanılmaz. Katkı madde oranı puzolan ve uçucu kül katkıları ile birlite %11-55 arasında değişmektedir. CEM V:Kompoze çimento: Bu grupta Kompoze Çimentolar bulunur. Bunlara hem cüruf (%18-50) ve hem de puzolan ve uçucu kül (%18-50) miktarı belirlenen sınırlar içerisinde değiştirilerek birlikte katılır, miktarları klinker oranı %20-64 arasında kalacak şekilde ayarlanır. Bunların haricinde gerek klinker üretimi sırasında, gerekse sonradan ilave edilen mineral katkılar sayesinde özel kullanım amaçlı olarak üretilmiş, TS EN standardının kapsadığı 5 çeşit daha çimento bulunmaktadır. Bunlar: Sülfatlara Dayanıklı Çimentolar, Beyaz Portland Çimentosu, Harç Çimentosu, Yüksek Fırın Cürufu Katkılı, Düşük Erken Dayanımlı Çimentolar, Çok Düşük Hidratasyon Isılı Özel Çimentolar

6 6 TS EN standardında çimentoların tanımı, Ana çimento tipi Portland çimentosu klinkeri oranı, İkinci ana bileşen, Standart dayanım sınıfı (28 günlük) Erken dayanım kazanma hızı dikkate alınarak yapılmıştır. TS EN deki değişik çimento tiplerine göre çimentonun bileşen malzemeleri şu şekildedir: 1- ana bileşen: portland çimentosu klinkeri 2- ikinci ana bileşen: uçucu kül, yüksek fırın cürufu, kalker, silis dumanı 3- minör ilave bileşen: uçucu kül, yüksek fırın cürufu, kalker, doğal puzolan 4- priz ayarlayıcı: kalsiyum sülfat, alçıtaşı 5- kimyasal katkılar: pigmentler, hava sürükleyici katkılar İkinci ana bileşeni belirten harfler ise şöyledir: S: granüle yüksek fırın cürufu D: silis dumanı P: doğal puzolan Q:doğal kalsine puzolan V: silissi uçucu kül W: kalkersi uçucu kül T: pişmiş şist M: yukarıdakilerden ikisi veya daha fazlası L: kalker CEM II/A-S 42.5 N II: Ana çimento tipi A: Portland çimentosu klinkerinin oranı A-yüksek, B-orta, C-düşük S: Alt tip, ikinci ana bileşen (bu örnekte yüksek fırın cürufu) 42.5: standart dayanım sınıfı N: Alt sınıf, N-normal erken dayanım, R-hızlı erken dayanım Ülkemizde TS EN e göre, en son şekliyle 32.5, 42.5, 52.5 Mpa olmak üzere üç standart dayanım sınıfı bulunmaktadır. Ayrıca her dayanım sınıfı için iki erken dayanım sınıfı tanımlanmıştır. Tablo 1 Gerekli mekanik ve fiziksel özellikler için karakteristik değerler Dayanım Basınç Dayanımı (MPa) sınıfı Erken dayanım Standart dayanım 2 günlük 7 günlük 28 günlük 32.5 N R N R N R Priz Başlama Süresi (dk) Genleşme (mm) 10

7 7 Bunların haricinde gerek klinker üretimi sırasında, gerekse sonradan ilave edilen mineral katkılar sayesinde özel kullanım amaçlı olarak üretilmiş, TS EN standardının kapsadığı 5 çeşit daha çimento bulunmaktadır. Bunlar: Sülfatlara Dayanıklı Çimentolar: Trakalsiyum alüminat miktası sınırlanmış (max %5) olarak üretilen klinkerin kalsiyum sülfat ile birlikte öğütülmesi ile elde edilir. Beyaz Portland Çimentosu: Özel nitelikli kil ile kireçtaşının birlikte pişirilmesiyle elde edilen beyaza yakın klinkerin bir miktar kalsiyum sülfat ile birlikte öğütülmesiyle elde edilir. Harç Çimentosu: Dayanım gelişmesi için gerekli Portland Çimentosu Klinkeri içeren ince öğütülmüş hidrolik bağlayıcıdır. İlave bileşene ihtiyaç duyulmadan sadece kum ve su karıştırılarak duvar, sıva ve kaplama işlerinde kullanıma uygun harç yapımını sağlar. Yüksek Fırın Cürufu Katkılı, Düşük Erken Dayanımlı Çimentolar: Sınırlandırılmış hidratasyon ısısına sahip, yüksek fırın cürufu katkılı ve erken dayanımı düşük olan çimentodur. Çok Düşük Hidratasyon Isılı Özel Çimentolar: Su ile karıştırıldığında hidratasyon reaksiyonları ve prosesler nedeniyle priz alan ve sertleşen bir hamur oluşturan, sertleşme sonrası suyun altında bile dayanımı ve kararlılığını koruyan ve geliştiren, genel çimentoların hidratasyon reaksiyonlarına sahip bir çimentodur.

8 8 Tablo Genel Çimentolar Ana tipler Genel Çimento tipleri Bileşim (kütlece % olarak) Ana bileşenler Puzolan Uçucu kül Kalker Klinker Yüksek fırın Silis Doğal Pişmiş K cürufu S dumanı D Doğal P kalsine edilmiş Q Silissi V Kalkersi W şist T L LL CEM I Portland Çimento CEM I Portland CEM II/A-S cüruflu çimento CEM II/B-S Portland silis CEM II/A-D dumanlı çimento CEM II CEM III CEM IV CEM V Portland puzolanlı çimento Portland uçucu küllü çimento Portland pişmiş şistli çimento Portland kalkerli çimento Portland kompoze çimento Yüksek fırın cüruflu çimento Puzolanik çimento Kompoze çimento CEM II/A-P CEM II/B-P CEM II/A-Q CEM II/B-Q CEM II/A-V CEM II/B-V CEM II/A-W CEM II/B-W CEM II/A-T CEM II/B-T CEM II/A-L CEM II/B-L CEM II/A-LL CEM II/B-LL CEM II/A-M CEM II/B-M CEM III/A CEM III/B CEM III/C CEM IV/A CEM IV/B CEM V/A CEM V/B Minör ilave bileşen

9 9 TS EN e Göre Çimento Tipleri İptal Edilen Türk Standardı İptal Edilen Türk Standardına Göre İşaretleme Çimento TS EN İşaretlemesi Klinker İçeriği, % TS 19 PÇ Portland Çimento CEM I % Klinker TS PCÇ Portland-Cüruflu Çimento CEM II/A-S CEM II/B-S % Klinker + % 6-20 Cüruf % Klinker + % Cüruf TS PSFÇ Portland-Silis Dumanlı Çimento CEM II/A-D % Klinker + % 6-10 S.Dumanı TS KÇ CEM II/A-P % Klinker + % 6-20 D.Puzolan TS 26 TÇ Portland-Puzolanlı Çimento CEM II/B-P CEM II/A-Q CEM II/B-Q % Klinker + % D.Puzolan % Klinker + % 6-20 DK.Puzolan % Klinker + % DK.Puzolan TS 640 UKÇ Portland-Uçucu Küllü Çimento CEM II/A-V CEM II/B-V CEM II/A-W % Klinker + % 6-20 SU.Kül % Klinker + % SU.Kül % Klinker + % 6-20 KU.Kül CEM II/B-W % Klinker + % KU.Kül TS KÇ Portland-Pişmiş Şistli Çimento CEM II/A-T CEM II/B-T % Klinker + % 6-20 P.Şist % Klinker + % P.Şist TS PLÇ Portland-Kalkerli Çimento CEM II/A-L % Klinker + % 6-20 L.Kalker CEM II/B-L % Klinker + % L.Kalker % Klinker + % 6-20 LL.Kalker TS PKÇ Portland-Kompoze Çimento CEM II/A-LL CEM II/B-LL % Klinker + % LL.Kalker CEM II/A-M % Klinker + % 6-20 Katkılar CEM II/B-M % Klinker + % Katkıla

10 ALÇI En eski bağlayıcı maddelerden olan alçı artık günümüzde bağlayıcı olarak pek kullanılmamaktadır. Alçının hammaddesi doğadaki alçıtaşı veya jips ile anidrittir. Alçıtaşı CaSO42H2O dur, anidrit ise CaSO4 den ibarettir. 190 o C civarında pişirilen jips alçı dediğimiz toz haldeki (beyaz renkli) malzemeye dönüşür. CaSO42H2O 190 o C CaSO41/2H2O+1 1/2 H2O Alçıtaşı adi alçı Sıcaklık 200 o C nin üstüne çıkarsa alçıtaşı suyunun tümünü kaybeder, elde edilen toz bağlayıcı değildir, yani priz yapmaz. Ancak 600 o C yi aşarsa elde edilen alçı özel ve çok dayanımlı bir alçının üretiminde kullanılır. Bu kristal suyu içermeyen ve şapla veya jelatinle karıştırılmış alçılara döşeme alçısı, Keene Çimentosu denir. Alçının katılaşması ve sertleşmesi yukarıda yazılan üretim reaksiyonunun tersi reaksiyonla meydana gelir. CaSO41/2H2O+1 1/2 H2O Alçı (toz) CaSO42H2O alçıtaşı (katı) Katılaşmanın fiziksel sebebi kristalleşme, kimyasal sebebi hidratasyondur. Hidratasyon, moleküler yapısına hidrat suyu almak demektir. Alçının hidratosyonu çok hızlıdır dakika sürer. Pratik açıdan bu bir sakıncadır. Prizi geciktirmek için zayıf asitler (limon asiti, sirke), tutkal, talk gibi katkılar kullanılır. Hidratasyon ne kadar hızlı ise kristaller o kadar büyük ve mukavemet o kadar düşük olur. Görünüşte dolu imiş gibi gözüken yapay alçıtaşı aslında çok boşlukludur. Porozitesi %25-%60 arasında değerler alır. Alçıtaşının suya dayanıklılığı da iyi değildir. Bu bakımdan hava etkilerine açık yerlerde kullanılması tavsiye edilmez. Alçının silise (SiO2, kumun genellikle ana maddesi ) bağlantısı da iyi değildir. Bu bakımdan da harç için elverişli sayılmaz. 2.5 KİREÇ (HAVA KİRECİ) Kireç de alçı gibi çok eski bir bağlayıcıdır. İnsanoğlu uzun yıllar kireci bağlayıcı olarak kullanmak zorunda kalmıştır. Bu durum inşaat teknolojisinin uzun yıllar emekleyerek gelişmesine sebep olmuştur. Zira, kireç sadece havada dayanım kazanır, suda dayanıksızdır, düşük mukavemetlidir. Kirecin hammaddesi kalker taşı, tebeşir vb. gibi CaCO3 (Kalsiyum karbonat) kökenli külteler veya dolomit gibi CaCO3, MgCO3 (Kalsiyum ve magnezyum karbonat) tan oluşan kültelerdir. Birinci gruptan elde edilen kireç beyaz renklidir, ikinciden elde edilenler esmer, dayanımı nispeten yüksek olanlardır. Kirecin üretiminde iki aşama vardır. Kireçtaşının yakılması ve söndürülmesi işlemi: 1- Yakılma işlemi: Kalsinasyon da denir. CaCO3 900 C CaO + CO2 Sönmemiş kireç

11 11 2- Söndürme işlemi: CaO + H2O Isı çıkararak oluşur Ca(OH)2 sönmüş kireç Kalsinasyon işlemi kireç ocaklarında kömür veya odun kullanılarak veya fabrikalarda sıvı yakıt kullanılarak gerçekleştirilir. Söndürme işlemi ise teknelerde ve kireç kuyularında veya fabrikalarda su püskürtülerek sağlanır. İlkel bir yöntem olan kireç kuyularında kireç fazla su ile söndürüldüğünden ürün Ca(OH)2 + nh2o şeklindedir ve yağlı kireç olarak adlandırılır. Yağlı kirecin mekanik mukavemeti az deformasyon kabiliyeti fazladır. Fabrikalarda sönmüş kireç sadece Ca(OH)2 dir. İnce toz halindedir ve çimento gibi torbalar içinde satılır. Buna hidrate kireç de denir. Tamamen söndürülmeden kullanılan kireç söndürme reaksiyonunu kullanıldığı yerde yapar ve hacim artmasına sebep olur (En az 15 gün beklenmelidir). Kirecin sertleşmesi üç aşamada olur: Kuruma, Ca(OH)2 formülünde kristalleşme, havanın CO2 si ile birleşerek karbonatlaşma. Kuruma ve kristalleşme geçicidir. Suyla karıştırılınca kireç tekrar yumuşar. Asıl sertleşme karbonatlaşma sonucudur. Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O Bu reaksiyon çok yavaş olur. Havanın ve özellikle CO2 nin varlığı zorunludur. Bu sebeple kireç bir havada sertleşen bağlayıcı dır. Kireç harcı düşük dayanımlıdır, suya dayanmaz, çözülür. Günümüzde bu yüzden kireç tek başına bağlayıcı olarak kullanılmaz. Muhakkak çimento ile karıştırılarak kullanılır. Ancak sıva ve duvar harcında kireç katılması yararlıdır. Kireç sayesinde malaya yapışmayan, duvara yapışan ve perdahlama sırasında çatlamayan bir sıva elde edilir. Su kireci içinde %10- %25 kil bulunan kalkerin pişirilmesi ile elde edilir. Su içinde katılaşır ve sertleşebilir. Kireç hakkında bilinmesi gereken bir diğer husus da kirecin kaynatılması halinde suda eriyirliğinin azalmasıdır. Kalorifer kazanlarının borularının tıkanmasındaki sebep kirecin bu özelliğidir. 2.6 PUZOLANLAR Puzolanlar (traslar) kimyasal olarak SiO2 ve az miktarda AL2O3 den oluşan maddelerdir. Suyla karıştırıldıklarında çamur haline gelir, kuruduktan sonra tekrar eski hallerine dönerler. Ancak bunlar kireçle karışırlarsa bağlayıcılık kazanır ve suda erimeyen bir kalsiyum silikat tuzuna dönüşürler. SiO2 içeren her toprak puzolan olamaz. Hangi toprağın bu özelliğe sahip olduğu çeşitli testlerle belirlenir. Puzolanlar çimentoya üretim sırasında katılarak katkılı portland çimentosu, traslı çimento denilen türde çimentolar elde edilir. Puzolan+ kireç birleşiminin daha iyi olması için bazı şartlar gereklidir. Puzolan çok ince öğütülmelidir, ortam sulu olmalıdır, gerekli uzun zaman geçmelidir. Puzolanların kireci tesbit etmeleri çimento yönünden önemlidir. Böylece çimentolarda su etkisiyle eriyen kireç, erimez ve çimento kimyasal etkilere karşı dayanıklı hale gelir. 2.7 Çimentoların Standart Deneyleri

12 12 Üretilen çimentoların kullanılmadan evvel genel olan özelliklere sahip olup olmadığı anlaşılmalıdır. Çimento üzerinde deneyler yapılmalı, bulunan neticelerin gerekli şartları yerine getirip getirmediği kontrol edilmelidir. Deneyler ve sonuçlarının önemi: Özgül ağırlık deneyleri: Çimentonun ucuz bazı dolgu maddeleri ile karıştırılmış olup olmadığını meydana çıkarmada kullanılır. Özgül ağırlık portland çimentolarında en az 3,05 gr/cm 3, yüksek fırın cürufu çimentolarında en az 2,85 gr/cm 3 olmalıdır. Ayrıca çimentonun saklama sırasında rutubet alıp hidratasyona başlaması da özgül ağırlığının düşmesine sebep olabilir. İncelik Deneyi: Belirli bir ağırlıktaki klinker+alçıtaşı ne kadar ince taneli olarak öğütülürse, elde edilen çimento tanelerinin yüzeylerinin toplamı o kadar artmaktadır. Böyle bir durumda, su ile temas eden tanelerin yüzeyi daha fazla olmakta, kimyasal reaksiyonlar daha hızlı ve daha iyi gelişebilmektedir. Bu sebeple çimentoların çok ince toz halinde öğütülüp öğütülmediğinin kontrolü için incelik deneyi yapılır. Blaine aleti denilen bir cihaz yardımıyla çimentonun sahip olduğu özgül yüzey tayin edilir. Kimyasal Analiz: Kimyasal analiz ile çimentonun sülfata dayanıklılığı ve hidratasyon ısısı gibi özellikleri hakkında fikir edinilmektedir. Çimento Hamuru Üzerinde Yapılan Deneyler: 1) Kıvam deneyi: Çimentonun priz sürelerinin tayininde çimento hamurunun içerisindeki su miktarı, elde edilecek sonuçları önemli ölçüde etkiler. Priz sürelerinin tayininde, deneylerin standart şartlarda yapılabilmesini sağlamak amacıyla, çimento hamuru, normal kıvam adı verilen bir kıvamda hazırlanır. Çimento hamuru normal kıvamda olduğunda çimento ağırlığının yaklaşık %25-30 u kadar su içermektedir. Ancak, çimento hamurunun normal kıvamda olabilmesi için tam olarak ne miktarda su gerektiği deney yöntemiyle tayin edilmektedir. Bu işlem için Vicat (Vikat okunur) aleti kullanılır. Çimento hamuru hazırlandıktan sonra aletin halkası içine doldurulur. Aletin ucuna takılan 10 mm çapındaki sondanın ucu hamur üst yüzeyinden serbest bırakılır. Sonda kendi ağırlığı ile hamurun içine girer. Normal kıvamlı hamur için kullanılan su yeterli ise, sonda alttaki cam levhaya 5-7 mm kalıncaya kadar iner. Bu işlem değişik miktarlarda su ile tekrar edilerek çimento için gereken su miktarı tayin edilir. 2) Priz deneyleri: Priz hızını ayarlamak için çimentoya katılan alçıtaşı ilavesinin uygun miktarda olup olmadığını kontrol eder. Standart kıvam bulunduktan sonra bu kıvamda yeniden hamur yapılarak bunun üzerinde priz deneyleri yapılır. Priz deneyleri için de Vicat aleti kullanılır. Ancak, bu deneyler için 10 mm çapındaki sonda ucu yerine, 1 mm çapındaki iğneli uç kullanılır. Normal kıvamda çimento hamuru hazırlandıktan sonra aletin halkası içine doldurulur. Aletin ucuna takılan 1 mm çapındaki iğnenin ucu hamur üst yüzeyinden serbest bırakılır. Çimento hamuruna batan iğne, alttaki cam levhaya 3-5 mm uzaklıkta kaldığı an priz başlamış sayılmaktadır. İğne ucunun çimento hamurunun içerisine giremediği veya en çok 1 mm girebildiği an priz sona ermiş sayılır. Priz başlangıcı 1 saatten erken olmamalı, priz sonu da 10 saatten geç olmamalıdır. 3) Çimento Hamurunun Hacim Sabitliğini Tayin Yöntemi (Çimento Dayanıklılığı): Çimento içinde fazla miktarda serbest kireç (CaO) veya magnezyum oksit (MgO) bulunduğu takdirde, çimento hamurunun genleşmesine (hacim değişikliği göstermesine) yol açmaktadır. Bu maddeler, döner fırının içerisindeki oluşumları sırasında, yeterli sıcaklığın üzerindeki sıcaklığa tabi tutuldukları için çok yavaş bir şekilde hidratasyon

13 13 yapmaktadırlar. O nedenle çimento hamuru içerisindeki serbest CaO ve MgO nun su ile reaksiyonları, çimento hamuru veya beton sertleştikten aylar sonra meydana gelmektedir. Bu oksitlerin hidratasyonu sonunda sertleşmiş çimento hamurunda genleşme olduğundan, beton yapılarda iç gerilmeler ve çatlamalar meydana gelebilmektedir. Priz aldıktan sonra büyük miktarda hacim genleşmesine yol açmayan çimentolara dayanıklı çimento denmektedir. Bu deney için normal kıvamda çimento hamuru hazırlanmaktadır. İki çubuğun ucuna lehimlenmiş, ekseni doğrultusunda yarık bir silindirik halka şeklindeki Le Chatelier (Löşatölye okunur) halkaları adı verilen alet kullanılır. Aletin silindirik halkasının kalınlığı 0.5 mm, iç çapı 30 mm, yüksekliği 30 mm dir. Deneye başlamadan önce silindirik halkanın yarık kenarları birbirine değmiş durumda olmalıdır. Silindirik halkaya çimento hamuru doldurulurken çubukların arasının açılmaması için çubuklar lehim yanından iple bağlanmalıdır. Le Chatelier aleti bir cam levha üzerine yerleştirilir ve halkanın içi normal kıvamdaki çimento hamuru ile doldurulur. Halkanın üst yüzeyi kenar seviyesinde düzeltilerek bir cam levha ile kapatılır. Daha sonra çubuklara bağlanmış ipler çözülür. Halka sıcaklığı 20 o C olan su içerisine daldırılır ve 24 saat bekletilir. Bu süre sonunda sudan çıkarılıp çubuk uçlarının açıklığı ölçülür. Çubuklar yukarı gelecek şekilde beher içindeki suya daldırılır ve su dolu beher dakika içinde kaynamaya başlayacak şekilde ısıtılır. 4 saat kaynama sonunda çubuk uçlarının açıklığı tekrar ölçülür. 24 saat su içinde sertleşmede iğnelerin açılması 4 mm yi geçmemeli, arkasından 4 saat suda kaynatmada toplam açılma 10 mm yi geçmemelidir. Çimento Harcı Üzerinde Yapılan Deneyler: TS 33 e uygun kum, standart miktarda çimento ve su miktarları kullanılarak hazırlanan harç, boyutları 40x40x160 mm olan kalıplara standardın tarif ettiği tarzda yerleştirilmektedir. Bu şekilde hazırlanan en az üç prizmatik numune deney tarihine kadar su içinde bekletilir. Bu numuneler eğilme deneyine tabi tutulur. Bunun için iki ucundan mesnetlendirilir. Tam ortadan kırılıncaya kadar yükleme yapılır. Bulunan kırılma yükünden eğilme gerilmesi hesaplanabilmektedir. (Türk standartlarında daha önceleri aranan çimentoların eğilmede-çekme değerleri standartların en son baskılarında artık aranmamaktadır. 40x40x160 mm boyutlu en az 3 adet harç prizması eğilmeye tabi tutulduklarında, numunelerin ortadan kırılmalarıyla 6 adet yaklaşık 40x40x80 mm boyutlu, yine prizma şekilli yarım numune ortaya çıkmaktadır. Her yarım numunenin alt ve üst yüzeylerine 40x40 mm metal kırma başlığı yerleştirilmekte ve numuneler deney presinde kırılmaya tabi tutulmaktadır. Kırma başlıkları arasındaki yarım prizma 40x40 mm bir küp numune etkisini görmektedir. Altı adet numune üzerinde yapılan basınç denelerinde ayrı ayrı bulunan sonuçların ortalaması hesaplanmakta ve basınç dayanımı olarak kullanılmaktadır. Numunelerin kırılmaya tabi tutulacağı yaş ise 2, 7,28 günlük olabilir. elde edilen basınç dayanımı değerleri o yaştaki basınç dayanımı olarak belirtilmektedir.