YAPI MALZEMESİ OLARAK ÇİMENTO Çimento; Su ile ıslatıldığında hidratasyon olayı sonucu sertleşen ve bir daha yumuşamayan hidrolik bağlayıcılara çimento denir. Çimento kelimesi yontulmuş taş kırıntısı anlamındaki Latince Caementum kelimesinden türemiştir. Çimento yaklaşık %70 kalker, %30 kil karışımı 1500 o C de pişirilir ve erken priz yapmasını önlemek için %2-6 ornında jips (alçı taşı) ilave edilerek çimento elde edilir. Bağlayıcı malzemelerin kullanımı muhtemelen ateşin bulunmasından hemen sonra kireç ve alçı ile başlamıştır. İlk defa 1824 yılında İngiltere nin Leeds kentinde, Joseph Aspdin adlı duvarcı ustası tarafından kullanılmıştır. İngiltere nin Portland adasındaki yapı taşlarını andırdığı için portland çimentosu ismini almıştır.
Islak öğütme değirmeni Kil ve kalker karıştırılır Depo ÇİMENTO ÜRETİMİ Döner fırın besleyicisi Döner fırın Kalkerli ve killi malzemelerden oluşan hammadde karışımı yüksek sıcaklıklarda (1350-1500 C) kadar pişirilerek klinker adlı bir ürün elde edilir. Klinker soğutucusu Malzeme sıcaklığı çevre sıcaklığına düşürülür Klinker deposu %2-6 alçı taşı katılır Klinker öğütücüsü Klinker ve alçı taşı öğütülür Depolama Dağıtım
Çimentoların özellikleri; Çimento kullanıldığı yapı türüne ve bölge iklimine göre faklı özelliklerde olması gerekir. Örneğin normal bir yapı için uygun olan çimento bir deniz yapısı için uygun olmayabilir. Özgül ağırlık; Özgül ağırlık, ağırlığın hacme bölünmesiyle bulunur. 1m3 betonun bünyesine girecek çimentonun kg olarak belirlenmesi için gereklidir. Çimentoların özgül ağırlıkları 2.95-3.05gr/cm3 civarındadır. Portland çimentolarında ise 3.05-3.15gr/cm3 civarındadır. Dozaj: yerine dökülmüş ve sıkıştırılmış 1m3 betondaki çimentonun kilogram cinsinden miktarıdır.
Çimentoların inceliği; Çimento taneleri ne kadar küçükse incelik o kadar fazladır denir. Çimentolar çapı 90mikron eleklerden elendiğinde elek üstünde kalan miktarın %14den fazla olmaması istenir. Hidratasyon olayı sonunda yüksek dayanımlar elde edilmesi çimento tanelerinin ince öğütülmesiyle ilgilidir. Çimento taneleri ne kadar ince olursa o kadar çok su ihtiyacı olacaktır. Ayrıca taneler inceldikçe daha büyük ısı açığa çıkacaktır. İnceliğin fazla olması üretim masraflarını arttırır fakat beton dayanımını arttırır. İncelik arttıkça erken yaşta mukavemet artar. Su kusma olayı azalır, fakat rötre(büzülme) ve çatlakların artmasına neden olur. Bunu önlemek priz süresini arttırmak için alçı taşı miktarının arttırılması gerekir.
Çimentoların priz süresi; Çimentoların prizi su ile reaksiyona girmesi sonucu başlayan katılaşma olayıdır. Standartlara göre priz başlangıcı, 1saatten az 10 saatten çok olmamalıdır. Daha erken veya geç priz laması istenirse katkı maddeleri kullanılabilir. Çimento sıcaklığı artarsa priz hızlanır. Sıcaklık düşerse priz süresi uzar, su kullanması priz süresinin uzamasına sebep olur. Hidratasyon ısısı; Bağlayıcı maddeler su ile raksiyon esnasında ısı açığa çıkarırlar. Buna hidratasyon ısısı denir. Bu ısıyla betonun sıcaklık derecesi artar. Özellikle kütle betonlarında (baraj seti) beton dökümü hızlı bir şekilde yapılması iç sıcaklığı yükseltir. Dozajın yüksek olması da betonun sıcaklık derecesini arttırır. Sıcaklık betonun büzülerek çatlamasına ve geçirimli olmasına sebep olur.
Çimentoların ısısını incelikten başka karma oksit bileşimi de arttırır. Oksitlerin çimentoya etkisi şöyledir. Karma oksit İlk 48 saatte çıkan ısı (cal/gr) Toplam ısı (cal/gr) Trikalsiyum silikat C 3 S 100 120 Dikalsiyum silikat C 2 S 10 62 Trikalsiyum alüminat C 3 A 150 207 Tetrakalsiyum alümino ferrit C 4 AF 40 100 Hidratasyon ısısını azaltmak için; Beton karışımına girecek malzemeleri gölgede saklamak Beton karma suyuna buz ilave etmek Günün serin saatlerinde özellikle akşamüzeri ve gece beton dökmek
Çimento hamuru; Çimento, bağlayıcı özelliğe sahip bir malzemedir. Çimentonun sağlayabileceği bağlayıcılık özelliği, bu malzemenin su ile birlikte karılması sonucunda elde edilmektedir. Çimento ve suyun oluşturduğu malzeme çimento hamuru olarak adlandırılmaktadır. Çimento hamurunun işlevi; agrega tanelerinin yüzeylerini kaplamak, agrega taneleri arasındaki boşlukları doldurmak agrega tanelerini bir arada tutacak tarzda bağlayıcılık sağlamaktır. Harç; Çimento, su, ve ince agreganın karışımından oluşan malzemeye harç denilmektedir. Harç içerisinde iri agrega bulunmayan bir betondur.
PORTLAND ÇİMENTOLARI ve DİĞER ÇİMENTO TÜRLERİ Portland çimentosu: kalker ve kil karışımı hammaddelerin pişirilmeleri ile ortaya çıkan ve klinker olarak adlandırılan malzemenin çok az miktarda alçıtaşı ile birlikte öğütülmesi sonunda elde edilen bir üründür. su ile birleştiğinde hidrolik bağlayıcılık özelliği kazanmaktadır. Hidrolik bağlayıcı: su altında sertleşebilen ve suda erimeyen bağlayıcıya hidrolik bağlayıcı denir. Alçı ve kireç gibi bağlayıcılar hidrolik bağlayıcı özellik göstermemektedirler. Portland çimentosu olarak elde edilen ürün genellikle gri renktedir. (gri renk üretimde kullanılan demir oksitten kaynak.) Portland çimentosu toz gibi ince tanelidir. Tanelerin boyutları 1-200µm arasında değişmektedir. Portland çimentosunun özgül ağırlığı 3.10-3.15 kadardır. Çimento ve suyun birleştiği andan itibaren bu iki malzeme arasında hidratasyon olarak adlandırılan kimyasal reaksiyonlar başlamakta ve devam etmektedir.
Portland çimentosunun tarihteki ilk üretimi ve portland ismini alması: 1824 yılında, İngiltere nin Leeds kentinde Joseph Aspdin isimli bir duvar ustası, hazırladığı ince taneli kalker ve kil karışımını pişirerek ve daha sonra pişirilmiş durumdaki malzemeyi öğüterek bir ürün elde etmiştir. Bu ürüne su ve kum kattığında ve zamanla sertleşme olduğunda elde edilen malzemenin renk ve diğer özellikleri bakımından İngiltere nin güneyinde yapı taşları ile ünlü olan Portland isimli küçük bir adadan getirilen taşları andırdığı görülmüştür. Bunun üzerine İngiltere deki resmi otoriteye başvuruda bulunan Joseph Aspdin elde etmiş olduğu ürün için portlant çimentosu ismini taşıyan bir patent almıştır. Günümüz çimentoya benzer yüksek sıcaklıklarda pişirilmiş öğütülmüş çimento ilk olarak 1845 yılında İsaac Johnson isimli bir İngiliz tarafından gerçekleştirilmiştir.
Portland Çimento Üretimi Portland çimento üretebilmek için, önce kalkerli ve killi malzemelerden oluşan hammadde karışımı yüksek sıcaklıklarda (1350-1500 0 C sıcaklığa) kadar pişirerek klinker adı verilen bir ürün elde edilmektedir. Daha sonra sıcaklığı çevre sıcaklığına düşerek azalmış olan klinkere %3-%6 oranında alçıtaşı (CaSO 4.2H 2 O) katılarak bu iki malzeme birlikte öğütülmektedir.
Portland çimentosunu oluşturan oksitler ve miktarları; Kireç (CaO) %60-%67 Silis (SiO 2 ) %17-%25 Alümin (Al 2 O 3 ) %3-%8 Demir (Fe 2 O 3 ) %0.5-%6 Magnezi (MgO) %0.1-%4 Alkaliler (Na 2 O+K 2 O) %0.2-%1.3 Kükürt Anhidriti(SO 3 ) %1-%3 Portland çimentosunu oluşturan ana bileşenler Dikalsiyum silikat C 2 S %15-40 kimyasal etkiye dayanıklılığı arttırır. Trikalsiyum silikat C 3 S %25-60 erken mukavemet kazanmasını sağlar Trikalsiyum aluminat C 3 A %2-15 sahte priz oluşturur. Başlangıç sertleşmesinin ve dayanım artışının oldukça hızlı olmasını sağlar Tetrakalsiyum aluminoferrit C 4 AF çimentoya gri renk verir ve sertleşmeyi yavaşlatır
NORMAL PORTLAND ÇİMENTOSU HAMMADDELER KİREÇ %65 SİLİS %20 ALÜMİN %5 DEMİR %3 Yüksek kireç oranı priz süresini arttırır fakat yüksek dayanımı erken kazandırır, çok az olursa dayanımı azaltır, çok fazla olursa aşırı yanma dayanıksızlığa yol açar. Yüksek silis oranı priz süresini ve dayanımı artırır. Yüksek alümin priz süresini ve dayanımı artırır. Gri rengi verir. ÖĞÜTÜLMÜŞ DURUMDAKİ TEMEL BİLEŞİMLER KALSİYUM SİLİKATLAR %80 KALSİYUM ALÜMİNATLAR %20 C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Trikalsiyum Silikat Dikalsiyum Silikat Trikalsiyum Alüminat Tetra-kalsiyum Alümino-ferrit Erken dayanımı yüksek. Yüksek hidratasyon ısısı. RH Yüksek LH Düşük Geç dayanım. Düşük hidratasyon ısısı Dayanım düşük. Hidratasyon ısısı yüksek. Su ve hava aldığında kireç ayrıştığından stabil değildir. Sülfatlı ortamda sülfoalüminat meydana gelir. LH ve SH Düşük Dayanım düşük. Düşük hidratasyon ısısı KATILAŞMIŞ ÇİMENTONUN BİLEŞİMLERİ Kesin olarak bilinmiyor. Hidratasyona uğramış silis ve alüminat kristallerinin yine hidratasyona uğramış demir bileşimleri ve serbest kireç ile bütünleşmesi olduğu kabul ediliyor. NOT: verilen oranlar yaklaşıktır. Burada sadece tipik değerler verilmiştir. RH= Çimentonun çok çabuk sertleşmesi LH= Düşük ısılı çimento SR=Sülfata karşı direnç
2002 yılında yürürlüğe giren TS EN 197-1 nolu standarta göre Türkiye de 27 tip çimento üretilebilmektedir. Bu çimentolar beş ana grup altında yer almaktadır. Bunlar; CEM I CEM II CEM III CEM IV CEM V Türkiye deki Çimento Tipleri Portland çimentosu Portland-kompoze çimentosu Yüksek fırın cüruflu çimento Puzolanlı çimento Kompoze çimento
Beyaz Portland Çimentosu; Bu tip çimentoda demiroksit çok az miktarda bulunur. Dolayısıyla rengi beyaz olan bu çimento özellikle mimari ve estetik işlerde kullanılır. Bu çimentolarda C 3 A oranı %5 veya %5 in altındadır. Dayanım yönünden aynı kaliteyi tutturmakla beraber süsleme, fayans vb. işlerde kullanılır.(zeytinburnu, Balıkesir, Mersin) Renkli Çimentolar; Beyaz çimentoya %1-5 arasında metal oksitlerden ibaret pigmetlerin ilave edilmesi ile elde edilir. Sarı renk için demir oksit hidratesi, kırmızı için demir oksit, yeşil için kromoksit, mavi için lazurite, siyah için magnetik demir oksit, beyaz için titanoksit katılır.
Cüruf Çimentosu; Ağırlıkça %85 oranında granüle yüksek fırın cürufu ile protland çimentosu kinkerinin bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesi ile elde edilir. Bunlar sülfatlı cüruf çimentosu, demirli portland çimentosu, sorel çimentosu, beyaz portland çimentosu grubudur. Yüksek fırın cürufu hafif bağlayıcı özelliği olan bir maddedir. Cürufun birleşimi CaO, Si0 2, A1 2 O 3, MgO, FeO, MnO, CaS, MnS gibi karmaşık bir birleşimdir. Cüruf aniden soğutulur, böylece amorf, camsı bir yapı kazanır ve portland klinkeri ile karıştırılıp alçı taşı ilavesinden sonra öğütülüp çimento haline getirilir. Portland klinkeri ile karıştırılmamış cürufun bağlayıcılığı yetersizdir. Ülkemizde Bartın ve İskenderun fabrikalarında DPÇ 32.5 (Demirli Portland) CÇ 32.5 (Cüruf Çimentosu) olarak üretilmektedir.
Traslı Çimento Aktif volkanik tüfler gibi traslarla normal portland çimento klinkerinin belli oranlarda, bir miktar alçı taşı ile karıştırılarak ince öğütülmek suretiyle elde edilen hidrolik bir bağlayıcıdır. Ülkemiz açısından günümüzde en önemli çimento türü doğal puzolan kullanılarak üretilen çimentolardır. Doğal puzolanlar, yurdumuzun hemen hemen her yöresinde rastlanılan aktif silis içeriği yüksek topraklardır. Su altı betonlarında, tünellerin iç kaplamalarında, temel inşaatlarında ve baraj inşaatları gibi kütle beton gereken inşaatlarda kullanılabilir. Türk standartlarına göre traslı çimentolarda %30-40 tras ve geriye kalan %60-70 porltand çimento maddesini içemektedir. Tras (puzolan): kendi başlarına bağlayıcılık özelliği olmayan başka bağlayıcılarla (kireç, çimento) karıştırıldığında bağlayıcılık özelliği gösteren malzemelerdir. Örneğin pişmiş kil, uçucu kül, yüksek fırın cürufu gibi bunlar yapay puzolanlardır.
Puzolanlı çimentoların portland çimentolarına göre üstünlükleri Puzolanlı çimentoların kimyasal mukavemetleri yüksektir, zararlı sulardan daha az etkilenirler Puzolanlı çimentolarda hidratasyon esnasında meydana gelen ısı miktarı çok daha azdır. bu sebeple baraj gibi kütle beton inşaatlarında ve sıcak havalarda beton dökümü işlerinde tercih edilir. Puzolanlı çimentolarla geçirimliliği daha az olan beton ve harç elde edilir. Puzolanlı çimentolarla donmaya karşı daha dayanıklı beton elde edilir. Puzolanların çimentoya karıştırılmasıyla bağlayıcı maddelerin maliyet azalır. Puzolanlı çimentoların sakıncaları; Puzolanların çimentoya karıştırılması ile mekanik mukavemetleri ilk günlerde azalır. Puzolanlı çimentolar soğuk havalarda kullanıma elverişli değildir. Puzolanlılarla üretilen betonlar gerekli muhafaza şartlarının daha uzun müddet tatbik edilmesi gerekir.
Uçucu Küllü Çimento; Öğütüldüğünde ağırlıkça %10-30 oranında uçucu kül ile karşılıklı olarak %90-70 oranında portland çimento klinkerinin bir miktar alçı taşı ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. Uçucu küller betonun teknik özelliklerin şu şekilde değiştirirler; Taze betonun su ihtiyacını azaltır Taze betonda tane ayrışmasını azaltır Taze betonda kusma veya terlemeyi azaltır Taze betonun hidratasyon ısısını azaltır Sertleşmiş betonun ilk günkü dayanımını azaltır Sertleşmiş betonun su geçirgenliğini azaltır Sertleşmiş betonun donma-çözülme direncini azaltır Alkali agrega reaksiyonunu azaltır Sülfat direncini arttırır Taze betonun işlenebilirliğini arttırır Betonun 90 güven ve daha sonraki dayanımını arttırır Taze betonun priz süresini uzatır Sıcak havada beton dökümünü kolaylaştırır
Çimento çeşitleri ve kullanım yerleri; Portland çimento (PÇ 325), Katkılı Portland Çimento (KPÇ 325) Normal yapı işleri Portland çimento (PÇ 400) Yüksek başlangıç dayanımı, kalıp alma süresini kısaltma ve soğuk havada beton dökme imkanı Portland çimento (PÇ 500) Çok yüksek başlangıç dayanımı kalıp alma süresinin daha fazla kısaltılması, donma derecesine yakın soğukta beton dökme imkanı. Yüksek hidratasyon ısısı nedeniyle kütle beton dökümüne elverişli değildir. Fiyatı daha yüksek. Demir portland çimento (DPÇ 325), Cüruf çimento (CÇ 325) Özellikle büyük kitleli yapı elemanları için elverişli. Cüruf çimentosu 325 betona az zarar veren zararlı sular içindeki yapı elemanlarına uygun. Soğukta beton dökemeye elverişli değildir. Traslı çimentolar Uzun zaman rutubetli olarak muhafaza edilebilecek yapı elemanları. Örneğin temeller, istinat duvarları, kazıklar, barajlar, kanallar bentler için elverişli, süratle kuruma eğilimli soğukta beton dökmeye elverişli değildir.
İlk mukavemeti yüksek çimentonun kullanıldığı yerler Su yapılarında Su sızıntılarını kesmek amacıyla Hava sıcaklığının düşük olduğu mevsimlerde ve bölgelerde Su içinde yapılan yapılarda ilk mukavemeti yüksek çimentolar kullanılır. İlk mukavemeti yüksek çimentonun kullanılmadığı yerler Kütle betonlarında Sıcak havalarda ilk mukavemeti yüksek çimentolar kullanılmaz Düşük ısılı çimentonun kullanıldığı yerler Sıcak havalarda Kütle betonlarında düşük ısılı çimentolar kullanılır
Çimentoların depolanmasında dikkat edilmesi gerekenler; Çimentolar nem almayacak ve özelliklerini değiştirip bozabilecek maddelerle kirlenmeyecek biçimde uygun yerlerde depolanmalıdır. Dökme çimentolar için ideal depolama, ağzı kapalı ve hava alamayan silolarda yapılır. Çimentoların zeminden nem almamaları için ambar zemini üzerine plastik su geçirmez bir örtü serilmeli ve torbalar zeminden yaklaşık 15cm yükseklikte ahşap platform üzerine dizilmelidir. Çimento torbaları, etrafındaki hava akımını önlemek amacıyla, mümkün olduğu kadar birbirine yakın dizilmelidir. Mümkünse maksimum 8 torba üst üste bırakılmalıdır. Çimento depolama süresi 4 ayı geçmemelidir. İki yıl bekletilmiş çimentolarda yaklaşık %60-%70 oranda dayanım kaybı meydana gelebilmektedir.
Akarsu ve su birikintisi olan yerlerden uzak olmalıdır. Çimentonun depolandığı döşemelerin yüksek olması ve duvarda nem bulunmaması ayrıca depo içinin havasız olmaması gerekir. Açıkta bulunacak çimentoların üzeri ve çevresi hava almayacak şekilde naylonla kapatılmalıdır. büyük depolarda istiflenecek çimentolar cinslerine göre ayrı ve ilk gelen önce kullanılacak şekilde istiflenmelidir. Çimentoların depolanmasında bekleme süreleri portland çimentolarında 3 ay olması halinde %10-20, 6 ay olması durumunda %20-30 kadar mukavemetlerini kaybedeceği dikkate alınmalıdır. Çimentolar depolandıktan sonra üzerleri branda bezi ile örtülerek bir miktar kireç tozu serpiştirilmelidir. Küçük şantiyelerde çimento ambarı yapılmayacak ise çimentolar ahşap ranza üzerine istiflenip üstleri ve altı yağmur geçirmeyen örtü ile örtülüp su ve rutubetten korunmalıdır.