ÇİMENTO FİZİKSEL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİ 1) Çimento yoğunluk/özgül ağırlık deneyi (TS EN 196-3): Özgül ağırlık, çimento ağırlığının dolu hacme oranıdır. Çimentoların yoğunluğu tiplerine göre değişir. Normal portland çimentosunun yoğunluğu 3.10-3.15 gr/cm 3 arasında, katkılı (traslı ve cüruflu) çimentolarda ise 2.90 gr/cm 3 civarındadır. Çimentoda yoğunluk deneyi : Le Chatelier yöntemi Piknometre yöntemi olmak üzere iki şekilde yapılabilmektedir. Hata oranının az ve daha doğru sonuçlar verdiği için genelde Le Chatelieryöntemi kullanılmaktadır. Çimentonun yoğunluğu, Le Chatelier yönteminde Le Chatelier balonu adı verilen özel bir cam kap (piknometre) içinde çimento ile reaksiyona girmeyen gazyağı, terebentin, neft v.b. sıvı malzemeler kullanılarak belirlenir. 1 Le Chatelier balonu Le Chatelier balonu 2 Deneyde kullanılan ekipmanlar: Su banyosu Cam pipet Desikatör Cam huni 3 Deneyin yapılışı: Le Chatelierbalonu alt haznesi üzerindeki 0-10mm arasında taksimatlı bölümdeki bir seviyeye kadar gazyağı, mazot veya neft ile doldurulur. Cam balon, 20±2 C olan ve sıcaklığı deney süresince 0,2 C den fazla değişmeyen bir su banyosuna daldırılır. Balon içindeki sıvı, su banyo sıcaklığına gelene kadar beklenir. Bekleme süresi, balon içindeki sıvı seviyesinin sabitlendiği zamana kadardır. Sabit seviyeyi bulunca değişen hacim okunur. Hacim değişmesi sıfırın altına düşerse pipet ile sıvı ilave edilir ve hacmi okunur. (V 1 ) Etüvde 105 o C de 2 saat sabit ağırlığa gelene kadar kurutulan 64 gr çimento numunesi, kuru bir cam huni yardımıyla yavaş yavaş ve dikkatle balon içine aktarılır. Numune doldurulurken balon hafifçe çalkalanarak ve döndürülerek balonun kenarlarına yapışması önlenir. 4 1
Cam balonun kapağı kapatılarak balon kendi ekseni etrafında döndürülerek hava kabarcıklarının sıvı yüzüne çıkması sağlanır. Cam balon tekrar su banyosuna konarak aynı sıcaklığa gelmesine ve sıvı seviyesinin sabitlenmesine kadar beklenir. Sabit seviyeyi bulana kadar her 10 dakikada bir seviyeye bakarak değişim gözlenmelidir. Sabit seviye elde edildikten sonra değişen hacim okunarak (V 2 ) kaydedilir. İlk ve son seviye ölçümleri arasındaki fark, çimento ile yerdeğiştiren sıvının hacmini vermektedir. Buna göre: γ= m / (v 2 -v 1 ) γ= Çimentonun yoğunluğu, (gr/cm 3 ) m = Çimento kütlesi= 64 gr V 1 = İlk okunan hacim (cm 3 ) V 2 = Son okunan hacim (cm 3 ) 2) Özgül yüzey alanı (Blain) deneyi (TS EN 196-6): Bu deneyin amacı, sıkıştırılmış bir çimentodan geçen sabit hava miktarının geçiş süresine bağlı olarak çimentonun özgül yüzey alanının bulunmasıdır. Özgül yüzeyin tayini özellikle öğütme işleminin uygunluğunu kontrol etmekte kullanılır. Bu deney metodunda özgül yüzeyi bilinen bir numune (ince kuvars kumu) ile cihazın kalibre edilmesi gerektiği için mukayeseli bir yöntemdir. 5 Manuel Blain cihazı 6 Blain cihazının parçaları: Özgül yüzey alanının belirlenmesi: 7 8 2
3) Priz sürelerinin tayini (TS EN 196-3): Amaç: Çimentonun priz başlangıç ve bitiş sürelerini belirlemektir. Priz sürelerinin tayini, vicatadı verilen cihaz kullanılarak normal kıvamdaki çimento hamurunda yapılır. Bu nedenle çimento hamurunda normal kıvamı sağlayan su miktarı, normal kıvam deneyi ile belirlenmesi gerekir. Normal kıvam; vicataletinin sondasının serbest bırakıldığı andan itibaren 30 saniyede çimento hamuru içerisine, cam levhaya 5-7 mm uzaklık kalıncaya kadar batabilmesini sağlayan kıvamdır. Normal kıvamdaki standart çimento hamuru, 500gr çimento ve normal kıvam deneyinde belirlenen su oranı (%25-%30) kullanılarak hazırlanır. Çimento hamurunun karıştırılmasına, çimentonun su ile karıştırıldığı andan itibaren üç dakika devam edilir. Karıştırmadan sonra en çok bir dakika içerisinde vicathalkası içerisine çimento hamuru yerleştirilir. 9 Çimentonun su ile karışım başlangıç zamanı kaydedilir. Vicatcihazındaki iğnenin vicathalkası alt yüzeyine göre okuma göstergesinin sıfır kalibrasyonu yapılır. 10 Hazırlanan karışım vicathalkasına serbest şekilde herhangi bir sıkıştırma işlemi yapmadan düzgün bir şekilde yerleştirilir. Vicatiğnesi denilen standart bir iğne kendi ağırlığı ile hamur üzerine serbest düşürülerek göstergeden batma miktarı ölçülür. Başlangıç zamanına göre yaklaşık 50 dakikadan sonra her 5 dakikada batma miktarları belirlenir. Her farklı ölçümde vicatiğnenin daha önce battığı yere bir daha batmaması için halkasının konumu her defasında değiştirilmelidir. Çimento hamuruna batan iğne cam levhaya 4±1 mm uzakta kaldığı an priz başlamış demektir. Geçen süre en yakın 5 dakikaya yuvarlatılarak priz başlangıç süresi olarak kabul edilir. Priz bitiş süresi içim başlangıç zamanına göre yaklaşık 8 saat sonra her 15 dakika batma miktarları ölçülür. Priz bitiş süresi, vicatiğnesinin numune üst yüzeyine göre batma miktarına göre belirlenir. İğne, halkanın üst yüzeyine göre en çok 1 mm battığı zaman ise priz sona ermiştir. Geçen zaman priz sona erme süresi olarak kabul edilir. 11 12 3
4) Çimento Tane büyüklüğü tayini (eleme metodu) deneyi (TS EN 196-6): Eleme metodu yalnız iri çimento taneciklerinin oranının belirlenmesi için kullanılır. Isıya dayanıklı bir kap içinde alınan 150-200 gram çimento 105±5 ºC ayarlanmış etüv fırınında yaklaşık iki saat kurutulur. Etüvden çıkartılan numune, soğuması için desikatör cihazı içinde yaklaşık 30 dakika bekletilir. Kurutulan numuneden alınan 100 gr çimento 90 mikronluk elekten 15 dakika boyunca elenerek elek üstünde kalan miktar belirlenir (m 1 ). 90 mikron elek üstü malzeme (m 1 ) göz açıklığı 200 mikron olan elekte 5 dakika elenir. Elek üstünde kalan miktar belirlenir (m 2 ). Bu miktarlara göre: 90 mikron elek üstü malzeme miktarı (%) = (m 1 /100)x100 200 mikron elek üstü malzeme miktarı (%) = (m 2 /100)x100 13 Elde edilen değerlerin standarda göre: 200 mikronluk eleğin üstünde kalan malzeme miktarı toplam malzemenin % 1 ini geçmemelidir. 90 mikronluk eleğin üstünde kalan malzeme miktarı toplam malzemenin % 14 ünü geçmemelidir. Otomatik elek sarsma cihazı 14 5) Çimento Hacim sabitliği (genleşmesi) deneyi (TS EN 196-3): Çimentolarda serbest MgO, CaOve SO 3 ün belirli bir değerin üstünde bulunması zararlıdır. Çünkü bu bileşeneler su ile yaptığı reaksiyon sonunda önemli derecede hacim artmasına neden olarak betonda çatlamalara yol açabilir. Hacim genleşmesi deneyi, çimento hamurunun katılaştıktan sonra hacminin bu gibi zararlı bileşenler nedeniyle sabit kalıp kalmayacağını belirlemek için yapılır. Sönmemiş kireç (CaO) ve magnezinin(mgo) çimento içinde zarar oluşturabilecek miktarda bulunup bulunmadığı, pratik bir deney olan Le Chatelier (Genleşme) deneyi ile belirlenmektedir. Bu deneyde kullanılan Le Chatelier aleti, 30 mm çaplı yarık bir silindir ve yarık kenarlara bağlı 150 mm uzunluğundaki çubuk uçlardan oluşmaktadır. Le Chateliercihazı: Deneyin yapılışı: Standart kıvamda hazırlanan çimento hamuru (100gr çimento ve %24-%35 su) altına cam konulan vicatkalıbının içine doldurulur. Doldurma sırasında çubuk uçları bağlanır. 15 16 4
Üst yüzey düzeltildikten sonra, cam levha ile kapatılır ve üstüne bir ağırlık konur. 24±0.5 saat (20 ±1) o C dekalıpla birlikte su banyosunda (veya 20 C, %98 bağıl nem ortamında) tutulduktan sonra çubuk iki ucu arasındaki uzaklık ölçülür (a). Sonra kalıp (30 ±5) dakika içinde kaynama sıcaklığına kadar ısıtılır ve su banyosu kaynama sıcaklığında (3 saat ±5 dakika) bekletilir. Kaynama süresi sonunda gösterge uçları arasındaki uzaklık ölçülür (b). Daha sonra kalıbın 20±2 C a kadar soğuması sağlandıktan sonra çubukların iki ucu arasındaki uzaklık tekrar ölçülür (c). Toplam hacim genleşmesi: c a farkından belirlenir. c -a 10 mm olması istenir. 17 4) Çimento basınç ve eğilme dayanımı deneyi (TS EN 196-1): Çimentonun basınç ve eğilme dayanımlarının belirlenmesinde deneyler çimento hamuru üzerinde gerçekleştirilmez. Bu amaçla hazırlanmış çimentoya kum karıştırılarak hazırlanan harç üzerinde basınç ve eğilme deneyleri uygulanır. Çimentoların basınç dayanımları standartlara uygun üretilen harç numuneler üzerinde tayin edilmektedir. TS EN 196-1 de belirtilen Rilemyöntemine göre hazırlanan harç karışımları prizmatik kalıplara yerleştirilmekte, önce eğilme daha sonra da basınç dayanımı deneyine tabi tutulmaktadır. Amerikan standartlarında ise 5cm lik küp numuneler üzerinde doğrudan basınç dayanımı deneyi uygulanmaktadır. Bu yönteme göre standart çimento harcı ağırlıkça, 1 kısım çimento, 3 kısım kum 1/2 kısım sudan oluşmaktadır. Su/çimento oranı=0.5 olarak 18 alınmaktadır. Harcın hazırlanmasında özellikleri standartta belirtilen Rilem (CEN) Standart Kumu kullanılmaktadır. CEN standardkumu, yuvarlak tanecikli ve silisyum dioksit miktarı en az % 98 olan doğal silis kumudur. Çimento harcının hazırlanması: Üç adet prizma (4x4x16cm) boyutunda çimento harç numunesi için karışım miktarları: 450gr çimento, 1350gr Rilemkumu 225gr su 19 Harcın karıştırılması: Karıştırma kabına su konur ve çimento eklenir. Karıştırıcıda düşük hızda çimento ve su 30 sn karıştırılır. 30 sn içinde kum sürekli olarak ilave edilir. Karıştırıcı yüksek hıza ayarlanır ve karıştırmaya 30 sndaha devam edilir. Karıştırıcı 1 dakika 30 saniye sonra durdurulur. Kabın çeperlerine ve alt kısmına yapışmış olan harç sıyırılır ve kabın ortasına konur. Karıştırmaya yüksek hızda 60 saniye daha devam edildikten sonra çimento harcı hazırlanmış olur. Kalıpların doldurulması: Sarsma tablasına yerleştirilen kalıplar hazırlanan harç ile iki tabaka halinde doldurulur. Her tabaka sarsma cihazı ile 60 düşü yapılmak suretiyle kalıba yerleştirilir ve kalıpların yüzeyi düzeltilir. Kalıplar 24 saat sonra söküldükten sonra numuneler 20 o Ckür 20 havuzuna (su içine) dayanım kazanması için bırakılır. 5
Harç üretiminde kullanılan cihazlar ve kalıplar: 21 Dayanım deneyleri için numune yaşları: Su içerisinde sertleşen çimento harç numunelerin yaşları, çimento ve suyun karıştırıldığı andan itibaren hesaplanır. Farklı yaşlarda dayanım deneyleri uygulanabilir. Çimento dayanım sınıfı, 28 günlük çimento harç numunelerinde yapılan basınç deneyi sonucuna göre belirlenir. 24 saat ±15 dakika 48 saat ±30 dakika 72 saat ±45 dakika 7 gün ±2 saat 28 gün ±8 saat Eğilme dayanımı deneyi (TS EN 196-1): Belirli yaştaki (28 gün) harç numunelerde maksimum eğilme yüküne göre eğilme dayanımı belirlemek amacıyla yapılır. Eğilme deneyi, tek (orta) noktadan yükleme yöntemi ile yapılmaktadır. 22 Tek (orta) noktadan yükleme yöntemi: Eğilme deneyinde 4x4x16cm boyutlu numuneye 50N/mm 2 hızında olacak şekilde yükleme yapılır. Deney sonunda numunenin taşıyabileceği maksimum eğilme yükü belirlenir. Bu değere göre: 23 Basınç dayanımı deneyi (TS EN 196-1): Deneyde amaç maksimum basınç dayanımının belirlenmesidir. Eğilme deneyinde iki parçaya ayrılan numuneler düzgün yan yüzeylerinden yüklenmesi suretiyle deneye tabi tutulur. Yük (2400 ±200) N/s hızında olmak üzere düzgün şekilde, prizma kırılana kadar arttırılır. 24 6
Harç numunelerde basınç deneyi uygulaması: Deney sonucunda harç numunenin taşıyabileceği maksimum basınç yükü belirlenir. Bu değere göre: 25 7