BAĞLAYICI MALZEMELER (Alçı Kireç Puzolan) Bağlayıcı Malzemeler; agrega adını verdiğimiz taneli (granüler) malzemeleri birbirine bağlayarak beton gibi bir bütün halde kullanışlı yapay taş malzemelerinin üretimini sağlayan alçı, kireç, çimento veya bitüm gibi malzemelerdir. Bağlayıcı malzemeler fiziksel durumuna göre iki grupta toplanabilir; 1) TOZ Bağlayıcı Maddeler Alçı, kireç, çimento 2) SIVI Bağlayıcı Maddeler Yol yapımında kullanılan bitüm gibi hidrokarbonlu bağlayıcılar İnce toz halindeki bağlayıcı malzemeler, su ile birleşince başlangıçta istenilen şeklin verilebildiği plastik bir hamur kıvamında iken, zamanla plastikliğini kaybederek önce katılaşır daha sonra sertleşip dayanım kazanır. Bağlayıcı malzemelerin bu plastik kıvamını kaybetmesi olayına PRİZ denir. Priz olayının oluşum şartları bakımından bağlayıcı malzemeler iki gruba ayrılır; 1) Hidrolik Bağlayıcılar (Su bağlayıcıları) ; havada ve su içinde priz yapma özelliği gösteren bağlayıcılardır. Örn: çimento ve su kireci 2) Hidrolik Olmayan Bağlayıcılar (Hava bağlayıcıları) ; yalnızca havada priz yapan bağlacılar bağlayıcılardır. Örn: yağlı kireç, kil harcı Çok eski çağlarda doğal bağlayıcı malzemelerin kullanıldığı yapı örneklerine İsrail, Mısır, Türkiye ve İtalya gibi ülkelerde rastlanmaktadır; 1) Toprak, kil 2) Toprak + kireçtaşı karışımları, 3) Kireç alçılar, 4) Pişmiş kil tozları, 5) Doğal puzolanlar Günümüzde ise çok çeşitli yapay bağlayıcı malzemelerin üretildiğini ve yapılarda kullanıldığını görmekteyiz. 10
ALÇI Alçı taşlarının pişirilip öğütülmesi sonucunda elde edilen bağlayıcıya ALÇI denir. Alçı taşı (jips), doğal olarak oluşan ve bileşiminde iki molekül su bulunduran bir kalsiyum sülfat mineralidir (CaS04.2H20). Alçı, bilinen en eski bağlayıcı malzemedir. Eski Mısır yapılarında bağlayıcı madde olarak, Yunan ve Roma yapılarında duvar sıvası ve renkli fresk olarak kullanıldığı bilinmektedir. Bugün yapılarda dekoratif amaçlarla, içine başka malzeme katılmaksızın tek başına kullanılır. Alçının üretimi aşağıdaki reaksiyonla gerçekleşir. (190 oc) CaSO 4.2H 2 O (Doğadaki alçıtaşı) CaSO 4.(1/2)H 2 O (adi alçı) + (3/2)H2O Alçının katılaşması ve sertleşmesi ise üretim reaksiyonunun tersi reaksiyonla olur. CaSO 4.(1/2)H 2 O (Toz alçı) + (3/2)H2O CaSO 4.2H 2 O (alçıtaşı) Günümüzde alçı; hammadde, öğütme şekli ve pişirme sıcaklığına göre çeşitli tiplerde üretilir. Kaba (adi), birinci, ekstre, şaplı (mermer), estrik alçısı, stukko alçısı, değişik tip sıva alçıları (kartonpiyer, saten sıva alçıları, vb.) gibi çeşitli alçı ürünleri vardır. Alçının Kullanımı ve Önemli Özellikleri Alçının katılaşması su ile yoğrulduktan 2-6 dakika sonra başlar ve 15-30 dakikada biter. Alçı basınç ve çekme mukavemetini zamanla kazanır. Alçıya gereğinden fazla katılan yoğurma suyu mukavemetini azaltır. Alçı harcına kum katılmadan sıva, onarım ve dekorasyon işlerinde kullanılır. Alçı kullanılıncaya kadar kapalı yerlerde muhafaza edilmelidir. Çekme dayanımını arttırmak amacıyla içine lifli malzemeler katılabilir. Alçının akustik (ses) özelliği mükemmeldir ve asitlerden etkilenmez. Alçının ısı yalıtım özelliği iyi olduğundan yangına karşı mükemmel bir koruyucudur. Katılaşma esnasında hacminde yaklaşık %1 kadar artma olur (sıkıştırma, takoz). Alçı sulu ve nemli ortamlarda kullanıma uygun değildir. Alçı demir ve çeliğin korozyonuna (paslanmasına) sebep olur. Alçının tuğla ve taşa olan aderansı iyi, ahşaba ve pürüzsüz yüzeylere aderansı zayıftır. 11
KİREÇ Kireçtaşının pişirilip öğütülmesi ile elde edilen bağlayıcıya KİREÇ denir. Tarihte alçıdan sonra kullanılmış bağlayıcı madde kireçtir. Yeryüzü karalarının %10 u kireçtaşından oluşur. Kireçtaşı veya kalker denilen kalsiyum karbonat (CaCO3), 850-900 C sıcaklıkta pişirildiğinde karbondioksit (CO2) uçar ve sönmemiş kireç olarak bilinen kalsiyum oksit (CaO) kalır. Bu işleme kalsinasyon adı verilir. CaCO 3 + ISI (850-1400 o C) Kireç taşı + Isı CaO + CO2 Sönmemiş kireç + Karbondioksit KALSİNASYON (Pişirme) Ancak, kireç kalsiyum oksit (CaO) halinde kullanılmaz. Yaklaşık ağırlığının yarısı kadar suyla işlem görerek söndürülmesi gerekir. Kirecin söndürülmesi işlemi ekzotermik bir hidratasyon reaksiyonudur. Sönmemiş kirecin içerisine az miktarda su dökülünce bir müddet sonra kireç parçasının kabardığı ve yavaş yavaş çatlayarak dağıldığı ve aynı zamanda sıcaklıkla birlikte buhar meydana geldiği görülür. CaO + H2O Sönmemiş kireç + Su Ca(OH) 2 + ISI (14.900 kcal) Sönmüş Kireç + Isı HİDRATASYON (Söndürme) Ancak, kirecin söndürülmesi işlemi görüldüğü kadar basit ve kolay bir işlem değildir. Söndürme işlemi tam olarak yapılmadan içinde kısmen sönmemiş kireç bulunan malzemenin yapılarda kullanılması durumunda zamanla deformasyon ve çatlaklar meydana gelir. Çünkü kireç, sönmüş kireç haline gelirken hacmi 2 ile 2,5 kat artmaktadır. Söndürme işlemi sonunda elde edilen toz halindeki sönmüş kireç, kuru halde ve torbalar içinde depolarda saklanır. Kirecin üretimi günümüzde modern tesislerde yapılmaktadır. Sönmüş kireç, bazik karakterde bir malzeme olduğundan demir ve çelikle tepkimeye girmez. Buna karşılık alüminyum, kurşun ve pirinçle kimyasal reaksiyona girebilir. 12
Sönmüş kireç kalsiyum hidroksit (Ca(OH)2), kuvvetli bir alkali ve yakıcı olduğundan havanın karbondioksiti (CO2) ile birleşerek karbonat oluşturur, yani tekrar kalsiyum karbonatı meydana getirir. Bu Karbonatlaşma reaksiyonu ise kirecin sertleşmesi olayıdır. Ca(OH) 2 + CO2 CaCO 3 + H2O (Rutubet) Sönmüş Kireç + Karbondioksit Kireç taşı + Su KARBONATLAŞMA (Sertleşme) Kireç hamuru kururken, kendini çeker, büzülür ve çatlar. Bu sebeple, kireç hamuru kendi başına kesinlikle kullanılmaz. Yapıştırıcı, bağlayıcı olarak kumla karıştırılmış şekli kullanılır. Böylece elde edilen harcın büzülüp çekmesi önlenir. Karbondioksitin (CO2) bünye içine girmesi sağlanmış olur, sertleşmesi kolaylaştırılır. Aksi halde karbonatlaşma çok uzun sürer. Kireçler sertleşme şartlarına göre HAVA KİREÇLERİ ve SU KİREÇLERİ diye ikiye ayrılır; 1) Hava Kireçleri; Havadaki karbondioksiti alarak sertleşen kireçlerdir. Üç türü vardır. a) Beyaz Kireç b) Dolamit Kireci c) Karpit Kireci 2) Su Kireçleri (Hidrolik Kireç); Bu kireçler hava kireçlerinden farklı olarak su İçerisinde sertleşme özelliğine sahiptirler. Kirecin Önemli Özellikleri ve Kullanımı Kireç, yüksek incelik ve yüzey alanı ile kimyasal reaktiviteyi, çökeltme hızını, hamur verimini ve plastikliği arttırır. Nitekim bileşiminde kireç kullanılan harçlar, yüksek plastiklik özellikleri ve şekildeğişimi yapabilme yeteneğinden dolayı duvar sıvaları için çok uygundur. Kireçle yapılan sıvalar çimento harcı ile yapılan sıvalara göre daha az çatlar. Kireç, sıva ve harçlara plastisite ve işlenebilirlik kazandırmak amacıyla eklenir. Melez harç adı verilen bu harçlar; 1 kısım çimento, 1-2 kısım kireç ve 5-6 kısım kumdan oluşur. Karayollarında stabilizasyon malzemesi olarak, Bitümlü karışımlarda katkı maddesi olarak, Gazbeton üretiminde Kireç-Kum tuğlası üretimi ve Badana işlerinde kullanılmaktadır. 13
Kirecin Kullanımında Dikkat Edilecek Hususlar Kireç ile fazla kalın harç sıvası yapılmamalıdır. Aksi takdirde CO2 harcın içine fazla oranda giremez ve iç kısımlar plastik sertleşemez. Su ile temas eden yapılarda kullanılmamalıdır. Kireç su içinde erir. Taşıyıcı elemanların yapımında bağlayıcı madde olarak kullanılmamalıdır. Kirecin birçok yapı malzemesine yapışma yeteneği iyi, fakat mekanik özellikleri zayıftır 14
PUZOLAN Tek başına bağlayıcı özelliği çok az yada hiç olmayan, fakat kireç gibi kalsiyum hidroksit içeren maddelerle birleştiğinde bağlayıcı özellik gösteren silis veya silis-alümin kökenli doğal yada yapay malzemelere Puzolan, bu özelliğe ise Puzolanik Özellik denir. SiO 2 + Ca(OH)2 Puzolan + Sönmüş kireç CaO.SiO 2.H 2 O (C-S-H) Kalsiyum-Silikat-Hidrate PUZOLANİK REAKSİYON Binlerce yıl önce kullanılmaya başlanan Puzolanik Maddeler oluşumu bakımından iki gruba ayrılır; PUZOLANİK MADDELER Volkanik kökenli doğal puzolanlar Volkanik camlar Volkanik tüfler ve tras Doğal Puzolanlar Isıl işlem görmüş killer ve diatomitler Killer ve şeyller Dolamitler Yapay Puzolanlar Uçucu kül Silis dumanı Yüksek fırın cürufu Pirinç Kabuğu Külü Volkanik Tüfler ve Tras Volkanizma faaliyetleri ile doğal olarak oluşmuş Volkanik tüfler ve Tras, yüksek silis ve alümin içerikleriyle asit karakterli olup, bazik karakterli olan kireç ile aktif hale geçmek için asit baz reaksiyonuna girerler. Çimento ve beton üretiminde katkı maddesi olarak kullanılabilirler. Killer ve Şeyller Kil mineralleri kristal yapılı olup, killerin ve şeyllerin hammadde formları puzolanik özellik göstermez. Ancak 700-900 o C arasında ısıl işlemle kalsine olurlar ve puzolanik özellik kazanırlar. 15
Uçucu Kül; Kömürle çalışan termik santral bacalarında tutulan çok ince toz haldeki atık maddelerdir. Uçucu kül gri renklidir. Küresel şekillidir Tane çapı 1-150 μm arasındadır. Yoğunluğu 2,1 2,7 g/cm 3 Özgül yüzeyi 1.800-5.000 cm 2 /g F ve C tipleri vardır. Uçucu kül, beton üretiminde mineral katkı maddesi olarak kullanılarak, Puzolanik özelliğinden, çimento-agrega arasındaki çok küçük boşlukları doldurma özelliğinden ve küresel tanecik yapısı dolayısıyla taze betonun işlenebilirliğini iyileştirme yeteneğinden yararlanılır. Silis Dumanı; Ferro-krom tesislerindeki üretim sırasında bir yan ürün olarak elde edilen çok ince taneli toz halindeki endüstriyel atık maddedir. Gri Renklidir Düzgün yüzeyli, küresel Tane çapı 0.1-0.2 μm Yoğunluğu ~2.2 g/cm 3 Özgül yüzeyi 130.000 ila 280.000 cm 2 /g Yüksek Fırın Cürufu; metal endüstrilerinin yan ürünü olarak ortaya çıkar. Cüruflar, elde edildikleri metal endüstrisinin ana ürün tipine ve üretim yöntemlerine bağlı olarak birbirinden farklı kimyasal bileşenlere ve özelliklere sahiptir. Örneğin, nikel ve bakır gibi metallerin cürufları yalnızca puzolanik özelliğe sahipken, demir-çelik üretiminden elde edilen yüksek fırın cüruflarının (YFC) kendi başına bağlayıcı olma özelliği vardır. Uçucu Kül, Silis Dumanı ve Yüksek Fırın Cürufu gibi yapay puzolanik maddeler, üstün geometrik özellikleri, yüksek silis ve alümin içerikleri ile çimento ve beton üretiminde sağladıkları ekonomiklik, işlenebilirlik ve doluluk gibi avantajları nedeniyle mineral katkı maddeleri olarak kullanılırlar. 16
ÇİMENTO Çimento; çok ince öğütülmüş toz halinde olup, su ile birleştiğinde önce şekil verilebilir (plastik) hamur kıvamında iken, hidratasyon reaksiyonu ile zamanla sertleşerek dayanım kazanan hidrolik türden yapay bir bağlayıcı malzemedir. Çimento, yaklaşık %70 kalker ve %30 kil karışımının 1400 C de pişirilmesiyle elde edilen klinkere, erken katılaşmayı (priz) önlemek için %2~6 oranında alçıtaşı (jips, CaSO4.2H2O) ilave edilerek üretilir. Dünyada ilk çimento üretimi, 1824 yılında İngiltere nin Leeds kentinde bir duvarcı ustası olan İngiliz Joseph Aspdin tarafından ince taneli kalker ve kil karışımının pişirilmesinin ardından öğütülerek gerçekleştirilmiştir. O dönem çimento, sertleşmiş haliyle İngiltere nin Portland adasında bulunan gri renkli, sağlam ve dayanıklı taşlara benzetildiğinden, Portland Çimentosu adıyla patent alınmıştır. Türkiye de ilk çimento fabrikası ise, 1911 yılında Kocaeli / Darıca da kurulan Aslan Çimento Fabrikası olmuştur. Bugün Türkiye, 40 civarındaki çimento fabrikası ve toplam 69 milyon ton yıllık çimento üretimi ile Avrupa nın ikinci, dünyanın ise beşinci büyük üreticisi konumundadır. 17
ÇİMENTONUN ÜRETİMİ Çimentonun üretimi genel olarak 4 temel aşamada gerçekleştirilir. Bunlar; Aşamalar İşlemler 1 Hammadde hazırlama Hammaddeleri (Kalker ve Kil) kırma Hammaddeleri uygun oranlarda karıştırma Hammadde karışımını öğütme 2 Pişirme Toz karışımı ön ısıtma Toz karışımı dönel fırında pişirme Klinker ürünü hava ile soğutma 3 Öğütme Klinkere alçıtaşı ve katkılar ekleme Karışımı öğütme 4 Depolama / Paketleme Çimento ürünü toz halinde silolarda depolama veya Graf kağıt torbalarda paketleme 1000 kg Portland çimentosu üretebilmek için yaklaşık 1600 kg hammadde kullanılır. ÇİMENTONUN ÜRETİM SÜRECİ Kalkerin ocaktan çıkarılması ve kırılması Diğer Hammaddeler Kilim ocaktan çıkarılması ve ezilmesi Depolama Depolama Öğütme ve harmanlama Öğütme ve harmanlama Depolama ve son harmanlama Ön ısıtma Pişirme fırını Alçı taşı Son öğütme Depolama / Paketleme SATIŞ 18
Çimento hammaddelerinin yüksek sıcaklıkta pişirilmesi esnasında kalkerin ayrışması sonucu Kireç (CaO), kilin ayrışması sonucu ise Silis (SiO2) Alümin (Al2O3) ve Demir Oksit (Fe2O3) ana maddeleri oluşur. Portland Çimentosunu Oluşturan Hammaddeler; Kalker (kireçtaşı) Kil Alçıtaşı (jips) Portland Çimentosunu Oluşturan Ana Oksitler ve Diğer Oksitler; (Kalsinasyon) Kalsiyum oksit (CaO) [Kireç ] (%63-67) -> kireçtaşı (kalker) den gelir Silisyum oksit (SiO2) [Silis ] (%20-25) -> kilden gelir Alüminyum oksit (Al2O3) [Alümin ] (%5-9) -> kilden gelir Demir oksit (Fe2O3) [Demir ] (%2-4) -> kalker ve kilden gelir Magnezyum oksit (MgO) [Magnezi ] (%0,5-3) -> kireçtaşı (kalker) gelir Sodyum oksit (Na2O) [Alkali ] -> kilden gelir Potasyum oksit (K2O) [Alkali ] -> kilden gelir Kükürt trioksit (SO3) [Kükürt ] (%1-2) -> alçıtaşından gelir 4 Ana Oksit 4 Diğer Oksit Çimentonun üretim sürecinde, hammaddelerin döner fırında pişirilmesiyle oluşan ana maddeler (kireç, silis, alümin, demir-oksit) buradaki yüksek sıcaklığın etkisiyle kendi aralarında birleşerek çimentonun anabileşenleri (karma oksitleri) olarak bilinen silikatları ve alüminatları meydana getirir. Çimentonun Anabileşenleri (Karma Oksitleri) Tipik Oranı (%) 1. Trikalsiyum silikat C3S = 3CaO.SiO2 45 60 2. Dikalsiyum silikat C2S = 2CaO.SiO2 15 30 3. Trikalsiyum alüminat C3A = 3CaO.Al2O3 6 12 4. Tetrakalsiyum alüminoferrit C4AF = CaO.Al2O3.Fe2O3 6 8 Çimentoyu Oluşturan Karma Oksitlerin Çimento Özelliklerine Etkileri C2S; C3S; C3A nihai dayanıma katkısı çok büyük, reaksiyon hızı yavaş ve hidratasyon ısısı düşüktür. erken dayanıma katkısı çok büyük, reaksiyon hızı ve hidratasyon ısısı orta düzeydedir. Erken dayanımı yüksek olan çimentolarda miktarı fazladır. dayanıma katkısı çok az, reaksiyon hızı yüksek ve hidratasyon ısısı çok fazladır. Çok yüksek reaksiyon hızı, klinkere az miktarda katılan alçıtaşı ile yavaşlatılır. C4AF dayanıma katkısı çok az, reaksiyon hızı ve hidratasyon ısısı orta düzeydedir. 19
Çimentoyu oluşturan anabileşenlerin su ile birleştiğinde başlattıkları kimyasal reaksiyonlar HİDRATASYON olarak isimlendirilir. Hidratasyon olayının başlıca önemli özellikleri; Hidratasyon reaksiyonları, ısı açığa çıkaran (ekzotermik) türdendir. Hidratasyon, çimentonun su ile birleşmesiyle başlayıp, ilk zamanlarda hızlı olarak gerçekleşir ve zamanla azalarak devam eder. Çimento hamuru, hidratasyon reaksiyonları sonucunda, önce katılaşır ve zamanla serleşerek dayanım kazanır. Hidratasyon reaksiyonlarının devam edebilmesi için ortamda suya ihtiyaç vardır. Çimento hamuru bağlayıcılık özelliğini ve dayanımını, ayrıca geçirimsizlik özelliğini hidratasyon reaksiyonları sonucunda oluşan hidratasyon ürünleri ile kazanır. Çimentonun anabileşenleri, birbirinden farklı kimyasal özellikleri ile çimentonun dayanım kazanma sürecinde hidratasyon hızı, hidratasyon ısısı ve oluşturdukları hidratasyon ürünleri bakımından farklı etkiler gösterirler. Çimentodaki ana bileşenlerin relatif özelikleri Özellikler C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF Reaksiyon Hızı Orta Yavaş Hızlı Orta Hidratasyon Isısı Orta Az Çok yüksek Orta Dayanıma Katkısı İlk Günlerde Sonunda Yüksek Orta Düşük Yüksek Düşük Düşük Düşük Düşük C3A nın hızlı reaksiyona girme eğilimi nedeniyle çimentonun erken katılaşma olayını yavaşlatmak ve işlenebilirlik için betona yeterli zamanı kazandırabilmek amacıyla, çimentonun üretim sürecinde klinker ara ürününe alçıtaşı katılarak katılaşma olayı yavaşlatılır. 20
Çimentonun anabileşenleri ile su arasında başlayan hidratasyon reaksiyonları sonucunda oluşan hidratasyon ürünleri, çimentoya bağlayıcılık ve alkalinite gibi özellikleri kazandırır. Çimentonun bazı hidratasyon reaksiyonları C 3 S C 2 S C 3 A Çimentonun hidratasyon ürünleri C-S-H CaO.SiO 2.H 2O Kalsiyum silikat hidrat Tobermorit C-H Ca(OH) 2 Kalsiyum hidroksit Portlandit C-A-S-H 3CaO.Al 2O 3.3CaSO 4.31H 2O Kalsiyum sülfo-alüminat hidrat Etrenjit C-A-H CaO.Al 2O 3.H 2O Kalsiyum alüminat hidrat C3A ve alçıtaşı arasındaki reaksiyonlar ile etrenjit (candlot tuzu) adı verilen hidratasyon ürünü oluşurken %223 gibi büyük bir hacim artışı meydana gelir. Hidratasyonun ilk zamanlarında oluşan etrenjit, henüz plastik kıvamdaki çimento hamurunda genleşme gibi olumsuz durumlara yol açmaz. 21
ÇİMENTO TİPLERİ Çimentonun, kullanılacağı yapı türüne, maruz kalacağı çevresel şartlara ve üretim koşullarına göre farklı özelliklerde olması arzu edilir. Nitekim hammaddelerinin özelliklerine ve oranlarına bağlı olarak, çimentonun anabileşenlerinin miktarında değişiklik olması ve üretim sürecinde farklı türde ve miktarda katkılar kullanılması sonucu değişik tipte Portland çimentoları üretilebilmektedir. Çimentolarla ilgili yeni Türk standardı olan TS EN 197-1 Genel Çimentolar standardında, 27 farklı genel çimento, aşağıda verilen 5 ana tip olmak üzere gruplandırılmıştır. 1. CEM I : Portland çimentosu 2. CEM II : Portland-kompoze çimento 3. CEM III : Yüksek fırın cüruflu çimento 4. CEM IV : Puzolanlı çimento 5. CEM V : Kompoze çimento TS EN 197-1 standardında çimentoların tanımı için aşağıdaki 5 özellik dikkate alınır; 1) Ana çimento tipi 2) Portland çimentosu klinkeri oranı 3) İkinci ana bileşen 4) Standart dayanım sınıfı (28 günlük) 5) Dayanım kazanma hızı Ülkemizde TS EN 197-1'e göre, çimentoların üç standart dayanım sınıfı bulunmaktadır. 1) 32.5 MPa 2) 42.5 MPa 3) 52.5 MPa Ayrıca her dayanım sınıfı için de aşağıdaki iki erken dayanım hızı tanımlanmıştır. 1) Yavaş erken dayanımlı (L) 2) Normal erken dayanımlı (N) 3) Hızlı erken dayanımlı (R) İkinci ana bileşeni belirten harflerin anlamı ise; 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 22
Çimento türlerinin gösterimine açıklayıcı bir örnek; TS EN 197-1'e göre Çimento Türleri EN İYİ ÇİMENTO YOK! AMACA EN UYGUN ÇİMENTO VAR CEM I 42.5 ve CEM I 52.5 çimentoları CEM I 32.5 a göre; Daha ince öğütülmüşlerdir ve daha fazla kalker içerirler. Hidratasyon ısıları fazladır ve daha fazla karışım suyu gerektirirler. Bileşiminde C3S daha fazla olduğundan dayanımları daha fazladır. Bu nedenle PÇ32.5'a kıyasla daha fazla Ca(OH)2 oluşur. Bu yüzden kimyasal dayanıklılıkları daha azdır. Bu çimentolar yüksek yapılar için arzu edilen özelliklere sahiptirler. Ancak barajlar, deniz yapıları, sülfatlı zeminlerde yapılacak inşaatlar için uygun değillerdir. 23
ÇİMENTONUN ÖZELLİKLERİ Özgül Ağırlık Ağırlığın dolu hacme oranı olarak ifade edilen özgül ağırlık, bileşiminde mineral katkılar kullanılan çimentolarda 2,95-3,05 g/cm 3 civarında iken, katkısız türden Portland çimentolarında 3,05-3,15 g/cm 3 civarındadır. Dozaj: Yerine dökülmüş ve sıkıştırılmış bir metreküp betondaki çimentonun kilogram cinsinden miktarıdır. İncelik Portland çimentosu çok ince toz halindedir ve tane büyüklükleri 1 200 mikron arasında değişir. Çimentonun üretim sürecinde, klinker ara ürünü ile alçıtaşı karışımı ne kadar ince taneli olarak öğütülürse, elde edilen çimento tanelerinin yüzeylerinin toplamı o kadar artmaktadır. Bu durumda, su ile temas eden tanelerin yüzeyi daha fazla olmakta, kimyasal reaksiyonlar daha hızlı ve daha iyi gelişebilmektedir. Çimentonun inceliğini belirleyebilmek için, Blaine aleti yardımıyla belirli bir miktar çimentoyu oluşturan tanelerin toplam özgül yüzey alanı belirlenir. Portland çimentosunun Blaine incelik değeri en az 2800 cm 2 /g olmalıdır. Türkiye'de üretilen çimentoların inceliği 2800-4000 cm 2 /g civarındadır. Çimento tanelerinin ortalama büyüklüğü 30 mikron, Hidratasyon derinliği üç ayda yaklaşık 5,2 mikron Çimento İnceliğinin Etkileri Çimento ne kadar ince olursa o kadar çok su ihtiyacı olacaktır. Taneler inceldikçe daha büyük ısı açığa çıkacaktır. İnceliğin artması üretim maliyetini artırır, fakat betonun dayanımı da artar. Çimento inceliği arttıkça erken yaşta kazanılan mukavemet artar. Su kusma olayı azalır fakat rötrenin ve çatlamaların artmasına neden olur. Ortam neminden çok etkilenir ve kolay bozulur. Priz süresi kısalacağından bunu önlemek için alçıtaşı miktarı artırılması gerekir. 24
Priz Süresi Çimentonun su ile birleşmesiyle başlayan hidratasyon reaksiyonları sonucu çimento hamurunun zamanla katılaşarak plastiklik özelliğini kaybetmesi olayına PRİZ denir. Uygulamada betona istenilen şeklin verilebilmesi için, çimento hamuru başlangıçtaki plastik kıvamını yeterli bir süre koruması istenir. Çimentonun priz süresi, Vicat Aleti denilen sabit bir ağırlık altındaki standart bir iğnenin, hazırlanan çimento hamuruna belirli miktarda batma durumuna bağlı olarak belirlenir. Priz Başlama Süresi: çimentonun su ile birleştirildiği an ile çimento hamurunun katılaşarak plastik özelliğini kaybettiği an arasındaki süredir. Priz Sona Erme Süresi: çimento ve suyun birleştirildiği an ile çimento hamurunun tamamen katılaştığı (sertleşmenin başladığı) an arasındaki süredir. Ani Priz: Çimento üretimi esnasında alçıtaşı kullanılmadığı veya yeterinden çok daha az kullanıldığı takdirde, C3A ve C4AF, su ile çok hızlı reaksiyona girerek çok kısa sürede çimento hamurunun erkenden katılaşması olayıdır. Ani priz gösteren çimento hamurunun karılma işlemine devam edilse bile tekrardan plastik durum elde edilemez. Yalancı Priz: Çimento üretiminde yeterli miktarda alçıtaşı kullanılmış olsa bile, bazen çimento hamurunun, normal süresinden çok önce (3-5 dakika içinde) katılaşması olayıdır. Ancak, yalancı priz olayında çimento hamurunun karılma işlemine devam edilirse, bu anormal katılaşma olayı ortadan kalkmakta ve dayanım kaybı olmamaktadır. Normal Portland çimentolarında, priz olayının 1 saatten önce başlamaması ve 10 saatten önce tamamlanması istenir. Çimentoların priz sürelerini etkileyen faktörler: Sıcaklık; sıcak ortamlarda hidratasyon olayı hızlandığından priz süresi kısalır. Karıştırma suyu; fazla miktarda karışım suyu kullanmak priz süresinin uzatır. Çimentonun bekleme süresi; üretildikten sonra uzun süre bekletilmiş çimentolarda dış ortamdan alınan nem dolayısıyla kısmen hidrate olan çimento taneleri nedeniyle priz olayı daha geç başlar. 25
Hidratasyon ısısı Çimentoyu oluşturan anabileşenlerin su ile yaptıkları ekzotermik kimyasal reaksiyon (hidratasyon) nedeniyle bir miktar ısı açığa çıkar. Bu hidratasyon ısısının açığa çıkma hızı, çimento bileşenleri ile su arasındaki kimyasal reaksiyonların hızına bağlıdır. Hidratasyon ısısının kısa zamanda ve fazla miktarda açığa çıkmasıyla, betonda sıcaklık derecesi yükselir, katılaşma olayı daha da hızlanır, betonun yapısındaki su daha hızlı buharlaşır. Ayrıca, özellikle baraj gibi büyük kütle betonlarında açığa çıkan hidratasyon ısısı yüzeylerden kolayca uzaklaşırken iç kısımlarda birikerek iç-dış sıcaklık farkı, termal genleşme ve suyun buharlaşması nedeniyle taze betonda sakıncalı çatlaklar oluşur. Çimentonun inceliği arttıkça, tanelerin toplam yüzey alanı ve birim zamanda hidrate olan çimento miktarı arttığından daha fazla hidratasyon ısısı açığa çıkar. Çimentonun karma oksitleri hidrate olurken açığa çıkan ısı miktarları aşağıda verilmiştir. Rötre Rötre; taze betonun içerisindeki suyun çevresel, fiziksel veya kimyasal nedenlerle azalması (buharlaşması) sonucunda meydana gelen büzülme olayıdır. Çekme dayanımı zayıf olan betonda rötre olayı sonucunda çatlaklar meydana gelir. Bu çatlaklar betonun geçirimliliğini artırır, donatının korozyonunu kolaylaştırır ve betonun dayanıklılığını azaltır. Oluşum nedenlerine ve mekanizmasına bağlı olarak 5 farklı rötre çeşidi vardır; Aşamalar İşlemler 1 Hidrolik Rötre Betonun boşluklarındaki suyun kaybı ile ortaya çıkar 2 Termik Rötre Kütle betonlarında iç-dış sıcaklık farkı nedeniyle meydana gelen farklı termal genleşme sonucu ortaya çıkar 3 Bünyesel Rötre Çimento hidratasyon ürünlerinin daha az hacim kaplamasından dolayı ortaya çıkar. 4 Erken plastik Rötre Betonda terlemenin buharlaşmayı karşılayamaması nedeniyle ortaya çıkar. 5 Karbonatlaşma Rötresi Sertleşmiş betonda karbonatlaşma reaksiyonu ile ortaya çıkan suyun buharlaşması sonucu ortaya çıkar. 26
Hacim Sabitliği Çimentonun bileşiminde fazla miktarda bulunabilen kalsiyum oksit (CaO=serbest kireç) veya magnezyum oksit (MgO) maddelerinin beton sertleştikten çok sonra suyla hidratasyonu sonunda çimento hamurunun yapısında genleşen ürünler meydana getirerek, betonun içyapısında iç gerilmelere ve çatlamalara yol açabilmektedir. Çimentonun hacim sabitliği, TS EN 196-3 standardına uygun olarak, Le Chatelier (Löşatölye) deney aleti kullanılarak hacim genleşmesi yöntemiyle tayin edilmektedir Basınç Dayanımı Çimento, suyla birleştikten hemen sonra başlayan hidratasyon reaksiyonlarında oluşan CSH, CAH ve Ca(OH)2 gibi hidratasyon ürünleri ile dayanımını kazanır. Çimento hamurunun dayanımını kazanmasında, hidratasyon ürünlerinden en büyük pay CSH jellerine aittir. Çimentonun hidratasyonu büyük ölçüde ilk zamanlarda olurken, ilerleyen zamanlarda azalan hızla devam eder. Dolayısıyla çimento hamuru, dayanımının önemli bölümünü suyla birleşmesinden ilk birkaç gün içerisinde kazanır. Çimentoların kalitesini belirlemede en önemli gösterge olarak 7 ve 28 günlük dayanımları esas alınır. Öğle ki, çimentoların (CEM II 32,5 R) veya (CEM I 42,5 R) gibi gösterimlerinde, standart çimento harçlarının 28 günlük dayanımlarının 32,5 MPa ve 42,5 MPa olduğunu ifade eder. Çimentonun inceliği arttıkça, aynı süreler için kazanılan dayanım miktarı daha fazla olur. Farklı kür sürelerindeki beton dayanımları ile çimento inceliği arasındaki ilişki BASINÇ DAYANIMI (MPa) Dayanım Erken Dayanım Nihai Dayanım Sınıfı 2 Günlük 7 Günlük 28 Günlük 32.5 N 16 32.5 R 10 32.5 52.5 42.5 N 10 42.5 R 20 42.5 62.5 52.5 N 20 52.5 R 30 52.5 aa 27
ÇİMENTO ÇEŞİTLERİ Portland Çimentosu Traslı Çimentolar Uçucu Küllü Çimentolar Cüruf Çimentoları Beyaz Çimento Renkli Çimentolar Diğer Çimentolar Çimentolar depolanırken şu hususlara dikkat edilmelidir. Akarsu ve su birikintisi olan yerlerden uzak olmalıdır. Depo döşemelerinin yüksek olması ve duvarlarda nem bulunmaması ayrıca depo içinin havasız olmaması gerekir. Açıkta bulunacak çimentoların üzeri ve çevresi hava almayacak şekilde naylonla kapatılmalıdır. Depolarda istifler duvardan en az 10 cm uzakta torbalar arasında boşluklar kalmayacak şekilde yapılmalı ve 12 sıradan fazla üst üste konulmamalıdır. Büyük depolarda istiflenecek çimentolar cinslerine göre ayrı ve ilk gelen önce kullanılacak şekilde istiflenmelidir. Beton döşeme üzerine çimentolar ahşap ranza kullanılarak istiflenmeli, üzerleri branda bezi ile örtülerek bir miktar kireç tozu serpiştirilmelidir. Çimentoların depolanmasında bekleme süreleri Portland çimentolarında; 3 ay olması halinde %10-20, 6 ay olması halinde %20-30 kadar mukavemetlerini kaybedileceği dikkate alınmalıdır. Küçük şantiyelerde çimento ambarı yapılmayacak ise çimentolar ahşap ranza üzerine istiflenip üstleri ve altı yağmur geçirmeyen örtü ile örtülüp su ve rutubetten korunmalıdır. 28