8) Sertlik: Doğal taşların çizilmeye ve aşınmaya karşı gösterdiği dayanım sertlik olarak adlandırılır. Taşların sertlikleri mineral yapısına bağlıdır. Taşların sertliğini tesbit etmekle dayanımı hakkında yaklaşık bilgi elde edilir. Sert taşlar, dış tesirlere dayanıklı taşlardır. Çoğunlukla silisli taşlar serttirler. Doğal taşların sertlik değeri Mohs Sertlik Cetveli ile belirlenir. 1 YAPIDAKİ KULLANILMA YERİ VE ŞEKLİ Doğal taşlar yapıda; a) Taşıyıcı malzeme (temel ve duvar örgülerinde), b) Kaplama malzemesi (duvar, döşeme, çatı, yol), c) Dolgu-izolasyon malzemesi (ısı, yangın) d) Agrega malzemesi olarak kullanılmaktadır. a) Yapıda Taşıyıcı Amaçla Kullanılan Doğal Taş Malzeme: Bu amaçla kullanılacak doğal taşlar homojen yapılı, gözeneksiz, atmosfer etkilerine dayanıklı, basınç dayanımı ve fiziksel özellikleri yüksek olmalıdır. Bu özelliklere sahip olan püskürük külteler ve fiziksel tortul kütleler grubundaki taşlar taşıyıcı amaçla kullanılmaya en uygun taşlardır. 2 b) Yapıda Kaplama Amacıyla Kullanılan Malzemeler: Bu amaç için kullanılan taş malzemelerde, atmosfer etkilerine ve dona dayanıklılık (dış cephe kaplamalarında), eğilme dayanımı ve estetik değerler aranır. Ayrıca, iç mekanlarda özellikle tezgah üstü kaplamalarında kullanılacak taş malzemelerin yağ, asit ve kimyasal etkilerinden zarar göreceği dikkate alınmalıdır. Kaplama malzemesi olarak seçilecek taş türünün belirlenmesinde; Taşın dokusu, Damarlanma, Aşınma dayanımına, İşlenebilme özelliği ve estetik gibi faktörler dikkate alınmaktadır. Genellikle kaplamalar 2-6 cm kalınlıklarda, iç mekanlarda alçı ve çimento harcı ile dış metanlarda ise metal bağlama elemanları ile desteklenerek yapıdaki yerine uygulanmaktadır. c) Dolgu-İzolasyon Malzemesi Olarak Kullanılan Doğal Taş Malzemeler: Bu gruba giren doğal taşlar heterojen ve gözenekli bir yapıya sahip hafif malzemelerdir. Genellikle volkanik taş türleri ve organik tortul kültelerin bazı çeşitleri kullanılır. Örnek olarak Perlit, Bims, Asbest, Vermikülit ve Diotomit gösterilebilir. Hafif agregalı beton, çimento asbestli geçirimsiz yapı elemanları, ısı ve yangına karşı yalıtım malzemesi üretiminde kullanılır. 3 4 1
Taşların yapılarda kullanımı: 5 6 BAĞLAYICI YAPI MALZEMELERİ (Kireç, Alçı, Çimento) Bağlayıcı maddeler: İnce toz halinde (90mikrondan küçük) olan ve su eklenmesi ile kolay şekil verilebilir (plastik) hamur haline geldikten sonra zamanla bu özelliğini kaybedip sertleşen ve dayanım kazanan malzemelere bağlayıcı maddeler denir. Su ile katılaşıp sertleşmesi sonucu doğal taş, agrega ve çeşitli kagir (tuğla, kiremit) nitelikteki taneli malzemeleri birbirine bağlayarak istenilen şekil ve boyutta yapay yapı malzemelerinin oluşumunu sağlar. İlk bağlayıcı maddeler: Toprak (kil, silt ve kum) Toprak ve kireçtaşı karışımları Kireç ve alçılar Pişmiş kil tozları Doğal puzolanlar 7 1818 senesinde Fransız mühendislerinden Vicat içinde bir miktar kil içeren kalkeri pişirmek suretiyle su kireci denilen bağlayıcı maddeyi bulmuştur. 19. asrın ortasına kadar, bağlayıcı madde olarak kireç veya içine puzolan karıştırılmış kireç kullanılmıştır. Anadolu ve Ortadoğuda kireç çoğunlukla döşemelerde ve duvarlarda harç olarak kullanılmıştır. Kireç harcı; kırılmış kireçtaşı, kül ve kumun pişirilip, yeniden kırılıp, elenmesi ile elde edilmiştir. Selçuklu ve Osmanlı yapılarında duvar harcı olarak, Horasan harcı adı verilen bir bağlayıcı kullanıldığı görülmektedir. Bu harcın bileşiminde, pişmiş toprak tozu, kuvars kumu, kireç, kül hatta yumurta akının kullanıldığı söylenmektedir. Değişik tip liflerin (keçi kılı, palmiye lifi, saman, vb.) harca yaklaşık %3 oranında katıldığı da görülmüştür. 8 2
Bağlayıcı maddeler katılaşma özelliği gösterdikleri ortama göre iki gruba ayrılır: a) Hava bağlayıcıları: Yalnız havada katılaşma özelliği gösteren bağlayıcı maddelerdir. Alçı, hava kireci. b) Hidrolik bağlayıcılar: Havada ve suda katılaşma özelliği gösteren bağlayıcı maddelerdir. Su kireci, puzolan ve çimentolar. Puzolanlar (traslar), kimyasal olarak çoğunlukla SiO 2 ve az miktarda Al 2 O 3 den oluşan maddelerdir. Suyla karıştırıldıklarında çamur haline gelir, kuruduktan sonra dağılarak tekrar eski hallerine dönerler. Ancak bunlar kireçle karıştırılırsa bağlayıcılık kazanır ve suda erimeyen bir kalsiyum silikat tuzuna dönüşürler. Volkanik küller, volkanik tüfler (tras), ponza taşı doğal puzolanlardır. 9 Kalsiyum esaslı bağlayıcılardan çimento ve alçı su ile temas ettiğinde kendi bünyelerinde bazı olaylar meydana gelir. Bunlar; a) Hidratasyon: Kimyasal bir olaydır. Su ile yapmış olduğu kimyasal reaksiyonlardır. b) Katılaşma (priz): Fiziksel bir olaydır. Bağlayıcının plastik halden katı hale geçmesidir. c) Sertleşme: Mekanik bir olaydır. Kimyasal reaksiyonlar sonucu malzemenin zamanla dayanım kazanmasıdır. 10 ALÇI YAPI MALZEMESİ Giriş: Alçı bilinen en eski bağlayıcı maddelerden biridir. Alçının Mısırdaki piramitlerde bağlayıcı yapı malzemesi olarak, Yunan ve Roma yapılarında ise duvar sıvası ve renkli fresk olarak kullanıldığı bilinmektedir. Osmanlı devrinde alçı, pencerelere kenarlarında renkli sıva biçiminde ve duvarda süsleme olarak kullanılmıştır. 19. yüzyılda iç mekanlarda tavan süslemesi olarak kartonpiyer adı altında kullanılmıştır. Alçı: Doğadaki alçıtaşının (Jips: CaS0 4. 2H 2 0) çeşitli derecelerde (120-190 o C) ısıtılarak elde edilen, su ile karıştırıldığında kısa süre içinde katılaşma özelliği gösteren, beyaz renkli, inorganik esaslı bir hidrolik bağlayıcı türüdür. Alçı içerisinde %10-12 CaC0 3, kil, demir oksit, kum ve kolloidal SiO 2 bulunur. Bu maddeler, alçının sertlik dayanımını artırır. Alçının hammaddesi, çoğunlukla beyaz ve yumuşaktır. Yoğunluğu yaklaşık 2.3 gr/cm 3 civarındadır. Asitlerden etkilenmeyen ve suda az ancak tuzlu sularda daha çabuk çözünen bir maddedir. 11 12 3
Alçı Üretimi: Alçı, alçıtaşının (jips) uygun sıcaklıkta (ortalama 163 o C) ısıtılarak, atmosfer basıncı altında kısmi (%75) dehidratasyon işlemine uğratılıp, öğütülmesi ve elenmesi ile elde edilir. Bu şekilde elde edilen alçıya β-yarımhidrat (CaS0 4. 1/2H 2 O) veya β alçı (adi alçı) adı verilir. Normal koşullarda elde edilen ve hızlı priz yapan bu alçı piyasada yaygın olarak kullanılır. β-yarımhidrat yaklaşık 1.25 g/cm3 yoğunluğunda olup, en fazla 250 kgf/cm2 basınç dayanımına sahiptir. Isıtma işlemi (kalsinasyon) yüksek buhar basıncı altında otoklavlarda gerçekleştirilirse α-yarımhidrat adı verilen daha iyi kalitede ve dayanımda bir alçı elde edilir. Sıcaklık 200 C nin üstüne çıkarsa alçıtaşı, bünyesindeki tüm suyu kaybedip anhidrit (CaS0 4 ) haline gelir. Ancak elde edilen toz bağlayıcı değildir, yani priz yapmaz. Anhidrit (CaS0 4 ) 600 o C' ye kadar ısıtılırsa çok geç priz yapan bir alçı elde edilir. Ancak sıcaklık 600 o C'yi aşarsa elde edilen kristal suyu içermeyen alçı potasyum sülfat (%1) veya şap ile karıştırılarak İngiliz çimentosu denilen yapıların dışında da kullanılabilen sert bir kaplama malzemesi elde edilir. Alçıya normal su yerine, jelatinli veya tutkallı su karıştırılacak olursa, stukko adı verilen kurak iklimler için uygun sert bir yapı malzemesi elde edilir. Stukko, renklendirilip, düzeltilip, cilalanırsa mermere benzer, daha çok yapıların içinde kullanılan bir malzeme elde edilir. 13 14 Üretim Aşamaları: Kazı Kırma, parçalama Öğütme Pişirilme Soğutma Paketleme Alçının Hidratasyonu: Hidratasyon, moleküler yapısına hidrat suyunun girmesi ile oluşur. Alçı su ile karıştırılınca pişirme ile bünyesinden çıkan kristal suyunu tekrar bünyesine alarak katılaşır. Hidratasyon olayı aşağıdaki reaksiyonla gösterilebilir: CaSO 4. ½ H 2 O + 1.5 H 2 O CaSO 4. 2H 2 O Alçının Özellikleri: Alçı, kristal bir yapıya sahiptir. Katılaşma özelliği, pişirilerek içyapısı bozulan alçının suyla karıştırıldıktan sonra yeniden kristalleşmesi şeklinde görülen, birbirine dönüşebilir bir kimyasal olaydır. 15 16 4
Alçı suyla karıştırıldığında hacimce genişlemeye uğramakta (1 hacim toz alçı - 1.2 hacim yoğurulmuş alçı), katılaştıktan 24 saat sonra da taze haldeki hacmine göre %1 oranında hacim artışı göstermektedir. Alçı katılaşma sırasında bir miktar ısı verir, ancak rötresi yoktur ve çatlama göstermez. Alçının katılaşması sırasında hidratasyon için gerekli su miktarı, toz alçı ağırlığının en az %20'si kadar olmalıdır. Fakat bu su miktarı ile yapılan alçı hamuru çok kısa bir zamanda sertleşir. Plastik kıvam için %60, sulu kıvam için %100 su gereklidir. Ancak fazla suyun buharlaşarak boşluk meydana getirmesi dayanımda azaltıcı etki yapmaktadır. Alçı, tutkallı su ile karıştırılırsa daha geç sertleşir. Fakat sertleştikten sonra daha sert bir yapı meydana getirir. Eğer bu karışımla yapılan alçı elemanı düzeltilir, cilalanırsa mermer görünümü verir. Bu tip bir karışım, kurak iklimlerde bina dış cephesinde de kullanılabilir. Alçının katılaşmasını geciktirmek için Şeker,tutkal,sirke ve boraks v.b. malzemeler kullanılır. Katılaşmasını hızlandırmak için Karışım suyunu azaltmak Tuz içerikli katkı maddeleri kullanılmaktadır. 17 18 Yapı malzemesi olarak alçının özellikleri: Düşük birim hacim ağırlık (alçı sıva yaklaşık 1000kg/m3) Düşük ısı iletkenlik katsayısı (ahşaba çok yakındır) Ortamın nemini düzenleyebilme Yangına dayanıklılık Rötre (büzülme) yapmaması Kür ihtiyacı olmaması Kısa sürede dayanım kazanma İşçilik kolaylığı, düzgün yüzey Üretimde az enerji gereksinimi Bununla birlikte alçı asit reaksiyonlu olup rutubetli ortamda demiri korozyona uğratır. Aderansının kagir ve demire karşı iyi olması yanında, ahşaba karşı zayıftır. 19 ALÇI ÇEŞİTLERİ: Genel olarak alçılar hammadde öğütme şekli ve pişirme sıcaklığına göre dört grup altında toplanabilir. a) Adi alçı: Alçıtaşının düşey fırında önce toz haline getirilip sonradan pişirilmesi veya döner fırınlarda (1-30 m) 120-160 O C arasında pişirilmesi, öğütülmesi, elenmesi ve havadan aldığı rutubeti kaybetmesi için silolarda bekletilmesi sonucunda elde edilmektedir. Adi alçı 200 µm üzeri tane boyutu %35 den az ve en az 10 dakika sonra katılaşmaya başlayan bir malzemedir. Adi alçılar, dış atmosfer etkisine dayanım gösteremezler. Adi alçı yapıda, iç sıvada, içine lifli malzeme katılarak kartonpiyer işlerinde, bölme panolarda (alçıpan) ve kum katılarak pano eleman olarak da kullanılabilir. b) Katkılı Adi alçı: Adi alçının işleme süresini uzatmak için içerisine, şekerli su, sönmemiş kireç, sıcak su, sodyum nitrat vb. katkılar ilave edilerek elde edilen alçıdır. 20 5
Sıva işlerinde kullanılır. Eğer pişirme süresi artırılırsa sertleşme süresi uzar. c) Susuz alçı: Alçı taşının, öğütüldükten sonra bünyesindeki iki molekül suyu tamamen kaybedinceye kadar ısıtılmasıyla elde edilir. Tabii ve suni anhidritin öğütülmesiyle elde edilir. Genellikle pişirilme sıcaklığı 800-1000 o C arasındadır. CaS0 4. 2 H 2 O 800-1000 C CaO+S0 3. 2 H 2 O şeklinde parçalanır ve az miktarda CaO açığa çıkar. Bu alçı, çeşitli dış tesirlere karşı oldukça dayanıklıdır. Aynı zamanda aşınma ve basınç dayanımı oldukça yüksektir. Yer döşemesinde, yapı elemanları üretiminde tek başlarına kullanıldığı gibi bir başka bağlayıcı (çimento ve kireç) ile beraber kullanılabilir. Sertleşmesini oldukça uzun sürede (6-20 saat) tamamlar. d) Katkılı Susuz alçı: Susuz alçının işleme özelliğini daha iyi hale getirmek için içerisine, priz süresini hızlandırıcı katkı maddesi 21 katılarak kullanılır. Tane Boyutuna Göre Alçı Çeşitleri: Alçılar, tane boyutlarına göre kaba ve ince alçı olarak ikiye ayrılırlar. Alçının sertleşmesini inceliği, sıcaklık ve su miktarı önemli ölçüde etkiler. Alçının bazı teknik özellikleri: Alçıdan Yapılmış Pano Elemanlar: Toz haldeki alçının, katkılı veya katkısız olarak su ile hidratasyonu sonucu elde edilen alçı hamurunun, çeşitli boyut ve şekillerde vakumlu kalıplarda hacimleri bölmek amacıyla üretilen elemanlara pano eleman denilmektedir. Alçıdan yapılan blokları şu şekilde sıralayabiliriz; 22 a) Dolu gövdeli alçı bölme blokları b) Alçı duvar levhaları c) Alçılı perlit bölme duvar elemanları a) Dolu gövdeli alçı bölme blokları: Binaların, dış etkilerle karşı karşıya olmayan iç mekanlarını bölmede kullanılır. Bunlara taşıyıcı özelliği olmadığı için yüke maruz bırakılmaz. Rutubetli yerlerde kullanılmaz. Prefabrik yapı elemanı üreten fabrikalarda üretilir. Ana maddesi, adi veya katkılı adi alçı olmak üzere gerektiğinde katkı olarak lifli organik ve inorganik malzemeler kullanılabilir. Dolu gövdeli alçı bölme blokları, genellikle dikdörtgen prizma şeklinde kenar yüzeyinde karşılıklı lamba ve zıvana bulunan elemanlardır. Genellikle kuru birim ağırlıklarına göre sınıflandırılırlar. 23 Alçı bölme blok sınıfları: b) Alçı duvar levhaları: Yapıların, iç duvar, tavan ve bölme yüzeylerini kaplamak için yapı alçısı ile lifsiz veya lifli malzemelerden yapılmış ve ön yüzeyleri kağıtla kaplanmış levhalardır. Bu duvar elemanlarında, lif olarak talaş, kenevir gibi malzemeler kullanılmalıdır. Bu malzemelerin ağırlığı, levha ağırlığının %15'ini geçmemelidir. Levhaların genişlikleri, 60, 90 ve 120 cm, uzunlukları ise 120-360 cm arasında olabilmektedir. 24 6
c) Alçılı perlit bölme duvar elemanları: Alçılı perlit bölme duvar elemanlarının, ana malzemeleri, genleştirilmiş perlit ve yapı alçısıdır. Gerektiğinde katkı maddeleri de kullanılabilir. Kalınlığı, bölme duvar kalınlığında olan blok veya pano cinsinden elemanlardır. Boşluklu veya dolu gövdeli olarak üretilir. YAPIDAKİ KULLANILMA YERİ VE ŞEKLİ Alçının kullanılma şeklinde dikkat edilmesi gereken hususlar: Alçının, suda erimesi nedeniyle, zemine yakın veya suya maruz yerlerde kullanılmaması, dış cephe kaplaması olarak kullanıldığı hallerde yüzeyinin silikat veya sodyum fluosilikatlarla kaplanması, Üzerine plastik boya veya duvar kağıdı uygulanması halinde rutubetin giderilmesi için yeterince bekletilmesi, Alçının uygulama için suyun içine dökülerek hazırlanması, saf ve ince taneli olması, yoğurma suyu miktarının minimum değerde tutulması, 25 Demir yapı elemanları ile yan yana kullanılmaması, alçıyla bir arada kullanılacak metallerin bakır veya galvanize demirden seçilmesi, Alçının çekme mukavemetini artırmak için, süsleme işlerinde ve pano yapımında kenevir lifleri, ve cam elyaf gibi katkılar kullanılması. Günümüzde alçının kullanılma yerleri bağlayıcı malzeme olmaktan öteye geçmiş, iç mekanlarda kaplama malzemesi ve bölme duvar elemanlan haline dönüşmüştür. Yapıda genellikle, derz doldurulmasında, tespit ve onarım işlerinde, harç ve sıva yapımında, heykel kalıpçılığında, iç süslemecilikte prefabrik panel üretiminde kullanılır. 26 Gerektiği hallerde alçıyı reklendirmek mümkündür. Alçı sıvalar, düzgün yüzey elde etmek için çimento veya kireç sıvanın üzerine yapılan 4-10 mm kalınlığında perdah sıvalardır. Günümüzde kullanılan alçı prekast panolar iç sıvanın yerine tavan ve duvar kaplamaları olarak yapıya girmiştir. Ayrıca yalıtım (ses, ısı) özellikleri nedeniyle de yapıda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. 27 KİREÇ YAPI MALZEMESİ Giriş: Kireç bilinen en eski bağlayıcılardan biridir. Mısır, Finikeliler, Hitit ve Persler tarafından hava kireci yapıda bağlayıcı malzeme olarak kullanılmıştır. Romalılar devrinde su kireci bulunmuş ve su altındaki içi inşaatlarında kullanılmıştır. Puzolan Kireç (volkanik esaslı, killi,kalkerli toprak) ile tuğla kırıkları (pişmiş kil) öğürülüp kireçle karıştırılarak Horasan adı altında kullanılmıştır. Smeathon (İng.) 1756 yılında bir deniz feneri yaparken killi bir kireci pişirerek su kireci ve hidrolik bağlayıcı fikri üzerinde önemli adımlar atmıştır. Bu başlangıç sonradan çimentonun gelişmesi için de önemli rol oynamıştır. Günümüzde kireç; sıva, bağlayıcı boya malzemesi, gaz beton ve özellikle plastik endüstrisinde hammadde olarak önemini korumaktadır. 28 7
Kireç: Kireç (kalker) taşının (CaCO 3 ) veya dolamitin (MgC0 3 ) 10-15 cm boyutlarında kübik parçalar halinde kırılarak çeşitli derecelerde (850-1400 o C) pişirilmesi sonucu elde edilen, suyla karıştırıldığında havada veya suda katılaşma özelliği gösteren, beyaz renkli, amorf yapılı inorganik esaslı bir bağlayıcı türüdür. Sınıflandırma: Kireç katılaştığı ortama bağlı olarak iki gruba ayrılır. Yağlı kireç (hava kireci): Yalnız havada katılaşma gösteren kireçtir. Yağlı kirecin su ile karıştırdıktan sonra elde edilen hamur havada bırakılırsa, havadaki karbondioksit ile reaksiyon sonucu, suda erimeyen kalsiyum karbonata dönüşür. ÜRETİM YÖNTEMİ Kireç taşları ocaktan çıkarılıp belli büyüklükte iri parçalar halinde kırıldıktan sonra kireç ocaklarında kömürle tabakalar şeklinde istif edilerek meydana getirilen yığınlar halinde veya yatay veya düşey fırınlarda yüksek sıcaklıklarda pişirilmesi (kalsine edilmesi) sonucu sönmemiş kireç olarak elde edilir. Su kireci (hidrolik kireç) : Hem havada hem de suda katılaşma özelliği gösteren kireç türüdür.. 29 Yatay kalsinasyon fırını Düşey kalsinasyon fırını 30 Kirecin üretimin aşamaları: a) Kireç taşının pişirilmesi (yakılması) b) Kirecin su ile söndürülmesi (sönmüş kireç) c) Sönmüş kirecin kurutulması d) Paketlenme 1) Kireç taşının pişirilmesi: Kalsinasyon (pişirilme) işlemi kireç ocaklarında kömür veya odun kullanılarak veya fabrikalarda fırınlarda sıvı yakıt kullanılarak gerçekleştirilir. Bünyesinde %30 a kadar MgC0 3 içeren kireçtaşları da (dolomit gibi) üretimde kullanılabilmektedir. Pişirilme sonucu elde edilen iri parçalar halindeki kalker/dolomit kirecinin öğütülerek belirli inceliğe getirilmesi ile söndürülmemiş toz kalker/dolomit kireci elde edilir. 2) Kirecin söndürülmesi: Pişirilmiş kirecin su ile temas etmesi sonucu sönme işlemi gerçekleşir. Kirecin söndürme işleminin gerçekleşebilmesi için kirecin ağırlığının 1/2-1/3'ü kadar suya ihtiyaç vardır. Söndürme işlemi sırasında sönmemiş kireç suyla ekzotermik reaksiyona girerek Ca(OH) 2 e dönüştüğünden, yüksek ısı (300-400 o C) ile birlikte büyük bir hacim genişlemesi sonucu hacmi 2.5 kat artar. Yarım kilo sönmemiş kireç, 0 o C deki 1 litre suyun sıcaklığını kaynama noktası olan 100 o C ye çıkaracak büyüklükte bir reaksiyon ısısı vermektedir. Reaksiyon sonunda elde edilen Ca(OH) 2 sönmüş kireçtir. 31 32 8
İnce toz halinde olan sönmüş kirece, hidrate kireç de denir. Sönmüş kirecin yoğunluğu 2,20-2,45 g/cm 3 arasındadır. Birim ağırlığı ise 0.60-0.75 g/cm 3 arasındadır. Fabrikalarda üretilen kireç toz kireç olacaksa, helezonlu söndürücülerle kireç için hesaplanan su miktarı, su veya su buharı olarak kirece uygun şekilde verilerek toz haline getirilir. Herhangi bir öğütme işlemine gerek duyulmaz. Üretim söndürülmemiş olacaksa fırından çıkan kireci herhangi bir işleme tabi tutulmadan ortam sıcaklığına geldikten sonra piyasaya ulaştırılır. Kireç kullanım yerinde söndürülerek kullanılır. Eğer kireç tamamen söndürülmezse, daha sonra yapıda uygulanan sıva yüzeyinde sönmesini tamamlayarak hacim genişlemesi sonucu yüzeyde ayrışmalara ve dökülmelere sebep olmaktadır. Bu nedenle kirecin sönme işleminin tamamlanması için bekletme süresi önemlidir. Yapıda duvar harcı olarak kullanılacak kirecin en az bir hafta, sıva harcı olarak kullanılacak kirecin ise en az 2-3 hafta kireç ocaklarında bekletilmesi gerekir. Sönmüş kirecin kimyasal içeriğine göre sınıflandırılması: Yüksek kalsiyumlu kireç: ~%90 CaO oranı Kalsiyumlu kireç: %75 CaO oranı Magnezyumlu kireç: %20 MgO oranı Dolomitli kireç: %25 MgO oranı 33 34 Yapı Kireçlerinin Çeşitleri Kireçler, hammaddeye bağlı olarak kalsiyum oksit (CaO) veya kalsiyum hidroksitten (Ca(OH) 2 ) meydana gelir. Ancak içerisinde az miktarda magnezyum (MgO), Mg(OH) 2, silisyum (Si0 2 ), alüminyum (Al 2 0 3 ) ve demir (Fe 2 O 3 ) ihtiva ederler. Kireç hammaddesi içinde az da olsa kil minerali varsa kirecin rengi diğer kireç çeşitlerine göre esmerdir. Bu kirecin söndürme işlemi daha uzundur. Piyasada talep az olduğu için üretimi azdır ve aynı zamanda verimi de düşüktür. Bir ton sönmemiş kireçten, 1,0-1,5m 3 sönmüş kireç elde edilir. Başlıca kireç çeşitleri: a) Hava kireci: Genellikle kalsiyum oksit veya hidroksitten oluşan ve atmosferik karbondioksit ile reaksiyona girerek havada yavaş sertleşen kireçlerdir. Hidrolik özellikleri olmadığı için, genellikle su altında sertleşmezler. 35 b) Sönmemiş kireç: Kireç taşı veya dolomit kayaçların kalsinasyonu ile üretilen ve esas olarak kalsiyum oksit ve magnezyum oksit ihtiva eden hava kireçleridir. Sönmemiş kireçler, kelle denen büyük parçalar veya öğütülmüş ince toz halinde piyasaya arz edilirler. c) Dolomitik kireç: Esas olarak kalsiyum oksit ve magnezyum oksitten oluşan sönmemiş kireçlerdir. Dolomit taşının, 900-1000 o C sıcaklıkta pişirilmesiyle elde edilen kirece dolomit kireci adı verilir. d) Söndürülmüş kireç: Sönmemiş kirecin su ile kontrollü söndürülmesiyle oluşan ve çoğunluğunu kalsiyum veya magnezyum hidroksitin oluşturduğu hava kirecidir. Söndürülmüş kireçler, kuru toz veya hamur olarak üretilirler. e) Hidrolik kireç (Su Kireci): İçinde %10-15 kil bulunan kireç taşının daha yüksek sıcaklıklarda pişirilmesi ve söndürülüp öğütülmesiyle üretilen ve esas olarak kalsiyum silikat, kalsiyum alüminat ve kalsiyum hidroksit ihtiva eden kireçlerdir. Bunlar, daha yüksek dayanıma sahiptir ve su altında katılaşma ve sertleşme özellikleri gösterirler. 36 9
Ham maddelerine ve basınç dayanımlarına göre kireç çeşitleri: Farklı tiplerdeki yapı kireçleri, CaO + MgO içeriğine göre veya hidrolik kireçlerde basınç dayanımlarına göre sınıflandırılmaktadırlar. Kalsiyum kireci 90 (CL 90); Kalsiyum kireci 80 (CL 80); Kalsiyum kireci 70 (CL 70); Dolomitik kireç 85 (DL 85); Dolomitik kireç 80 (DL 80) Hidrolik kireç 2 (HL 2); Hidrolik kireç 3,5( HL 3,5);Hidrolik kireç 5 (HL 5) ÖZELLİKLERİ Hava kireçlerinin bünyesinde reaksiyon kabiliyeti olan CaO + MgO miktarı %80'den fazla olmalıdır. Ancak dolomitli kireçte MgO miktarı %4'ten büyük olabilir. Su kirecinde ise reaksiyona giren CaO + MgO miktarı %45-60 oranındadır. Kirecin inceliği, standartta verilen değerlere göre, cm 2 'de 900 delik bulunan elekte %1'den, cm 2 'de 4900 delik bulunan elekte %15'ten fazla kalıntı bırakmayacak boyutta olmalıdır. İncelik kirecin suyla hidratasyona girmesinde önemli rol oynayan bir faktördür. Hava kireçlerinin katılaşma özelliği göstermesi bünyesine CO 2 alarak kalsiyum hidroksit (Ca (OH) 2 ) şeklinden kalsiyum karbonat (CaCO 3 ) haline dönüşme olayıdır. Bu olayda havayla temas eden yüzey şekli ve incelik önem kazanır. 37 38 Hava kireçlerinin diğer bir özelliği ise suda erimesidir. Su kirecinin katılaşması ise çimentonun katılaşmasına benzeyen bir kristalleşme sonucudur. Kil içinde bulunan silisin kireçle birleşmesi sonucunda kalsiyum silikat (2CaO.SiO 2 ) meydana gelir. Bu nedenle su kireçleri sudan etkilenmeyen ve su içinde katılaşma özelliği gösteren bir kireç türüdür. Genellikle kireçlerin diğer bir özelliği de kagir malzeme ile yüksek aderans göstermesi ve deformasyon kabiliyetlerinin üstünlüğüdür. Bu nedenle kireç harçları plastik bir bünyeye sahip olduklarından işlenebilme ve yerleşme özellikleri yüksek değerdedir. Kireç harcı yapımında hava kireci ağırlığının %75'i, dolomitli kireç %65 i, su kireci %50'si oranında suya ihtiyaç gösterir. YAPIDA KULLANILMA ŞEKLİ, YERİ VE ÖZELLİKLERİ Kireci kullanmadan önce kireç ocaklarında bekletme ve dinlendirme sürelerine kesinlikle uyulması gerekir. Kireç badana yapımında aderansı artırıcı özellik sağlamak amacıyla bazı katkı maddeleri (tutkal, tuz vs.) ilave etmek mümkündür. Hava ve su kireçlerinin hacim artışlarının zararlı etkilerini azaltmak üzere harç ve sıvada kumla karıştırılarak tabakalar halinde kullanılması CO 2 gazının nüfuzu için gereklidir. Hava kireci ile fazla kalın harç sıvası yapılmamalıdır. Bu durumda harcın iç kısımları havadan CO 2 alamadıkları için plastik halde kalırlar ve sertleşemezler. Hava kireçleri su etkisi ile erimesi nedeniyle yapı içinde suya maruz olmayan yerlerde, su kireçleri yapı dışında ve su içinde kullanılabilir niteliktedir. 39 40 10
Hava kireci her türlü yapı malzemesine iyi yapışma yeteneği olmasına karşın, mekanik özellikleri zayıftır. Bu nedenle taşıyıcı elemanların yapımında bağlayıcı madde olarak kullanılmamalıdır. Kireçle elde edilen harçların plastik özellikleri fazladır. Şekil değişimi yapabilme yeteneğinin fazlalığı nedeniyle duvar sıvaları için çok uygundur. Kireçle yapılan sıvalar çimento harcı ile yapılan sıvalara kıyasla daha az çatlar. Kirecin inşaat sektöründe en çok kullanımı alanları: Sıva (yüzey kaplaması) Harç (duvar örülmesinde) Karayollarında stabilizasyon malzemesi Bitümlü karışımlarda katkı maddesi olarak, Gazbeton, Badana işlerinde 41 ÇİMENTO BAĞLAYICI MALZEMESİ GİRİŞ Bugünkü anlamda ilk çimento üretimini gerçekleştiren 1824 yılında Joseph Aspdin adında bir duvarcı ustası olmuştur. 1835'de C. Johnson ise pişirme sıcaklığını yükselterek ve öğütmeye daha çok önem vererek günümüz Portland çimentosunun mucidi oldu. Çimento üretimi ancak, sırasıyla Fransa'da 1848, Almanya'da 1852, Belçika'da 1855, ABD'de 1871 yıllarında başlamıştır. F. Ransome'nin 1885 yılında ilk döner fırını bulması çimento üretimine büyük bir kolaylık getirmiştir. Türkiye'de ilk çimento fabrikası 1914 de Darıca ve Eskişehir de kurulmuş, bunu 1933'te Zeytinburnu ve Kartal fabrikaları izlemiştir. 42 ÇİMENTO Belli oranlarda karıştırılan kil (msi0 2.nAI 2 0 3.pH 2 0), Fe 2 O 3 ve kalker (CaC0 3, kalsiyum karbonat) karışımının yüksek sıcaklık derecelerinde (1350-1450 o C) kiln adı verilen döner fırınlarda pişirilmesi sonucu elde edilen, havada ve suda katılaşma özelliği gösteren gri veya beyaz renkli, inorganik esaslı bir bağlayıcı türüdür. Kil ve kalkerin belirli oranlarda birbiriyle karıştırılarak pişirilmesi sonucu kalkerdeki kireç, kildeki silis, alümin, ve demir oksit ile birleşerek klinker adı verilen ara ürün elde edilmektedir. Klinker yaklaşık olarak 1-25 mm çapında pürüzlü ve gözenekli yüzeye sahip, sert ve yuvarlak şekildedir, karakteristik olarak, parlak ve yeşilimsi-koyu gri (veya gri-siyah) renktedir. Fırından çıkan klinker soğutulduktan sonra priz hızını ayarlamak için %3-6 oranında alçıtaşı (CaSO 4.2H 2 O) katkı maddesi ilave edilerek çimento değirmenlerinde çok ince öğütülmesi sonucu toz halinde temel yapı malzemesi olan portland çimentosu elde edilir. Çimentolar, hidrolik bağlayıcı maddeler olup, su ile karıştırılıp hamur haline getirildikten sonra gerek havada gerekse su içinde yavaş sertleşerek suni taş haline dönüşür. 43 44 11
ÜRETİM YÖNTEMİ: Karışımın hazırlanması: Kil ve kalkerin belirli oranlarda homojen bir karışımını elde etmek amacıyla yaş ve kuru olmak üzere iki yöntem kullanılır. a) Yaş yöntem: 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 getirilir. Yapılan analizlerle istenilen bileşim bulununca, karışım fırına gönderilmek üzere sulu bir kıvamda depolanır. b) Kuru sistem: Kalker ve kil önce ayrı ayrı kaba bir şekilde öğütülerek belirlenen miktarlarda birbirine karıştırılır. Öğütme işlemi hammaddelerin uygun oranlarda karışımını daha hassas yapabilmek, hem de bunların fırında daha iyi ve üniform pişirilmelerini sağlamak için yapılır. Karıştırma işleminde basınçlı hava kullanılarak homojen bir karışım elde edilir. Ancak bu 45 yöntemde de karışımın içinde %10-12 su bulunur. İlkel malzemelerin yumuşak olması halinde yaş yöntem, sert olması halinde kuru yöntem önerilir. Yaş sistemde karışımın içinde önemli oranda (~%35) su içerdiğinden, fırındaki pişirme işlemi için daha fazla enerji gerekir ve kuru yönteme kıyasla iki kat yakıt harcanır. Yaş sistemin önemli bir avantajı toz kontrolünün daha kolay olması nedeni ile ekolojik yönden sağladığı faydadır. Ancak yakıt maliyetleri işletme masraflarının %30-40 ını teşkil ettiğinden günümüzde daha çok kuru yöntem kullanılmaktadır. 46 Karışımın pişirilmesi (kalsinasyon): Çimento üretiminde hammaddelerin döner fırına girmeden önceki öğütülmüş ince haline Fransızca da 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 40-50 m uzunluğunda, yaş yöntemde ise 80-100 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 ise bu oran yaklaşık 15 dir. Homojen hale getirilmiş ilkel malzeme eğim dolayısıyla kendi ekseni etrafında dönen (60-180 devir/saat) fırında aşağı doğru hareket ederek gittikçe daha yüksek sıcaklığın etkisinde kalır. 47 48 12
Fırına girecek hammadde karışımı, fırının üst ucundan konmaktadır. Fırındaki sıcaklık fırının alt ucundan püskürtülen yakıtla sağlanır. Yakıt olarak fuel-oil ve doğalgaz kullanılabilmekle beraber, son yıllarda ekonomik nedenlerle, daha çok toz kömürden yararlanılmaktadır. Dönel fırında ateşleme bölgesini geçerek daha alt bölgeye ulaşan malzeme biraz soğumakta ve fırının alt ucundan klinker olarak (oldukça yüksek sıcaklıkta) dışarı çıkmaktadır. Fırın çıkışında soğutulan klinker bir kırıcıdan geçirilerek depolanır. Yüksek sıcaklık altında daha önce ilkel malzemenin ayrışması sonucu oluşan; kireç, silis, alumin, demiroksit aralarında birleşerek, çimentonun kimyasal bileşimleri olan silikatları ve aluminatları meydana getirir. Ham karışımı çimento klinkerine dönüştüren tipik pişirme işlemi: 49 50 Portland çimentosunda kil ve kalkerin pişirilmesi sırasında meydana gelen kimyasal değişimler : 100-200 o C : Nem kaybolur. 200-500 o C : Kilin kristal suyu bünyeden ayrılır. SiO 2, Al 2 O 3 ve Fe 2 O 3 açığa çıkar. 700-800 o C : Kalker ısı ile ayrışır, CaO ve CO 2 açığa çıkar. 900 o C : SiO 2.CaO, Al 2 O 3.CaO ve Fe 2 O 3.CaO meydana gelir. 1200 o C : 2CaO.SiO 2 oluşur ve ilk erime başlar. 1250 o C : 2CaO.Al 2 O 3 ve 4CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 bileşikleri meydana gelir. Kristal sistem oluşur. 1300 o C : 3CaO.SiO 2 meydana gelir. 1450 o C : Soğuma sonucu klinker oluşur. 51 Klinlerin Öğütülmesi: Soğutucudan çıkan klinker, boyutları 1-3 cm arasında değişen, pürüzlü, gözenekli bir yüzeye sahip, sert, yuvarlak, koyu gri tanelerden oluşur. Klinker taneli haliyle su ile herhangi bir reaksiyon yapmaz ve bu maddenin bağlayıcılık özelliği yoktur. Klinker ancak ince bir şekilde öğütüldükten sonra bağlayıcı özelliği 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; puzolan olarak kullanılan hammadde bu aşamada klinkere katılır. Klinker ve diğer katkılar çelik bilyalı öğütücülerde boyutları 90 mikron ile 6.5 mikron arasında değişen tanelere dönüştürülerek çimento elde edilir. Öğütülen çimento silolara gönderilerek gerekli süre bekletilip soğuması sağlanır. 52 13
Portland çimentosunu oluşturan oksitler (ana bileşen) ve miktarları Klinkerde bulunan MgO ve alkaliler hammaddelerde yer alan oksitlerdir. Fazla miktarda olması durumunda çimento hamurunda ve betonda genleşmeye neden olarak zararlı etkileri olmaktadır. Çimentonun ana bileşenleri: Kilin ve kalkerin ayrışmasıyla oluşan oksitler asit ve bazik durumlarına göre birbiriyle birleşerek Portland çimentosunun ana bileşenlerini (karma oksitleri) oluştururlar. 53 Bunlar dışında birleşmemiş CaO, SiO 2, MgO, Na 2 0+ (0,658)K 2 0 54 vb. maddeler çok az miktarda saf olarak kalırlar. 14