Çimentolu Sistemlerde Tane Boyu Dağılımının Performans Etkisi Çimsa Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi Ocak, 2017
Çimento üretiminde takip edilen parametrelerden en kritik olanları arasında tane boyu dağılımı da bulunmaktadır. Bu işlemde otomatik cihazlar kullanılabildiği gibi şekilde görüldüğü üzere çoklu elek sistemleri de kullanılabilir.
Çimentoda en çok takip edilen parametreler 45 ve 90 mikron elek üstü bakiyesi ve blaine (özgül yüzey alanı) değerleridir. Blaine değeri 1 gr malzemenin kapladığı alanın sayısal ifadesidir. Çimento performansı hakkında yorum yapabilmek bu iki değerle pek mümkün değildir. Bu sebeple tane boyu dağılımı otomatik cihazlarla gerçekleştirilerek dağılım eğrileri çıkarılmaktadır.
Şekilde görüldüğü üzere çimento tane boyu dağılımının performans üzerindeki etkisi, içerisindeki mineral katkıların da tane büyüklüğünden etkilenmektedir. Çimento seçimi esnasında göz önünde bulundurulması gereken önemli bir parametredir.
Çimento için tane boyu dağılım eğrisinin S çizmesi gerekir. S şeklinde gözlemlenen bir tane boyu grafiğinin anlamı numune içerisinde farklı boyutlarda tanelerin homojen bir şekilde dağılmış olmasıdır. Çimento tane özellikleri incelenirken sadece boyut değil aynı zamanda şekil parametresi de önemlidir çünkü bu iki değişken toplam yüzey alanı belirlenmesinde etkendir.
Tane boyu dağılımından etkilenen temel çimento özellikleri; Dayanım, Priz Süresi, Geçirgenlik, Hidratasyon Isısı Su ihtiyacı ve Mikro Yapı olarak karşımıza çıkmaktadır.
Tane boyu dağılımında en önemli parametre homojenlik olup, n ile ifade edilir. n değerinin büyük olması tane boyu dağılımının daha dar bir aralıkta gerçekleştiği anlamına gelirken, küçük olması daha geniş aralıkta bir tane boyu dağılımına sahip olunduğunu gösterir.
n değeri çimento özellikleri üzerinde kritik rol oynamaktadır. Düşük n değerleri, bir diğer deyişle daha geniş aralıkta tane boyu dağılımı; su ihtiyacını azaltıp, sızdırmazlık yoğunluğunu arttırmaktadır. Daha dar aralıkta tane boyu dağılımı ise çimentoda su ihtiyacını ve yüzey alanı başına düşen hidratasyon hızını arttırmaktadır.
Eşit yüzey alanına sahip numunelerde dar aralıkta tane boyu dağılımı hidratasyon reaksiyonlarını hızlandırdığı için çimento mukavemetine pozitif yönde etki etmektedir. Mukavemet alma ve n değeri arasında ise lineer bir ilişki gözlemlenmemektedir. n = D60/D10 olarak hesaplanmaktadır. n=1 değeri birim homojenlik değerini ifade etmektedir.
n = uniformity değeri, tane boyu dağılımını ölçen cihazlarda belirtilmektedir ve bu değer yüzey alanı da göz önünde bulundurularak değerlendirildiğinde bize numunemizin tane boyu aralığı ve homojen olup olmadığını anlamada yol göstericidir.
Aşağıdaki grafikte gözlemlendiği üzere tanecikler daha dar bir alanda homojen olarak dağıldıkça diğer bir deyişle n değeri büyüdükçe özellikle erken dönem dayanımlarda yükselme gözlemlenmektedir.
Yanda yer alan şekilde gözlemlendiği 3 32 μm tane boyuna sahip parçaların çimento içerisinde artması daha yüksek dayanım değerlerinin alınmasına sebep olmuştur. Fakat grafikten çıkarılacak en önemli sonuç sadece 3 32 μm boyut aralığında partikül bulunan çimentonun en yüksek dayanım değerlerine sahip olmasıdır. Bu demektir ki tane dağılımı homojen olmalı ve çok iri ya da çok ince tane dağılımının içerisinde yer almamalıdır.
Yanda yer alan şekilde gözlemlendiği 5 20 μm tane boyuna sahip parçaların çimento içerisinde artması da kısmen daha yüksek dayanım değerlerinin alınmasına sebep olmuştur.
- Sonuçlar Yukarıda grafikleri yer alan çalışmaya göre; İncelik özellikle 2 günlük dayanımlarda çok güçlü bir etki parametresidir. Uzun dönem dayanımlar ise ince parçacıklardan ziyade daha kaba parçalardan etkilenmektedir. Sunumda alıntılanan grafiklerden de gözlemlendiği üzere 3-32 μm tane boyu aralığındaki malzemenin PC 42.5 R numunesine %20 oranında arttırılması ile 28 günlük mukavemetlerde %13 artış gözlemlenmiştir. Bir diğer grafikte ise 5-20 μm tane boyu aralığındaki malzemenin PC 42.5 R numunesinde arttırılmıştır. Toplam yüzey alanı ve blaine değeri düşmesine rağmen erken dayanım değerleri numunenin homojenliğinin artması sebebi ile yükselmiştir..
- Sonuçlar Dağılım grafiğinin başında ve sonunda gözlemlenen ince ve kaba malzemelerin yer aldığı uçlar mukavemet üzerinde farklı etkilere sahiptir. Eğer iki uç için de değerler minimize edilirse dağılım çok daha homojen olacak ve daha yüksek dayanım değerleri elde edilecektir. Su ihtiyacı ve priz süreleri göz önünde bulundurularak bu iki uç için optimizasyon yapılması dayanım noktasında büyük kazançlar sağlayabilir.
- Sonuçlar Çimento harcının standart kıvama ulaştırılabilmesi için gerekli su miktarının artması çimento tanecikleri arasında daha çok boşluk bulunması anlamına gelir. Bu durum dar bir tane boyu dağılımına sahip olunduğu anlamına gelir. Dar tane boyu dağılımına sahip çimentonun su ihtiyacı artışını kısmen yüzey alanına bağlayabiliriz fakat temelde ana sebep alçı dehidrasyonunun daha düşük olması ve dolayısı ile çözünmüş ve kullanılabilir SO 3 miktarının az olmasıdır. Çimentonun su ihtiyacı artışındaki dezavantaj finalde çimento içerisine belli bir miktarda dehidrasyona uğramış alçı eklenerek elimine edilebilir.
Çimsa Araştırma ve Uygulama Merkezi TEŞEKKÜRLER Her türlü soru ve bilgi için.. Çimsa Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi Toroslar Mah. Tekke Cad. 33013 Yenitaşkent/MERSİN T: 00.90.324 241 23 37 / 241 23 44 C: 00.90.505 462 00 52 F: 00.90.324 454 00 52