Cimento kimyasi

Ç MENTO K MYASI

Tomris ERTÜN --------Pelin TÜRKER Türkiye Çimento Müstahsilleri Birli i

Ankara 2007

1

I. G R Çimento önemli bir yapı malzemesi olup, havada ve su ile birle ti inde çevresindeki tüm maddelerle birlikte sertle en ve sertle me sonrasında suda çözünmeyen bir hidrolik ba layıcıdır.

Bilindi i gibi çimento, agrega ve suyun karı tırılması ile suya dayanıklı bir kütle olan beton elde edilmektedir. Çimento, ba lıca kalsiyum, silisyum, alüminyum ve demir oksitler içeren hammaddelerin belli oranlarda karı tırılarak “sinterle me” sıcaklı ına kadar pi irilmesi ile olu an “çimento klinkeri”nin bir veya birkaç katkı maddesiyle birlikte ö ütülmesi sonucunda elde edilmektedir.

Hammadde karı ımının yakla ık 1450oC’ye kadar döner fırında pi irilmesi sonrasında fırın çıkı ında meydana gelen taneler halindeki klinkerin so utulup, % 2-5 civarında alçı ta ı ile birlikte karı tırılıp ö ütülmesi sonucunda çimento üretilmektedir. Çimentonun en önemli kısmını olu turan, çimento klinkerinin ana bile enleri, kalsiyum oksit silisyum dioksit, alüminyum oksit ve demir oksittir. Çe itli hammaddelerden farklı prosesler ile üretilen klinkerlerin ana içeri i öyledir: Trikalsiyum silikat (Alit)…

C3S (3CaO. SiO2)

Dikalsiyum silikat (Belit)……

C2S(2CaO.SiO2)

Trikalsiyum alüminat…..

C3A(3.CaO.Al2O3)

Tetrakalsiyum alüminoferrit…

C4AF(4CaO.Al2O3.Fe2O3)

2

II. Ç MENTO HAMMADDELER II.1. HAMMADDELER Çimento üretiminde hammadde olarak do ada bol miktarda bulunan ve kireç, silis, alüminyum oksit ve demir oksit içeren mineraller kullanılmaktadır.

Kireç yönünden zengin olan minerallere kireç bile eni; daha az oranda kireç, fazla miktarda silis, alüminyum oksit ve demir içeren minerallere kil bile eni denilir.

Kireç Bile eni Kalker Do ada fazla miktarda bulunan CaCO3’in bütün jeolojik formasyonları çimento klinkeri üretiminde kullanılabilir. Özgül a ırlıkları 2.2-2.9 g/cm3 arasındadır.

Kalkerin kimyasal kaynaklı tipleri suda çözünmü kalsiyum bikarbonatın a a ıdaki reaksiyona göre çökelmesi eklindeki inorganik proses sonucu meydana gelirler: Ca (HCO3)2 → Ca CO3 + CO3 + H2O Kalker ba lıca, kalsit ve aragonit olarak adlandırılan iki mineral halinde bulunur. a )Kalsit (CaCO3) Do ada en fazla bulunan kalker mineralidir. Kalsit tipik rombohedral dilinimlere sahiptir.

Kalsit saf oldu unda bazen berrak olmasına ra men genelde opak ve beyaz olup flouresant özellikleri bulunmaktadır. Sertlik derecesi 3 olup, özgül a ırlı ı 2.7 g/cm3’dür.

3

Kalsitin ana olu umları: - Beyaz mermer : Çok ince kristallerden olu mu saf kalsittir.

- Traverten

: Yo un, betonumsu bir yapıya sahip olup renkli ve opaktır.

Genelde ma aralarda bulunur.

- Tüf(tuff)

: Beyaz olup travertenin gözenekli kalıntılarından meydana gelir.

- Tebe ir (chalk ) : Beyaz ve yumu ak olup mikro organizma kalıntılarından meydana gelmi tir.

- Albatr

: Bir traverten çe idi olup çok serttir.

- Satenta ı

: Liflerden ibaret olup ipek gibi görünümü vardır.

b) Aragonit Kimyasal yönden kalsitten farklı olmayan aragonitin kristal yapısı de i ik olup ortorombik formdadır. Aragonit de kalsit gibi asit içinde çözündü ünde CO2 verir. Rengi beyaz ve gri olup, genellikle denizde ya ayan midye, istiridye gibi canlıların kabuklarında bulunur.

Tebe ir CaCO3 yönünden zengin olan tortul kayaçtır. Yumu ak ve topraksı yapıda olup organik kaynaklıdır.

Mermer Mermer, kalkerin ısı ve basınç altında de i ime u ramasıyla olu an metomorfik kayaçlardır.

Mermerin esas bile eni kalsittir.

4

Dolomit Kimyasal formülü MgCa(CO3)2 olan ve kalkere göre daha a ır bir mineraldir. Sertlik derecesi 3.5-5 olup özgül a ırlı ı 2.8 g/cm3’dür. Çimento klinkeri üretiminde istenen bir hammadde de ildir.

Kil Killer klastik sedimentler olup, önceleri kayaç halinde iken havalandırma ve/veya erozyon sonrası parçalanma sonucu olu lardır. Yapılarının ana bile imi silis ve alüminyumlu (alüminyum silikatlar) bile iklerdir .

Killer a a ıdaki mineral gruplarına ayrılırlar: Kaolen Grubu Kaolinit

Al2O3.2SiO2.2H2O

Dikit

“

“

“

Nakrit

“

“

“

Haloysit

“

“

“

Montmorillonit Grubu Montmorillonit

Al2O3.4H2O.SiO2.nH2O

Beydelit

Al2O3.3SiO2.nH2O

Notronit

(AlFe2)O3.3SiO2.nH2O

Saponit

2MgO.3SiO2.nH2O

Alkali içeren Kil Grubu çerisinde illit bulunan killi mika’da de i ik oranlarda K2O-MgO-Al2O3-SiO2-H2O bulunur.Bu grup içerisindeki minerallerin kristallografik yapıları ile SiO2 miktarları farklıdır.

5

Kilin içine giren bu maddeler kile renk verirler. Demir oksit içeren killer kırmızı renklidir.

Organik maddeler içeren killer mavimsi ve sarımtrak renkte, alüminyum oksit içerenler sarımtrak renkte olurlar.

Marn çinde silis, killi maddeler ve demir oksit bulunan kalkerler marn olarak adlandırılır. Kalkere göre daha yumu ak malzemedirler.

Marnın yo unlugu 2.0 ile 2.9gr/cm3 arasında de i ir. çindeki kil ve kalker miktarı aralıkları çok geni tir.

I.1.1. Hammaddelerin Çimento Üretiminde Kullanımı Çimento üretiminde esas olarak kalker (CaO kayna ı) ve kil (SiO2, Al2O3, Fe2O3 kayna ı) kullanılmaktadır. Bunların istenilen son kimyasal bile ime uygun olarak karı tırılması gereklidir. Çimento hammaddeleri içerdikleri CaCO3 miktarına göre a a ıdaki ekilde sınıflandırılırlar: Madde

CaCO3 % (a ırlıkca)

Saf kalker

> 95

Marnlı kalker

85-95

Kalkerli marn

70-85

Marn

30-70

Killi marn

15-30

Marnlı kil

2-10

Kil

0-2

6

II.1.2. Hammaddeye Katılan Düzeltici Maddeler Düzeltici maddelerin bazılarının kimyasal bile imi Tablo 1’de verilmi tir.

1) Kum Kum sedimanter bir kayaç olup tane büyüklü ü 0.025-2 mm arasındadır. Genellikle serbest silis ve kuvars içerdi i için SiO2 eksikli ini gidermek için kullanılır.

2) Diatome Topra ı Genellikle beyaz, grimsi sarı ve ye il renkte olan diatome topra ı çok yumu aktır. Ço unlukla kumla karı ık olarak bulunur. SiO2 eksikli inde hammaddeye ilave edilebilir.

3) Boksit Sekonder bir mineral olup Al2O3-H2O bile imindedir. Sert ve düzgün taneciklerden ibaret kil eklinde bulunur.

çinde limonit, opal gibi jellerle kaolen, kuvars gibi mineraller

bulunmaktadır.

4) Pirit Kimyasal bir yan ürün olarak da elde edilen pirit (FeS2) Fe2O3 eksikli i halinde hammaddeye ilave edilir.

5) Hematit, Goethit Hematit (Fe2O3) reaktif olmayan bir demir filizidir. Rengi siyah, kırmızı veya kahverenklidir.

Kırılgan bir mineraldir. Götit (FeO.OH), yaygın olarak gözlenen bir demir cevheridir. Demir içeren minerallerin oksidasyonu sonucu olu ur.

7

Tablo 1. Düzeltici/Katkı Maddelerinin Bazılarının Bile imleri Bile en,%

Kum

Boksit

Kavrulmu

Hematit

Pirit SiO2

99.2

16-22

6-25

20-25

Al2O3

-

44-58

2-16

3-9

Fe2O3

0.5

10-16

62-87

45-60

CaO

-

2-4

7-9

0.5-2.5

MgO

-

0.2-1.0

0.2-2.0

1.5-1.7

SO3

-

-

0.8-8.0

0.3-0.6

0.2

15-20

-

5-12

Kızd. kaybı

II.1.3. Hammaddede Bulunması Sınırlanmı Bile enler

Magnezyum Oksit (MgO) MgO, kalkerde genellikle dolomit (Ca Mg (CO3)2) halinde bulunur. Bazen yüksek fırın curufunda da görülebilir. Bu bile en %2 oranına kadar klinker fazları ile ba lanabilir. Bu miktarın fazlası klinkerde serbest MgO olarak kalır. MgO, çimentonun hidratasyonu sırasında su ile birle ir: MgO + H2O → Mg (OH)2 MgO standartlarda %5 (a ırlıkça) ile sınırlandırılmı tır.

Alkaliler Kil ve marn K2O ve Na2O bile iminde olan ve feldispat, mika ve illit içinde da ılmı alkaliler içerebilirler.

8

Kükürt Hammaddede kükürt ,sülfit (pirit ve markazit, FeS2) halinde bulunabilir. Ancak genelde kükürt yakıtta bulunur. Fırında alkaki sülfat buharları olu turur.

Klorür Klorürler fırında alkaliler ile reaksiyona girerek uçucu alkali klorürleri olu tururlar. Ayrıca çimentodaki klorürün betonda korozyona sebeb olması nedeniyle de, hammadde karı ımında %0.015’den fazla klorür bulunması istenmez. Genellikle çimento içinde Cl-

%0.1 ile

sınırlandırılır.

II. 2.HAMMADDE B LE M Hammaddelerin bile imi, klinker bile imini ve klinkerin üretildi i fırın performansını büyük ölçüde etkilemektedir. yi kalitede ve ekonomik ko ullarda çimento üretmek için hammadde (farin) bile iminin belli sınırlar içinde olması gereklidir ( Tablo 2).

Tablo 2. Çimento Hammaddelerinin Kimyasal Bile imindeki Sınır De erler Oksit

Sınır De erler % a ır.

Miktar % a ır.

CaO

60-69

65

SiO2

18-24

21

Al2O3

4-8

6

Fe2O3,

1-8

3

MgO

<5.0

2

K2O,Na2Ö

<2.0

1

SO3

<3.0

1

9

Hidrolik Modül Hamkarı ımdaki optimum kireç miktarını hesaplamak için hidrolik modül (HM) kullanılır.

HM

=

CaO  SiO2+Al2O3+FeO3

= 1.7-2.3

yi kaliteli çimentolar için HM 2.0 de erindedir.

Kireç Standardı Günümüzde, HM yerine kireç standardı kullanımı daha yaygındır.

Kireç standardı için iki formül vardır. Birincisi KSt (1) olup Kühl’e göre: KSt (1) =

100 CaO (A)  2.8 SiO2+1.1Al2O3+0.7Fe2O3 (B)

olaraka ifade edilir. Burada (B) standard kireci göstermektedir.

Daha sonraları, yapılan çalı malar sonucunda Al2O3 ve Fe2O3 miktarları de i tirilerek formül, KS t (2) =

100 CaO  2.8 SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3

eklini almı tır. Bu formül MgO miktarı da hesaba katıldı ında, 100 (CaO+0.75 MgO) KS t (3) =  2.8 SiO2+1.18Al2O3+0.65 Fe2O3 eklinde de i mi tir. Bu formül için MgO de erleri yanlız %2’ye kadar konulabilir. Pratikte genel olarak,

KS t =

100 CaO  2.8 SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3

formülü kullanılmaktadır.

10

Genellikle normal Portland çimentosu üretiminde, iyi kalitede klinker için kireç standardının 92-96 arasında olması tercih edilir. ngiliz Standartlarına göre kireç miktarı Kireç Doygunluk faktörü ile ifade edilir: CaO - 0.7SO3  2.8 SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3

LSF =

Bu de erin 0.7-1.2 sınırları arasında olması istenir.

Silikat Modülü Silikat Modülü (veya silika oranı) SiO2 miktarının Al2O3 ve Fe2O3 miktarları toplamına oranıdır.

SiO2 S.M. =

 Al2O3 + Fe2O3

Endüstriyel çimentolarda, silika modülü 1.9-3.2 arasında bulunur. En uygun de erleri 2.2-2.6 arasındadır.

Alüminyum Modülü Al2O3 Al.M. =  Fe2O3 Alüminyum modülü, çimentoyu alüminyum oksidin demir okside olan a ırlık orantısıyla karakterize eder.Bu modülün de eri 1.5-2.5 arasında de i ir.

11

Sıvı Faz Miktarı Alümina, demir, magnezyum oksit ve alkaliler gibi dü ük sıcaklıklar da ergiyen elementler genellikle klinkerde sıvı faz miktarını belirlerler. deal bir hammadde karı mından %25 oranında sıvı faz elde edilir. Sıvı fazın hesabı a a ıda verilen Lea-Parker formülüyle yapılmaktadır: 1450 oC’de ve Al.M.nün 1.38’den yüksek olması halinde sıvı faz formülü: Lf = 3.0 Al2O3 + 2.25 FeO3 + K2O + Na2O + MgO 1450 oC ve Al.Modülünün 1.38’den dü ük olması halinde: Lf = 8.5 Al2O3 - 5.22 Fe2O3 + K2O + Na2O + MgO , eklinde olur.

III. Ç MENTO P ME PROSES N N K MYASAL, F Z KSEL VE M NERALOJ K YÖNLER

Çimento klinkerinin üretimi için hammaddenin döner fırında 1450oC’ye kadar pi irilmesi gereklidir. Böylece klinkerle me meydana gelir ve sonuçta grimsi-ye il renkte klinker üretilir.

Fırına beslenen hamkarı ımın ısıtılması sırasında ve özellikle pi me sıcaklı ında önemli kimyasal-fiziksel prosesler meydana gelir: 1. Kil minerallerinin dehidratasyonu 2. Karbonatların parçalanması (kalsinasyon) 3. Katı reaksiyonlar 4. Sıvı fazın da katıldı ı reaksiyonlar 5. Kristalle me prosesi

12

Pi me prosesindeki basamaklar: 1. Kurutma 200oC’ye kadar olan sıcaklıklarda farindeki serbest su veya ilave edilmi su buharla ır.

2. Kil Minerallerinin Dehidrate Olması 100-400oC arasında kil mineralleri ba lı sularını kaybederler. Buna kil katmanları arasındaki su da dahildir. 400-750oC arasında kimyasal ba lı su (hidroksit grupları) bozunur. Örnek olarak, kaolinit öyle bozunur: Al4 [ (OH)8 Si4O10] → 2 (Al2O3.2SiO2) + 4H2O Kaolinit

Metakaolin

3. Karbonatların Bozunması Çimento hammaddesinin %74-79’unu olu turan CaCO3 teorik olarak 896oC’de, CaCO3 → CaO + CO2 formülüne göre bozunur (dekarbonizasyon, kalsinasyon). Bu sıcaklık saf kalsit için geçerlidir.

Hammadede bulunan ba ka bile enlerin miktarı arttıkça termal bozunma 550-6000 C gibi daha dü ük sıcaklıklarda ba lar.

4. Katı Reaksiyonlar (Klinkerle me Sıcaklı ı Altında Olu an Reak.)

550-600oC’den itibaren bozunmaya ba layan CaCO3’ın bozunma ürünleri, killerin oksitleri ile reaksiyona girerler CaO.Al2O3+2CaO→ 3CaO.Al2O3

C3A

CaO.Al2O3+3CaO+Fe2O3 → 4CaOAl2O3.Fe2O3

C4AF

CaO.SiO2 +CaO → 2CaO.SiO2

C2S

13

Katı reaksiyonlar çok yava ilerledi i için, tane boyutunun küçültülmesi ve yanma sıcaklı ının artırılması ile reaksiyonlar hızlandırılabilir.

5. Sıvı Fazın Varlı ındaki Reaksiyonlar (Klinkerle me) Sinterle me veya klinkerle me olarak bilinen proses ilk olarak 1260-1310oC’de ba lar. Sıcaklık artı ı ile 1450 oC’de sıvı faz oranı %20-30’a kadar yükselir. Bu oran hammaddenin kimyasal kompozisyonuna ba lıdır.

Bu sıcaklıklarda portland çimentosu klinkerinin ana bile eni olan trikalsiyum silikat (3CaO.SiO2 = C3S) olu umu ba lar.

CaO+ 2CaOSiO2 → CaO.SiO2 (= C3S)

So utma Sırasında Olu an Reaksiyonlar Pi me prosesinde olu an klinker yava olarak so utulursa daha önce gerçekle en reaksiyonların bazıları tersine döner. Hızlı so utma durumunda ise sıvı derhal katıla ır ve denge halinde donar (frozen equilibrium) .Böylece teknik olarak üretilen portland çimentosu klinkeri büyük ölçüde sinter sıcaklı ında ula ılan kompozisyona benzer hale gelir.

14

IV .PORTLAND Ç MENTOSU KL NKER Portland çimentosu klinkeri ba lıca dört adet klinker fazlarından olu ur: Alit(C3S), Belit (C2S), Trikalsiyum Alüminat (C3A) ve Tetrakalsiyüm Alümina ferrit (C4AF). Ayrıca klinkerde porlar ve bir miktar serbest kireç ve bazen serbest MgO bulunur. Portland çimentosu klinkerinde bulunan fazların içindeki mineraller a a ıdaki sınırlar arasında bulunur:

Alit

% 35-75

Belit

0-30

Ferrit

2-15

Alüminat

1-10

Serbest kireç

0-5

Serbest MgO

0-3

Alkali Sülfat

0-3

Sıvı (kalan)

0-3

Çözünmeyen kalıntı

0-3

A a ıdaki Tablo 3’de klinker fazlarının bile imleri verilmi tir.

Tablo 3. Klinker Fazlarının Bile imi Alit

Belit 63.20

Trikalsiyum alüminat 59.50

Tetrakalsiyum alümino ferrit 51.40

CaO

69.70

SiO2

24.90

31.50

4.21

2.28

Al2O3

1.12

1.84

27.52

19.60

Fe2O3

0.69

0.96

5.76

22.52

MgO

0.89

0.48

0.85

3.18

K2O

0.19

0.75

0.66

-

Na2O

0.06

0.19

0.25

-

TiO2

0.16

0.24

0.48

1.60

P2O5

-

0.28

-

-

15

Alit Trikalsiyum silikat (C3S), portland çimentosu klinkerinin en önemli fazı olup, silisyum dioksitin kireç ile maksimum oranda birle ti i bir bile iktir.

Alitin, altı de i ik kristal yapısı vardır. Alit kristalleri düzgün ekilli yapıda olup boyutları, çimento üretim prosesine ba lı olarak 15 µm ile 65µm arasında de i kenlik gösterir.

Belit Dikalsiyum silikat (C2S), belit olarak adlandırılan ve çimento klinkerinde tamamiyle saf olarak bulunmayan, bazı yabancı iyonlar da içeren bir bile iktir. Belit, çimento klinkerinde genellikle β- formunda bulunur.

Trikalsiyum Alüminat Trikalsiyum alüminat (C3A) yapısında yabancı iyonlar’da içerir. Alkalilerin (Na2O, K2O) herbirinin a ırlıkça % 5’i a an miktarlarda bu faza girmesi mümkündür.

Ferrit Fazı Ferrit Fazı sabit bir kimyasal bile ime sahip de ildir. Teorik olarak C2A ve C2F’ye kadar uzanan katı çözelti serisinin bir üyesidir.

C2A ... C6A2F .... C6AF2 ... C2F Genel formül C2 (A, F)’dir. Bu faz çok yava reaksiyona girer ve pek hidrolik nitelik ta ımaz.

16

V. KL NKER N KAL TES Üretilen çimento klinkerinin kalitesine karar vermek için çe itli yöntemler vardır: 1. Komple Kimyasal Analiz Komple analiz, ya analiz veya x ı ınları flouresan analizi vasıtasıyla yapılır. Elde edilen sonuçlara göre kireç standardı ve modülleri hesaplamak mümkündür. Bunlar klinker kalitesi hakkında fikir verirler.

Bogue tarafından verilen formüller kullanılarak klinkerin “potansiyel faz bile imi” hesaplanabilir.

Potansiyel faz bile imi için Bogue formülleri öyledir: C3S = 4.071 CaO -7.602 SiO2 - 6.719 Al2O3 - 1.430 Fe2O3 C2S = 8.602 SiO2+ 5.068Al2O3+1.079Fe2O3-3.07CaO veya

C3S= 2.868 SiO2-0.754C3S C3A= 2.650Al2O3 - 1.692 Fe2O3 C4AF=3.043 Fe2O3

Alümin modülü= Al2O3/Fe2O3 < 0.64 (demirce zengin, C3A içermeyen) oldu unda : C3S = 4.071 CaO -7.602 SiO2 - 4.4715Al2O3 - 2.86Fe2O3 C2S = 2.867 SiO2+ 0.754C3S C2F= 1.702 Fe2O3-2.665Al2O3 C4AF=4.766 Fe2O3

17

Örnek: A a ıda kimyasal analizi verilen klinkerin potansiyel faz kompozisyonu hesabı. %

Bile en

Bile en

%

CaO

64.55

Na2O

0.21

SiO2

20.90

SO3

0.54

Al2O3

6.05

Serbest CaO

1.05

Fe2O3

3.20

Kızdırma kay.

0.42

MgO

2.00

Çözünmeyen kalıntı 0.15

K2O

0.85

kalan

1.03

Hesaplama, (oksitlerin formüllerde yerlerine konulması) C3S = 4.071CaO-7.062SiO2-6.719Al2O3-1.430Fe2O3 = % 54.4 C2S = 8.602CaO+5.068Al2O3+1.079Fe2O3-3.07CaO = % 19 C3A = 2.650 Al2O3 + 1.692 Fe2O3 = % 11 C4AF = 3.043 Fe2O3 = % 9.7 Toplam = % 93 .6(%94) Klinker fazları, X-ı ınları difraktometre ve mikroskopik nokta sayım yöntemiyle de tespit edilebilir. A a ıda Bogue ve mikroskop yöntemlerine ait faz %’lerinin kar ıla tırması verilmi tir (Tablo 4).

Tablo 4. Klinker Faz Yüzdelerinin Kar ıla tırılması.

Normal Portland Çimento Klinkeri

Faz Bogue

Mikroskop

Alit

53

58

Belit

19

12

Alüminat

11

10

Ferrit

7.5

8.4 18

Klinker kalitesinde önemli bir kriter serbest CaO yüzdesidir. Bu bile ik ya analiz veya difraktometre ile tespit edilebilir. Klinkerde % 2-3’ün üzerinde S-CaO bulunmamasına dikkat edilir.

2. Klinkerin Litre A ırlı ı Klinkerin belli bir fraksiyonunun (örnek, 5-7 mm veya 6-10 mm) eleme suretiyle-ayrılarak litre a ırlı ının tayini pi me derecesi hakkında bilgi verir. yi pi mi klinkerin litre a ırlı ının 1.21.6 kg/lt olması istenir.

3. Klinkerin Mikroskopik Analizi Klinker fazlarının mikroskopik incelenmesi ile hammadde hazırlama ko ulları ve klinker üretim prosesi hakkında bilgi edinilir. Klinker fazlarının da ılımı, kristal ekilleri, kristal büyüklükleri gibi morfolojik ve mikroyapısal özellikleri incelenerek klinker kalitesi üzerine de erlendirme yapılabilir .

4.Difraksiyon Analizi (XRD) Bu metod ile klinker fazlarının kalitatif ve kantitatif analizleri yapılabilir. En önemli kullanım alanı serbest kirecin kantitatif tayinidir.

19

VI. Ç MENTO SINIFLARI ve T PLER Çimentolar a a ıda belirtilen kriterler esas alınarak sınıflandırılırlar : A) Dayanım sınıfları (minimum veya orta dayanımlar, genelde 28 günlük dayanımlar) B) Çimento tipi (portland çimentosu, curuf çimento, puzolanik çimento) C) Önemli spesifik özellikler (dü ük hidratasyon ısısı, a ındırıcı ortamlara dayanım, yüksek erken dayanım) (Özel çimentolar) A a ıda birkaç çimento tipi örnek olarak anlatılmı tır : Amerikan standardı, ASTM C-150’ ye göre çimentolar 5 ayrı tipte tanımlanırlar: - Tip I, standart portland çimentosu (normal portland çimentosu), genel amaçlı kullanımlara yönelik bir çimentodur.

- Tip II olarak adlandırılan çimento, zemin ve su içinde sülfat etkisinin söz konusu oldu u betonlarda kullanılır.

-Tip III olarak adlandırılan çimento, erken dayanımı yüksek (hızlı prizlenen) çimento tipidir.

Tip I’in daha yüksek C3S (trikalsiyum silikat) içerikli olan eklidir - Tip IV çimentosu ,dü ük hidratasyon ısısı veren,dü ük oranda C3A(trikalsiyum alüminat ) ve C3S (trikalsiyum silikat) içeren bir çimento tipidir.

- Tip V olarak adlandırılan çimento sülfata dayanıklı çimento olup C3A yüzdesi % 5 ile sınırlanır.

Avrupa standardı –Genel Çimentolar EN 197-1’e göre çimentolara gelince, -Portland çimentosu, en az %95 oranında, portland çimento klinkeri içeren çimento tipidir.

Curuflu çimento ,portland çimentosu klinkerinin granüle yüksek fırın curufu ile birlikte ö ütülmesi sonucu elde edilir. Puzolanik çimento klinkere tras, curuf, uçucu kül gibi katkıların ilavesiyle elde edilir. Kompoze çimento, çimento klinkeri yüzdesi %20-60 arasında de i en ve en az iki katkı maddesi içeren çimento tipidir.

20

VII. Ç MENTONUN H DRATASYONU 1.Genel Hidratasyon, genel anlamda bir maddenin su ile birle mesi sonucu ortaya çıkan reaksiyon olarak tanımlanır. Ba ka deyi le anhidro kristallerin hidrate kristallere dönü ümüdür. Çimentonun hidratasyonu sonucunda suda çözünmeyen ve hidrolik ba layıcı özelli i ta ıyan sert bir madde olu ur. Bu proses priz alma ve sertle me eklinde iki kademede gerçekle ir. Çimentonun katı bir kütle haline dönü ümü, birkaç reaksiyon sonrasında olmaktadır : 1) Kimyasal reaksiyonlar (hidratasyon ve hidroliz) 2) Çözünme ve kristalizasyon reaksiyonları 3) Matriksdeki reaksiyonlar 2. Klinker Fazlarının Hidratasyonu Genel olarak hidratasyon reaksiyonları ba lıca dört klinker fazı üzerinde a a ıdaki belirtilen formül ile gerçekle ir: Klinker fazları (alit, belit, alüminat, ferrit) + su → Hidrate fazlar

+

Enerji

2.1. Alit/Belit Alitin (trikalsiyum silikat) su ile reaksiyona girmesi sonucunda kalsiyum silikat hidratlar ve Ca(OH) meydana gelir. Belit de benzer davranı ı gösterir.

Hidratasyonun ilk birkaç saatinden sonra olu an bu reaksiyon a a ıdaki ekilde gerçekle ir.

6(3CaO.SiO2)+18H2O → 5CaO.6SiO2.5H2O+13Ca(OH)2 (5) 6C3S +18H

→ C5S6H5

+ 13 CH 21

2.2. Alüminat Çimentoda alçı ta ı ilavesi olmaması halinde trikalsiyum alüminat (C3A) hızla reaksiyona girer: 3CaO.Al2O3 + H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O

(1)

Bu da alit ve belit hidratasyonunda açı a çıkan Ca(OH)2 ile tekrar hızla reaksiyona girer : 3CaO.Al2O3 + Ca(OH)2+12H2O→ 4CaO.Al2O3.13H2O

(2)

Ortama sülfat girmesiyle hidratasyon reaksiyonu, u ekilde olur: 3 CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4. 32H2O (3) C3A

+ 3(CS.2H)

+ 26H

→ C3A.3CS.32H

(4)

KAYNAKLAR 1. KOHLHAAS,B: Berlin),1983.

Cement

Engineer’s

Handbook,

Bauverlag

GmbH

(Weisbaden,

2 . ALSOP, A.P. : The Cement Plant Operations Handbook, International Cement Review, 7/ 1998 .

3. HEWLETT P.C.: Lea’s Chemistry of Cement and Concrete, Edward Arnold Ltd.,1998.

4. SENSÖZ, Ö. ve YALÇIN,S.: Çimento ve Beton- Özellikler,Standartlar,Terimler, BatıÇim., 2000

22