Çimento Sunum Turkce Ders Notları

23.2.2014 Çimento BÖLÜM 2 Çimento” kelimesi, yontulmuş taş kırıntısı anlamındaki Latince ÇİMENTOLAR “caementum” kelimesinden türemiştir. Çim ent olar Hidrolik Bağlayıcı Portland Çimentosu Portland çimentosu, 2 kalker ve kil karışımı hammaddelerin pişirilmeleri ile ortaya çıkan ve “klinker” olarak adlandırılan Su altında sertleşebilen ve suda erimeyen bağlayıcıya “hidrolik bağlayıcı” denilmektedir. Alçı ve kireç gibi bağlayıcılar hidrolik bağlayıcı özellik gösterememektedirler. malzemenin çok az miktarda alçıtaşı ile birlikte öğütülmesi sonunda elde edilen bir üründür; su ile birleştirildiğinde hidrolik bağlayıcılık özeliği kazanmaktadır. Çim ent olar 3 Portland Çimentosunun Özellikleri Çim ent olar 4 Hidratasyon  Genellikle gri renktedir. Gri renk, hammadde az miktarda yer alan demir oksitten kaynaklanmaktadır. Çimento ve suyun birleştirildiği andan itibaren bu iki malzeme  Demir oksit ve mangan oksit bulunmadığı takdirde, portland çimentosunun rengi beyaza yakın renkte olmaktadır. arasında “hidratasyon” olarak adlandırılan kimyasal reaksiyonlar  Portland çimentosu toz gibi ince tanelidir,  Tanelerin boyutları 1 - 200 µm arasında değişmektedir. başlamakta ve devam etmektedir.  Portland çimentosunun özgül ağırlığı 3,05 – 3,15.  Torbalanmış çimentonun birim ağırlığı 1.5 t/m3 civarındadır. Çim ent olar 5 Çim ent olar 6 1 23.2.2014 Priz Alma Hidratasyon Devamında… Çimento, su, ve agregaların birlikte karılmasıyla elde edilen Önceleri, yumuşak plastik durumda olan çimento hamuru, zaman beton ilk zamanlarda plastik bir yapıdadır ve birkaç saat ilerledikçe daha az plastik duruma gelmekte ve katılaşıp, içerisinde katılaşmakta, sertleşmektedir. Sertleşmeye başlayan sertleşmektedir. Çimento hamurunun katılaşma göstererek şekil beton, zaman ilerledikçe daha büyük dayanım kazanmaktadır. Çim ent olar verilemez bir duruma gelmesine “priz alma” denilmektedir. 7 Sertleşmiş Çimento Hamuru Çimento hamurunun katılaşma Çim ent olar 8 Çimentonun Görevi olayından sonraki safhadaki Beton, çimento hamuru ve agregalardan oluşmaktadır. Çimento hamuru, beton karışımının içerisinde; durumu “sertleşmiş çimento hamuru” olarak adlandırılmaktadır.  yer alan agrega tanelerinin yüzeyini kaplamakta, Çimento hamurunun içerisindeki su ve çimento arasındaki  aralarındaki boşlukları doldurmakta, kimyasal reaksiyonlar uygun sıcaklık ve nemlilik ortamı mevcut olduğu sürece devam etmekte, dayanım artmaktadır. Çim ent olar  taneleri bağlayarak bu kompozit malzemenin tek bir malzeme, gibi davranmasını sağlamaktadır. 9 Çimentonun Tarihte İlk Üretimi Çim ent olar Çimentonun Gelişimi 1824 yılında, İngiltere’nin Leeds kentinde Joseph Aspdin isimli Hammaddelerin yüksek sıcaklıklara kadar bir duvar ustası, hazırladığı ince taneli kalker ve kil karışımını pişirilip öğütülmesi olayı daha sonra 1845 pişirerek, yılında Isaac Johnson isimli bir İngiliz ve daha sonra pişirilmiş durumdaki malzemeyi öğüterek bir ürün elde etmiştir. Çim ent olar 10 tarafından gerçekleştirilmiştir. 11 Çim ent olar 12 2 23.2.2014 Tarihte İlk Çimento Fabrikası Portland İsmi… İlk Çimento Fabrikası İngiltere'de 1848 yılında kurulmuştur. İlk Alman Çimento Standardı 1860 Bu ürüne su ve kum katıldığında ve zamanla sertleşme yılında olduğunda, elde edilen malzemenin renk ve diğer özelikler oluşturulmuştur. bakımından Leeds kentine yakın olan Portland isimli küçük bir adadan getirilen yapı taşlarını andırdığı görülmüştür. Çim ent olar 13 Çim ent olar 14 Alçıtaşı İlavesi Klinker Üretimi Portland çimentosu üretebilmek için, önce, kalkerli ve killi Daha sonra, sıcaklığı çevre sıcaklığına düşerek azalmış olan malzemelerden oluşan hammadde karışımı 1350-1450°C yüksek klinkere % 3-6 oranında alçıtaşı CaSO4.2H2O katılarak bu iki sıcaklıklara kadar pişirilerek “klinker” adı verilen bir ürün elde malzeme birlikte öğütülmektedir. edilmektedir. Klinker + (% 3-6) Alçıtaşı ---------> Portland Çimentosu Çim ent olar Çim ent olar 15 Neden Alçıtaşı İlave Edilir? 16 Kalkerli Malzemeler Çimentonun çok erken priz yapmasını önlemek amacıyla, çimento Saf kalkerin yapısının tümünde CaCO3 (kalsiyum karbonat) bulunmaktadır. Çok büyük miktarı CaCO3’ den oluşan üretiminde, klinker ve küçük bir miktar alçıtaşı (CaSO4.2H20) kalkerlerin içerisinde bir miktar MgCO3 (magnezyum karbonat), birlikte öğütülmektedir. Yeterli miktarda alçıtaşı kullanılmadığı ve çok küçük miktarlarda silika, demir oksit, alümin, kükürt, takdirde, çimentonun priz süresi çok kısa olmaktadır. Çim ent olar ve alkaliler yer almaktadır. 17 Çim ent olar 18 3 23.2.2014 Kalsiyum ve Magnezyum Karbonat Killi Malzemeler CaCO3, 900 °C sıcaklığa pişirildiği takdirde, kalsiyum oksit (söndürülmemiş kireç) ve karbondioksit olarak ayrışmaktadır. Killi malzemeler esas olarak silika ve alümin’den oluşmaktadır. Kil, yaklaşık 500-600 °C sıcaklığa kadar pişirildiği takdirde, Kalkerin içerisinde bir miktar MgCO3 varsa, pişirilme esnasında SiO2 (silika) ve Al2O3 (alümin) gibi oksitlere ayrışmaktadır. magnezyum oksit ve karbon dioksit olarak ayrışmaktadır. Killerde çok küçük miktarlarda demir oksit ve başka yabancı CaCO3 ----------> CaO + C02 maddeler de bulunabilmektedir. MgCO3----------> MgO + CO2 Çim ent olar 19 Çimento için Gerekli Oksitler Çim ent olar 20 Çimento Nasıl Üretilir? Pişirilme işlemine tabi tutulacak hammadde karışımında uygun oranlarda CaO, Si02, Al203, Fe203 gibi oksitlerin yer almış olması gerekmektedir. Çim ent olar 21 22 Çim ent olar 24 Kırma İşlemi Hammaddelerin Alınması Çim ent olar Çim ent olar 23 4 23.2.2014 Öğütme İşlemi Ön Isıtma İşlemi Çim ent olar 25 Pişirme İşlemi Çim ent olar 26 Çim ent olar 28 Alçıtaşı İlavesi Çim ent olar 27 Depolanması Çimento Üretim Yöntemi Pişirilmeye tabi tutulacak hammaddelerin karışımı, çok ince boyutlara getirilmiş kalkerli ve killi maddelerin kuru veya su ile birlikte çamur gibi bir durumuna getirilmesi şeklinde hazırlanmaktadır. Çim ent olar 29 Çim ent olar 30 5 23.2.2014 Kuru, Yaş ve Yarı-Kuru Sistem Hammadde karışımının hazırlandığı Yaş Sistem yönteme göre, bu Yaş sistemde, hammadde karışımının içerisinde yaklaşık %35 kadar su bulunduğu için, bu tür karışımların pişirilmesi daha çok uygulamalara “kuru sistem” veya “yaş sistem” denilmektedir. enerji gerektirmekte, daha pahalı olmaktadır. Ancak, yaş Bazen, malzeme karışımının çok az su ile birleştirilerek sistem, toz kontrolünün daha kolay olması nedeniyle ekolojik yürütüldüğü yarı-kuru sistem de uygulanmaktadır. Çim ent olar yönden tercih gören bir sistemdir. 31 Yarı-Kuru ve Kuru Sistem Çim ent olar 32 Döner Fırın Yarı-kuru sistemde, malzeme karışımının içerisinde % 12-14 su bulunmaktadır. Son yıllarda, çimento üretimi için, genellikle Klinker üretimi için ham maddelerin pişirilmesi işleminde kullanılan bu fırına, kendi ekseni etrafında döndüğü için, kuru sistem kullanılmaktadır. “döner fırın” denilmiştir. Çim ent olar 33 Döner Fırının Özellikleri Çim ent olar 34 Hammaddelerin Pişirilmesi  İçi boş bir silindirin şekline sahip uzun bir fırındır. Döner fırının üst ucundan beslenen hammadde  Yaklaşık olarak % 3-4 eğimle, yerleştirilmiştir.  Çelikten yapılmış, iç yüzü ateşe dayanıklı tuğlalarla astarlanmış. karışımı, dönme fırının eğiminin işleminin ve etkisiyle, yavaş yavaş aşağıya  Çapı 2-6 m arasında değişmektedir; doğru hareket etmektedir.  Boy/çap oranı 15-30 kadardır. Böylece, daha yüksek sıcaklıklarla  Kendi ekseni etrafında saatte 60-180 devir yapabilmektedir. Çim ent olar 35 karşılaşmaktadır. Çim ent olar 36 6 23.2.2014 Klinkerin Oluşumu Kil ve Kalkerin Ayrışması Hammadde karışımın sıcaklıkta ayrışarak içerisinde bulunan kil, 500-600°C Sıcaklık etkisiyle hammadde karışımından açığa çıkan CaO, Si02, Al203, Fe203 gibi oksitler, sıcaklık arttıkça (1300°C) SiO2 ve Al2O3 gibi oksitlere kendi dönüşmektedir. Kalker, 900°C sıcaklık civarında CaO aralarında kimyasal reaksiyonlara başlamaktadır. ve Hammadde karışımının % 30’u sıvılaşmakta ve irili ufaklı katı karbon dioksit haline dönüşmektedir. tanecikler fırının alt ucundan klinker olarak dışarı çıkmaktadır. Çim ent olar 37 Çim ent olar 38 Çimentonun Oksitleri Klinker Genel ismi Oksit Sembolü Miktar % Klinker, gri- siyah renkte, oldukça sert, ve boyutları susam tanesi ile fındık veya ceviz taneleri arasında (1 - 25 mm) değişen parçacıklardan oluşmaktadır. Çim ent olar Kireç CaO C 60 - 67 Silis SiO2 S 17 - 25 Alümin Al2O3 A 3 - 8 Demir Fe203 F 0.5- 6 Magnezi MgO M 0.1- 4 Alkaliler Na20 + K2O N+K 0.2- 1.3 Kükürt S03 S 1 - 3 Çim ent olar 39 Önemli Bazı Maddeler Kükürt Klinkerin Su, (H20) H Kalsiyum hidroksit, Ca(OH)2 CH Alçıtaşı, CaSO4.2H20 CSH2 Karbon dioksit, CO2 C Kalker, CaCO3 CC Çim ent olar 40 içerisinde SO3 bulunmamaktadır. Çimentonun içerisinde yer alan SO3, çimento üretimi için klinkerin yanı sıra kullanılan alçıdan (CaSO4 = CaO.SO3) gelmektedir. 41 Çim ent olar 42 7 23.2.2014 Magnezi ve Alkaliler Çimentonun Dört Ana Oksiti MgO ve alkalilerin yararlı bir fonksiyonu yoktur. Bu oksitler Klinkerde (ve portland çimentosunda) yer alan oksitlerden; kullanılan CaO, hammadde karışımındaki kalkerden, hammaddelerde yer alan oksitlerdir; fazla miktarlarda yer aldıkları takdirde çimento hamurunda ve SiO2 ve Al2O3 ise, kilden elde edilmektedir. betonda genleşmeye neden olarak zararlı etkileri olmaktadır. Hammaddelerin içerisinde bir miktar Fe2O3 bulunmaktadır. Çim ent olar 43 Çimentonun Anabileşenleri Çim ent olar 44 Anabileşenlerin Özellikleri Ana bileşenler Sembolü Dikalsiyum silikat, 2CaO.SiO2 C2S Trikalsiyum silikat, 3CaO.SiO2 C3S Trikalsiyum aluminat, 3CaO.Al2O3 C3A Tetrakalsiyum aluminoferrit, 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF Çim ent olar 45 Hidratasyon Isısı Çim ent olar 46 Anabileşenlerin Hidratasyon Isısı Çimentonun su ile birleşerek başlattıkları kimyasal reaksiyonlar Portland çimentosunun ortalama ve en açığa ısı çıkaran türdendir. Hidratasyon, ilk zamanlarda hızlı tempoda yer almakta ve zaman ilerledikçe, hidratasyonun hızı yavaşlamaktadır. Çimentonun hidratasyon ısısı, yüksek hidratasyon ısısı değerleri, Hidratasyon Isısı, kal/g C3S 120 C2S 62 C3A 207 C4AF 100 hidratasyon sonuna kadar açığa çıkan ısı miktarıdır. Hidratasyon ısısı, sırasıyla, yaklaşık 100 kal/g ve 120 kalori/gram, veya joule/gram birimleriyle ifade edilmektedir. kal/g olarak belirtilebilmektedir. 1 kalori/gram = 4.19 joule/gram’dır. Çim ent olar Anabileşen 47 Çim ent olar 48 8 23.2.2014 Hidratasyon Isısın Önemi Çimentodaki Anabileşenlerin Oranları (ASTM) Hidratasyon ısısının etkisiyle betonun sıcaklığı artmakta ve genleşme meydana gelmektedir. Dışarıdaki ortamla temasta olan betonun dış kısmı zamanla soğuyarak büzülmektedir. Ancak, sıcaklığını henüz kaybetmeyen iç kısım aynı şekilde hareket edememekte ve dış kısmın büzülmesini önlemeye çalışmaktadır. Böylece, sıcaklık farkları betonu çatlamakta, su geçirgen bir malzeme ortaya çıkmaktadır. Çim ent olar 49 Çim ent olar C3S ve C2S Dayanıma Etkisi 50 Anabileşenlerin Dayanım Artışı C3S+C2S miktarlarının Çimento hamurunun kazanacağı nihai dayanımın C3S ve C2S çimentolarında bulunabilecek “C3S + C2S” miktarının belirli bir görülmektedir. Basınç Dayanımı anabileşenlerinin hidratasyonu sonucunda elde edildiği, portland yaklaşık %75 olduğu C3S+C2S değerinin düşük olması halinde, beklenilen nihai dayanımı elde düzeyden daha az olmaması gerektiği anlaşılmaktadır. edebilmek mümkün Günler Çim ent olar 51 Portland Çimentosunun Tipik Kimyasal Analizi Oksitler ve 52 CaO, Si02, Al203 ve Fe203 Miktarlarının Önemi Miktarları Diğerleri (ağırlıkça,%) CaO 63.6 SiO2 20.7 Al2O3 6.0 Fe2O3 2.4 SO3 2.1 MgO 2.6 Na2O 0.1 K2O 0.9 Çözünmeyen kalıntı 0.2 Kızdırma kaybı 1.4 Serbest CaO Cl olamamaktadır. Çim ent olar Bu çimento ana bileşenlerini oluşturan temel oksitlerdir. O nedenle, bu oksitlerin ne miktarda yer almış oldukları, çimentonun içerisindeki C3S, C2S, C3A ve C4AF ana 1.4 bileşenlerinin miktarını etkilemektedir. maksimum 0.1 Çim ent olar oksitler, 53 Çim ent olar 54 9 23.2.2014 Çimentoda İstenmeyen Oksitler SO3 Miktarının Önemi Portland çimentosunun içerisindeki; Yeterli miktarda alçıtaşı kullanılmadığı takdirde, çimentonun priz  SO3, süresi çok kısa olmaktadır. Öte yandan, gereğinden fazla  MgO, miktarda alçıtaşı kullanılırsa, çimento hamurunun genleşip hasar  Serbest CaO, görmesine yol açmaktadır.  Alkaliler (Na2O ve K2O), ASTM standardlarına göre, normal portland çimentosundaki çimento hamurunun ve betonun özeliklerinde, olumsuz etkiler maksimum SO3 miktarı % 3 olmalıdır. yaratabilecek oksitlerdir. Çim ent olar 55 MgO Miktarının Önemi Çim ent olar 56 Na20 ve K20 Miktarının Önemi MgO’nun su ile reaksiyonu sonucunda hem açığa ısı çıkmakta, Çimento üretiminde kullanılan hammaddelerde bulunabilecek Na20 hem de hacim genleşmesi meydana gelmektedir. Sertleşmiş durumdaki çimento hamurunun içerisinde genleşmeye yol açan reaksiyonların oluşması, çimento hamurunun çatlamasına yol ve K20 (alkaliler), üretilen çimentonun yapısında da yer almaktadırlar. ASTM standartlarına göre, “Na20 + O.66K20” açabilmektedir. O nedenle, çimentolarda bulunabilecek MgO miktarının belirli bir yüzdeden % 5 ’den fazla olmaması istenir. Çim ent olar 57 miktarının %O.6’dan fazla olmaması tavsiye edilmektedir. Çim ent olar 58 Çözünmeyen Kalıntı Miktarının Tanımı AAR Beton yapımında kullanılan agregalar reaktif silis veya reaktif Hidroklorik asit içerisine konulan çimento numunesinin asit karbonat içerdiği takdirde, alkalilerle agrega arasında “alkali agrega reaksiyonu” olarak adlandırılan kimyasal olaylar içerisinde çözünme göstermeyen kısmına “çözünmeyen kalıntı” gelişmektedir. Çok büyük su emme kapasitesine sahip olan alkali silika jelleri meydana gelmekte, betonda büyük genleşmelere yol denilmektedir ve numune ağırlığının yüzdesi olarak ifade edilir. açılmaktadır ve betonun çatlayıp kırılmasına neden olmaktadır. Çim ent olar 59 Çim ent olar 60 10 23.2.2014 Çözünmeyen Kalıntı Miktarının Önemi Kızdırma Kaybı Miktarının Tanımı Çözünmeyen kalıntı yüzdesi, döner fırındaki reaksiyonların tam Ağırlığı önceden bilinen (1 gram) bir çimento numunesinin çok olarak yer alıp almadığını, dolayısı ile, ana bileşenlerin ne yüksek sıcaklıkta (1000°C) kızdırılması sonunda meydana gelen derece mükemmel oluşabildiğini işaret etmektedir. ağırlık kaybına, ‘kızdırma kaybı’ denilmektedir ve bu değer % ASTM standardlarına göre, portland çimentolarındaki olarak ifade edilmektedir. çözünmeyen kalıntının miktarı % O.75’i geçmemelidir. Çim ent olar 61 Kızdırma Kaybı Miktarının Önemi Çim ent olar 62 Serbest CaO Miktarının Önemi Kızdırma kaybı, çimentonun uygun koşullarda saklanmadığını veya Hammaddede bulunan CaO’nun tamamının C3S, C2S, C3A ve C4AF çok uzun süre bekletilmiş olduğunu işaret etmektedir. gibi ana gerekmektedir. bileşenlerinin Ancak, bazen oluşmasında bir miktar görev CaO, alması çimento ASTM standardlarına göre, normal portland çimentosundaki içerisinde serbest olarak yer alabilmektedir. Serbest CaO’nun kızdırma kaybı %3.O’ı geçmemelidir. Ca(OH)2 oluşturması esnasında açığa ısı çıkmakta ve hacim Çim ent olar 63 Çim ent olar 64 genleşmesi olmaktadır. Çimento Anabileşenlerin Miktarlarının Bulunması Cl Miktarının Önemi Klor iyonu, betonun içerisinde gömülü durumdaki çelik Çimentonun takdirde, çubukların korozyonunu artıran çok önemli bir faktördür. içerisinde bulunan anabileşenlerin oksit oranlarını miktarları bilindiği hesaplayabilmek için kullanılan Bogue denklemleri aşağıdaki gibidir. % C3S=(4.071x%CaO)-(7.600x%Si02)-(6.718x%Al203)-(1.430x%Fe203)-(2.852x%S03) Betonun içerisinde klor iyonunun düşük olması için çimentoda % C2S = (2.876 x % Si02) — (0.7544 x % C3S) % C3A = (2.650 x % Al203) — (1.692 x % Fe203) yer alacak klor iyonu miktarının % 0.1’den az olması istenir. % C4AF = (3.043 x % Fe203) Çim ent olar 65 Çim ent olar 66 11 23.2.2014 Kalsiyum Silikatların Hidratasyonu Tobermorit Gerek C3S, gerekse C2S, bir miktar su ile birleştiğinde, ortaya Tobermorit ismi, bu hidratasyon ürününün, doğada aynı isimle anılan bir minerale benzerliğinden dolayı verilmiştir. Kalsiyum- çıkan hidratasyon ürünlerinin türü aynıdır: CH ve C3S2H3. silika-hidrat olarak ortaya çıkan hidratasyon ürünü C-S-H 2C3S + 6H  C3S2H3 + 3CH kalsiyum hidroksit CaO.H20 = Ca(OH)2 2C2S + 4H  C3S2H3 + CH tobermorit 3CaO.2Si02.3H20 (kalsiyum-silika-hidrat) jeli olarak adlandırılır. “Jel”, kolloidal katı malzeme topluluğunu ifade etmektedir. Çim ent olar 67 C-S-H Jelinin Miktarı Çim ent olar 68 Ani Priz ve Alçıtaşı C3A ile su arasındaki reaksiyonlar çok büyük miktarda ısı açığa çıkartacak tarzda ve büyük bir hızla oluştuğundan, çimento hamurunun ani prize yol açmaktadır. Çimento hamurunun kazandığı dayanım C3S ve C2S ana Çimentonun yapısında yer alan C2SH2 (alçıtaşı), C3A ve su ile bileşenlerin hidratasyonu ile ortaya çıkan C-S-H jellerinin birlikte reaksiyona girmekte, reaksiyon hızını yavaşlatmaktadır. miktarına bağlıdır. Çim ent olar C3A Hidratasyonu 70 Etrenjit C3A + CSH2 + 1OH  C4ASH12 C6A3S3H32, “kalsiyum-alumino-trisülfohidrat”, “Candlot tuzu”, C3A + 3CSH2 + 26H  C6AS3H32 C4ASH12, Çim ent olar 69 (kalsiyum-alumino-monosülfohidrat) daha veya daha popüler bir isim olan “etrenjit” olarak anılmaktadır. fazla sülfatın bulunduğu ortamda C6AS3H32 (kalsiyum-alumino-trisülfohidrat) dönüşür. C4ASH12 + 2CSH2 + 16H —> C6AS3H32 Çim ent olar Bünyesinde çimento 32 molekül hamurunun su içerisinde bulunduran çok etrenjitin büyük oluşması, genleşmelerin yer almasına yol açmaktadır. 71 Çim ent olar 72 12 23.2.2014 Sülfat Hücumu Sülfat Hücumuna Karşı Yeteri Karar Alçıtaşı Beton sertleşmiş durumdayken bile, içeriye sülfatlı sulardan veya topraklardan bir miktar sülfat sızması, Çimento üretimi için klinkerle birlikte gereğinden daha çok C4ASH12 alçıtaşı kullanıldığı takdirde, fazla miktardaki SO3 (S), çimento kristallerinin C6AS3H32 kristallerine dönüşmesine ve çok büyük genleşmelere yol açmakta, sertleşmiş betonun çatlamasına neden olmaktadır. Bu olaya, “sülfat hücumu” denir. Çim ent olar hamurunda etrenjit oluşmasına ve hasara yol açmaktadır. Yeteri kadar alçıtaşı kullanılması önerilmektedir. 73 Sülfat Hücumuna Karşı SDÇ ve SSÇ Çim ent olar 74 C4AF Hidratasyonu Sülfata dayanıklı çimento olarak belirtilen çimento tiplerinde, C4AF’nin hidratasyonu, C3A’nın hidratasyona benzerdir. C3A’nın hidratasyonundaki C3A oranı çok daha düşük olduğu dikkat çekmektedir. Sülfatlı ortamlardaki betonlar için kullanılacak çimentonun daha az C3A bir kısım alüminanın yerini demiroksit almaktadır. Ortaya çıkan kalsiyum-alümino-sülfohidrat ürünleri C4(A,F)SH12 ve C6(A,F)S3H32 kompozisyonuna sahip olmaktadır. Bu ürünlerin yanısıra, bir miktar (A,F)H3 meydana gelmektedir. oranı içermesi halinde, betonun genleşmesi ve buna bağlı olarak Ortamdaki demir oksitin fazlalaşması, reaksiyonun daha yavaş betonun hasar görmesi olasılığı daha az olmaktadır. Çim ent olar yer almasına yol açmaktadır. 75 Çimento Tane Büyüklüğü Tayini Çim ent olar 76 Çimento Tane Büyüklüğü Sınırları 105°C etüvde kurutulmuş çimentodan 0,1 g Kalıntılar (m1 ve m2) sırasıyla çimentonun 90 µm ve 200 µm göz hassasiyetli bir terazide 100 g tartılır. açıklığındaki elekler üzerinde kalan yüzdelerini verir. Tartılan numune 200 µm göz açıklığı olan elek üstte, 90 µm göz açıklığı olan elek onun altında ve toplama tavası en altta Sonuç olarak 200 µm ve 90 µm göz açıklığı olan maksimum elek olmak üzere sıralanmış elek dizisinin üzerine üstü kalıntılar sırasıyla % 1 ve %14 şartını sağlamalıdır. konur ve üstü kapakla kapatılır. Çim ent olar 77 Çim ent olar 78 13 23.2.2014 Çimentonun İnceliği Çimento Özgül Ağırlık Deneyi Deneyde 100-150 cm3 hacminde özel “İncelik” sözcüğü, çimentodaki tanelerin ortalama boyutunu bir piknometre “Le Chatelier Balonu” ifade etmektedir. “Klinker + alçıtaşı” ne kadar ince taneli cm3 olarak öğütülürse, elde edilen çimento tanelerinin yüzeylerinin kullanılır. Piknometrenin 1/10 aralıklı bir boyun kısmı vardır. toplamı o kadar artmaktadır. Çim ent olar 79 Çim ent olar 80 Çimentonun İnceliğinin Önemi Blaine Aleti Blaine, çimentonun sahip olduğu “özgül yüzey” tayin edildiği  Hidratasyon, çimento tanelerinin yüzeyinden başlamaktadır. yöntemdir. İncelik değeri cm2/g olarak ifade edilmektedir. O nedenle, yeterli inceliğe sahip olması gerekir. Türkiye’deki çimentoların inceliği 2800-4000 cm2/g dır. Portland Çimentosunun inceliği 2800 cm2/g ’dan az olmamalıdır. Çim ent olar  Aşırı ince taneli çimento, depolama sırasında havadaki nemle prehidratasyon yapabilmekte, bağlayıcılık gücü azalabilmektedir. Çim ent olar 81 82 Priz Başlama Süresi Priz Alma Süresi Çimentonun su ile birleştirildiği an ile çimento hamurunun Çimento ile suyun birleştirildiği an ile katılaşarak plastik özelliğini kaybettiği an arasındaki süre, çimento hamurunun fiziksel değişiklik “priz alma süresi” olarak tanımlanmaktadır. göstererek katılaşmaya başladığı an Priz Süresi priz başlama süresi arasında geçen süre’dir. priz sona erme süresi Çim ent olar 83 Çim ent olar 84 14 23.2.2014 Priz Süreleri İçin Sınırlar Priz Sona Erme Süresi Çimento ve suyun birleştirildiği an ile Çimentoların priz başlama süresinin çok kısa olmaması, priz çimento sona erme süresinin ise çok uzun olmaması istenmektedir. hamurunun (sertleşmenin katılaştığı başladığı) an Portland çimentoları için priz başlama ve priz sona erme arasındaki süre’dir. süreleri, sırasıyla, minimum 1 saat ve maksimum 10 saat’tir. Çim ent olar 85 Çimento Hamurunun “Normal Kıvam”a Getirilmesi Çimentonun priz sürelerinin tayininde çimento hamurunun Çim ent olar 86 “Normal Kıvam” İçin Su Miktarı Çimento hamuru normal kıvamda olduğunda çimento ağırlığının içerisindeki su miktarı, elde edilecek sonuçları önemli ölçüde yaklaşık %25-%30’u kadar su içermektedir. Ancak, çimento etkiler. Priz sürelerinin tayininde, deneylerin standart hamurunun normal kıvamda olabilmesi için tam olarak ne koşullarda yapılabilmesini sağlamak amacıyla, çimento hamuru, miktarda su gerektiği deney yöntemiyle tayin edilmektedir. “normal kıvam” adı verilen bir kıvamda hazırlanmaktadır. Çim ent olar 87 Vicat Aleti olarak gösterilen 88 Vicat Aleti Vicat aleti A olarak gösterilen taşıyıcı bir çerçeve, B Çim ent olar hareketli bir İstendiğinde, iğne uç sökülüp, iğne kısmı çubuktan dışarıya gelecek tarzda çubuk üzerine tekrar oluşmaktadır. Çubuğun alttaki C ucu 10 mm çapında takılabilmektedir. Normal kıvam tayininde sonda bir sondadır. Üst tarafındaki D ucu ise çubuğun uç kullanılmaktadır. Aletin üzerinde çubuğun içerisine gömülü durumda olan 1 mm çapında ve 50 hareketini ölçecek bir gösterge bulunmaktadır. mm uzunluğunda bir iğne içermektedir. Çim ent olar 89 Çim ent olar 90 15 23.2.2014 Katılaşma Olayları Ani Priz Çimentoda çok kısa sürede yer alabilecek katılaşma olayları: Katılaşma Çimento üretimi esnasında alçıtaşı kullanılmadığı veya yeterinden çok daha az kullanıldığı takdirde, C3A ve C4AF, su ile çok hızlı reaksiyona girerek çok kısa süre içerisinde katılaşmaya yol Ani Priz Yalancı Priz açmaktadırlar. Buna “ani priz” denilmektedir. Çim ent olar 91 Ani Prizin Önemi Çim ent olar 92 Yalancı Priz Çimento hamuru, hem şekil verilemez duruma gelmekte, hem Çimento üretiminde yeterli miktarda alçıtaşı kullanılmış olsa dahi, çimento hamuru, bazen normal süresinden çok önce (3 - 5 yeterli dayanımı kazanamamakta, hem de oldukça yüksek dakika içerisinde) katılaşma gösterebilmektedir. Ancak, bu katılaşma olayı esnasında kayda değer miktarda hidratasyon ısısı hidratasyon ısısı açığa çıkmaktadır. Ani priz gösteren çimento hamurunun karılma işlemine devam edilse bile tekrardan plastik açığa çıkmamakta ve çimento hamurunun karılma işlemine devam edildiğinde, bu anormal katılaşma olayı ortadan kalkmakta, dayanım kaybı olmamaktadır. Bu tür katılaşma olayı, “yalancı durum elde edilememektedir. priz” olarak tanımlanmaktadır. Çim ent olar 93 Yalancı Priz Nedenleri  Klinkerin öğütülmesi (CaSO4.2H20) bir 94 Çimento Dayanıklılığı safhasında kısmının Çim ent olar öğütme katılan alçıtaşının değirmenindeki yüksek Çimento kompozisyonunda fazla miktarda serbest kireç sıcaklık etkisiyle CaSO4 dönüşmüş olmasıdır.  Çimentonun yapısında yer alan alkalilerin havadan karbon (S.CaO) veya magnezyum oksit (MgO) bulunduğu takdirde, dioksit alarak karbonatlaşmaları ve daha sonra da, çimentonun hidratasyonu esnasında açığa çıkan kalsiyum hidroksit ile reaksiyona girerek kalsiyum karbonata dönüşmesi sertleşmiş çimento hamurunda genleşme oluştuğundan, beton ve yapılarda iç gerilmeler ve çatlamalar meydana gelebilmektedir. katılaşmaya yol açmasıdır. Çim ent olar 95 Çim ent olar 96 16 23.2.2014 Le Chatelier Aleti (Löşatölye) Dayanıklı Çimento Priz aldıktan sonra büyük miktarda hacim genleşmesine yol Aletin silindirik halkasının kalınlığı 0.5 mm, iç çapı 30 mm, ve yüksekliği 30 mm’dir. açmayan çimentolara “dayanıklı” çimento denilmektedir. Dayanıklı olarak kabul edilebilecek çimentolarda Silindirik halka yarıktır. Yarığın ekseni her doğrultusunda iki tarafına ve hacim silindirin tam ortasına gelmek üzere 150 mm genleşmesi en çok 10 mm olmalıdır. Çim ent olar uzunluğunda iki çubuk lehimlenmiştir. 97 Çimento Hamurunun Yapısı I. Çim ent olar 98 Çimento Jeli Çimento jeli Hidratasyon sonucu ortaya çıkan kalsiyum hidroksit kristalleri II. Çimento jelinin yapısında yer alan jel boşlukları de dahil olmak üzere, hidratasyon ürünlerinin tüm topluluğu, III. Hidratasyonunu henüz tamamlamamış çimento, ve çimento teknolojisinde, “çimento jeli” olarak adlandırılmaktadır. IV. Su dolu kapiler boşluklar. Çim ent olar 99 Jel Boşlukları ve Özellikleri Çim ent olar 100 Kapiler Boşluklar  Kalsiyum-silika-hidrat jel yapısında yer alan boşluklardır. Çimento hamurundaki çimento tanelerinin arasında yer alan suyun  15-20 angstrom boyutlu çok küçük boşluklardır. oluşturduğu küçük boşluklardır.  Jel boşluklarında bulunan suyun mobilitesi çok düşüktür. Ana Faktörler:  Jel boşluklardaki su, -78 °C’de donma göstermektedir.  Su/çimento oranı,  Jelin yapısının %28’ini bu tür boşluklar oluşturmaktadır.  Hidratasyonun gerçekleşme ölçüsü. 1 angstrom = 1.0 × 10-10 meters Çim ent olar 101 Çim ent olar 102 17 23.2.2014 Kapiler Boşlukların Özellikleri Kapiler Boşlukların Etkileri  Boşlukların, tümünün arasında bağlantı bulunmaktadır. Sertleşmiş çimento hamurunda yer alan kapiler boşluk oranı,  Gelişigüzel dağılım gösteren, değişik şekil ve boyutlara sahiptir. çimento hamurunun hem dayanımını hem de su geçirgenliğini ve  Kapiler boşlukların ortalama çapı 0.0005 mm kadardır. dayanıklılığını etkilemektedir. Boşluk oranı yüksek olan sertleşmiş  Kapiler boşluklara su, kuru ve sıcak ortamda buharlaşmaktadır; çimento hamurunun dayanımı daha az olmakta, su geçirgenliği  Islak ortamda ise, boşlukların içerisine su girebilmektedir.  Su, soğuk havada, normal olarak donma gösterebilmektedir. Çim ent olar daha çok olmakta, ve dayanıklılığı azalmaktadır. 103 C-S-H Jellerinin Çimento Hamuruna Sağladığı Dayanım Çim ent olar 104 Çim ent olar 106 TS EN 197-1 C-S-H jellerinin çimento hamuruna sağladığı dayanımın muhtemel nedeni iki tür bağ kuvvetinin varlığıyla açıklanmaktadır: Bağ kuvvetlerinin birincisi, genellikle, van der Waals kuvvetleri olarak anılmaktadır. Bağ kuvvetlerinin ikincisi ise, van der Waals kuvvetlerinden çok daha büyük olan, kimyasal (iyonik ve kovalant) bağlardır. Jel parçacıkları bu tür bir bağ nedeniyle bir dokuma örgüsü gibi çapraz olarak bağlanmaktadır. Çim ent olar 105 Çimentonun İşaretlenmesi Çim ent olar Çimento Alt Tipi Ana Bileşenleri 107 Çim ent olar 108 18 23.2.2014 Çimentonun Mekanik ve Fiziksel Özellikleri Çimento Tipleri TS EN 197-1 standardında 27 farklı genel çimento aşağıdaki beş ana tipte olmak üzere gruplandırılmıştır. - CEM I Portland çimentosu - CEM II Portland-kompoze çimento - CEM III Curuflu çimento - CEM IV Puzolanlı çimento - CEM V Kompoze çimento Çim ent olar 109 Çim ent olar 110 Borlu Çimento Geliyor… Türk kahvesinden sonra yeni bir milli marka olarak Türk tipi borlu çimento üretildi. BORLU Çim e n t o 7 Günlük 26.8 MPa 28 günlük 65.0 MPa PORTLAN D Çim e n t o 7 Çim ent olar günlük 35.0 MPa 28 günlük 52.5 MPa 111 Çim ent olar 112 Çim ent olar 114 Çimento Presi TS EN 196-1 Çim ent olar 113 19 23.2.2014 Eğilme Aparatı Eğilme Yükleme Düzeneği Çim ent olar 115 Eğilme Dayanımı Çim ent olar 116 Basınç Aparatı  Çim ent olar 117 Çim ent olar P A 118 20